教育学论文：产品设计实践课程中AI创新思维的运用探析

　　摘要：伴随着电子信息技术的高速发展，AI人工智能逐渐渗透人类的各项社会活动。文章旨在利用人工智能的创新思维的相关研究对现行设计教育方法进行创新研究和实践探索。创新思维既是人工智能和产品设计的共同分支，也是重要的设计方法论。当前新形势下的产品设计教育实践应该以AI创新思维为指导，在此基础上对传统教学流程进行递进式模块划分，帮助学生拓展新思维和群智协作，实现产品设计实践教学模式的系统整合。实践表明，运用这一创新教学模式取得的教学成果质量明显提升。信息技术运用与实践教育并行是未来教育的必然趋势，善于利用创新、数据、路径帮助产品开发教育成长将会成为未来设计从业者的重任。

　　关键词：人工智能; 创新思维; 产品设计; 实践教学;

　　Research on the Teaching Mode of Product Design Practice Under AI Innovative Thinking

　　Li Yang Fu Wenqian

　　College of Art, Chongqing Technology and Business University

　　Abstract：With the rapid development of electronic information technology, AI has gradually penetrated into various social activities of mankind. Based on the related research of AI innovative thinking this paper aims to carry out innovative research and practical exploration of current methods of design education. Innovative thinking is a common branch in both artificial intelligence and product design, and it is also an important design methodology. Product design practice under the current new situation should be guided by AI innovative thinking. On this basis, the traditional teaching process should be pided into progressive modules to help students expand innovative thinking and group intelligence collaboration, and achieve a systematic integration of product design practice teaching mode. Practice has shown that the quality of teaching has been significantly improved under the guidance of innovative teaching mode. The parallel application of information technology and practical education is an inevitable trend in the future education. A good command of innovation, data, and paths to help the development of product design competency will become an important task for future design practitioners.

　　一、AI创新思维

　　AI创新思维(AI innovative thinking)是基于AI人工智能技术进行创造更新，使人们开拓新领域、创造新颖独特思维的一种思维路径。AI——人工智能，它是利用研究、开发计算机来模拟和扩展人的思维和行为能力的一门技术。创新思维是一种最高级的思维活动过程，需要我们发挥独创性和新颖性去解决问题，在此过程中创新思维帮助我们打破常规思维的界定，提出领异标新的方案，从而以更新、创新的态度进行设计生产。创新思维是人工智能和产品设计的分支，产品设计学科的本质是不断创新，而创新则需要人工智能新技术的辅助[1]。

　　以人工智能为代表的智能技术不断影响着我们的社会生活，同时也在产品设计实践工作中向人类发出了挑战[1]。设计智能是人工智能的一个主要分支，以往的设计智能注重于解决方案，但在创新性方面却未曾取得较大的突破。随着科学技术的发展，计算机开始有了创新能力，人工智能技术逐渐解决了设计过程中存在的创意问题，在设计、内容和服务等三个方面产生具有创新型的方案[2]。 de Silva Garza曾以计算的角度阐述了设计与创新的关系，得出：创新和设计有效地联络在一起能够成为创新设计。这给未来人工智能提供了研究方向[2]。随着近年电子技术高速发展，各个行业都开始倡导“AI思维+创新设计”。拥有立体化思维的人类运用大脑周密的思考能力来弥补智能机器的弱点，人与机器相得益彰，构成创新与实践的绝佳组合。这种组合带来的生产优势当然也适用于教育教学中[3]。

