产品设计专业应用型创客教学模式探索

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摘要:本文以“虚实结合，工学协同”创客教育理念为核心，围绕“体系科学、安排合理、特色明显”的高职产品设计信息化教学目标，综合运用虚拟仿真技术，3D打印设计制作等多种教学手段，结合专业技能竞赛、专利申请等创新手段，构建专创融合、知行合一的拔尖应用型人才培养模式，打造符合双创需求的复合型产品设计人才培养平台，为高职本科产品设计专业的教育教学改革提供新思路。

关键词:创客教育;拔尖应用型人才;虚拟仿真;教学评价

创新人才是知识经济时代最宝贵的财富，培养具有自主创新能力的大学生是21世纪高校人才培养的核心内容，是建设创新型国家的重要环节［1］。国务院办公厅、中共中央办公厅印发的《中国教育现代化2035》文件中明确指出“创新人才培养方式，培养学生创新精神与实践能力”的全面提升，是高校拔尖创新人才培养发展的方向［2］。创客教育着重培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达等学科核心素养，强调借助技术工具和平台在真实的情境中开展基于项目的学习，使学生在对技术感知和运用过程的中形成工程思维［3］。近年来，随着“创客”教学实践的发展，创客教育在实验实训课程教学中不断融合，在培养具有创新能力和创新思维的应用型人才方面具有不可替代的优势，这逐渐成为“创客”教学模式研究的一种趋势。为了顺应信息化社会的人才培养需求，更好地开展产品设计实验实训课程教学，大力发展创客教学设计与应用模式，构建实践教学新平台，探索拔尖应用人才培养的路径就显得尤为迫切。

1创客教学支持下的产品设计教学新模式发展的路径

1．1存在问题

第一，理论脱离实际。传统课程教学方式多停留在一般过程、方法、原则和原理的理论层面，学生学以致用、解决实际问题的能力欠缺。产品设计专业的实训课程具有一定特殊性，如教学中存在的设备数量缺乏、实践操作时间短、设备结构及工作原理复杂抽象难以理解等问题，使得传统教学模式面临诸多难题和挑战，并在一定程度上影响了人才培养质量。第二，缺乏自主创新意识。许多创客学习者只是空有创新的热情，在产品设计实践中，只能在原有的造型和功能基础上做延伸，并没有实质性的创新变化［4］。对权威的依赖使其难以突破自我，缺乏自主创造的能力。同时，现有创客教学中对产品的创新设计较为盲目，没有明确的方向，甚至连创新的实际含义都不清楚，这导致创客学习流于形式。第三，学习动力不足。许多高职院校产品设计专业现有的教学形式缺乏学科跨界、资源共享、成果分享等特点，不能激起学生的兴趣和学习积极性。学校只注重签约各种校企合作协议，没有以促进应用型人才培养为目标，真正实施开展校企合作，而且手段形式单一，学生没有融入创客教学通过实践提升专业能力和创新能力。

1．2解决路径

为适应新经济形式下的社会发展，高职院校应以培养具有较强实践能力的拔尖应用人才为目标，不断探索创新创业教育的新模式和路径。本文围绕“虚实结合，项目驱动，循序渐进”的思路进行，以培养学生的产品设计创新能力及可持续发展能力为导向，立足3D打印虚拟仿真教学，打造实践教学新方法;建设3D打印模型制作创客中心，打造实训教学新平台;以赛促学、循序渐进、逐层推进，改善产品设计教学存在的重理论、轻实践的不足，为建设一流金课，培养拔尖应用型产品设计创新人才服务。教学设计基本结构如下图所示。1．2．1以项目为导向，践行“虚实结合，工学协同”的教学理念。在教学过程中实施以任务为驱动的项目化教学模式，以真实企业项目、设计竞赛项目和专利创新项目作为提高专业技能及创新能力的载体，驱动创新教育与“做中学”的教育理念［5］。同时运用计算机多媒体技术构建虚拟仿真平台，体验虚拟场景及交互系统，让学生在真实和虚拟的职场环境进行综合性的设计技能训练。始终以培养“懂材料、会设计、有创新、可创业、可发展”的产品设计拔尖应用型人才为宗旨实施教学，在设计实践过程中注重培养学生独立完成项目的能力，充分调动学生的积极性与主动性。1．2．2建设模型制作创客中心，打造实训教学新平台。通过将虚拟仿真实验、3D打印等技术引入创客中心，支持学生在创客中心进行产品3D打印模型设计与制作，快速、精确地将创意设计转变为具有结构功能的产品原型，为学生的个性化参赛作品快速实现提供了保障［6］。学生在积极参与各类科技创新活动过程中，得到技术的训练和最新知识的获取，不断激发创新的兴趣。1．2．3以赛促教、循序渐进、逐层推进培养拔尖应用人才。以艺术工坊、艺术社团、3D打印创客中心等多种形式组成的多元化的课程模式，通过由教师精心设计的综合实训项目和企业项目，将设计竞赛、专利申报与专业教学进行有效融合，多层次多方式地进行学生创新能力的培养。学生经过选拔进入创客中心，接受基本培训之后逐步熟悉产品的设计制作过程;然后与高年级同学的合作，参加校级和工业学会主办的难度相对较低的设计竞赛，积累比赛经验;接着，逐步在老师的指导下参加校企合作项目或大学生创新创业项目;经过一段时间的实践经验积累，再参加发明杯、挑战杯大赛和紫金奖设计大赛等级别和难度更高的技能大赛，锻炼专业素养，培养科技创新能力。

