工業(yè)設計模型制作實驗室建設及教學模式探索

摘要：目的：通過對工業(yè)設計專業(yè)模型制作課程所開展實驗項目的研究，分析模型制作實驗室建設思路，探究適合工科學生手工技能鍛煉和創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的實驗教學模式。課程教學由側重材料特性、制作技法的掌握轉向以創(chuàng)意為導向的模型表現(xiàn)技法與程序的學習。方法：圍繞產(chǎn)品模型實驗教學體系，設置工科學生實踐環(huán)節(jié)的模塊化實驗教學形式，劃分為基礎型、拓展型、研討型模型實驗模塊，由易到難，保持實驗模塊的有序銜接。在教師主導下認識材料并掌握技能，結合美國教育家約翰·杜威的“從做中學”教育理念，引導學生制作與探索的興趣，在教師創(chuàng)設的課題情境中開展啟發(fā)式教學。結果：對模型制作實驗室設備儀器進行系統(tǒng)化研究，增強了實驗教學設備的硬件保障，提高了產(chǎn)品模型作品的質量。堅持技術與技能相融合，將數(shù)字化快速成型設備加工與傳統(tǒng)手工制作技藝相結合，產(chǎn)品模型的制作水準和細節(jié)效果得到了充分體現(xiàn)。模型實驗室軟硬件建設有效提高了課堂效率，減少了實驗教學時長，實驗室運作更為專業(yè)高效。結論：實驗項目的模塊化設置激發(fā)了學生的創(chuàng)作熱情，強化了學生的專業(yè)實踐技能，促進了學生對職業(yè)精神的認識。工業(yè)設計專業(yè)實踐教學的改革創(chuàng)新提升了人才培養(yǎng)質量，促進了實驗室專業(yè)系統(tǒng)化建設和實驗教學質量的全面提升。

關鍵詞：產(chǎn)品模型制作；實踐教學模式創(chuàng)新；實驗室建設

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）23-000-03

0 引言

模型制作課程是工業(yè)設計專業(yè)不可或缺的基礎課程，學生通過對加工方式和材料屬性的認識，用立體的方式呈現(xiàn)設計方案。由于實驗設備的更新和教學環(huán)境的改善，模型制作課程的實驗訓練內容將不斷改進，探討實驗室建設和實踐教學模式的構建具有積極意義。

1 模型制作在專業(yè)實踐教學中的作用

1.1 課程的應用意義

隨著數(shù)字化時代的來臨和現(xiàn)代企業(yè)對設計人才要求的不斷提高，工業(yè)設計專業(yè)的實踐教學體系也在不斷調整和優(yōu)化。部分院校修訂培養(yǎng)方案時將模型制作課程與其他基礎實踐課程相結合，推出平面到立體的貫通式實踐課程培養(yǎng)體系，取得了良好的教學效果。

工業(yè)設計專業(yè)采用工科培養(yǎng)模式，培養(yǎng)方案需要兼顧學科基礎課程、專業(yè)核心課程，模型制作課程一般為64學時或集中實踐環(huán)節(jié)3周，強調培養(yǎng)學生的空間想象和三維造型能力。課程也可劃分為側重理論學習的模型技術初步了解和側重實踐教學的模型制作綜合實訓兩部分。設計是一個具有創(chuàng)造性的不斷思考、修改的過程，而產(chǎn)品模型制作是這一實踐過程的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過設計師設計構思的產(chǎn)品概念需要以有形的形式表現(xiàn)出來［1］。產(chǎn)品模型是對設計創(chuàng)意拓展延伸的實踐環(huán)節(jié)，也是驗證人機尺度、功能合理性、形態(tài)特征等方面的重要依據(jù)。學生在模型制作課程中掌握的工藝技法，可服務后續(xù)專業(yè)課程、集中性實踐環(huán)節(jié)以及學科競賽等。

1.2 模型制作課程作用

1.2.1 訓練學生對材料的認知能力

模型材料具有獨特的質地和材料特性。針對石膏、油泥、金屬等人造材料，認識材料的工藝屬性；針對木材和竹藤等具有可持續(xù)再生特性的天然環(huán)保材料，讓學生感知材料的自然純樸。培養(yǎng)學生對模型材料的認知，對后續(xù)專業(yè)學習和設計創(chuàng)新的開展具有積極意義。

