基于现实场域的产品结构设计课程教学实践探索

摘要：本文主要针对《产品结构设计》课程在具体学情中所面临的问题，结合学院的现有资源和专业规划，将《产品结构设计》课程具体定位。本文介绍了普遍《产品结构设计》课程的教学内容，我院学生素质水平、所缺技能、就业前景，学院“一老一小”发展规划，综合以上内容将该课程进行项目式教学规划，实现新技能、新知识的掌握和现有技能、知识的巩固开展，使该课程更具有落地意义。

关键词：产品结构设计 专业规划 教学实践

在传统产品设计专业的《产品结构设计》一般偏向于机械设计方向，因此在课程的教学规划中，一般会融入大量的工科教学内容。但对于本校定位、专业规划、具体学情来说，传统《产品结构设计》教学规划并不与其相符。倘若按部就班地按照传统《产品结构设计》进行教学，教师很容易在教学过程中出现“重理论，轻实践”的问题。当教学目标与内容过于理论化时，产教融合会局限于课堂案例教学层面，缺乏足够的实践指导也会导致部分产品设计专业学生的分析、解决问题的能力不足，无法将学习内容和社会需求有效结合起来，从而导致产教融合无法落地。高职教育的本质目的是培养可上产业一线的技术型人才，需承担起查补社会产业需求、实时更新技术要领、搭建产业与院校衔接桥梁的重大使命。基于此，根据我校规划、我院资源、具体学情优化《产品结构设计》实践教学，使其能够成为学科交叉融合、符合产业需求、促成学生就业、加强传统和新技术交流的核心产品设计课程，是本校专业教师目前面临的重要问题。

一、产品结构设计课程是什么

传统产品结构设计课程内容覆盖从基础知识到高级设计技巧，包括壳体结构、连接方式、特殊结构设计、运动机构设计以及安全和环保设计等。涉及的产品主要为工业产品，如汽车、无人机、家电、手机等等。课程重难点是学生要了解不同工业产品的结构原理，因功能、产品大小、外观不同，结构设计也会不同，而一般产品结构设计课程涉及产品种类繁杂，因此课程难度也会较大。

这些工业结构需要学生熟知工学、材料与工艺的专业知识。比如说对止口、壳体等专业结构的认识，还有其他模具基础，如分模线、拨模角、顶针位置等与生产相关的设计约束。钣金、塑料等材料特性的了解，例如材料的强度、刚度、疲劳分析。根据市场、产品需求对材料进行选择，并对不同的材料采取的制作工艺，例如注塑、冲压、3D打印等。

这些专业知识需要提前在单独课程深入学习，无法在结构设计一门课中了解到所有，毕竟结构设计是以机械设计为底层逻辑，通过结构的细化、不同方向的结构设计开展教学活动，同时还要结合不同类型的工业产品部件去分类学习。

二、具体学情分析

根据上述课程分析，常规传统产品结构设计课程内容并不太适合本校学生教学。首先，产品结构设计课程设置在大二上学期，在此课程前，学生接触了结构素描、马克笔手绘、三大构成、交互设计、数字图形、三维软件应用等专业课程。通过结构素描和马克笔练习、对结构线的强调和三视图的绘制，学生有了结构设计中的所需的建构意识。三大构成提高了学生对空间的理解以及对立体感的把控。交互设计、数字图形、三维软件应用是产品设计中所需软件教学的核心课程，这些课程的教学使学生掌握了即时设计交互软件、PS图形处理软件、RHINO三维建模软件的基础应用。即使通过上述课程，学生有所建构意识，但学生并没有更深入的工学学习，所以对于常规产品功能与结构设计课程所需的前期知识积淀来说，是明显不足够的。

其次，结构设计本身的内容偏向理工、机械设计，需要较强的逻辑思维和动手能力。本专业学生多为经历过艺考的文科艺术生，在工科思维方面，他们相对弱势，与结构设计相比，偏向于造型的外观设计更适合他们发展。

三、学校、学院专业规划

除却学情因素，学校、学院、专业的发展路线也与传统产品结构设计课程内容也不太吻合。首先，学校并未有太多关于工学相关领域的教学设置，由于本校是一所幼儿师范高等院校，学校专业的开设也以婴幼儿需求进行规划，而近年来，因为出生率下降和老龄化社会的到来，学院整体风向标为“一老一幼”，因此学院对于产品设计的规划为：以老年及婴幼儿为服务对象，以益智玩具为主要设计产品。由此可见，我院开展的产品设计专业并不是以传统工造为规划目标，所以从教学内容上以常规内容安排并不佳。

