基于3D数字化技术的产品设计实践教学应用研究

肖婕

摘要：目前随着人工智能的迅速发展，与其他学科领域交叉渗透，带来数字创新的机遇与挑战。对于产品等各种设计的数字化要求也在不断提高。在这种背景下，借3D数字化技术，结合当前产品设计专业发展趋势和大职教观，以项目实施为主线对产品设计专业实践课程进行教学资源整合，并从“岗、课、赛、证”四个方面，通过工作任务引导，将理论教育与实践教育有效融合，在教学模式和考核评价标准上进行创新，综合实训教学项目的开展，改变产品设计专业传统教学模式和评价标准，有助于提高产品设计专业人才培养质量，对现有课程的教学改革起到范式作用。

关键字：教学模式；评价标准；实践教学；产品设计

中图分类号：TB472； G712 文献标识码：A 文章编号：1400 （2022） 05-0032-05

基金项目：广州市教育研究院2021年度科研课题（基于3D数字化技术的产品创新设计实践教学模式研究21AZYJY21044）

Application Research of Product Design Practice Teaching Based on 3D Digital Technology

XIAO Jie（Guangzhou Panyu Vocational and Technical College， Guangzhou 511483， China）

Abstract： At present， with the rapid development of artificial intelligence and the cross penetration of other disciplines， the opportunities and challenges of digital innovation are brought about. The digital requirements for various designs such as products are also constantly increasing. In this context， borrow 3D digital technology. Combined with the current development trend of product design and the concept of vocational education. Taking the project implementation as the main line to integrate the teaching resources of the product design professional practice course， and from the four aspects of “post， class， competition and certificate”， through the guidance of work tasks， the theoretical education and practical education are effectively integrated， in the teaching mode and assessment. The innovation of evaluation standards and the development of comprehensive training teaching projects have changed the traditional teaching mode and evaluation standards of product design majors， which will help to improve the quality of product design professional personnel training and play a paradigmatic role in the teaching reform of existing courses.

Key words： teaching mode； evaluation criteria； the practice teaching； product design

全球人工智能和數字经济的蓬勃发展，推动新一轮产业技术变革，3D数字化技术正领先地促进教育体系化融合创新。如何培养数字化人才，成为产业界和教育界严峻的话题。特别是对高职院校产品设计专业，培养“开拓型、会通型、应用型”的产品创新设计人才与企业实际场景案例很难和实际课程联接。积极引入3D数字化技术到教学课程中来，突破传统实践教学模式，将成为培养复合型创新人才的思维破局之道。

1 人工智能时代产品设计实践教学应用数字化技术的现状

1.1 国外主要研究动态

产品数字化设计图纸作为工程界一种常用的产品定义语言，最早是由法国科学家蒙日（1975年）提出，绘制二维工程图纸使用几何画法可达到图纸的表达趋于规范法、唯一化。其后，逐步实现了工程图从手工绘制到计算机绘制的转变[1]。在此基础上，研究者们进一步开展了三维标注技术及其标准化的研究。2003年美国国家标准ASMEY14.41-2003《数字化产品定义数据实施规程》公开。2006年标准草案ISO16792：2006《技术产品文件 数字产品定义数据通则》经ISO发布，为产品数字化定义技术，成为面向制造的三维设计范式。

1.2 国内最前沿主要研究动态

3D数字化技术最初被应用于计算机科学技术领域，逐渐应用在工程设计领域，正从产品概念导入期步入数字世界快速发展期。查红彬应邀在第二届全国几何设计与计算学术会议作大会主旨报告《三维数字化技术及其应用》，报告对三维数字化技术的概念，特点和研究现状做出简要叙述，并重点介绍在物体与场景三维建模的研究成果[2]。王其松《三维设计的应用现状和发展趋势研究》以石油行业、化纤行业的三维设计软件为研究对象，探讨三维设计软件的痛点问题并提出解决策略[3]。张春兰《数控专业综合实训教学项目的创新与实践——基于数字化设计技术背景》，主要观点是借助数字化设计技术对数控专业综合实训课程开展改革与创新的研究[4]。梁伟《人工智能（AI）时代应用型高校数字化教学模式创新研究——以山东华宇工学院财务管理专业为例》，提出数字化技术应用于财务管理专业教学模式的创新[5]。D5A7ECD6-87F6-4B1F-8490-E498944D9EC6

目前研究者都借助数字化技术进行实训课程教学改革的研究，但缺乏对于师资的培养，实训教学条件配置的研究。而且已有的研究偏重学校的评价标准，相对缺乏人才培养的技能水平与企业评价标准的契合度研究。因此。对数字化技术如何进入课堂实现人才培养质量的提高，既可以从社会和教育的角度拓深理论层面的研究，也有利于对当前“深化产教融合”的“大职教观”做出具有强大说服力的诠释。