　　二、国内外产品设计实践教学的现状和案例

　　(一)国内产品设计实践教学的现状和案例

　　实践教学是产品设计学科培养实践创新型设计人才重要环节。据调查，国内产品设计的学生大多实践运用能力较差，并且社会实践经历少。大多数产品设计专业学生缺乏实践机会，只有在进行毕业设计创作时，才有机会运用理论知识进行设计实践活动，这使得学生在就业时无法很好地把控其负责的设计项目，对于设计所需实际操作模式也是雾里看花。目前，在国内创新实践教育中占主导地位的教学方法分别是“学科竞赛”和“企业联合”。设计竞赛与学科竞赛有利于学生课内外实践教学系统优化，能够培养学生实践创新能力[4]。可以整合学生设计竞赛与实践教学环节，更好地衔接设计竞赛与人才实践能力培养体系[5]。而现在国内部分企业员工存在创作思维固化的根本性问题，因此企业需要利用年轻人前沿独特的思维来解决自家产品的创新度不足的问题。高校与企业的沟通是双向的，微软亚洲研究院曾联合开设“人工智能与科技设计”课程，他们选用与产品设计高度相关的“图像转换”案例，采用循环生成对抗网络(CYCLEGAN),实现图像转换，例如，将一匹普通的马转换成黑白条纹相间的斑马，使学生更容易掌握CYCLEGAN的原理。这项原理既可以运用于图像转换，也可以运用于指导学生在人工智能新技术下如何发挥创新思维提升产品创意度，有利于设计实践模式创新[1]。

　　高校内的创新实践教育必须由教师在教学过程中落实，教师在这一环节承担着启蒙和引导的作用。AI教育不可以过分强调技术的价值，而忽略了人的重要性。教师作为教育的执行者以人工智能为教学工具，将人类教育特有的规律与科技结合。改善自己的教学方式，引导学生在新的教学方式中开拓学习思维。人工智能融入教育的本质其实是“线上教学+线下交互”,人工智能可以承担烦琐的知识传授工作，而最为重要的人与人之间的交互活动则由教师完成。AI是教师的好搭档，教师则是教育改革中联系学生与技术的桥梁，创新实践教育要落实，就必须考虑人与技术的关系，不能过于迷信技术从而忽略教师的价值。

　　(二)国外产品设计实践教学的现状和案例

　　包豪斯曾经提出“干中学”的理念，即在实践中学习。由于国外的经济水平发展较快并且他们产品设计(工业设计)发展历史丰富，这使得他们都十分重视产品设计这门与工业发展息息相关的专业。在这方面的教育中，国外的教育者十分注重创新思维和实践能力的结合，力推从理论知识层面到实践层面。他们重视培养学生在学习阶段的设计实践能力，在本科阶段便会参与企业的设计流程，因此国外的产品设计专业发展迅速且成熟。随着信息技术的发展，在面向创客教育形式中需要学生行动起来，根据学习项目，开展学习活动，以此提升创新性思维能力[3]。它作为一种教育新形式，将推动学生创新与实践能力的发展。德国一直推行的“双元制职业教育”的教育方法的核心模式是学校教育和企业实训的并行。顾名思义就是在企业和学校中进行培养，这种教育模式注重实践，以企业的培训为主，将学校的理论知识与企业中的实践相结合。

　　对比中国和美国产品设计专业的教育模式(见表1)可以看出，我国在构建人才培养方案时对实践教育的关注度不高。高校的理论课程和实践课程比例失衡，学生在高校课堂教育中只停留在完成作业的表层，并未作出深入调查研究和反思。而国外高校的课程都会将理论运用在实践中，二者结合，相辅相成。因此中国应该提出教育模式改革，突破现有的产品设计人才培养方案和教学体系，重视起产品设计实践教学，将“实践”运用在高校课程中。

　　表1 产品设计实践教学发展对比 

 

　　三、将AI创新思维介入产品设计实践教学的必要原因

　　人工智能、创新思维和产品设计分别是单独的整体，但它们之间具有良好的协同性，可以互相结合、相辅相成，从而推进产品设计实践教学。在教育领域，学生的人工智能理论知识与创新思维能力成为推动人类社会发展的必备需求。人类与智能机器是互通互补、相辅相成的。从产品设计学科教育的角度来说，在人工智能潮流下各类设计院校可以围绕“人工智能+创新思维+产品设计”教学理念。构建一个适用于产品设计学生的前沿教学框架，力求做到人类学生与AI学生携手同行，一起更新产品设计教学思维，再将AI创新思维介入产品设计实践教学中[6]。

　　产品设计可以与多个学科交叉学习进行实践教学，从而让学生学习到不同学科的知识，无形之中培养着学生的创造性思维。如今，人工智能等智能技术与产品设计学科紧密结合，人工智能新技术对这门学科思想产生影响，并向产品设计学科的学生发出了挑战。在教学方面，与人工智能新技术相联结，从教学模式和教学材料出发，以培养具有创新型设计实践能力的人才[1]。如今，社会更倾向于选择拥有开阔视野、创新思维和设计实践能力的人才。这代表着设计人才需要具有稳固的理论支撑专业能力和预见性、科技性的开阔视野。因此，将人工智能创新思维介入产品设计学科实践教学是当今时代的不二之选，而经济、科学、社会、教育发展迅速，为这一选择打下了稳固的理论知识坚实的实践基础[7]。

