陶瓷产品虚拟仿真实验平台设计

张祖耀 王雨莎

摘要：利用现代科技探索陶瓷产品的设计维度，提升文化自信，更好地满足学习需求及教学需求。基于OBE教育理念，从陶瓷产品设计的教学需求及学生需求出发，利用KANO-QFD模型分析用户的需求权重，进而确定平台设计要素的权重值。依据权重值大小搭建实验平台信息架构，产出陶瓷产品设计虚拟仿真实验平台，包括知识学习、仿真实验、实验报告三大模块。平台探讨了以学生为中心的艺科融合创新教育平台设计的方法，为其他虚拟仿真实验教育平台设计提供了新思路和新方法。满足了老师及学生对陶瓷产品设计的教学研究需求。

关键词：BE理念；陶瓷产品设计；QFD模型；虚拟仿真平台；KANO-QFD

中图分类号：G434.0 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）23-0064-05

Abstract：Using modern science and technology to explore the design dimension of ceramic products，enhance cultural self-confidence，and better meet the needs of learning and teaching.Based on the concept of OBE education，starting from the teaching needs and students needs of ceramic product design，the KANOQFD model is used to analyze the weights of users needs，and then the weights of platform design elements are determined.According to the weight value，the information architecture of the experimental platform is built，and the virtual simulation experimental platform of ceramic product design is produced.The platform includes three modules：knowledge learning，simulation experiment and experimental report，which well meets the teaching and research needs of teachers and students for ceramic product design，and responds to the needs of cultural inheritance and transformation，digital intelligence trend and innovative personnel training. The platform design also discusses the design method of student-centered art and science integration innovation education platform，which provides new ideas and methods for other virtual simulation experiment education platform design.

Keywords：OBE concept；Ceramic product design；QFD Model；Virtual simulation platform；KANO-QFD

引言

近年來，随着信息化和大数据技术的飞速发展，传统文化与高新科技的融合传承成为推进文创产业发展和中国文化传播的重要途径。陶瓷作为一种古老的中华文化，不仅是工艺文明的灿烂瑰宝，也是民族文化的有形象征[1]。探索陶瓷产品设计与现代科技的融合，拓展陶瓷文创产品的设计维度，成为陶瓷文化传承与产品创新发展的最佳举措。新的数字时代，虚拟仿真作为一种新的教育生产力，具有建设周期短、成本低、反馈及时等优点。在艺科融合教育中，学生能利用计算机对实体实验进行虚拟模拟，极大地突破了学校教学环境条件的限制，能够快速响应学校实践教学与学生产品创新设计实践的需求[2]。

所以，在信息化时代，学生能利用虚拟仿真实验对学生进行陶瓷产品设计的实践教学培养就显得尤为重要。但是，目前关于虚拟仿真实验设计平台的开发，无法在教学需求与学生需求之间找到平衡点，部分平台的教学模式偏重以教师为中心，重视教师教学内容，导致学生参与度不高、学习成果不理想；其他小类平台则过于注重学生需求，偏离教育平台教学的本质，导致教学平台逐渐发展成学生娱乐社交平台。研究基于学习产出理念（Outcome-based education，缩写为OBE）及质量功能展开（Quality Function Deployment，缩写为QFD）模型，从学生的需求角度出发，利用虚拟仿真技术，创新型的设计开发了面向产品设计专业的陶瓷虚拟仿真实验平台，提升了学生的专业实践能力及学习效率。

一、概念阐述

质量功能展开（QFD）是由赤尾洋二定义的一种产品开发和质量保证的方法论，其利用矩阵框架的形式，将用户需求转换为产品的设计要求，并确定设计要求的最终重要度权重，然后在产品设计阶段就把需求结合到最终的产品开发过程，从而使产品更加符合用户需求[3]。KANO模型被广泛用于分析用户需求、识别用户满意度的有用工具，通过正交轴的方式对用户的需求元素进行分类与优选级的排序[4]。通过卡诺模型与QFD模型结合的方式，能增强设计团队对用户需求的理解，以便开发的产品在不忽略主要要求的情况下具有吸引人的特征，从而使产品或服务能够更显著地满足客户，并向市场提供合格的产品。

