工业设计模型制作实验室建设及教学模式探索

摘要：目的：通过对工业设计专业模型制作课程所开展实验项目的研究，分析模型制作实验室建设思路，探究适合工科学生手工技能锻炼和创新思维能力培养的实验教学模式。课程教学由侧重材料特性、制作技法的掌握转向以创意为导向的模型表现技法与程序的学习。方法：围绕产品模型实验教学体系，设置工科学生实践环节的模块化实验教学形式，划分为基础型、拓展型、研讨型模型实验模块，由易到难，保持实验模块的有序衔接。在教师主导下认识材料并掌握技能，结合美国教育家约翰·杜威的“从做中学”教育理念，引导学生制作与探索的兴趣，在教师创设的课题情境中开展启发式教学。结果：对模型制作实验室设备仪器进行系统化研究，增强了实验教学设备的硬件保障，提高了产品模型作品的质量。坚持技术与技能相融合，将数字化快速成型设备加工与传统手工制作技艺相结合，产品模型的制作水准和细节效果得到了充分体现。模型实验室软硬件建设有效提高了课堂效率，减少了实验教学时长，实验室运作更为专业高效。结论：实验项目的模块化设置激发了学生的创作热情，强化了学生的专业实践技能，促进了学生对职业精神的认识。工业设计专业实践教学的改革创新提升了人才培养质量，促进了实验室专业系统化建设和实验教学质量的全面提升。

关键词：产品模型制作；实践教学模式创新；实验室建设

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）23-000-03

0 引言

模型制作课程是工业设计专业不可或缺的基础课程，学生通过对加工方式和材料属性的认识，用立体的方式呈现设计方案。由于实验设备的更新和教学环境的改善，模型制作课程的实验训练内容将不断改进，探讨实验室建设和实践教学模式的构建具有积极意义。

1 模型制作在专业实践教学中的作用

1.1 课程的应用意义

随着数字化时代的来临和现代企业对设计人才要求的不断提高，工业设计专业的实践教学体系也在不断调整和优化。部分院校修订培养方案时将模型制作课程与其他基础实践课程相结合，推出平面到立体的贯通式实践课程培养体系，取得了良好的教学效果。

工业设计专业采用工科培养模式，培养方案需要兼顾学科基础课程、专业核心课程，模型制作课程一般为64学时或集中实践环节3周，强调培养学生的空间想象和三维造型能力。课程也可划分为侧重理论学习的模型技术初步了解和侧重实践教学的模型制作综合实训两部分。设计是一个具有创造性的不断思考、修改的过程，而产品模型制作是这一实践过程的重要环节，经过设计师设计构思的产品概念需要以有形的形式表现出来［1］。产品模型是对设计创意拓展延伸的实践环节，也是验证人机尺度、功能合理性、形态特征等方面的重要依据。学生在模型制作课程中掌握的工艺技法，可服务后续专业课程、集中性实践环节以及学科竞赛等。

1.2 模型制作课程作用

1.2.1 训练学生对材料的认知能力

模型材料具有独特的质地和材料特性。针对石膏、油泥、金属等人造材料，认识材料的工艺属性；针对木材和竹藤等具有可持续再生特性的天然环保材料，让学生感知材料的自然纯朴。培养学生对模型材料的认知，对后续专业学习和设计创新的开展具有积极意义。

1.2.2 培养空间想象与转化能力

启发学生对三维形态与形体的思考，了解点、线、面、体在实体模型中的空间关系，培养学生的空间想象与转化能力。尝试在自然和人为形态中进行艺术加工并转化成抽象的形态。通过提炼动植物形态主要轮廓线得到二维简化形象，制作草模对形态进行分析，运用仿生设计手法制作精细模型。

1.2.3 学会严谨细致的制作技能

不论是对何种材料进行加工制作，均需要保持严谨细致的作风，不断提高学生的基本操作技能。全方位锻炼学生的动手实践能力，做到手、眼、脑协调一致，保证模型的美观度与精细化。大体量的油泥模型可以培养耐性，长时间的专注塑形有助于形体感的培養。

2 模型实验室建设思路

工业设计模型制作实验室建设要有清晰的规划，以所开展的实验项目为基础，考虑分阶段建设和设备采购的有序衔接。

2.1 实验室定位

实验室建设服务于模型制作课程，同时兼顾其他实践课程、实习实训、专题设计、学科竞赛的模型制作。依据课程教学大纲开展相关实验项目，实验设备的采购须围绕实验项目展开。实验项目涉及工业油泥、塑料板材、木材加工等，锻炼学生对材料的认知，熟悉加工流程并掌握制作工艺。高校的工业设计专业人才培养目标各有侧重，以所开设的专业课程为依托，逐渐形成鲜明的办学特色。实验室定位结合专业办学特色，培养学生的三维造型能力和动手实践能力。

