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一、教學(xué)改革背景

（一）新工科專業(yè)交叉融合建設(shè)的推進(jìn)

隨著“中國(guó)制造2025”的提出，我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局將深度調(diào)整，同時(shí)現(xiàn)實(shí)情境中的工程問題并不遵循當(dāng)前學(xué)科的分類邏輯，因此需要高校工科專業(yè)培養(yǎng)模式進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，積極發(fā)展多學(xué)科交叉的新工科專業(yè)，探索新工科發(fā)展理念、新工科建設(shè)范式和新工科人才培養(yǎng)模式，是新時(shí)代國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的新需求和高等教育發(fā)展的新要求。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)作為具有強(qiáng)交叉特點(diǎn)的專業(yè)，應(yīng)在新工科建設(shè)過程中適時(shí)更新專業(yè)課程內(nèi)容和課程體系，為培養(yǎng)國(guó)家新時(shí)期新工科人才做出積極貢獻(xiàn)。

（二）實(shí)踐型向研究型教學(xué)理念的遞進(jìn)式轉(zhuǎn)變

當(dāng)前因設(shè)計(jì)學(xué)科專業(yè)的特殊性，重實(shí)踐、重應(yīng)用的實(shí)踐型教學(xué)理念是本科課程教學(xué)的主流。隨著我校構(gòu)建高水平研究型大學(xué)戰(zhàn)略方針的提出，工業(yè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)理念應(yīng)逐步從實(shí)踐型向研究型教學(xué)遞進(jìn)發(fā)展，在本科課程教學(xué)重實(shí)踐重應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步引入研究型教學(xué)理念，深化課程教學(xué)內(nèi)容，提高課程研究水平的高度，拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的廣度與深度。

（三）設(shè)計(jì)領(lǐng)域智能化方法的高速發(fā)展

智能化、自動(dòng)化是當(dāng)前汽車設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)與發(fā)展方向。隨著人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)等計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是圖像融合形變技術(shù)（ImageMorphing）作為一種造型效果的快速表現(xiàn)方法和形態(tài)推演分析方法，已經(jīng)逐步應(yīng)用于當(dāng)前的汽車設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，奔馳、寶馬等國(guó)際汽車公司以及國(guó)內(nèi)的上汽集團(tuán)、廣汽集團(tuán)均已開展基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的造型設(shè)計(jì)方法的實(shí)踐。設(shè)計(jì)智能化方法的高速發(fā)展倒逼傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與方法的更新，傳統(tǒng)的以手繪+計(jì)算機(jī)表現(xiàn)的汽車造型設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)無法滿足時(shí)代發(fā)展的要求，因此亟需開展學(xué)科交叉融合的教學(xué)改革。

二、課程教學(xué)改革的現(xiàn)狀

（一）新工科教學(xué)改革現(xiàn)狀

當(dāng)前新工科教學(xué)改革成為高校教學(xué)改革的重點(diǎn)方向，無論是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)還是車輛工程專業(yè)均致力于新工科教學(xué)改革的研究與實(shí)踐。陳香認(rèn)為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)緊隨人工智能的發(fā)展，推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)與其他學(xué)科交叉融合，致力于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)；劉秀清、冀杰指出面向“互聯(lián)網(wǎng)+”與“中國(guó)制造2025”，車輛工程專業(yè)應(yīng)將培養(yǎng)跨學(xué)科交叉的創(chuàng)新型汽車工程技術(shù)人才作為學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)踐車輛工程專業(yè)新工科建設(shè)發(fā)展思路。上述研究均提出學(xué)科交叉是新工科教學(xué)改革發(fā)展的主流方向。