2基于创客项目的线上线下教学设计

为了顺应信息化社会的人才培养需求，更好地开展产品设计实验实训课程教学，利用虚拟仿真、3D打印技术、项目式教学、校企协同等线上线下教学模式，设计了一系列的以项目为导向的创客实践课题，激发学生的兴趣和创新能力，为学生创客进行创新学习提供帮助和支持。

2．13D打印虚拟仿真创客项目教学设计

南京工业职业技术大学艺术设计学院构建了“产品模型设计与制作”3D打印虚拟仿真实训平台，与国内VR虚拟现实行业高科技企业上海曼恒合作，使用Rhino和3Dmax等建模软件进行三维模型搭建，利用IdeaVR虚拟仿真平台构建3D打印体验虚拟场景及交互系统，运用计算机技术、多媒体技术构建一个完整的大型工业级3D打印体验架构。大型工业级3D打印机价格高昂，电器操作参数复杂，而且现场操作过程具有一定的危险性。通过创客中心的虚拟仿真实训项目，以三维仿真动画在线模拟操作的方式，学生可以直观地了解喷头挤出的电机驱动电路工作原理，了解大型3D打印机喷头的机械结构，学习如何正确设定参数，使喷头更加满足吐丝、温控和操作等要求，有效避免打滑、喷头堵塞等问题，大幅提高产品模型的打印精度和成功率。模型后处理过程缺乏独立作业空间，使用油漆喷桶等工具会产生的有毒有害物质，污染环境，危及操作者的身体健康。以PLA增材3D打印模型虚拟仿真实验为例，学生通过虚拟仿真交互技术可以在实训室场景中自由拿取砂纸、打磨棒、震动抛光机等打磨工具，模拟3D打印模型的平面打磨抛光，研磨抛光等工序。这种创客项目线上教学模式可以让学生反复操练，课后还可以继续借助虚拟仿真平台进行创新实践。

2．2便携式全息投影装置创客项目教学设计

在“便携式全息投影装置设计”创客项目教学中，第一阶段，通过视频连线企业客户了解设计需求，与产业教授在线访谈和互动。经过头脑风暴发散思维，分析筛选创意，形成小组作品设计方案。第二阶段，学生在老师们的指导下，动手制作简易雪弗板投影支架产品原型。过程包括测量全息投影遮罩角度尺寸，裁切透明亚克力板、实验各种不同尺寸显示屏、轴承零件、磁悬浮装置等设备。第三阶段运用keyshot制作个角度旋转拆分动画，以小组汇报形式展示整个制作过程，以方便创客中心师生共同研究全息投影装置的结构问题。通过这种教学模式，培养了发散性思维与创新技能以提升综合创新能力，满足了学生将创新设计快速实现为实物制作的初衷，也使其在目标驱动下不断思索如何设计更具新颖性的创新作品。有的小组设计了榫卯结构全息投影装置，在较大程度上对古代榫卯结构进行了再现，并对部分组件进行一定的创新设计;有的小组设计了灯塔全息投影装置，将灯塔造型的与黑白格调相结合;还有的小组作品设计了浮世白夜花全息投影装置，投影屏运用可翻折的轴承构造，底部托架结合磁悬浮技术。在创客项目实践中，教师鼓励学生通过多次迭代实现设计作品的精细化，运用批判思维协作沟通，找到解决问题的方法，逐步将外观造型实践设计拓展深入至结构材料的实用新型设计。