1.2.2 培養(yǎng)空間想象與轉化能力

啟發(fā)學生對三維形態(tài)與形體的思考，了解點、線、面、體在實體模型中的空間關系，培養(yǎng)學生的空間想象與轉化能力。嘗試在自然和人為形態(tài)中進行藝術加工并轉化成抽象的形態(tài)。通過提煉動植物形態(tài)主要輪廓線得到二維簡化形象，制作草模對形態(tài)進行分析，運用仿生設計手法制作精細模型。

1.2.3 學會嚴謹細致的制作技能

不論是對何種材料進行加工制作，均需要保持嚴謹細致的作風，不斷提高學生的基本操作技能。全方位鍛煉學生的動手實踐能力，做到手、眼、腦協(xié)調一致，保證模型的美觀度與精細化。大體量的油泥模型可以培養(yǎng)耐性，長時間的專注塑形有助于形體感的培養(yǎng)。

2 模型實驗室建設思路

工業(yè)設計模型制作實驗室建設要有清晰的規(guī)劃，以所開展的實驗項目為基礎，考慮分階段建設和設備采購的有序銜接。

2.1 實驗室定位

實驗室建設服務于模型制作課程，同時兼顧其他實踐課程、實習實訓、專題設計、學科競賽的模型制作。依據(jù)課程教學大綱開展相關實驗項目，實驗設備的采購須圍繞實驗項目展開。實驗項目涉及工業(yè)油泥、塑料板材、木材加工等，鍛煉學生對材料的認知，熟悉加工流程并掌握制作工藝。高校的工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)目標各有側重，以所開設的專業(yè)課程為依托，逐漸形成鮮明的辦學特色。實驗室定位結合專業(yè)辦學特色，培養(yǎng)學生的三維造型能力和動手實踐能力。

2.2 實驗室布局規(guī)劃

面對大型設備的安裝放置和用電要求，須參考產(chǎn)品說明書并咨詢廠家技術人員。實驗室設備放置要有總體布局規(guī)劃，靠窗一側采光充足，可以開窗通風，大型設備適合臨窗安置，設備須預留充足的操作空間，和窗戶保持一定距離，防止夏季陽光暴曬或雨水淋濕機器。實驗室要規(guī)劃電動設備操作區(qū)域、打磨修整區(qū)域、加工組裝區(qū)域和工具設備存放區(qū)域。設備操作區(qū)地面須粘貼黃黑相間的警示膠帶，提醒學生注意安全隱患。

2.3 水電與通風

模型實驗室除室內照明外，對水電和通風換氣也有明確要求。大型設備多使用三相供電，需要專業(yè)電工人員檢查或安裝，確保用電安全。自動伸縮電鼓垂直安裝于房頂橫梁，電鼓可以為2～3個手持式電動工具提供插座，有效解決地面電線凌亂的問題。室內通風管道起到換氣作用，改善空氣質量。實驗室用水可采用兩槽或三槽不銹鋼水槽，加深的槽體方便滿足實驗用水要求。

2.4 防塵、防噪聲

規(guī)劃實驗室時要考慮除塵問題，針對木材在切割、打磨過程中產(chǎn)生的木屑，可使用專業(yè)木工集塵器。手持式電動工具搭配移動式集塵器，工具和箱體通過集塵軟管連接。清理實驗室地面時使用大吸力的桶式吸塵器，有效清潔地面塵屑浮灰，保持室內整潔無塵。部分電動工具和木工機械產(chǎn)生的噪聲80～90分貝，使用隔音耳罩后降噪值在35分貝左右。

2.5 實驗室家具

實驗室家具可以分為柜類、架類和臺桌類。柜類家具是指實驗柜、落地儲物柜、展柜，實驗柜用于放置手持式電動工具、五金工具、替換耗材等，展柜用于陳列樣件、學生模型作品。架類家具是指多層金屬儲物架、移動白板架、移動式展板。模型工作臺使用厚度在50 mm以上的實木臺面，耐沖擊性好，適合加裝臺鉗，金屬框架具有良好的承重穩(wěn)定性。

3 實踐教學模式探索

實踐教學在工科專業(yè)教育中尤為重要，模型制作課程側重于實踐應用教學，學生感知材料屬性、強化動手能力的同時，其主動思考和設計創(chuàng)新能力得到充分鍛煉。就模型表達或表現(xiàn)而言，其制作程序和方法既是設計或進一步完善設計的過程，又是依靠具體技能強化設計表現(xiàn)的過程［2］。