其次，还要结合学校对产品设计专业的规划。产品设计专业的发展以老年及婴幼儿益智玩具为主，学校资源包含附属幼儿园，可便于用户体验调研，市场产品玩具调研，能够和产品结构设计课程内容连续起来，促成更能够落地的项目实践。

同时，在职业技能大赛等大专赛事中，关于儿童和老年人的小型产品也是主要考察方向之一，所以通过不同类型的益智玩具产品带领学生了解结构设计，既符合产品设计专业规划和学校特色，又能够降低传统结构设计中对工学、机械专业知识的要求。

另外，就业是大专院校培养的结果导向，我院在课程设置上，也致力于让学生学习到能为他所用的、能帮助他就业的技能。[1]从就业角度来说，作为大专院校的毕业生进入传统工造企业相对较难，与本科院校毕业生竞争不太有优势。以东风公司的招聘要求为例，基本上与工业设计相关的岗位基对学历的要求为统招本科及以上。这也是为何学校没有将产品设计的专业定位按照传统思维设置的原因之一。对于学生来说，以益智玩具产品设计为切入点，对标中小型设计公司，去培养他们的技能培训目标，对他们的就业来说更为实际。

四、课程内容调整

首先，充分利用好校内非遗工作坊资源，响应党对文化自信的号召。对于我校产品设计专业发展规划和木工工作坊、花馍工作坊这些与非遗传承相关的现有特色资源来说，将益智玩具产品结构设计与非遗文化相结合，可产出一批数字与手工艺相结合的特色文创益智玩具优秀成果。[2]比如，拼接玩具可借助一些传统图腾纹样造型和传统建筑榫卯结构设计，先利用AI建模技术将其造型效果和部件大小确定好后，用木工的方式打磨成型，然后借助花馍的上色工艺进行上色。对于此，可以参考各大博物馆的文创玩具，例如河南博物院的宝立方-鲁班立方体磁力拼接玩具、中国国家博物馆的后母戊戌拼插玩具等等。

图 1宝立方-鲁班立方体磁力拼接玩具

其次，课程内容的调整还要结合学生的学习成果和基本技能的欠缺点。比如说，学生并未学习如何制作产品爆炸动画,而爆炸动画展现的正是产品的内部结构，例如：展示内部零件和外壳的联系、预测装配时可能遇到的各种潜在问题、展现产品细节等等。[3]由此看来，所以该技能点能和结构设计有所衔接，可以在结构设计课程上以练习产品爆炸图的技能的方式带领学生了解产品内部结构。

对于产品爆炸动画，可以以学生常用的设计软件KEYSHOT教学，提升效率。首先要介绍动画有不同的属性，例如淡出动画、关键帧动画、旋转动画、平移动画、转盘动画、景深动画、推移动画等等。并在动画属性讲解时插入产品案例，介绍不同爆炸动画展现的产品特性有何不同。其次，爆炸动画的教学重点应放在操作技能上，操作的本质为移动和旋转：在场景中选择项目的部件，右键添加动画平移，然后再根据你想要的方向在不同轴线上输入想要的单位数值。为了爆炸动画的清晰展现，可以在相机视图里调整视角。

同时，为了让学生利用最大化的时间学习结构设计，也需节省外观设计的时间，因此也可在课程前期教授如何使用AI辅助建模和出图软件。例如绘制出草图后，利用即梦AI生成图片，然后将图片拖拽到TRIPOS中生成模型，然后再将AI生成的模型下载后拖入犀牛，将材质改为塑胶或其他模式，然后将颜色改为白色得到白膜。随后全选物体，在犀牛中转为细分物件，再转换为NURBS曲面。

最后，回归课程本质，传统产品结构设计课程基础知识的学习是不可或缺的，例如：壳体结构、连接方式、运动机构设计、力学分析、特殊结构设计、零件结构认识、制作工艺等等。在此内容的教学中，以案例教学为主，通过产品案例的拆解带领学生认识产品结构设计。

根据上述内容，可确定为产品结构设计课程除了产品结构设计知识本身外，还涉及到非遗传统玩具结构、AI软件辅助外观建模、爆炸图、爆炸动画制作教学。那么教学内容安排比例为产品结构设计知识课上占比50%、非遗传统玩具结构课上占比10%（课下自主延展为主）、AI软件技能教学课上占比20%、爆炸动画学习占比20%。教学逻辑为在讲解非遗传统玩具结构设计案例时，插入AI技能教学和爆炸动画教学，在课程前期解决两大技能点的学习，为课程中后期的结构设计学习打下基础、提升学习效率。