2．3评价设计

2．3．1线上线下相结合考核评价。本研究通过线上线下相结合的考核评价体系着重考察创客教育模式下学生掌握的产品设计知识以及学以致用解决实际问题的能力。线上，教师通过云班课教学平台课程资源，视频连线企业客户了解设计需求，与产业教授在线访谈和互动;通过虚拟仿真软件进行3D机操作，产品模型设计制作、模型后处等;线下，以案例项目为驱动，在教师引导下交流分享学习成果产生的不同观点和创意。最后，以线上答辩的形式进行实践技能考核，对产品模型设计制作项目进行总结。2．3．2过程性评价。在创客课程项目中，经过前期头脑风暴和手绘确定设计方案后，学生用犀牛进行产品建模、Keyshot加以材质渲染、Premiere进行配乐剪辑等动画演示。在虚拟仿真实训平台的大型工业级3D打印机的虚拟情境中，学生扮演不同的虚拟角色，与教师及企业专家一起通过集体智慧，解决相关的调试、拆卸、交互、安全等一系列具有代表性的实际问题，最终提出可3D打印的创意设计。整个创意构思、设计模型、制作过程、创意作品展示分享到线上平台以及抖音、快手等社交媒体，使得他们的创意得到关注，极大地增强学生的创新精神。2．3．3形成性评价。作业成果以创客小组合作形式，以3D打印实物模型展示进行形成性评价，使学生创客们具备小型展览的布展能力，能通过道具的配合营造展示氛围，烘托展品。通过参与展览现场安装布置全过程，为学生搭建了一个跨专业、跨学科的合作平台，使学生创客的创意作品可以实时地呈现，为学生提供了具有一定强度和挑战的学习与实操机会，激发了学生创客们的兴趣和自主学习的动机。

3评价指标

在3D打印虚拟仿真创客项目教学中，教师通过实验脚本设计，将模型导入IdeaVR虚拟系统进行讲解和演示，设置引擎应用于考试功能，编辑考题，在虚拟场景中进行模拟考试操作。测试包括大型3D打印机操作，产品模型设计制作、模型后处理工序等一系列过程。帮助学生了解用户界面控制、打印机运行控制、建模分析评价等方法和手段。以2020届产品设计专业产品班作为实验组，展示班作为对照组，对76名学生采用SPSS22软件进行作业考核成绩统计，得到独立样本t检验分析如下表所示。在考核总分中，实验组(83．45±11．06)分与对照组(77．38±10．20)分相比，t=3．41，P值＜0．01，有显著差异性。考核结果表明，在基于虚拟仿真实验的大型3D打印机产品模型制作的一系列创客项目教学模式的实施下，学生通过浸入式的三维仿真动画场景能够更加直观地了解3D打印机各个部件的机械结构，迅速掌握大型3D打印机复杂的操作流程，学习效果得到显著增强，基础知识和实践技能的掌握水平明显提高。

4总结

创客教学在高等职业教育领域的研究起步较晚，使得我国创客教学在高等职业教育领域研究的针对性和情境性不强，研究内容也不全面。创客教学是培养拔尖应用型人才的重要途径，高职产品设计是实践性极强的专业，人才培养计划中围绕实践内容设置了大量课程。本文结合多年高职产品设计专业创客教学实践，所提出基于“虚实结合，项目驱动，循序渐进”的教学方法研究与应用，帮助高职产品设计专业学生在创客教学实践环境中探索知识，构建系统的知识体系，培养自主创新的能力。在拔尖应用型人才培养过程中，我们将坚持实施项目式教学，以真实企业项目、设计竞赛项目和专利创新项目驱动创新教育，也为此类创客教学模式的研究建设提供一种可借鉴的模式。

作者:何悦菡 单位:南京工业职业技术大学艺术设计学院