3.1 課程教學模式

3.1.1 以材料為章節(jié)的案例教學方法

課程理論部分按照教學大綱和教材框架，采用以模型材料為章節(jié)的案例教學法，講解使用PPT課件和記錄加工制作過程的微視頻。學生在學習理論知識的同時，通過微視頻獲得全視角沉浸式的學習體驗。

3.1.2 打造進階式實驗項目

受課程學時的限制，學生無法對模型材料逐一進行加工制作，實驗項目的設置要考慮難易程度和技法的鍛煉學習。通過實驗項目掌握同一類材料的制作技法，最后要具備模型制作綜合技能運用的能力。

3.1.3 結合學科競賽和大創(chuàng)項目

模型制作課程設置在第四學期，課程大作業(yè)根據(jù)學生意愿，將大學生學科競賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和教師科研項目作為課題來源，將產(chǎn)品創(chuàng)意與模型制作結合起來進行指導，鍛煉學生自主創(chuàng)新能力和對設計課題的駕馭能力。

3.1.4 融入工匠精神和課程思政元素

工業(yè)設計的發(fā)展與工匠精神的淵源由來已久，在手工藝設計階段，從事造物的人們就逐漸形成了精雕細琢、精益求精、追求完美的精神理念［3］。在技能學習中潛移默化地形成精雕細琢的專業(yè)精神，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神，養(yǎng)成一絲不茍的精細精神。通過模型案例教學和切身體會，讓學生感受到模型師技術之精湛并深知技藝的內涵，高質量完成模型僅為“技”的表現(xiàn)性效果，優(yōu)秀的設計師能將專業(yè)技能與美學素養(yǎng)相融合，“技”升華為“藝”，制造出兼顧“用”與“美”的產(chǎn)品。

3.2 課程考核體系

課程考核由平時成績、模型理論考核、實驗項目組成。平時成績是學生在基礎理論知識學習階段的出勤情況、課堂表現(xiàn)、課堂參與度；模型理論成績是材料認知與加工成型方法的課后作業(yè)；實驗成績按實驗項目累加計分，實驗項目成績包含同一類材料模型和多種材料的專項設計。模型的完成質量，涵蓋設計創(chuàng)意、形態(tài)比例及細節(jié)塑造、模型表面處理效果、各構件組裝、實驗工作量等。學生按照學校統(tǒng)一的格式規(guī)范撰寫說明書，用文字、圖片詳細記錄模型制作過程，附圖以燈光攝影形式拍攝模型作品。

3.3 優(yōu)化實驗教學模塊

實驗設備的優(yōu)化促使實驗教學內容不斷更新，模型制作課程教學方法也需要與時俱進。傳統(tǒng)的模型制作教學側重于制作技法的掌握，學生花費在板材切割、打磨上的時間較多，擠壓了模型教學部分學時量，學生大多處于被動學習狀態(tài)，阻礙了創(chuàng)造力的發(fā)揮，教學效果一般。根據(jù)常規(guī)材料屬性劃分實驗項目，將知識點和實踐技能分解到實驗項目中。針對制作技藝要求和實驗設備操作，由易到難，分為聚氨酯草模、塑料板材、油泥模型三個教學模塊，每個模塊涵蓋相應的基礎理論、材料認知、加工技能、設備操作等。重點掌握聚氨酯硬質泡沫、塑料板材、工業(yè)油泥制作，詳細了解雕塑泥、石膏、木材、玻璃鋼翻模制作等技藝。

3.3.1 基礎形態(tài)的聚氨酯泡沫實驗模塊

模型基礎理論知識學習結束后，可先接觸聚氨酯泡沫等易于加工制作的模型材料，學生需要掌握材料的切割和打磨技能。聚氨酯發(fā)泡材料是指閉孔結構的硬質泡沫材料，其容易切割、方便打磨、制作周期較短，適宜構思推敲產(chǎn)品形態(tài)。產(chǎn)品設計中新的產(chǎn)品模型取代舊的模型，即產(chǎn)品模型的“迭代”，聚氨酯硬質泡沫是制作構思模型和功能模型的理想材料。產(chǎn)品模型的改進一直伴隨整個設計流程，隨著設計的不斷深入，模型會隨設計內容的更新不斷發(fā)生變化，逐漸被更完善的模型替代［4］。通過對草模形態(tài)推敲、修正改進、逐步完善的“迭代”練習，鍛煉學生的形態(tài)感知能力，體驗從草圖創(chuàng)意到“迭代”形態(tài)草模的設計過程。