1.3人工智能时代产品设计实践教学存在的主要问题

选择广东省内相关高校、职业院校，以网络为主要手段，发放调查问卷并结合线上访谈法调查，了解产品设计专业实践教学模式和教学体系目前存在下列主要突出问题。

1.3.1 课程目标缺乏育人元素

立德树人，是从国家教育政策，素质教育战略要求，学校育人目标，专业人才培养方案以及课程目标都高度一致的。产品设计专业职业核心素养是培养学生的创新思维，审美能力以及人文素养。如何在课程设计中导入民族文化认知，增强民族文化自信，是本项目的研究重点方向。

1.3.2 课程体系缺乏顶层设计

笔者调查了所在院校产品设计专业课程的项目化教学状况，虽然经过国家示范性建设和“双高计划”中国特色高水平高职院校建设启动了新一轮的任务型课程改革，但是实际开展的教学效果不容乐观。存在的问题主要有：对于学习任务的设计相对比较单一，不能完全覆盖全部课程目标，学生缺乏综合运用不同学科、不同专业的知识和技能的学习实践。整个课程体系缺乏职业核心素养所需的顶层设计。

1.3.3 课程活动缺乏实践性

在一些高职院校中，一些产品设计专业“双师型”教师流于形式，极少与企业接触[6]，匮乏基于真实任务设计学习任务的能力，与新技术、新工艺、新材料结合应用不够。同时，依然采取普通的教学手段进行产品设计实训教学，难以将学生的理论知识以及实践相互结合在一起，难以将各项目的职业能力要求整合在一起[7]。

1.3.4 课程评价脱离实践

传统学历教育的课程评价人才培养的技能水平脱离了企业评价标准，难以检验人才培养质量。如，有些只提理论知识题型考核，有些尽管关注理实一体化但依然采用笔试，X技能等级证书缺乏规范的技能考核方法。

2 人工智能时代复合型数字化人才的需求现状

近年来，在政策、技术等多重驱动力的推动下，尤其是在《中国制造2025》的主要目标——智能制造的发展推动下，数字经济产业在新一代数字化技术的支持下得到长足发展[8]。“智能制造”呼唤数字化人才助力产业发展，产业的快速发展正在倒逼复合型数字化人才的培养。如图1所示，未来制造业需求量大的是中高级的“数字化应用型人才”，并非高学历或者纯操作型的人才[9]。

3 产品设计专业实践教学数字化技术应用的问题原因分析

针对产品设计专业目前应用数字化技术在实践教学中存在的主要问题进行剖析，从不同的层面和视角分析问题存在的原因。

3.1 产教融合制度不健全

当前职业院校，所谓“产教融合”“现代学徒制”“职教集团”等难以落地实施，归因于没有一个可指引明确操作的协同育人制度规范或者政策细则，主体权责和执行方式不够明朗，利益如何分配及后期管理等制度不完善，这些问题直接影响导致行业企业和协会成为“局外人”角色，参与职业教育的积极性、能动性较低，企业也仅仅在学生就业中发挥了作用。

3.2 高校师资力量不匹配

专业随产业转型发展是一个动态过程，即“专业随着产业转”。因此，需要与新技术、新产业、新需求相契合的“双师型”师资队伍，不仅能讲授专业理论课程，还要指导技能技术实践。而实际情况是，高职院校在培育一支高素质的师资队伍时，又往往面临诸多困難。如高层次双师型人才难走进校园，留不住，教师专业发展平台不够，岗位技能进修培训机会不多等实效问题。

4 人工智能时代产品设计专业实践教学3D数字化技术的创新应用

4.1 实践教学现状调查

首先将实践教学现状问题分解为“学生对产品创新设计思维的关注”、“教与学的取向”和“实践环节实施现状”三个问题，然后对这三个一级问题进行分解，共同得到学生调查问卷项目22个，通过网络以高职产品设计专业学生为调查对象进行问卷调查。然后将问卷回收进行数据统计与调查结果分析，最后通过分析发现存在问题与原因剖析。

4.2 基于3D数字化技术的“岗、课、赛、证”实践教学模式

为深化高职院校“三教”改革，有效落实这项改革所倡导的培养职业核心素养的理念，推动课堂教学改革，本课题推进“岗、课、赛、证”实践教学模式，通过教育教学理念的更新，实践教学方式的改革两种方式“双管齐下”，以达到引领学生全面发展，进一步提升教育教学质量的目的。“岗、课、赛、证”四方面教学模式，“教师为主导，学生为主体，实训为主线”的教学理念先行，引导学生摒弃填鸭式学习方式，能够以个人自主、同学合作和小组探究三种方式并行学习。研究结合高职产品设计学科特点和相关教育教学理念，在探究实践教学模式的基础上，将3D数字化技术引入到“岗、课、赛、证”各实践环节中，以达到促进学生产品创新设计思维的发展。

