结课汇报 | 2020公选课设计思维与智能硬件

发布于 2021-01-14 15:19

2020年秋季，设计思维与智能硬件公选课课程如期展开。这一课程是北京理工大学首次开展的跨专业设计思维公选课课程。课程由北京理工大学设计与艺术学院1102工作室研究生参与辅导教学。

设计思维这种创新思维已经超越设计专业领域，逐渐变成人人都该具有的国民基本素质。Arduino智能硬件系统是为设计师快速实现原型开发的。结合智能硬件学习，采取问题导向、项目化教学、跨专业小组方式的设计思维教学，可以提高学生的创新设计思维能力、原型实现能力和团队合作能力。

参与选修课程的同学们来自光电学院、宇航学院学院学院、机电学院、信息与电子学院、管理与经济学院、设计学院等不同学院。拥有不同学科背景的同学组成队伍进行项目设计。

第一组：智能枕头

小组成员

袁天昊郭计远葛琼颖张少焕闻芷艺何自强

你了解枕头吗

枕头大家每天都在用，但枕头与颈椎病的密切关系，大家可能还不太清楚。正常的颈椎呈前凸弧度，若枕头无法与颈椎契合，时间长了就会造成颈椎弧度变化，引起异常。每个人的颈椎弧度都不相同，因此不同的颈椎弧度，须由不同弧度的枕头配合，才能使颈椎得到完全的承托。此外，枕头的高度不合适，也会对颈椎造成伤害，太高会使颈部压力过大，太低则颈部无法放松，这些都会破坏颈椎正常的生理曲度。

鉴于我们睡眠时经常会变换睡姿，真正适合人体生理特征的枕头应该是“一个枕头，两种高度”，即那种“中间低，两边高”的双卧式枕头。这样设计的枕头，无论是仰卧还是侧卧，人体的颈椎都会处于平缓的自然曲度状态，避免了在不同的睡姿状态下颈椎的变形伤害，既增加了睡眠的舒适度，又全面保护了颈椎的健康，可以在几天内让人们的颈椎病痛得到缓解。

另外，对枕头填充物的选择也很重要，一个好的枕头填充物要具有良好的流动性和塑型性，这样的枕头能够保持住良好的正常形态和舒适性，有利于肌肉放松和血液循环。根据这种特性要求，民间一直沿用的荞麦壳是做枕芯比较理想的材料，其中尤以苦荞壳为最优。

用户调研

·采用问卷法

·针对人群：大学生

·有效问卷：77份

·渠道：问卷星

睡眠质量

有31.1%的人群睡眠健康状况存在问题

枕头舒适度

少数人枕头不大合适，一般和很舒适平分秋色。

落枕

落枕：落枕最主要的病因是肌肉扭伤，比如因睡眠时枕头不合适，使头颈处于过伸或过屈状态。

枕头的真正名字应该叫”枕颈“。枕头不合适，常造成落枕，反复落枕往往是颈椎病的先兆。

经常落枕的人群认为落枕和枕头有很大关系，随落枕程度降低，他们认为枕头和落枕的联系度也降低。

睡眠记录

只有少数人会记录自己的睡眠，他们使用的app各异，不同的app准确度不同，那些能够坚持使用睡眠记录app的人多数认为睡眠记录是准确的，反之认为不准确的人往往不经常使用。

枕头类型

24.6%用乳胶枕

20.7%用经典荞麦枕

18.1%用羽毛枕

10.4%用记忆海绵

其余的由木枕头，核桃枕头，化纤枕头，棉枕头等

各种奇奇怪怪的枕头构成，这给我们设计自动调节高低枕头的材料提供了选择依据。

价格要求

绝大多数人要求价位较低，处于50-200之间，然而枕头材料的选择和机械结构的设计可能使得成本价并不低。

用户画像

程旭

压力大·技术前沿·颈椎病种子选手

“枕头不大舒服，早上起来脖子酸痛，没有精神。”

