产品拆卸（product teardown）在学生工程教育中的作用探究

《Proceedings of the Design Society》：Exploring the role of product teardown on students’ engineering education

　　

产品拆卸（product teardown）是工程设计课程中常用的教学工具，在动手实践（hands-on experience）与工程知识习得等方面具有诸多优势。本项探索性研究（exploratory study）考察了产品拆卸活动在学生工程教育中的作用，尤其关注工业设计学生技术知识习得（technical knowledge acquisition）的情况。研究结果表明，产品拆卸活动使学生对产品功能、零部件、材料及制造工艺的理解产生了质性提升。

产品拆卸（product teardown），亦称为解剖式教学或拆卸/分析/装配（D/A/A）活动，是工程设计课程中成熟的教学实践，常与逆向工程（reverse engineering）及再设计任务结合。其核心价值在于为学生提供动手实践机会，帮助其深入理解产品工作原理、内部零部件及其功能，以及制造过程与所用材料。Otto与Wood等人提出的系统化拆卸框架强调明确拆卸目的、记录零部件信息、填写物料清单（BOM）等步骤；Ullman、Ogot等人则从功能理解、能量/信息/物质流及教学活动分类等角度进一步丰富了相关方法。尽管既往研究大多面向工程设计专业学生，但针对工业设计学生的研究相对不足，而工业设计教育同样需要培养学生掌握工程设计原理与物理实现能力。因此，有必要考察产品拆卸在工业设计学生工程教育中的作用，特别是在技术知识习得方面的实际效果。本研究发表于《Proceedings of the Design Society》，为一项探索性、定性研究，旨在填补上述研究空白。

该研究的实施场景为某工业设计硕士项目中的材料选择课程，所采用的拆卸任务属于课程常规环节。2025年秋季学期，共有6名志愿者学生参与实验，所有参与者此前均完成5周工程材料理论授课，但多数未系统学习制造工艺，也未接受过材料与制造识别的动手训练。研究人员将学生随机分为两组，每组3人，分别拆卸一台手持搅拌器和一台无绳电钻。数据收集采用前后对比设计：在拆卸前，每位学生独立绘制心智模型（mental model）图并填写物料清单（BOM）表；随后进行无时间限制的小组实物拆卸，期间学生可向任课教师提问；拆卸后再次在撤除产品与小组BOM的条件下独立完成相同任务，仅凭记忆作答；最后通过问卷调查收集自我评价与开放式反馈。研究结果显示，拆卸后学生在功能、零部件、材料及制造工艺方面的理解均出现质性提升：对工作原理的评分从拆卸前手持搅拌器组的3.5分、无绳电钻组的1.7分，均提升至4.6分；内部结构评分也从2.0分和1.3分共同提升至4.4分。物料清单方面，每位学生正确识别的零部件、材料及制造工艺数量均呈正向增长；例如，手持搅拌器组的零部件识别从平均6.3项增至9.3项，材料识别从3.0项增至7.7项，制造工艺识别从0.7项增至4.3项；无绳电钻组的对应指标则分别从5.7项、2.0项、0.3项增至11.3项、7.0项和7.3项。上述结果表明，产品拆卸活动有助于弥补学生工程背景差异、均衡不同初始水平学生的知识基础，且由于参与者在制造工艺方面的前置教育较薄弱，拆卸带来的相关提升尤为明显，提示其可作为针对性知识干预手段。学生的主观反馈也显示，拆卸活动增强了学习动机、参与感以及对产品与制造过程的感知收获。

该研究将产品拆卸研究拓展至工程背景相对薄弱的工业设计学生群体，揭示了产品拆卸在促进工科知识普及和弥合理论与实践差距方面的价值，为工程设计及相关学科的课程设计提供了依据。然而，研究也存在若干局限：样本量过小，无法开展统计分析；未设置对照组，拆卸过程中教师互动未能严格控制；拆卸后用于完成心智模型与BOM的20分钟时间不足；小组作业导致部分学生参与机会不均；学生已学理论知识的记忆不足可能影响其识别与理解。为此，未来研究应扩大样本、设置对照组、增加理论知识参考资料、在资源允许时改为个人拆卸，并与虚拟拆卸、CAD模型、技术图纸等内部结构探查方法进行比较。

研究所采用的关键技术方法如下：研究样本来自2025年秋季学期某工业设计硕士材料选择课程的6名志愿者学生，分为两组分别拆卸手持搅拌器和无绳电钻。方法采用前后对比的定性设计：拆卸前学生独立绘制心智模型图并填写物料清单表；随后进行无时间限制的小组实物拆卸，期间允许向任课教师提问；拆卸后再次独立完成相同内容的心智模型与物料清单任务，但撤除产品和小组物料清单，仅凭记忆作答。评价方面，心智模型由两名评分者按三个标准（工作原理清晰度、内部结构正确性、整体质量与细节）以1–5分制评分，物料清单由一名评分者逐项判定正误，最后通过自我评价问卷和开放式问题采集主观反馈，整体采用探索性定性分析，不依赖统计推断。

研究结果可具体概括为：（1）研究结果总体呈现：由于样本量小，数据未进行统计检验，而以定性描述与趋势分析方式呈现，拆卸前后共获得12份心智模型；（2）心智模型：拆卸后草图质量、细节数量及零部件空间位置准确性均明显提高，电机、齿轮等关键零部件从被遗漏或错误放置到被正确识别并定位，体现出系统级产品理解的增强；（3）物料清单（BOM）：每位学生正确识别的零部件、材料及制造工艺数量均呈正向增长，手持搅拌器组和无绳电钻组在各项指标上均有明显提升。

在讨论与结论部分，研究人员指出产品拆卸对工业设计学生的技术理解具有积极影响，与既往研究结论一致。初始差异主要源于日常产品熟悉度和过往项目经验，但拆卸后两组表现趋于一致，体现出拆卸在均衡知识基础方面的“调平”作用。制造工艺在拆卸前识别率较低，反映前期课程偏重材料而缺乏制造过程训练，拆卸中的教师讲解有效弥补了这一短板。研究结论认为，将动手产品拆卸活动纳入课程是十分有效的教学工具，可帮助学生掌握基本工程设计原理，无论其先前工程知识背景如何。具体而言，产品拆卸带来三方面效应：一是显著提升技术知识，各项评估指标在拆卸后均有所提高；二是均衡学生知识基础，初始因产品熟悉程度不同造成的评分差异在拆卸后消失；三是可作为针对性知识干预手段，尤其是在学生先前缺乏系统学习的制造工艺领域，观察到了显著的提升。未来研究应解决样本量小与变量控制等局限，并进一步比较虚拟拆卸、CAD模型、技术图纸等方法。总之，产品拆卸是一种动态、触觉且能激发学习动机的教学工具，使学生能够掌握核心工程原理、提升技术知识，并为不同专业背景的学生架起理论工程知识与实体产品实现之间的桥梁。