4.2.1 实施程序

依据课程开发途径，将职业岗位、项目课程、资格证书等元素相互融通，形成“岗课融合、课证融合、课赛融合”的“岗课赛证”四点融通课程体系[10]。岗即工作岗位、课即课程体系、赛即职业技能大赛、证是职业技能等级证书。“岗”和“证”属于社会元素，“课”和“赛”属于教育元素，实践和理论教育交叉融合。其中，课程体系是融通的核心与载体（见图2）。教学活动的实施按照以下五个环节依次进行：典型工作项目导入，明确目标；实训实习，合作探究；展示思维，精讲点拨；总结评价，建构体系；以赛促学，拓展思维。D5A7ECD6-87F6-4B1F-8490-E498944D9EC6

4.2.2 特点

“岗课赛证”实践教学模式的特点：注重借助3D数字化技术推动课程教学的数字化转型；注重培养产品设计的创意思维；注重学生深度学习；发挥教师主导作用。

4.2.3 应用原则

以技术技能人才成长规律，以学生为中心，灵活性为三大应用原则，在推进教学过程中依托3D数字化技术的优势，提供和职业岗位匹配的工作环境的实体实训环境，成为学生锻炼高技能水平、锤炼“数字工匠”精神、技能大赛赛前选手训练的开放平台；成为激发学生产品创新意识，开拓设计视野，提高课堂活力，增加师生互动性的有效学习工具。

4.2.4 实施策略

课前预设策略，从数字化应用型人才需求出发，以产品数字化设计中的典型工作项目为载体，与行业协会（或职教集团）、行业龙头企业共同构建模块化、能力递进式的课程体系进行教学活动设计；情境化策略，课程设置内容瞄准岗位需求，对接职业标准和工作过程，课程标准的实施融合产业发展的新知识、新技术、新工艺、新规范、新要求。将职业等级证书的知识、技能需求转化为学生的素养、能力要求，将专业大赛、创新大赛项目融入人才培养方案、赛事内容融入课程教学内容、赛事评价融入课程评价。创设“岗、课、赛、证”的现实情境，让学生拥有于真实情境中解决问题的能力，一方面学好职业技能，一方面逐步形成高技能人才职业核心素养。活动化策略：教师依据真实（企业）工作任务，融合企业认证的X证书群内容，以实际案例为分析对象，设计学生课堂活动，让学生“动”起来，动眼发现问题，动脑提出问题，动手验证问题，动口交流问题。

4.2.5 教学案例及分析

按照创设“岗、课、赛、证”情境，明确目标——自主学习，合作探究——展示思维，点拨提升——总结反思，构建体系——拓展应用，提升思维的思路组织教学设计并进行分析[11]（图3）。

4.3 基于3D數字化技术的“岗、课、赛、证”教学模式实践结果及分析

选择成绩差异不明显的两个平行班级作为研究对象，其中选择20级产品（1）班为实验班，20级产品（2）班为对照班，课堂上从“岗、课、赛、证”四个方面对实验班和对照班进行对比，采用多方介入评价方式，包括学校、企业、同学、行业、社会、赛事等，用SPSS软件进行评分分析，比较实验班和对照班在实践教学环节中和多方评价的产品创新设计思维能力的差异。

5 结语

数字化、智能化时代对社会人才的培养提出了新的要求，职业教育不再是“孤岛式”育人，而是跨界合作，协同育人。人工智能时代的到来，数字化技术极大地打破产教之间、校企之间各种有形无形的藩篱，推动产教深度融合，以满足新产品、新技术、新业态的涌现对数字化创新型人才培养的要求。

参考文献：

[1] MBD技术的发展历程与展望.[EB/OL].[2018-07-10].

[2] 查红彬. 三维数字化技术及其应用[C].几何设计与计算的新进展，2005：21.

[3] 王其松，李爱花.三维设计的应用现状和发展趋势研究[J].无线互联科技，2017（13）：68-69.

[4] 张春兰.数控专业综合实训教学项目的创新与实践——基于数字化设计技术背景[J].内燃机与配件，2021（07）：226-227.

[5] 梁伟.人工智能（AI）时代应用型高校数字化教学模式创新研究——以山东华宇工学院财务管理专业为例[J].办公自动化，2021，26（22）：41-43+35.

[6] 徐平利.职业教育的校企合作有效性探析[J].职教论坛，2021，37（08）：47-54.

[7] 高杨.试论高职动漫设计与制作专业实践教学研究[J].西部皮革，2018，40（15）：32.

[8] 魏子翔，陈寒.浅谈数字化三维构成在游戏动漫设计中的运用[J].明日风尚，2021（12）：130-132.

[9] “智能制造”呼唤“数字工匠”.[EB/OL].[2016-12-14].

[10] 岗课证赛创五点融通课程体系构建-广东科学技术职业学院.[EB/OL].[2019-08-02].

[11] 张秀峰. 基于科学思维培养的“导、学、展、评、测”教学模式研究[D].山东师范大学，2019.D5A7ECD6-87F6-4B1F-8490-E498944D9EC6