（二）交通工具設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

近幾年以組織競(jìng)賽、校企聯(lián)合、國(guó)際化workshop等為教學(xué)模式和產(chǎn)出的教學(xué)改革較多，諸如李洪海提出的工作坊實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)模式；陶寧提出以校企合作為導(dǎo)向的教學(xué)模式改革；李春陽(yáng)提出以競(jìng)賽為導(dǎo)向的教學(xué)改革模式。從教學(xué)內(nèi)容角度，當(dāng)前我國(guó)開設(shè)本科汽車設(shè)計(jì)課程的高等院校（以參加歷年CDN國(guó)際汽車設(shè)計(jì)大賽為統(tǒng)計(jì)源，共16所代表性院校）均以美院教學(xué)體系為藍(lán)本，以美術(shù)學(xué)院為代表的傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)教學(xué)主要強(qiáng)調(diào)手繪和效果圖表現(xiàn)技術(shù)的重要性，形狀文法是汽車造型設(shè)計(jì)常用的形態(tài)推演方法，其過程往往是線條細(xì)微的變化，需要不斷地修改線條和光影效果，全部依賴人工完成，耗時(shí)而繁瑣，設(shè)計(jì)迭代冗余。由此我們可以看出，就交通工具設(shè)計(jì)課程而言，教學(xué)模式的改革較多，但因教師知識(shí)結(jié)構(gòu)固化，教學(xué)內(nèi)容的更新往往固化于設(shè)計(jì)學(xué)科本身，缺乏順應(yīng)時(shí)代潮流、跨學(xué)科與前沿技術(shù)交叉融合的教學(xué)內(nèi)容改革，因此，緊隨時(shí)代熱點(diǎn)，加強(qiáng)專業(yè)間交叉融合，將智能化設(shè)計(jì)分析方法引入到汽車造型設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容中是當(dāng)前亟需解決的教學(xué)改革問題，也符合新工科教學(xué)改革的發(fā)展方向。

三、教學(xué)改革的必要性與意義

在新工科跨界融合教育發(fā)展的時(shí)代背景下，貫徹落實(shí)大連理工大學(xué)研究型教學(xué)戰(zhàn)略方針，將跨專業(yè)知識(shí)內(nèi)容導(dǎo)入工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)傳統(tǒng)的交通工具設(shè)計(jì)課程中，實(shí)現(xiàn)汽車造型設(shè)計(jì)推演的智能化、自動(dòng)化，切實(shí)提升研究型教學(xué)的深度與廣度，既順應(yīng)了企業(yè)用人單位對(duì)高校人才培養(yǎng)的新要求，也符合教育發(fā)展的大方向，具有重要的教學(xué)現(xiàn)實(shí)意義和同類課程的推廣價(jià)值。目前，尚未有國(guó)內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)校在“交通工具設(shè)計(jì)”課程中開展基于ImageMorphing圖像融合形變技術(shù)的跨界交叉教學(xué)探索，該技術(shù)的應(yīng)用，改變了汽車造型設(shè)計(jì)借助形狀文法為基礎(chǔ)的人工形態(tài)推演方法，有效提升了設(shè)計(jì)效率，推動(dòng)了汽車造型設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容的革新與發(fā)展。本文通過構(gòu)建基于圖像融合形變技術(shù)的汽車造型設(shè)計(jì)的智能化和自動(dòng)化教學(xué)模塊、課程聯(lián)席導(dǎo)師制以及課程作業(yè)三方評(píng)價(jià)機(jī)制三方面的改革措施，實(shí)現(xiàn)交通工具課程教學(xué)從實(shí)踐型向研究型教學(xué)的轉(zhuǎn)變，拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的廣度與深度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能，踐行我校研究型教學(xué)戰(zhàn)略和新工科交叉融合創(chuàng)新思想，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量。