3.3.2 拓展技能的塑料板材實驗模塊

塑料材料適宜模型制作課程前期實驗項目的開展，鍛煉學生的板材切割、砂紙打磨、漆面處理、膠水粘接等環(huán)節(jié)的動手制作能力。教師可以根據(jù)地域特色，布置如徽派風格的筆筒設計課題，學生提煉其形態(tài)特征并進行模型制作，使用PVC為主材輔以透明亞克力制作局部結構。塑料板材在產(chǎn)品模型制作中使用廣泛，包括PVC、亞克力和ABS材料等，其易于切割和打磨、制作周期短且成本低廉。ABS具有良好的拉伸效果，使用石膏、木材制作陽模，ABS加熱后用木板壓制獲得理想形態(tài)，適合構思模型的制作。使用激光雕刻切割機可制作精細度高的產(chǎn)品模型，UV轉印貼紙作為圖案使用效果逼真，有效提升了模型的視覺觀感。

3.3.3 探討塑形的油泥模型實驗模塊

油泥便于塑形，可做加減法的反復修改，在可塑性方面，相比其他材料優(yōu)勢明顯，比二維圖紙更加真實立體，最大限度地滿足了設計人員對創(chuàng)意的需求，更適合產(chǎn)品形態(tài)的三維表達。學生在油泥制作過程中推敲線條和型面的穿插關系，體驗由效果圖蛻變?yōu)槿S實體模型后的愉悅感，領悟設計之美。該模塊先以優(yōu)秀案例加強學生對制作流程的認識，教師布置產(chǎn)品設計任務，學生經(jīng)過草圖階段制作小比例聚氨酯草模，再用油泥塑造形態(tài)。三維掃描儀掃描模型獲得點云數(shù)據(jù)，通過軟件生成數(shù)字化模型。產(chǎn)品專項設計讓學生參與到整個設計流程中，鍛煉了實踐技能和綜合設計能力。這種實踐方式不僅有利于課（下轉第頁）（上接第頁）程知識的綜合運用，還有利于學生真正掌握完整的設計流程并勝任實際設計工作，從而實現(xiàn)工業(yè)設計專業(yè)應用型人才培養(yǎng)目標［5］。

4 結語

通過對模型制作實驗室建設和實踐教學模式的研究，調整優(yōu)化實驗項目設置，形成教師為主導的進階式實驗教學模塊，將工業(yè)設計實驗教學與科研創(chuàng)新緊密結合。模型制作課程基于配套實驗室開展理論實踐一體化教學，學生沉浸到設計專題情境中，實驗項目由模型基礎練習拓展到研討應用，形成基礎形態(tài)的聚氨酯泡沫實驗、拓展技能的塑料板材實驗和探討塑形的油泥模型實驗，達到模型加工技術和手工技能訓練相融合的目的。模型制作實踐教學還存在實驗過程中安全保障方式不完善、缺乏精益求精的學習態(tài)度、缺乏團隊協(xié)作意識等問題，需要多維度創(chuàng)新實驗教學模式，多舉措保障實踐環(huán)節(jié)學習質量。

參考文獻：

［1］ 桂元龍，李楠.產(chǎn)品模型制作與材料［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2015：14.

［2］ 俞英.產(chǎn)品設計模型表現(xiàn)［M］.上海：上海交通大學出版社，2012：1.

［3］ 王彩霞，張秦瑋，呂碩.工匠精神于工業(yè)設計教育的思考和認識［J］.設計，2018（17）：86-87.

［4］ 蘭玉琪，張瑩，潘弢，等.產(chǎn)品設計模型制作與工藝［M］. 3版.北京：清華大學出版社，2018：3.

［5］ 劉敬，劉衍聰. OBE-CDIO理念下工業(yè)設計專業(yè)課程實踐教學體系構建［J］.圖學學報，2019，40（2）：416-421.

作者簡介：王永剛（1982—），男，山東臨沂人，碩士，助教，研究方向：工業(yè)設計。