基于“人机仿真平台”的产品设计专业项目制教学模式研究

徐平 章勇

摘  要：针对产品设计项目制教学中存在的现实问题，围绕“学生能力培养”和“特色产业需求”，提出了基于“人机仿真平台”的项目制教学改革方法。分别讨论了“人机仿真平台”的构建、项目制教学方法和课程考核的设计，并面向纺织机械产业需求进行基于“纺织机械人机仿真平台”的项目制教学模式改革实践。

关键词：项目制;教学模式;人机仿真平台;产品设计

基金项目：本文系湖南省普通高等学校教学改革研究项目“面向纺织行业装备产业的产品设计专业创新人才培养模式探索与实践”（湘教通[2017]452号-375）研究成果。

项目制教学是以产业需求为目标，以项目的流程和实际进度来组织教学活动。老师在组织学生做项目的过程中，引导学生探索新知识，传授学生新技能，从而达到培养学生自主学习能力、项目执行能力和系统化解决方案能力的人才培养目标。由于项目制教学在学生自主学习能力和项目执行能力培养方面的优势，近几年，得到了各高校的广泛重视。李津津等介绍了贯通式项目制教学，即从大一开始，就针对学生设计一个综合性的实践项目，以研究性项目为主导，在导师指导下，学生用3～4年时间完成实践项目^[1];毕学锋介绍了采用“以问题为导向”的工作室项目制教学，目的是让学生能够针对某些社会问题组织调研并开展设计思维方面的思考^[2];蔡国良介绍了实战项目制教学实施的步骤和方法，并总结了项目制教学的优劣势^[3];崔木扬、王小冬介绍了设计类专业项目制教学实践的过程组织，总结了项目制教学的优势^[4]。从诸多研究成果可以看出项目制教学应用广泛，各专业都在积极探索。产品设计专业与产业需求的高度融合性，使该专业迫切需要开展项目制教学研究。然而，在产品设计专业实际的项目制教学过程中，存在诸多实际困难。在分析实际困难的基础上，讨论了应用“人机仿真平台”组织项目制教学的举措，并以服务特色产业需求为背景，实施了基于“纺织机械人机仿真平台”的项目制教学实践，为信息技术支撑下开展项目制教学提供参考。

一、产品设计专业项目制教学问题分析

项目制教学离不开企业的参与，需要企业全程参与设计阶段性成果的评鉴。但对于内陆地区高校，项目制教学模式的落地实施存在诸多现实困难，教学过程中尚存在一些问题：一是缺乏支撑专业特色建设的企业实题支持，即便争取到企业实题，但由于路途遥远，组织学生到企业实地考察存在经费、安全等现实困难。我校产品设计专业依托纺织工程背景，积极培养具有纺织机械备产业需要的应用型人才。但由于纺织机械产业主要聚集地并不在本地，因此无法组织学生大批次地到企业实地考察。不能实地参观和现场感知特色产业需求，学生们就无法形成设备与环境、设备与使用者之间较详实的感性认识;二是诸多特色产业设备往往价格高、占地面积大、台套数少，项目制教学现场参观中企业设备和学生人数匹配度上仍存在很大问题，造成了一群学生围着一台设备听讲解的现场教学现状，学生难以深入理解设备操作及结构原理;三是项目的时效性要求，往往无法与教学进程一致，给教学活动的组织和进度安排带来困难。鉴于此，本教学团队依托虚拟仿真技术，进行了基于“人机仿真平台”的项目制教学模式改革研究，并从“纺织机械”视角进行了改革实践。

二、基于“人机仿真平台”的项目制教学设计

（一）“人机仿真平台”的构建

基于“人机仿真平台”的项目制教学改革，首先是依托学校学科背景和地方产业优势，设定专业建设服务的特色产业方向，建设特色产业相应设备的“人机仿真平台”。我校产品设计专业依托纺织工程背景，面向纺织机械产业需求，建设了“纺织机械人机仿真平台”。人机仿真平台包含三大模块，即学习区、需求区和设计区。

第一模块是学习区。该区设立知识储备区、设备演示区、交互体验区。知识储备区是对特色行业产业进行行业特色、设备类型等方面的介绍，帮助学生对特色行业有一个总体的认识。设备演示区是对知识储备区介绍的设备进行工作原理动画展示、工作流程动画展示和部件结构组装动画展示，构建真实的设备工作流程场景，生产过程采用仿真运行，全面演示该特色行业产业设备特征，帮助学生深入理解各设备使用方式。交互体验区是对主要设备进行VR操作体验、VR样機拆装体验，实现设备的基本常规操作，如开、停、事故处理等方面的学习。通过虚拟交互，帮助学生更明确地感知设备使用中的人机关系和拆中的部件位置关系，从而提出该设备所要解决的问题。通过对知识储备区、设备演示区、交互体验区的学习，能够有效解决现场参观、演示安全、组织等困难，及当前项目制教学中台套数与学生数之间的不平衡问题，并且通过“人机仿真平台”三大模块的互动充分锻炼学生的自学能力，帮助学生建立问题意识，提高学生工程实践能力。

第二模块是需求区。该区及时发布企业需求，并根据企业需求直接连接到学习区相应的设备介绍、设备演示、交互体验模块，方便学生根据企业需求定点自主学习相应的特色行业产业设备相关知识，发现设计待解决的问题，形成明确的设计定位。老师对学生的自主学习进行指导，老师联系企业，与学生一起就设计定位进行研判，进而形成获得企业认可的设计方向。