四、教學(xué)改革內(nèi)容與措施

秉承新工科交叉融合創(chuàng)新思想，在課程內(nèi)容改革方面，在傳統(tǒng)的交通工具設(shè)計(jì)（汽車造型設(shè)計(jì)）教學(xué)中融入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)專業(yè)技術(shù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)基于圖像形變技術(shù)的汽車造型設(shè)計(jì)的智能化和自動(dòng)化，有效提高造型設(shè)計(jì)快速表現(xiàn)和形態(tài)推演的效率，拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的廣度與深度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能；在課程授課教師方面，建立課程聯(lián)席導(dǎo)師制，選用跨專業(yè)副導(dǎo)師指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，消除因本專業(yè)教師知識(shí)背景局限所造成的講解不透、視角單一問題；在課程成果評(píng)價(jià)方面，建立授課教師、課程聯(lián)席導(dǎo)師、學(xué)生互評(píng)三方評(píng)價(jià)機(jī)制，體現(xiàn)課程評(píng)價(jià)的公平、客觀、公開，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。（圖1）

（一）構(gòu)建圖像形變汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)智能化知識(shí)模塊

交通工具設(shè)計(jì)課程是三年級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的核心課程，其中分析與提取各汽車品牌家族化造型特征是造型形態(tài)推演與優(yōu)化訓(xùn)練階段的重點(diǎn)內(nèi)容。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)教學(xué)中，主要依托形狀文法理論與方法進(jìn)行家族化造型的分析與提取。這一過程中，學(xué)生需要采用手動(dòng)的方式分析大量的圖片來找尋品牌家族化設(shè)計(jì)規(guī)律，可視化程度低且分析方式繁冗。將圖像融合形變技術(shù)智能化模塊引入該教學(xué)環(huán)節(jié)，所自動(dòng)生成的造型變化圖像序列，能夠讓學(xué)生直觀地觀察到品牌家族化造型各個(gè)時(shí)期的整體演變過程，更加直觀準(zhǔn)確地把握家族化造型特征。

（二）建立課程設(shè)計(jì)聯(lián)席導(dǎo)師制

課程聯(lián)席導(dǎo)師制是在各專業(yè)均有跨學(xué)科交叉融合教學(xué)需求的情況下產(chǎn)生的，與聘任的校外導(dǎo)師不同，課程聯(lián)席導(dǎo)師只是作為一種跨學(xué)科合作交流教學(xué)的形式產(chǎn)生的，不產(chǎn)生相關(guān)的教學(xué)經(jīng)費(fèi)，是各專業(yè)教師間的一種互惠溝通方式，既滿足了教學(xué)活動(dòng)的需求，也加強(qiáng)了學(xué)科間的交流與溝通，為后續(xù)的合作奠定了基礎(chǔ)。

（三）建立課程教學(xué)作業(yè)三方評(píng)價(jià)機(jī)制

在當(dāng)前以課程指導(dǎo)教師作為課程作業(yè)評(píng)判主體人的基礎(chǔ)上，將課程聯(lián)席導(dǎo)師意見和學(xué)生互評(píng)的結(jié)果納入最終成績(jī)當(dāng)中，切實(shí)弱化單一任課教師的個(gè)人主觀評(píng)價(jià)問題，建立更加公平、公開、學(xué)生自身參與度高的新三方評(píng)價(jià)機(jī)制。同時(shí)需根據(jù)專業(yè)課程具體情況合理設(shè)置三方評(píng)價(jià)的權(quán)重，使評(píng)價(jià)機(jī)制更加合理準(zhǔn)確。

