产品结构及原理课程改革研究
——以安徽工程大学为例

程华波，刘明彬

安徽工程大学，安徽 芜湖 241000

一、产品结构及原理课程开设现状及意义

（一）专业背景

工业设计专业隶属于工学机械类。全国开设工业设计专业的高校生源大都来源于理科生，因此，该专业学生的学科背景是理工类，具有良好的数理分析及计算能力、理性思维能力。国内部分高校的工业设计专业设立在机械学院、建筑学院或者其他理工院系，少部分设立在艺术设计学院或信息传播学院等文科院系。2018年教育部高等学校教学指导委员会编制的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》（以下简称《国标》），《国标》中指出：工业设计专业适用机械类教学质量国家标准，学科基础知识应该覆盖以下知识领域核心内容：工程图学、力学、热流体、电工电子学、材料科学基础等，并要求数学和自然科学类课程至少占总学分15%。总体上，机械类专业更加强调学生自然科学、工程科学以及机械学科及相关学科专业知识的融合，更加强调学生只适合能力的融合，更加强调学生设计、创新和工程技术应用能力培养[1]。根据《国标》要求，高校工业设计专业开设的学科基础必修课包括：机械制图（或工程制图）、机械基础、大学物理、高等数学、电工学等理工课程。

目前，工业设计专业设在理工院系，专业课出现“重理轻文”现象。例如开设机械设计基础、材料学、先进制造工艺学、电子技术、信息处理技术等大量理工课程，而产品设计原理、产品设计程序、设计表现、电脑建模等设计学课程却偏少。工业设计专业设立在艺术设计学院或其他文科院系的高校，专业课出现“重文轻理”现象，开设标志设计、设计思维、设计程序、家具设计、玩具设计、产品开发设计、产品系统设计等大量设计类课程，而机械制图、电工学、力学等理工课程被削减，仅仅保留机械基础、大学物理、高等数学等极少数理工课程，更有甚者，理工课程全部去掉。鉴于以上两种极端现象，导致了工业设计专业理工课程和设计类课程不能协调平衡发展，并且长期处于割裂状态，少有将理工知识向设计知识过渡的课程。

（二）课程背景及意义

工业设计专业人才需要具备解决问题的实践能力，理工科课程培养的理性思维需要向感性思维转变，科学分析能力需要与实际问题相结合，否则就容易使得机械原理、材料学等理工知识出现“学而无用”的尴尬局面。目前一些工业设计专业开设较早的院校已经意识到理工知识与设计知识相割裂、无衔接过渡的问题，专门开设了相关课程来缓解矛盾。不同于《机械基础》《机械原理》课程，产品结构及原理课程是作为工业设计专业学生《大学物理》《机械基础》后续课程，旨在培养学生工科计算分析能力向设计思维、设计能力转变，培养学生将工程知识与设计能力融合的能力而开设的过渡性专业课，是工业设计专业必开设的专业课之一。

二、安徽工程大学产品结构及原理课程介绍

安徽工程大学工业设计专业2012年开设产品结构及原理，持续至今，课程根据培养方案共有2次修订。2018年，根据《国标》及学校对工科实验课时要求。课程从纯理论课调整为理论与实验相结合课程。32学时中理论课时为24学时，实验学时为8学时。反向设计是从需求开始,由需求决定培养目标,再由培养目标决定毕业要求,再由毕业要求决定课程体系[2]。因此，根据人才培养方案，课程由理论讲解为主，开始转向实验和设计为主。

产品结构及原理课程教学大纲从2012年制定以后，后面修订2次。最近一次在2016年修订，确定了课程目标为：1.树立产品结构和工作原理的意识，纠正工业设计仅仅是做外观造型设计的错误观念，树立正确的、系统的设计观。2.掌握常见产品中的折叠构造、契合构造、连接构造、力学构造、连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构的结构特征及应用方法。具备绘制运动简图能力和原理表述能力。3.具备根据产品的运作方式构想内部结构和工作原理的能力，能综合运用所学的工学知识对产品的结构和工作原理进行创新设计。2018年修改教学大纲，增加认知实践内容。

开课之初，由于参考经验较少，所以授课内容仍以《机械原理》相关内容考核基本知识点为主，以产品常用构造应用讲解为辅，课程的考核方式为闭卷考试。2016年，课程内容及授课方式进行了调整，从单纯理论讲解到实践应用举例与分析讲解，考核方式从闭卷考试到课题设计。经过调整后，课程效果比较好，一直沿用至今。

三、课程所遇到的问题及思考

2012年，开设该课程的目的是解决工科知识和设计学实践相脱离的问题，“在新工科建设中，工科优势高校要立足产业、立足工科，主动出击，积极吸收最新科技成果，同时消除传统工科间的隔阂，展自身学科所长，加速工科间的交叉融合，拓展工科专业的内涵和建设重点，打造工程学科专业的升级版”[3]。安徽工程大学是一所以工科为主的高校，工业设计专业设立在艺术学院，产品结构及原理在授课过程遇到了不少问题。

1.注重理论讲授，关注对“物”及其原理的讲解，缺少设计思维及发现问题能力的培养。国内相关课程不多，体系不完善，教材较少，因此缺乏好的经验。安徽工程大学产品结构及原理课程最早征订的教材是2011年由叶丹、孔敏编著的《产品构造原理》，该教材是艺术设计类专业指导丛书，主要对产品的普通构造进行了普及讲解，比较适合产品设计专业学生使用；2014年，课程教材采用的是刘宝顺编著、中国建筑工业出版社的《产品结构设计》。该教材是将材料加工工艺与机械原理相关内容进行整理，注重产品工作原理讲解，比较适合机械类专业学生；2016年，课程改用叶丹、董洁晶编著的《构造原理——产品构造设计基础》。该教材与《产品构造原理》内容基本相同，比较适合没有工科背景的学生使用。2018年，教材改用中国轻工业出版社缪元吉、张子然编著的《产品结构设计——结构活动型产品》，该教材对铰链机构演变及应用进行了详细讲解，并对案例进行了详细分析，注重设计实验。每本教材偏重都不一样，印证了将工程知识与设计相融合的难度和各院校的特色。