　　四、以AI创新思维为中心的新的产品设计实践教学模式

　　计算思维和创新思维之间有着共通性。在产品设计中需要着重培养计算创新思维，改善曾经以理论知识点讲授为主的教学方法。利用AI人工智能新技术开展项目实践，从而解决一些问题，充分展现学习的知识与技能，这促进了计算创新思维的形成。在AI人工智能时代，我们的教育要以智能时代的创新思维与实践技能为核心来培养创新实践型人才[8]。

　　对此我们设计了一套利用AI创新思维为中心指导的产品设计专业实践教学模式，这套教学模式分为“提出学习”“交叉学习”“迭代设计”“协同设计”“系统整合”等五个模块。

　　第一模块“提出学习”是教师、实习公司、职业设计师、市场、产品经理共同在workshop工作坊利用四天时间提出教学方案。两天时间完成项目理念、项目方向、项目的设计流程、项目产品现状和项目体验的内容，命题交付包括产品基础知识资料、产品设计流程案例、产品特征说明资料、产品设计流程模板。另外两天时间完成设计行业经验分享、项目演练、讲解项目安排、选题制定和教学计划，命题交付包括项目时间安排计划、设计方法模板、设计环节成果模板。最后团队交付教学计划。第一模块的具体方法是引入先进、前端的业界实战思路+关注整体流程引导与设计。这一部分的教学需要通过“教学演练+团队合作+演练互动+实景体验”这样的综合模式完成。

　　第二模块“交叉学习”属于设计研究阶段，需要进行设计研究。这需要利用三十天来完成。前二十天内容是教师指导学生调查运用设计研究方法进行调研分析和形成设计研究报告，后十天需要完成教师指导学生运用设计研究方法来发掘机会/洞察和呈现洞察。其命题交付是成果把关和指导。团队交付是完成设计研究报告。方法是实际操作+设计开展方法+小工具+模板，通过观察/调研+分析/研究+模板效应的形式完成。

　　第三模块“迭代设计”属于课程方向概念确认，要进行反复的系统性推敲并且确定方向，需要利用四十天时间来完成。这一模块的教学内容是学生选定课题方向、教师与学生共同确认设计概念。命题交付是专业讲座(设计交叉知识/发展/应用机遇),技术基础知识资料和成果把关和指导。团队交付明确课题方向(包括课题目标，计划)和清晰的设计概念(概念描述清晰，有继续深入发展的价值)。具体教学方法是专业知识教材+设计方法指导，通过专业讲座+现场互动交流的形式完成。

　　第四模块是“协同设计”,需要利用二十天时间来完成，属于设计初表达阶段。主要内容为完成概念草图，整合系统完成方案最初效果制作。这一阶段需要学生运用自身的基础美术素养绘制作品造型，并且利用草图说明产品细节。在AI的监测与引导中，学生对自己的产品设计定位进行不断推敲，因此第四模块交付的结果是由AI 与学生共同创作的成果。

　　第五模块是“系统整合”。协同设计和系统整合共计40天完成。系统整合在后二十天是学生完成设计方案展示。该模块的主要内容是“经验分享/项目规划建议/流程化指导+设计方法应用模板+现场辅导+成果把关”。这一系列任务需要教师、学生共同参与，利用人工智能系统对前四个模块的所有作业内容进行整合分类，梳理出完整的设计框架，通过现场辅导+互动交流+方案评审的形式帮助学生对设计框架内容进行反思补充，总结经验并且学习吸收。