第三模块是设计区。该区功能是提供企业、老师、学生对设计实践过程进行交流，对设计成果进行陈列的平台。学生依据需求区所形成的设计定位进行方案设计，老师在线下对学生方案草图、3D模型、实物模型的各阶段进行指导，与学生形成的每一个阶段成果发布到设计区。老师负责联系企业，在设计区对不同阶段成果进行对接，在相互讨论中修订设计方案，直至产生最终设计成果，并在设计区进行陈列。

（二）基于项目制的教学方法设计

在“人机仿真平台”的教学过程中，通过需求区实现以企业实际需求为导向的项目制教学：老师联系特色行业企业，企业提出并发布设计需求;学生根据设计需求在老师的引导下到学习区进行相关知识的学习，老师定期召开讨论会，学生对行业背景、设备工作原理、结构等进行汇报，既可以帮助老师掌握学生相关知识点的学习情况，又可以对学生的自主学习起到督促作用;学生运用交互体验区对设备使用方式、人机关系、设计需求进行认知体验，与老师讨论设计方向;企业、老师、学生在需求区一起研判设计定位;老师根据设计定位对学生设计过程进行指导，并将设计阶段成果与企业对接，企业、老师、学生共同讨论、修改设计方案，最终形成企业、老师、学生共同的设计成果。从项目制教学组织可以看出，在“人机仿真平台”的教学过程中，教师已由传统的教学转变为指导和组织，工作的重点是与企业协调创造特定的设计实践环境、引导和监督学生自主学习，倾听、组织企业参与讨论，并给予方向性的指导，使学生成为教学活动的主体。

本教學团队面向纺织机行业装备产业进行“纺织机械人机仿真平台”的项目制教学改革，大三学生针对产品设计进行为期一个月的设计教学实践。在教学实践前期，教学团队制作完整的“纺织机械人机仿真平台”学习区的内容，对纺织机械的行业背景、设备类型、发展趋势等进行逐项建设;并选择捻线机、梳理机、纺织机、浆纱机、染色机、整经机、切布机、提花机等设备进行数字化建模、动画演示和VR交互设计。学生们对纺织机械产品非常陌生，在开展相关项目之前，学生有选择地在学习区进行学习。老师联系纺织机械相关企业提供设计需求，最终设立了“具有现代设备视觉语言的提花机”“智能化梳理机”“多功能开松打包一体机”三个项目。学生对标项目，到学习区分别学习提花机、梳理机、开松打包机相关知识，并进行虚拟感知体验，形成设计定位。老师、学生、企业在“纺织机械人机仿真平台”对设计过程进行跟进、研判，最终形成了较为理想的设计方案（如图1）。

（三）课程考核设计

基于“人机仿真平台”的项目制教学，设计项目主要来自特色产业企业的实际需求。在老师的协调下，学生与企业保持真实有效的沟通，包括项目开始之初与企业、老师讨论并确定设计定位、设计过程中企业参与研判各阶段的效果等。最终考核并不局限于最终的设计效果，而对“人机仿真平台”学习区的学习效果、需求区和设计区的沟通讨论效果、设计需求的实现效果和项目按计划执行效果等方面进行综合评价。其中，对学习效果的评价是从学生对陌生的特色产业知之甚少到侃侃而谈状态转变的评判，是对学生自主学习能力的考核;需求区和设计区的沟通讨论效果的评价是对学生协调沟通、团队协作能力的考核;设计需求的实现效果是从设计方案最终落地的可行性进行考核，考察学生的实践落地能力;对项目按计划执行效果的评价，反映了项目制教学中对学生职业化能力培养方面的考核。

三、结语

在构建面向特色产业的“人机仿真平台”教学与实践平台的基础上，带领产品设计专业大三的学生开展教改实践。通过“纺织机械人机仿真平台”进行项目制教学实践，学生面对纺织机械这一特殊产业，尽管生活中接触不多，对该产业设备不熟悉，但经过老师的引导和对学习区、演示区、交互区的自主学习，对纺织机械这一特殊产业设备有了较为清楚的认识，使学生的自主学习能力得到充分锻炼。通过设计区设计方案的反复对接，企业、老师、学生形成合力，设计方案的最终效果有了普遍的提升，教学与实践平台的结合产生了良好效果，达到了教改方案的预期目标，具有广泛的应用与推广价值。在信息技术不断发展的当下，以虚拟仿真技术为支撑，使开展面向特殊产业设备的“人机仿真平台”项目制教学具有可操作性。

参考文献：

[1]李津津，叶佩青.新工科背景下贯通式项目制研究型综合实践教学模式探讨[J].中国大学教学，2020（10）：58-61.

[2]毕学锋.危机之下的毕业设计探索[J].装饰，2020（6）：32-33.

[3]蔡国良，陈平.双创教育中实战项目制教学的应用探索[J].高教学刊，2020（31）：39-41，45.

[4]崔木扬，王小冬.“项目制”教学理念深度实践研究——以展示设计课程为例[J].设计，2020（13）：104-107.

作者简介：

徐平，博士，湖南工程学院设计艺术学院副教授。研究方向：工业设计及理论研究。

章勇，博士，湖南工程学院设计艺术学院副教授。研究方向：人机工程学。

编辑：雷雪