《材料与工艺》 课程递进项目驱动教学模式的探索

苗义高

关键词：工业设计;材料与工艺;项目驱动;教学模式

材料、工艺是联系设计与产品制造的桥梁，设计通过材料及工艺转变为实物产品。当前CMF（色彩、材料和工艺）已在企业产品设计、制造中得到了广泛应用[1]，并产生相关的CMF 设计师或CMF 工程师职业，为工业设计专业人才的出口提供了新的方向，同时也对人才培养质量提出了更高要求。《材料与工艺》课程处于工业设计专业相关学科交叉中心，衔接机械类与设计类课程，注重应用实践，对培养工业设计学生工程意识和创新能力具有重要作用。采用传统的教学模式已不能满足当前产业发展对人才培养的要求，因此开展教学改革来缩小产业需求与教学目标的差距已成为教学实施的必然选择。本文探索了采用递进项目驱动教学模式进行教学改革，通过多学科融合和课内知识聚合，着力培养学生的工程意识与创新能力[2]。

1《 材料与工艺》课程教学现状

《材料与工艺》课程是工业设计专业一门专业必修课，与力学、美学、制造、心理学、设计等学科课程相关。与机械类、材料类相关课程相比，《材料与工艺》课程需要工业设计专业学生掌握材料类型、材料特性、材料成形工艺、表面处理等内容，涉及金属、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料，具有内容多、知识面广、知识点繁杂的特点，加之新材料、新工艺不断涌现，现有教材难以全面覆盖相关知识点并及时更新内容，教材的知识迭代速度较慢。传统教学理论授课方式单一，评价方式以考试为主，加之课程课时缩短，学生学习积极主动性低。工业设计专业学生工程背景普遍较弱，前期尽管接触了工程制图、机械设计、金工实习等机械类课程，但多数学生在后续课程及毕业设计中缺少对工程类课程知识的应用实践，设计方案往往缺乏工程意识，这将影响他们今后工作中与产品工程师的有效沟通。

基于教学与职业能力要求的差距，结合地方本科院校应用型人才培养目标，课程团队近些年在《材料与工艺》课程教学模式开展了探索实践，以能力培养为导向，采用递进项目驱动模式开展教学，构建相应的教学内容、教学方法和教学评价方式，调动学生的学习积极性，提高学习成效，着力培养学生的工程意识和创新设计思维。

2 递进项目驱动教学模式的特点

项目驱动教学模式是以建构主义学习理论为基础的教学方法，强调以学习者为中心，倡导自主学习，强调合作学习，已在多个学科的教学中得到了广泛应用[3-7]。递进项目驱动教学模式是在项目驱动教学模式的基础上，增加了课程内部各任务之间及不同学科课程之间的衔接，可以持续调动学生的学习积极性，同时通过项目之间的联系，使课程间、课程内知识有机联系起来，有效地解决学生知识创造的碎片化问题，有利于提升学生知识创造的连续性[8]。

3《 材料与工艺》课程遞进项目驱动教学模式的设计与实施

3.1 递进项目驱动教学模式的设计

材料与工艺课程是以工科为主导的教学，教授内容主要涵盖材料性能、材料种类及特性、材料的成形工艺、材料感觉特性、绿色设计等方面，理论内容抽象、概念性强。以往教学是以知识点的传授为主要目标，缺乏对学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维的训练。教学中也往往忽视课程之间的关联性和综合性，缺乏学科之间的融合教育。教学内容上以CMF 设计师的职业能力要求为导向，重构教学内容体系，打造认知、运用、创造的螺旋上升的知识学习体系，衔接、融合力学、设计、结构等相关学科内容，激活学生原有知识，将离散的知识点聚合到产品设计到实现的过程中，提升学生知识创造效率。

根据课程教学目标，将教学内容凝练，形成积木式、链条式的项目任务，递进提高作业的挑战度、复杂度。设计了七小类子项目任务和一个产品设计应用课程大作业项目任务，具体的项目内容、要求和目标如表1 所示。七个子项目任务存在内部关联，有利于学生综合能力的训练。项目任务的对象多为实际产品，学生可以通过对知识应用和产品分析获得一定的工程经验。经过多个项目的训练后，多数学生可以顺利地完成课程大作业项目任务。根据八个项目任务，反向设计教学内容，对课程内容进行了增删和简化，如删除了热处理、铸造和焊接相关的理论内容，增加了大量的工业设计产品、表面处理工艺案例和相关的工艺视频资料，强化了成形方面产品结构工艺性的要求。由于课程涉及材料较多，在教学中介绍了多个材料数据库及Ashby 图[9]，便于学生在设计中查询、选择材料。

3.2 递进项目驱动教学模式的教学实施

以子项目3 成形工艺分析项目为例，项目以自行车实物为对象，考察材料类型及性能、成形工艺等内容，涉及金属材料、高分子材料、复合材料、塑性成形、注塑成型、焊接、力学性能等知识点。在布置项目任务前，相关的理论知识通过结合产品案例进行重点讲解。前期通过项目1 的训练，学生可以获得分解产品系统的经验，将自行车拆解成零件来分析各零件需要满足的功能要求，通过项目2 的训练已可以识别材料并了解材料的性能。另外，在任务中布置了几类不同结构形式和材质的自行车产品供学生分析，比如比较分析使用压铸零件的摩拜共享单车与哈罗共享单车的材料、工艺，讨论哪一类产品的成本更低、结构更合理。通过这个项目的训练，一方面培养学生分析综合能力和批判性思维;另一方面关联了已学的知识内容，提高了教学效果。在这个任务基础上，还可以进一步拓展，比如提出如何实现自行车轻量化的思考，通过讨论分析轻量化的功能目标，让学生思考从力学角度设计合理的结构，并从材料、工艺的角度来实现产品量产。

在学习评价上，七个子项目任务要求以项目论文方式提交，并采用5 分钟项目答辩的方式进行交流讨论，促进知识分享和创新思维的碰撞。各项目任务的评价采用评价量表进行反馈，主要从对任务的理解、任务的思考、交流沟通、项目展示、报告撰写等多个维度进行评价，及时给予学生反馈修改，以便后续进行方案修改。课程大作业项目主要考察课程知识点的应用情况，评测观察内容如表2 所示。这些项目任务随着教学内容的不断迭代更新，需要学生逐渐投入更多的时间和精力才能完成。通过实施项目任务，课程学习评价将考查重点由对知识的记忆转化成为对知识的理解、运用和创造，着重培养学生工程意识和创新能力。

4 结语

本文针对工业设计专业《材料与工艺》课程教学存在的问题和不足进行了分析，提出了采用递进项目驱动的教学模式进行教学改革。材料与工艺是工业设计实现产品落地的基础，本文通过八个项目任务反向设计教学内容和考核方式，通过项目任务实施，将不同学科知识和课程内知识聚合，有利于提升学生的工程意识和创新能力，为学生后续专业实践中技术与艺术的结合奠定基础。