2.内容重复，学生学习积极性不高。由于产品结构及原理课程中涉及到学生原修课程《机械基础》相关内容，例如运动副、自由度、平面连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、棘轮机构等，部分内容重复，学生学习兴趣不高。

3.考核方式单一，不能真正考核学生的综合能力。在2016年以前，课程一直以闭卷考试方式考核学生的计算分析能力，虽然内容更加贴近设计实际应用，但并不能考核学生工程知识与设计实践相结合的能力，学生的思维方法与其他工程类课程相同，无法向设计思维与方法进行转变。

4.课程结束后，学生缺乏获得感。由于课程的授课方式、授课内容、考核评分方式都与其他工科课程极相似，并且课程部分内容与先修课程重合，导致学生学习积极性下降，除了考试高分的满足感外，并没有其他获得感，与“新工科”教育理念相悖。

四、课程改革探索

在2016年，产品结构及原理课程教学大纲已经定型，目标是培养学生发现问题并能将工程原理知识与设计需求相结合的能力。这需要分别从课程内容、授课方式、考核方式等方面进行改革实践。

1.在课程内容上，除了对《机械原理》相关内容进行复习性讲解外，加大了对产品的普通构造、力学构造、加工构造等内容的讲解，弱化计算分析和方法内容，强化产品的结构分析认识方法、普通构造的功能、原理分析及应用的讲解。例如在讲解产品结构组成内容部分，采用图解及举实例方式讲解认识分析产品结构的方法。围绕“结构”，采取“含义”——“案例”——“简图”的方式，从字面意义的理性到实物产品的感性再回到知识理性的过程，避免单一字面意义的死记硬背，将理解转变成知识。具体操作方法是：第一步，介绍《现代汉语词典中》中“结构”的概念；第二步，进行产品实例解剖讲解；第三步，归纳出帮助学生理解“结构”的图示。

2.在授课方式上，注重教学内容对应的教具运用，轻理论讲解，加大设计思维实践的力度。在课下，注重教学内容对应的教具的研究，搜集或者自行研发各种教具，在课堂上运用教具，对提高学生学习兴趣，提升教学质量具有很大帮助。例如，根据九龙公道杯原理，用3D打印技术制作了一个塑料饮水杯，在课堂上进行原理的讲解，既具有现代制造技术的介绍，也有传统设计智慧的展示，增强学生的知识点理解。在课后，布置相应的作业，让学生根据公道杯的原理，用矿泉水瓶和牛奶吸管，制作原理模型，学生的学习积极性非常高，学习效果非常好。“施教之功,贵在引路,妙在开窍”，“教得怎么样”最终要由“学得怎么样”来评价。这种方式教学，更接近“新工科”倡导的OBE理念。

3.在考核方式上，抛弃了理论考试方式，用课题设计作为课程考核主要方式，效果明显。工业设计专业学生在大一、大二所上的《大学物理》《机械原理》等课程都是采用的理论考试方式，考核学生对于相关概念的理解和计算能力，而本课程的目标是将工科知识向设计运用的转变。在2012年至2015年，课程的考核方式还是与其他工科课程一样，采用闭卷理论考试的方式，但结课后学生普遍认为产品结构及原理是《机械原理》相同性质的课程，课程目标并没有达到。

五、课程改革的效果

（一）课程改革效果

课程自2012年开设以来，从课时、内容、授课方式、考核方式等方面进行改革，取得了一些成效，具体表现在：

1.学生的学习积极性有了极大提升。在课堂上，面对有趣的内容和教具，没有了一言堂的理论知识的灌输，学生上课的出勤率和课堂反应都有了很好的提升，经过课后调查统计，学生对课程的满意度提升了很多。2020年5月，就本课程进行了线上调查问卷，学生非常满意比例高达52.63%，感觉满意的比例高达43.42%，合计96.05%，比课程改革前的满意度75%有了很大提升。

2.学生的专业素养有了提升。本课程是连接大二工科课程和大三专业课过渡的桥梁，从对学生后续专业课的设计创意能力对比就可以发现，学生的专业素养有明显不同。在进行课程改革之前，由于受到课程《产品形态设计基础》影响，工业设计学生在进行后续专业课时，思维始终停留在造型上，大部分时间都在考虑“如何做一个好看的产品”，而不是“如何做一个好用的产品”。这与设计的本质是相悖的，古语云“玉卮无当，不如瓦器”。课程改革后，学生养成了专业习惯，即先确定功能结构，后做造型，这才是正确的专业过程。

3.学生的获得感增强。由于课程作业比较完整，学生直接就可以将课程考核作品提交相应的专业赛事，一些学生因此获得省级以上专业赛事奖励；没有获奖的学生也经过参加赛事，积累了一些经验，为后面参加专业赛事打下良好的基础，也积累了大四作品集的素材，所有学生都得到分数之外的“实惠”。

六、结语

产品结构及原理课程是工业设计专业一门学科基础课，是连接工科知识和设计实践的桥梁课程，类似的课程还有《人机工程学》。通过对课程的内容、授课方式、考核方式等改革，可以实现学生的知识向实践能力的转化，真正实现“学以致用”，使得人才培养更符合“新工科”成果导向理念，为培养创新型工业设计人才打下坚实基础。