五、課程教學(xué)實(shí)踐案例分析

圖像形變是計(jì)算機(jī)圖像形變技術(shù)，圖像形變技術(shù)最早由紐約理工學(xué)院的TomBrigham提出，是采用圖形交叉溶解變形原理，通過將圖像不斷地設(shè)置為不同的透明度，在對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記的基礎(chǔ)上，把一幅數(shù)字圖像以特定的規(guī)則變換成另一幅數(shù)字圖像，在源圖像A向目標(biāo)圖像B不斷的融合過程中會(huì)自動(dòng)生成一系列的新圖像，實(shí)現(xiàn)圖像與圖像之間關(guān)鍵幀的變換，是一種達(dá)到特殊視覺效果的有效方法。以課程作業(yè)馬自達(dá)品牌家族化造型特征分析提取為例，首先選取最有代表性的汽車前臉造型作為研究對(duì)象，對(duì)目標(biāo)汽車品牌前臉造型進(jìn)行時(shí)間序列的排序，其次對(duì)圖像進(jìn)行對(duì)齊預(yù)處理，并對(duì)汽車前臉造型特征區(qū)域進(jìn)行分類及目標(biāo)區(qū)域檢測(cè)，對(duì)外造型、車燈、進(jìn)氣格柵等進(jìn)行特征點(diǎn)標(biāo)定，利用AbrosoftFantaMorph軟件選取關(guān)鍵特征點(diǎn)為驅(qū)動(dòng)元素生成形變控制網(wǎng)格（圖2），最后自動(dòng)生成造型形變演化動(dòng)畫。由此我們可以看出，馬自達(dá)進(jìn)氣格柵一直保持著扁平的盾牌造型，前大燈呈現(xiàn)更加修長(zhǎng)的趨勢(shì)，整體造型變得棱角分明。通過這一智能化自動(dòng)化教學(xué)手段，學(xué)生能夠更加快速直觀地觀察造型演變過程，準(zhǔn)確獲取家族化造型特征，為后續(xù)的形態(tài)設(shè)計(jì)提供參考。在最終的作業(yè)評(píng)判階段，建立課程指導(dǎo)教師、聯(lián)席導(dǎo)師、學(xué)生互評(píng)三方評(píng)價(jià)機(jī)制，通過作業(yè)公開答辯的方式使其結(jié)果更加公平、公開且學(xué)生自身參與度高（圖3）。這一公開的三方評(píng)價(jià)機(jī)制，不但提高了學(xué)生對(duì)作業(yè)的重視程度，也很好地避免了學(xué)生對(duì)評(píng)判結(jié)果的質(zhì)疑，增進(jìn)了師生情感互信。

六、教學(xué)改革的總結(jié)與反思

本文所描述的課程教學(xué)改革內(nèi)容及措施，已成功在我專業(yè)三年級(jí)交通工具設(shè)計(jì)課程上應(yīng)用兩年，新的教學(xué)內(nèi)容開拓了學(xué)生的設(shè)計(jì)視野，完善了跨學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。近兩年學(xué)生汽車設(shè)計(jì)課程作業(yè)多次獲得國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)，教學(xué)成果充分驗(yàn)證了教學(xué)改革措施的有效性，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)汽車設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容的跨界融合起到示范性作用，也為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)新工科建設(shè)在具體的課程革新方面提供切實(shí)可靠的建設(shè)方法。上述教學(xué)改革實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)也引起教學(xué)組對(duì)“交通工具設(shè)計(jì)”課程改革的教學(xué)反思，其表現(xiàn)在：1.圖像形變所自動(dòng)生成的迭代圖像序列，雖然能夠提高設(shè)計(jì)效率，但其效用更多的是對(duì)現(xiàn)有造型數(shù)據(jù)庫(kù)的分析與挖掘，而新造型的創(chuàng)新是本專業(yè)教學(xué)的核心，應(yīng)讓學(xué)生在掌握新方法的同時(shí)始終明確創(chuàng)新才是設(shè)計(jì)課程的核心；2.以工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)而言，圖像形變算法超出了本專業(yè)學(xué)生的知識(shí)范圍，學(xué)生在短期內(nèi)學(xué)習(xí)有一定的困難，也成為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容深化的一個(gè)難點(diǎn)，若將其封裝為簡(jiǎn)單的軟件則更能發(fā)揮效能；3.新工科教學(xué)改革雖然打破了學(xué)科專業(yè)的局限，為教學(xué)體系和教學(xué)方法帶來了新的思路，但目前只從實(shí)踐層面進(jìn)行了初步的嘗試，從教學(xué)管理層面并沒有跨學(xué)院的教學(xué)考核和評(píng)價(jià)體系，以至于聯(lián)席導(dǎo)師制只能為教師私下行為，并不能納入教學(xué)考核范圍內(nèi)。

作者：宋明亮 李寶軍 張路 劉建軍