基本信息：26岁，入职一年多，公司技术人员

生活状态：事业处于起步阶段，独自租房居住，忙于工作，长时间坐着不动，家里东西的置办也是马马虎虎，床上用品都是某宝双十一活动买的。

常去地点：咖啡店，办公室，大型连锁超市。

核心要求

1.有一把合适的办公椅

2.在一天忙碌的工作后可以轻松舒适入眠

3.别得颈椎病

埃德

低头一族长身体中·没有养生意识

“爸，妈，我今天也要用手机上网课！”

基本信息：12岁，小学生

生活状态：自从疫情爆发后使用手机频率飙升，老师的作业和讲课都在线上进行；由于疫情居家隔离，不能出门，课业之余只能和朋友们玩一玩手机游戏，看一看最新科技进展报道和科幻电影。父母对此感到担忧但又没有办法。

常去地点：因为疫情原因很少出门

核心要求

疫情快点结束，可以出去玩，不用每天盯着电脑手机屏幕了

父母的核心要求

孩子的颈椎千万不要弄变形了

王梅

更年期·淘宝网金主·妇女团体一员

“躺在床上难以平静，烦躁不安，睡不着”

基本信息：48岁，家庭主妇

生活状态：家庭水平小康，但每天疲于繁重家务，照顾丈夫孩子的衣食住行，所以是各种购物网站的常客；闲暇之余和邻里的太太们在小区里聊天，处于更年期，情绪起伏不定，易烦躁，夜里容易惊醒。

常去地点：菜市场，小区花园

核心要求

1.迫切需要提升睡眠质量，希望能有高科技的发明解决一下

2.心态能够变得更好

用户旅程图

市场分析

使用习惯待培养，市场待发掘

智能枕头在中国市场只发展了短短几年，大多数人对智能枕头了解不够，使用概念不强使用习惯也未形成，大多数人更多的是选择材质做工和设计有一定提升的传统枕头作为更新换代的首选，少数喜欢尝试新鲜事物的用户会选择智能枕头，目前智能枕头还远没有达到刚需的阶段，以智能枕头等为代表的智能家居产品目前在国内市场的渗透率还较低。但随着居民可支配收入持续增长，基于智能枕头宣传的改善睡眠的良好效果，智能枕头市场开始呈现“起步晚、空间大”的特点。

价格高昂

部分用户不愿购买智能枕头是因为“没有足够的理由去使用它”，目前高端智能枕头动辄一两千元，高昂的价格使中低收入水平的潜在用户望而却步。如日本的某个牌子的一个普通枕芯，在国内购物网站上要卖到1199元，而这只是不带骨传导耳机，也没有睡眠监测功能的纯裸枕价格。还有已经在国内一些城市开设实体店的某品牌枕头，其一个定制款枕头就需要2000块左右。

成像+升降机构

压力+弹簧机构

压力+气囊

需求定义及功能架构

创意构思头脑风暴

创意方案一

通过安装的人脸识别装置，当成功识别人脸时，即表明此时是侧卧，进而调节枕头高度。

创意方案二

气体采集识别

安装的气体采集器感应到大量气体时表明人处于侧卧，进而自动调节枕头高度。

创意方案三

压力感应

将压力传感器置于床铺上，位于人体背部，鉴于人体仰卧与侧卧的对压力传感器的压力不同从而识别人体睡姿，改变枕头高度。

演示

原理

多传感器压力感应：

经测量，正常男子肩宽为36-40cm左右，我们准备了12个薄膜压力传感器，每隔3cm放置一个；正卧时，被压传感器数目应较多，而侧卧反之，根据有响应传感器的数目来判断人的睡姿。

问题

实际测量时发现多数传感器无示数？

解决方案

床太软，单方面受力时压力传感器感应很弱，所以我们在所有传感器下面垫了几本硬质书。

正卧

侧卧

测量过程：测量肩部压力

实现方法

1.arduino判断a1-a12传感器有无示数，有示数k+1。

2.当k>5时，判断为平躺，充气阀门关闭，出气口打开。

3.k<4时，判断为侧卧，充气阀门开启，出气口关闭。

课堂记录

第二组：儿童玩具

小组成员

王维昊刘云啸于景睿张宇博杨澍田

选题背景

了解学龄前儿童

学龄前儿童是指尚未达到入学年龄的儿童。在这个短暂的时期里，儿童学习语言，产生自我意识和在特殊文化背景下的自我环境意识。这一时期是兴趣培养的重要阶段，当家长发现孩子的这一闪光点出现时，就要不失时机的加以引导，扩散，为孩子创造发展的空间，使之得以发扬光大。使孩子们通过直接体验和游戏的形式进行学习，以获得最佳的效果。