学习产出理念（Outcome-based education，缩写为OBE）是国际工程教育界认可的先进教育理念，强调以学生为中心，以学习成果为导向的人才培养模式[5]。在OBE教育体系中，教育者需对学生毕业所达到的能力及水平有清楚的构想，从宏观上来说，OBE理念要求教育者从需求出发制定专业培养目标（教学成果），依据培养目标来决定学生毕业应达到的要求，从而构建综合的课程体系[6]。从微观上来说，我国目前正在实行的“工程教育认证”是OBE教育理念的具体实施，旨在培养学生的研究、分析、学习、实践等能力，对于具体的课程内容教学设计，可以将此认证体系作为依据建立课程目标，进而设定课程内容[7]。因此，OBE理念的提出为教育平台设计提供了新的参照视角和借鉴路径。陶瓷产品设计虚拟仿真实验平台将OBE理念作为指导方式，先行对课程目标进行构建，再进行课程内容需求的探索与实践，最后，学生的成果反馈不断地改进验证课程目标的设定及课程内容的设计。这样的方式既能使课程设计在满足教学需求的同时，又能更好地满足大学生自身发展的内在需求，而且也在QFD设计流程中对前期需求收集提供方向，做到高效准确的设计推进。

二、陶瓷产品虚拟仿真实验平台设计方法与流程

（一）陶瓷产品虚拟仿真实验平台的创新研究方法

陶瓷产品虚拟仿真实验平台依据OBE教育理念的指导，不断地对课程教学进行改进。在需求收集阶段以工程認证体系为标准，首先，构建陶瓷产品设计课程教学目标，即学生基础能力需求目标，并依据此课程目标对具体的课程内容需求进行分类挖掘，随后剔除需长时间培养或借助其他平台才能满足的需求。其次，为了让网站设计更好地满足学生需求，在QFD模型的指导下，我们采用KANO模型分析学生对课程需求的满意度，并进行需求要素权重的调整。再次，利用质量屋矩阵框架将这些课程需求转换为实验平台开发所需的设计要素，并确定网站的最终设计要素权重，进行优选级的排序。对于权重大的设计要素加大其在实验平台中的比例；对于权重小的设计要素，考虑到OBE理念的导向性也不应舍弃，缩小其在平台中的设计比例。最后，基于这种OBE-QFD集成方法，为陶瓷产品虚拟仿真实验平台提供设计指导，产出最终的设计方案。其具体设计流程如图1。

（二）基于OBE理念的陶瓷产品设计课程目标设定

基于OBE理念的教育平台设计将以学生成果产出和持续改进作为重点，对于陶瓷虚拟仿真实验课程的设计，根据工程认证体系下的毕业要求进行该课程教学设计目标的搭建，一个毕业要求可能有多个课程目标支撑，学生的成果产出即完成此课程目标学生应具备的能力。

根据“工程认证体系”的其中5个标准：工程知识、问题分析、设计解决方案、沟通、终身学习，分析陶瓷产品设计课程目标。得到陶瓷产品设计课程目标主要包括5部分：陶瓷知识应用能力，即掌握陶瓷产品设计的基础知识与方法；陶瓷生产制作能力，即能够应用陶瓷相关知识制作陶瓷；陶瓷产品创新能力，即能够设计符合规范、满足用户日常需求的陶瓷产品；陶瓷文化传播能力，即能够就陶瓷产品设计问题与业界交流，撰写设计文稿；陶瓷产品设计计算机辅助能力即能跟踪技术前沿，思考利用计算机知识跟进陶瓷产品设计，适应社会发展。

（三）基于OBE理念的陶瓷虚拟仿真实验平台内容需求分析

基于OBE认证体系得到了陶瓷产品设计课程目标，对于课程内容的设计，需要综合协调学校、老师、学生、社会行业等多方利益相关者的意见，依据课程目标进行需求的调研，进而转化为陶瓷虚拟仿真实验平台需求。本研究采用市场分析、文献查阅、访谈等方法收集利益相关者关于陶瓷产品设计五个课程目标下的具体需求，共计原始需求81条，利用亲和图法（KJ法）剔除相同需求进行聚类分析，得到陶瓷产品设计课程需求共19项，如图2。由于陶瓷虚拟仿真实验只是陶瓷产品设计课程中的一部分，综合考虑剔除需要学生长期积累及借助其他软件平台的需求：能进行陶瓷造型草图绘制、能利用3D软件设计陶瓷造型、能利用平面软件绘制陶瓷装饰纹样、能绘制陶瓷设计构造图。

（四）基于KANO-QFD模型的需求权重确定

通过OBE理念指导下的课程需求带有一定的主观性，需要利用相关参数量化进行需求要素权重的计算。在QFO的设计流程中，质量屋通过直观的矩阵框架表达需求转换的过程。其中需求要素权重主要由需求初始重要度与市场竞争性评估决定，市场竞争性评估通常分两个步骤，其一是调查用户对目前产品的满意度及竞争对手的产品满意度，其二是设计者要根据第一个步骤获得的数据进行需求目标满意度的设定，即新产品开发后希望达到的用户满意度值，通过这两个步骤可以计算需求的原始满意度改进率[8]。KANO模型的满意度系数特性能让设计者判断哪些用户需求需要优先考虑，所以根据Tan和Tontini的研究，可在需求满意度改进率的计算中加入满意度系数，结合KANO分类属性K值（对于魅力型需求、期望需求、基本型需求、无关需求，K对应的取值分别为1.5、1、0.5、0）计算满意度改进率[9]。最后，需求要素权重（Wi）的具体值是由用户需求初始重要度（Ki）、满意度系数（Fi）、KANO需求分类参数（k）、需求原始满意度改进率（IRo）的综合计算所得，具体计算见公式1。