五、教学项目建构

产品结构设计课程为期6周，每周课时为12小时，以板块为单元进行项目式的安排，共分为三大板块，分别为：传统玩具结构设计，幼儿、老年人智能玩具设计，幼儿、老年人智能玩偶设计。

第一板块为传统玩具结构设计学习，主要学习的产品是流传了千年的益智玩具：鲁班锁（又称孔明锁、八卦锁），其核心原理是通过多个部件的巧妙咬合，形成一个稳固的整体，无需钉子和胶水。通过对鲁班锁的学习，可认识榫卯结构、加强对中华传统文化根基的认同、促进非遗技艺传承。

传统益智玩具板块的教学顺序安排为先了解榫卯和鲁班锁的基本架构，在通过借助AI工具、具体实例建模，并渲染最终方案，生成产品爆炸动画。因传统鲁班锁造型比较典型，学生也有建模基础，可通过一周时间进行传统鲁班锁AI辅助建模实践，学习AI建模软件操作，并通过爆炸动画进一步理解传统榫卯结构。

鲁班锁的典型结构类型有3种：六根锁、九根锁、球型锁，以最基础的六根锁为例，核心部件主要为主框架、支撑条和关键榫卯，2根带中央凹槽的长条，形成十字交叉基础，4根带有不对称凹槽的短柱，通过旋转卡入横梁。关键榫卯凹槽深度和角度设计精准，确保咬合后无松动。

图 2六根锁结构尺寸

根据鲁班锁的拼装顺序和拆解技巧，爆炸动画结构展现时，需考虑鲁班锁的解锁方式。鲁班锁里的钥匙，一般有 3 种：抽根法、错开法、旋转法，学生也能利用不同的解锁方式深入练习爆炸动画制作。

在第二周时，可让学生参考市面上文创拼装类玩具，立足于自己的创意，借助AI工具，快速实现创意外观可视化，节省外观设计时间，并给予出拼装部件尺寸参考和建模步骤参考，梳理结构顺序，通过自身设计思路，对传统鲁班锁进行现代化的创新。

第二板块为幼儿、老年人智能玩具设计，主要学习产品对象为老少皆宜的故事机，幼儿主要通过听觉感知语言节奏，有规律的音乐主要起到安抚情绪、提供听觉刺激的作用。对于视力不佳的老年人，故事机也是消遣娱乐的不错选择。

因此第三周要先通过故事机基础功能的拆解了解小型电子产品的结构知识，产品虽然不大，但结构件数量并不少。例如对于耐跌落要求，结构件固定的方式多是以螺丝配合卡扣来实现。喇叭的结构形式设置为前后音腔，保证机器出音的音质。主体前后躯干通过顶部，底部螺丝，卡扣和柱子配内六角孔来实现固定限位，内部3个电路板也采用螺丝固定。因此在本周的教学中，学生要学习螺丝及塑胶螺丝柱设计，止口、卡扣结构，按键结构设计，电池门、电池仓、自动卡门结构等等。

第四周可让学生在第三周故事机及相关小型电子产品的结构知识基础之上，发散思维思考如何根据老年人、幼儿的需求添加功能，借助AI工具处理外观，并妥善处理结构和外观设计之间的关系。

第三板块为AI陪伴产品结构设计，由于老年人和幼儿都有陪伴和看护需求，因此第三板块主要学习产品拆解是AI陪伴智能玩偶。首先针对老年人和幼儿，AI智能陪伴玩偶的共同功能有健康事件监测、固定陪伴角色、个性化交互、家属控制中心、趣味性游戏等等。因此在第五周时，学生要了解磁吸、麦克风、lcd屏幕、摄像头、扬声器、步进电视、充电板、触摸传感器等零件结构。相信在第三周和第四周对小型电子产品的学习基础之上，学生对于部分零件结构能够更快上手。

对于第六周的考试安排，则可以以AI智能陪伴玩偶结构设计为题，让学生自选某一年龄段的幼儿或老年人，通过市场调研了解其需求，制定其功能，通过所掌握的AI技能快速创意可视化，在安排产品内部零件结构设计。

六、结语

针对学情，考虑到传统《产品结构设计》课程内容与之并不适配，本论文将本校资源、学生缺失技能点、专业特色，有机融入到《产品结构设计》课程项目化教学中。以项目实施过程为主线贯穿整个教学过程，望通过数字技术引入、非遗传承学习和适配就业范围三个方面的教学重构，构建全新的教学体系。进而，为第一届产品设计专业的《产品结构设计》教学构建了初始教学项目库，后期课程也会根据学情和学科发展持续更新优化课程项目。

文章来源：《新美域》https://www.zzqklm.com/w/qk/29468.html