　　以重庆工商大学某生的毕业设计——《基于机器学习的土木材料拆解装备设计》为例，此案例充分利用了我们设计的以AI创新思维为中心的新的产品设计实践教学模式。教师根据当时的各方面条件、背景，综合提出设计的目标“提出学习”,学生确定项目方向和项目安排计划。基建工程是我国的重中之重。对地基基石的开发挖掘方式进行调研，设计一台让工程开发更加高效而同时降低开发成本的设备。下一步进入设计研究阶段，研究怎么让用于土木工程中的土木材料拆解设备能够更加智能化，让其拥有更高的效率、更灵活的机动能力以及给施工工人更加安全的环境。下一步确定课题方向，从安全性、效率性、灵活性、环保性出发，设计一款可以用来无人驾驶、灵活轻巧的破拆设备。接下来进行基于机器学习的土木材料拆解装备设计方案设计和草图设计。在岩石体积分析、水力裂切破岩技术、三维扫描技术的支撑下，该机器不仅可以凿洞，还具备胀裂静爆的能力。该机器具备智能化的三维扫描能力，与现代5G网络结合，扫描出石块的数字模型后，将数据传输到云端计算机中，通过计算得出最佳的受力点。并且也可以将这些数据串联衔接起来，例如在一片较为广阔的开发地段中，多台设备同时扫描，并将数据进行串联，得出整块开发区域的数字模型，分析区域内进行钻孔定位以及孔洞数量计算以达到最佳胀裂效果。最后进行系统整合阶段，方案表达根据各个条件的满意度来综合考虑，对产品设计的结果产生更好的作用(见表2)。

　　表2 基于机器学习的土木材料拆解装备设计流程 

　　五、以AI创新思维为中心的新的产品设计实践教学模式带来的积极作用和意义

　　将AI人工智能新技术与产品设计实践教学紧密结合，自制产品设计实践教学流程图和实践教学大纲，能够激发学生探索AI人工智能新技术的兴趣和提升学生的实践能力。这是一个值得可持续发展的教学项目[9]。目前，人工智能也能在产品设计中利用数据驱动进行创作。不管以哪种形式输入数据，都需要输入定量的数据作为参考。并且这些数据能够为产品设计师提供灵感从而创新[10]。基于机器学习的土木材料拆解装备设计就十分全面地验证了此点，利用三维扫描技术，与现代科技结合通过数据的计算得出产品作用最佳受力点。还可以通过多台设备同时扫描，并将数据进行串联，分析出产品最佳使用区域以完成最佳设计方案。

　　在这个模式运用中，通过教师对学生的指导，探索AI人工智能技术并完成设计构想，提升产品创意度。基于设计创作所需的团队协作能力，此教学模式建议进行团队合作，由教师、学生、市场等组成团队。以AI创新思维为中心的新的产品设计实践教学模式可以运用在指导学生在AI人工智能新技术下如何发挥创新思维提升产品创新度的教学中，帮助学生拓展创新思维，从而实现产品设计教学实践模式创新。

　　六、结语

　　人工智能思维影响着社会生活中的各个领域，推动着各个行业的转变，是人类社会发展的核心，但我们的目标是为了消费者创造更好的生活条件，让产品设计成为本能设计，因此AI人工智能技术和创新思维需要发挥引导作用以创造智慧社会。 在教学实践中，AI人工智能在产品设计中更像催化剂，催生AI人工智能创新思维与产品设计实践教学的交叉融合[10]。那么如何将人工智能创新思维融入产品设计实践教学中，还需要我们改变教材固有的框架和教学模式，从围绕创新思维的培养人才策略、价值与教学模式等， 将AI人工智能时代的创新思维规范与实践技能培养更好地融入产品设计教学课程中。因此，在AI人工智能时代，我们的教育应该要向培养创新型思维与实践技能延伸扩展[10]。本文通过分析以AI创新思维为中心的新的产品设计实践教学模式和实际案例，证明了AI人工智能会拓展社会的领域包括教育，给社会各个行业带来诸多便利。因为技术创新理念的革新是教育行业的指南针，会提升受教育者的创新思维和实践能力[10]。

　　参考文献

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　　[7]张晓晨，惠兰心，姚小玉．高校设计学特色人工智能基础教育构建探析[J]．工业设计，2020(3):33-36．

　　[8]余燕芳，李艺．基于计算思维的项目式教学课程构建与应用研究---以高中信息技术课程《人工智能初步》为例[J].远程教育杂志，2020(1):95-103．

　　[9]金晶，等．基于冰壶机器人的人工智能实验教学设计与实践[J]，实验技术与管理，2020(4):210-212,230．

　　[10]银宇堃，陈洪，赵海英．人工智能在艺术设计中的应用[J].包装工程，2020(6):252-261.