2.2 实验室布局规划

面对大型设备的安装放置和用电要求，须参考产品说明书并咨询厂家技术人员。实验室设备放置要有总体布局规划，靠窗一侧采光充足，可以开窗通风，大型设备适合临窗安置，设备须预留充足的操作空间，和窗户保持一定距离，防止夏季阳光暴晒或雨水淋湿机器。实验室要规划电动设备操作区域、打磨修整区域、加工组装区域和工具设备存放区域。设备操作区地面须粘贴黄黑相间的警示胶带，提醒学生注意安全隐患。

2.3 水电与通风

模型实验室除室内照明外，对水电和通风换气也有明确要求。大型设备多使用三相供电，需要专业电工人员检查或安装，确保用电安全。自动伸缩电鼓垂直安装于房顶横梁，电鼓可以为2～3个手持式电动工具提供插座，有效解决地面电线凌乱的问题。室内通风管道起到换气作用，改善空气质量。实验室用水可采用两槽或三槽不锈钢水槽，加深的槽体方便满足实验用水要求。

2.4 防尘、防噪声

规划实验室时要考虑除尘问题，针对木材在切割、打磨过程中产生的木屑，可使用专业木工集尘器。手持式电动工具搭配移动式集尘器，工具和箱体通过集尘软管连接。清理实验室地面时使用大吸力的桶式吸尘器，有效清洁地面尘屑浮灰，保持室内整洁无尘。部分电动工具和木工机械产生的噪声80～90分贝，使用隔音耳罩后降噪值在35分贝左右。

2.5 实验室家具

实验室家具可以分为柜类、架类和台桌类。柜类家具是指实验柜、落地储物柜、展柜，实验柜用于放置手持式电动工具、五金工具、替换耗材等，展柜用于陈列样件、学生模型作品。架类家具是指多层金属储物架、移动白板架、移动式展板。模型工作台使用厚度在50 mm以上的实木台面，耐冲击性好，适合加装台钳，金属框架具有良好的承重稳定性。

3 实践教学模式探索

实践教学在工科专业教育中尤为重要，模型制作课程侧重于实践应用教学，学生感知材料属性、强化动手能力的同时，其主动思考和设计创新能力得到充分锻炼。就模型表达或表现而言，其制作程序和方法既是设计或进一步完善设计的过程，又是依靠具体技能强化设计表现的过程［2］。

3.1 课程教学模式

3.1.1 以材料为章节的案例教学方法

课程理论部分按照教学大纲和教材框架，采用以模型材料为章节的案例教学法，讲解使用PPT课件和记录加工制作过程的微视频。学生在学习理论知识的同时，通过微视频获得全视角沉浸式的学习体验。

3.1.2 打造进阶式实验项目

受课程学时的限制，学生无法对模型材料逐一进行加工制作，实验项目的设置要考虑难易程度和技法的锻炼学习。通过实验项目掌握同一类材料的制作技法，最后要具备模型制作综合技能运用的能力。

3.1.3 结合学科竞赛和大创项目

模型制作课程设置在第四学期，课程大作业根据学生意愿，将大学生学科竞赛、大学生创新创业训练计划项目和教师科研项目作为课题来源，将产品创意与模型制作结合起来进行指导，锻炼学生自主创新能力和对设计课题的驾驭能力。

3.1.4 融入工匠精神和课程思政元素

工业设计的发展与工匠精神的渊源由来已久，在手工艺设计阶段，从事造物的人们就逐渐形成了精雕细琢、精益求精、追求完美的精神理念［3］。在技能学习中潜移默化地形成精雕细琢的专业精神，培养学生精益求精的工匠精神，养成一丝不苟的精细精神。通过模型案例教学和切身体会，让学生感受到模型师技术之精湛并深知技艺的内涵，高质量完成模型仅为“技”的表现性效果，优秀的设计师能将专业技能与美学素养相融合，“技”升华为“艺”，制造出兼顾“用”与“美”的产品。

3.2 课程考核体系

课程考核由平时成绩、模型理论考核、实验项目组成。平时成绩是学生在基础理论知识学习阶段的出勤情况、课堂表现、课堂参与度；模型理论成绩是材料认知与加工成型方法的课后作业；实验成绩按实验项目累加计分，实验项目成绩包含同一类材料模型和多种材料的专项设计。模型的完成质量，涵盖设计创意、形态比例及细节塑造、模型表面处理效果、各构件组装、实验工作量等。学生按照学校统一的格式规范撰写说明书，用文字、图片详细记录模型制作过程，附图以灯光摄影形式拍摄模型作品。