学龄前儿童特点

1、体格发育。

2、视力发育。

3、骨骼与肌肉发育。

4、脑及神经系统发育。此期的儿童会很好奇、好学、好动。

5、心理发育。动作的发育有赖于感知觉、体格和生理功能的发展，这些又反过来影响着学龄前儿童的智力、情绪及个性发展。

存在的问题

学龄前儿童大多数时间的活动范围仅限于家并且缺少父母的陪伴，有很多家庭都是老一代人去照料儿童。3-7岁本来是长身体、培养兴趣、发育心智的重要阶段。不过，根据资料显示和调研发现孩子们接触电子产品的年龄越来越提前，身体成长不均衡、视力出现异常、兴趣爱好未养成、接触网上不良信息等问题让孩子面临着更大的成长风险。

学龄前儿童使用电子设备的危害

由于6岁以下儿童身心都还未发展成熟，过度使用手机、电脑等电子产品，通常会带来多种伤害。

1.影响脑部发育

2.辐射

3.流行性肥胖

4.剥夺睡眠时间

5.上瘾

6. 精神问题

国家卫健委发布的儿童青少年近视防控健康教育核心信息指出，6岁以下儿童要尽量避免使用手机和电脑。非学习目的使用电子产品单次不宜超过15分钟，每天累计不宜超过1小时。家长在孩子面前应尽量少使用电子产品。

电子媒介呈现的仍然是一个片面的、虚拟的世界，而且它们无法替代传统的早教模式与人际交流方式，对培养学龄前儿童的毅力和集中注意力等方面不利。

英国认识神经学家 Jordan Grafman 预测：经常玩电子产品的孩子也许对现代社会各种快节奏的工作场所会有更好的适应能力，但他们在未来长期的工作中不会做得很好，表现出工作后劲不足的特点。

前期调研

用户调研

市场调研

问卷调研

选取部分具体问题及结果

6. 请问您孩子的娱乐活动包含 [多选题]

8. 请问您希望您孩子的娱乐活动更多做什么？ [单选题]

8.家长希望孩子的娱乐活动更多做电子设备（电脑、平板、手机）的占4.35%，拼插积木、拼搭积木、乐高积木的占62.8%，电动/遥控玩具占到了15.46%，角色扮演/过家家玩具占到了31.4%，户外活动占到了86.96%，其他占到了4.83%，可见绝大多数家长期望孩子娱乐活动不使用电子设备。

10. 如果您为孩子选择一款益智玩具，您希望该玩具能够帮助孩子提高哪些能力 [排序题]

10. 如果父母为孩子选择一款益智玩具，希望该玩具能够帮助孩子培养兴趣的人数最多，培养动手能力的其次，创造能力次之，之后是算术能力，最少的是分类能力，可见父母更注重孩子的兴趣教育和动力与创造能力培养。

问卷总结

本次问卷有效填写人数为207人，

主要填写人群为3-7岁学龄前儿童家长。

1.大多数家长比较重视在空余时间陪伴孩子。

4.大多数儿童均存在玩电子设备(电脑、平板、手机)的情况，虽然时间占比在40%以下的居多，不过也说明电子设备正在渗透进学龄前儿童的成长阶段。

5.家长更希望孩子做娱乐活动前三位分别是接触拼插积木、拼搭积木、乐高积木；智能益智玩具；户外活动，希望减少使用电子设备。

6.家长更注重孩子的兴趣教育和动力与创造能力培养。

Persona

问题点：

儿童容易被电子设备和虚拟信息吸引

当前玩具的趣味性和益智性不够

需求定义

需求总结

在了解了用户之后，我们要做的事情是写出一个问题描述（Problem Statement）

创意构思

具体功能定位

创意比选

原型实现

最终原型

优势功能架构

实践过程

实际测试

导入代码后校准音与灯光测试

玩具小车实际测试1

玩具小车实际测试2

第三组：智能茶壶

小组成员

李向南牛文涛高艺浓王玥崔洲荣罗飞

茶，是中国的“国饮”，也是世界三大饮料之一。但是在现代化的发展中，饮茶却并没有像想象中的全民覆盖，究竟是为什么呢？根据调查我们发现，主要是因为泡茶过程太过繁琐，自己的泡茶手艺不专业所以很多用户从而放弃喝茶。