陶瓷虛拟仿真实验平台由于各设计要素权重值不同，各功能模块中信息层级的划分与界面展现也不同。对于权重值较高的部分，应将其作为重点设计内容，着重考虑且放在界面显眼的地方，降低用户的界面操作复杂度；对于权重值相对较低的部分可以减少其在平台中的比例，依据实际情况精简设计。得到的平台架构图，如图5所示。

（二）平台界面设计

平台界面设计是信息架构的具体化产出，合理规划排布各设计元素的位置关系，思考设计元素的具体展现方式，并进行对应的视觉设计，其部分界面设计图如图6所示。

在陶瓷实验平台的知识学习模块设计中，思考了各个知识点的连贯性，平台以知识链为主线按层次递进构建陶瓷产品的相关理论知识体系，搭建了相应的知识架构[17]。对权重值最高的经典陶瓷的造型及美感解析、风格解析部分设置了视频及鼠标触摸互动显示解析文字，同时加入在线互动专栏区，学生可自由发表自己的想法，增加了平台的趣味性。

在3D仿真实验模块的设计中，根据陶瓷生产流程进行了界面功能的规划，从陶瓷的成型到装饰，再到烧制，最后到陈列，这是一条完整的信息流。依据各个设计要素权重值的大小，着重对陶瓷的装饰流程进行了设计，陶瓷的陈列流程则仅设计了单个上传按钮，学生自由上传陈列方案。装饰流程中，学生能自由选择釉上彩及釉下彩的体验过程，包含肌理、纹样、施釉三部分。肌理部分可拖动不同的肌理样式，并调整其大小、密度、深度，对前期用户做好的陶瓷坯体进行参数化雕刻设计；纹样部分可选用纹样库中的装饰纹样，也可上传自己绘制的纹样图案，并调整图案的大小及附着角度；施釉部分根据市面上的釉色提供不同色系的釉色球，设置喷釉、淋釉、刷釉、浸釉4种施釉工具，学生可体验不同的施釉方式。

实验报告是其最后环节，根据每个知识模块所占权重，设置不同个数题目及分值进行考核，实验后能查看并导出学生各模块分值及最终陶瓷作品报告，作品同时会分享到平台首页供大家交流欣赏，让学生深入体会到实验的成果魅力。

四、实验平台设计验证

实验后，对参与课程学习的68名学生的学习情况进行满意度问卷调查，从学习内容及实验性能两方面出发进行实验评价。学习内容包括对陶瓷历史文化知识、陶瓷的生产制作、陶瓷产品的设计创新、陶瓷文化的传播能力的掌握情况；实验性能包括实验创新性、实验界面友好性、实验操作便捷性、实验运行稳定性、实验过程沉浸性。实验共收到68份有效问卷，其结果如图7所示。

由问卷结果可知，学生对此实验的综合满意度相对较高。其中，陶瓷的生产制作部分学生满意度最高，陶瓷产品的设计创新次之，说明OBE理念及QFD理论的结合教学应用得到了学生的认可。而文化传播能力的培养满意度较低，这与前期设计分析中此部分需求权重较小，实验中相应减弱了此部分的设置相关，教师应在日常教学中配合其他教学工具进行此部分知识的教学。实验过程的沉浸性满意度也相对较低，询问部分学生得知由于实验不能真正触摸陶瓷，且操作环境相对比较严肃，实验过程缺乏声音的配合与指导，导致实验体验感不佳。

结论

本研究首先基于OBE理念明确了陶瓷产品设计课程的教学流程，并构建了陶瓷产品设计课程的教学目标，进而通过调研的方式得到课程教学的需求。在此基础上采用KANO-QFD集成模型对教学需求进行分析并转化为实验平台的设计要素，利用QFD理论的质量屋计算设计要素的权重值并排序，为实验平台的实验设计方式及界面设计提供了方向与依据，从而构建了新时代下的陶瓷产品设计语言与文化体系。整个设计流程都以学生为中心，解决了传统教育平台开发无法很好地平衡教学需求及学生需求的问题，使课程设计更好地满足大学生自身发展的需求。通过建设此虚拟仿真实验，能够为陶瓷产品的创造创作条件，推进学生的实践教学，学生能通过设计实践，实现陶瓷产品设计创新，提升其创作能力，并通过不断的文化熏陶，培养创新与人文素养，提升社会责任感。

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