3.3 优化实验教学模块

实验设备的优化促使实验教学内容不断更新，模型制作课程教学方法也需要与时俱进。传统的模型制作教学侧重于制作技法的掌握，学生花费在板材切割、打磨上的时间较多，挤压了模型教学部分学时量，学生大多处于被动学习状态，阻碍了创造力的发挥，教学效果一般。根据常规材料属性划分实验项目，将知识点和实践技能分解到实验项目中。针对制作技艺要求和实验设备操作，由易到难，分为聚氨酯草模、塑料板材、油泥模型三个教学模块，每个模块涵盖相应的基础理论、材料认知、加工技能、设备操作等。重点掌握聚氨酯硬质泡沫、塑料板材、工业油泥制作，详细了解雕塑泥、石膏、木材、玻璃钢翻模制作等技艺。

3.3.1 基础形态的聚氨酯泡沫实验模块

模型基础理论知识学习结束后，可先接触聚氨酯泡沫等易于加工制作的模型材料，学生需要掌握材料的切割和打磨技能。聚氨酯发泡材料是指闭孔结构的硬质泡沫材料，其容易切割、方便打磨、制作周期较短，适宜构思推敲产品形态。产品设计中新的产品模型取代旧的模型，即产品模型的“迭代”，聚氨酯硬质泡沫是制作构思模型和功能模型的理想材料。产品模型的改进一直伴随整个设计流程，随着设计的不断深入，模型会随设计内容的更新不断发生变化，逐渐被更完善的模型替代［4］。通过对草模形态推敲、修正改进、逐步完善的“迭代”练习，锻炼学生的形态感知能力，体验从草图创意到“迭代”形态草模的设计过程。

3.3.2 拓展技能的塑料板材实验模块

塑料材料适宜模型制作课程前期实验项目的开展，锻炼学生的板材切割、砂纸打磨、漆面处理、胶水粘接等环节的动手制作能力。教师可以根据地域特色，布置如徽派风格的笔筒设计课题，学生提炼其形态特征并进行模型制作，使用PVC为主材辅以透明亚克力制作局部结构。塑料板材在产品模型制作中使用广泛，包括PVC、亚克力和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、木材制作阳模，ABS加热后用木板压制获得理想形态，适合构思模型的制作。使用激光雕刻切割机可制作精细度高的产品模型，UV转印贴纸作为图案使用效果逼真，有效提升了模型的视觉观感。

3.3.3 探讨塑形的油泥模型实验模块

油泥便于塑形，可做加减法的反复修改，在可塑性方面，相比其他材料优势明显，比二维图纸更加真实立体，最大限度地满足了设计人员对创意的需求，更适合产品形态的三维表达。学生在油泥制作过程中推敲线条和型面的穿插关系，体验由效果图蜕变为三维实体模型后的愉悦感，领悟设计之美。该模块先以优秀案例加强学生对制作流程的认识，教师布置产品设计任务，学生经过草图阶段制作小比例聚氨酯草模，再用油泥塑造形态。三维扫描仪扫描模型获得点云数据，通过软件生成数字化模型。产品专项设计让学生参与到整个设计流程中，锻炼了实践技能和综合设计能力。这种实践方式不仅有利于课（下转第页）（上接第页）程知识的综合运用，还有利于学生真正掌握完整的设计流程并胜任实际设计工作，从而实现工业设计专业应用型人才培养目标［5］。

4 结语

通过对模型制作实验室建设和实践教学模式的研究，调整优化实验项目设置，形成教师为主导的进阶式实验教学模块，将工业设计实验教学与科研创新紧密结合。模型制作课程基于配套实验室开展理论实践一体化教学，学生沉浸到设计专题情境中，实验项目由模型基础练习拓展到研讨应用，形成基础形态的聚氨酯泡沫实验、拓展技能的塑料板材实验和探讨塑形的油泥模型实验，达到模型加工技术和手工技能训练相融合的目的。模型制作实践教学还存在实验过程中安全保障方式不完善、缺乏精益求精的学习态度、缺乏团队协作意识等问题，需要多维度创新实验教学模式，多举措保障实践环节学习质量。

参考文献：

［1］ 桂元龙，李楠.产品模型制作与材料［M］.北京：中國轻工业出版社，2015：14.

［2］ 俞英.产品设计模型表现［M］.上海：上海交通大学出版社，2012：1.

［3］ 王彩霞，张秦玮，吕硕.工匠精神于工业设计教育的思考和认识［J］.设计，2018（17）：86-87.

［4］ 兰玉琪，张莹，潘弢，等.产品设计模型制作与工艺［M］. 3版.北京：清华大学出版社，2018：3.

［5］ 刘敬，刘衍聪. OBE-CDIO理念下工业设计专业课程实践教学体系构建［J］.图学学报，2019，40（2）：416-421.

作者简介：王永刚（1982—），男，山东临沂人，硕士，助教，研究方向：工业设计。