设计调研

您对泡茶流程的了解程度？

您在泡茶过程中遇到的困扰是？

您喝茶的目的是？

如果有一款智能茶壶，能够自动按照泡茶工艺帮您泡茶，您是否愿意尝试？

您心目中一款好的智能茶壶应具备哪些功能？

喝茶的目的因人而异，其中会客会友占比最高，体现了饮茶背后的社交意义。以提神醒脑，修身养性为目的喝茶的人也不在少数。而家里与办公场所是绝大部分人的喝茶地点，大部分对于喝茶的器具选择为普通茶杯，有近三分之一的人群由于喝茶器具的选择表示不太讲究。根据调查群体的反馈，对于泡茶过程中的困扰主要集中在茶具的清洗与个人泡茶手艺不专业。也存在茶叶口味不佳，泡茶流程复杂等其他因素。

竞品分析

目前市面上的产品设计点在于温度不同水温会有颜色变化给使用者提示，但是在煮茶的过程中，茶滤什么时候泡进水中，煮多久茶滤升起，还是需要人工来操作。（图左荣事达）

当水温到达设定温度和时间以后泡茶漏斗会自动上升，将茶叶与茶水分离开来，结束泡茶。但是忽略了有些茶不适合长时间在水中浸泡，不能及时地进行茶水分离，影响口感。而且其生产成本高，价格昂贵。（图右澳洲铂富）

设计定位

方案设计

完成智能茶壶中茶滤自动升降来泡茶的结构设计方案，实现用APP控制，最终实现泡茶自动化，解决了人们在喝茶过程中繁琐的过程，让生活更方便。

制作过程

最终，我们实现了泡茶自动化，通过结构设计，实现茶篮的升降，并且可以用手机APP进行蓝牙操控。

第四组：智能茶杯

小组成员

粘佳录陈嘉伟白晋玮韩济澎汪志琦吕艺丰

茶是中国传统饮品，在以往是中国人最常喝的饮品，但是现在年轻人更喜爱喝奶茶，奶茶相对于茶带来了很多健康问题。但仍有不少爱茶人群，他们日常忙碌生活中的喝茶需求没有得到解决，因此我们小组将以此问题入手，设计一款便携智能茶杯，为喝茶人士提供便捷泡出好茶的产品。

设计调研

您常使用的泡茶工具是？

您是否对泡茶时间有要求？

您对茶水保温是否有需求？

您是否希望能看到茶的汤色？

您对便携式泡茶产品价格能接受的范围？

1.根据我们的问卷调查，大部分喝茶的用户都对泡茶时间的把控都是依靠自身经验，那么很多想喝茶的小白并不清楚泡茶的时间，泡出来的茶并不好喝，然后就变得不再喝茶。

2.大部分的喝茶爱好者都很喜欢看泡茶的颜色，又对保温很有需求。而市面上大多数加热保温杯都做不到透明。

3.在问卷调查中有一半的人是为了茶的口感来喝茶，而大部分的人对泡茶的时间都是粗略估计

竞品分析

市面上的智能水杯有主打检测水质、提醒饮水、提醒水温、实现简单社交信息等功能，其中以茶口感为主打的茶杯比较少。唯一有一款，是通过可选择三档茶水分离的时间，来控制好茶的浓淡。但能控制泡茶时间、泡茶温度是保证茶口感的一个重要因素。并且一次冲泡的茶没有喝完，凉掉后也十分影响口噶安。因此，符合用户的喝茶温度，并且恒温也是十分重要的。

设计定位