李天贈(zèng),黃紅梅,劉春花
(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系,廣東佛山528000)
隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興學(xué)科的興起,以“智能制造”為核心的發(fā)展理念正從根本上推動(dòng)著制造技術(shù)的變革。為適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展要求,推動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí),實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型,我國(guó)政府實(shí)施了制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)《中國(guó)制造2025》。在《中國(guó)制造2025》的戰(zhàn)略任務(wù)中,明確提出要提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力,發(fā)揮工業(yè)設(shè)計(jì)在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)中的重要的作用。如何緊跟時(shí)代發(fā)展步伐,培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的具有綜合能力的新工科人才,是當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)改革需迫切解決的問(wèn)題,其中加強(qiáng)理性思維的培養(yǎng)是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。
現(xiàn)代意義上的工業(yè)設(shè)計(jì)孕育于18 世紀(jì)后期的歐洲工業(yè)革命,并正式起源于20 世紀(jì)初的德國(guó)包豪斯學(xué)院,包豪斯提出“藝術(shù)與技術(shù)的新統(tǒng)一”的設(shè)計(jì)理念,對(duì)世界現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[1]。包豪斯強(qiáng)調(diào)理性主義在工業(yè)設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)地位,突出設(shè)計(jì)思維的客觀性,以科學(xué)技術(shù)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù),注重造型服務(wù)于功能的設(shè)計(jì)原則。時(shí)至今日,包豪斯的理性主義設(shè)計(jì)理念仍受到廣泛認(rèn)同[2]。
工業(yè)設(shè)計(jì)的本質(zhì)體現(xiàn)的是以人為本,通過(guò)設(shè)計(jì)改變不合理的生活方式,實(shí)現(xiàn)人與產(chǎn)品、環(huán)境的和諧,創(chuàng)造更完美的生活方式[3]。工業(yè)設(shè)計(jì)首要目的是通過(guò)物的創(chuàng)造滿足人類自身對(duì)物的各種需求。傳統(tǒng)藝術(shù)注重的是創(chuàng)造者個(gè)人情感的表現(xiàn),而設(shè)計(jì)則需做到客戶、設(shè)計(jì)師、消費(fèi)者三維一體的公認(rèn)合理原則。因此,工業(yè)設(shè)計(jì)被認(rèn)為是有“依據(jù)”的“創(chuàng)意”,其理性的依據(jù)貫穿于產(chǎn)品的前期調(diào)查、方案設(shè)計(jì)及后期評(píng)價(jià)全過(guò)程。例如,調(diào)查數(shù)據(jù)的分析方法、設(shè)計(jì)制作工藝、產(chǎn)品性能評(píng)估等都離不開(kāi)理性與科學(xué)的思維方式和工作方法。工業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程需包含清晰的理念與縝密的思考,依據(jù)預(yù)定的需求與功能遵循理性分析及邏輯秩序進(jìn)行設(shè)計(jì),確保方案的合理性,使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品既符合使用者的需求又能為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果的最大化。
“工業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程可描述為人類設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決,融合了特定知識(shí)的獲取、評(píng)價(jià)、生產(chǎn)和轉(zhuǎn)移”[4]。也可看作是運(yùn)用創(chuàng)新思維發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程,先進(jìn)的技術(shù)是推動(dòng)問(wèn)題解決的核心因素。近年來(lái),物聯(lián)網(wǎng)、增材制造、機(jī)器學(xué)習(xí)等新模式、新技術(shù)正在將物理世界與數(shù)字世界相融合,工業(yè)產(chǎn)品變得更加智能化和互聯(lián)網(wǎng)化,設(shè)計(jì)與技術(shù)的關(guān)聯(lián)前所未有地緊密,對(duì)于設(shè)計(jì)師而言,具備技術(shù)性問(wèn)題解決的理性思維能力已成為一種新要求。目前,不管是美國(guó)提出的STEAM(集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育)理念,還是我國(guó)提出的新工科發(fā)展理念,都試圖為適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展需求而培養(yǎng)高復(fù)合型人才。工業(yè)設(shè)計(jì)作為集科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)創(chuàng)新高度融合的綜合性交叉學(xué)科,面對(duì)新形勢(shì)的迫切要求,必須更加注重理性思維方式的培養(yǎng),掌握新技術(shù)與方法,推動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
近十幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng),對(duì)于高質(zhì)量的設(shè)計(jì)人才需求日益增大。與此同時(shí),我國(guó)的工業(yè)設(shè)計(jì)高等教育規(guī)模實(shí)現(xiàn)了井噴式的發(fā)展。目前,普通高等院校幾乎都設(shè)置了工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè),每年可向社會(huì)輸送大量的工業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)生。然而,值得反思的是,工業(yè)設(shè)計(jì)的培養(yǎng)質(zhì)量無(wú)法跟上爆炸式擴(kuò)招的步伐,人才培養(yǎng)目標(biāo)趨同化、定位不清晰、與市場(chǎng)需求脫節(jié)等問(wèn)題突出,致使充沛的人力資源無(wú)法與巨量的工作機(jī)遇相配對(duì),許多工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生畢業(yè)后無(wú)法勝任設(shè)計(jì)師工作,出現(xiàn)就業(yè)困難的窘迫現(xiàn)象[5]。
由于工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)前大多未接受過(guò)系統(tǒng)的美術(shù)教育,因此造型表現(xiàn)手法相對(duì)匱乏,需進(jìn)一步加強(qiáng)練習(xí);另外,由于工業(yè)設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品造型是提升工業(yè)產(chǎn)品附加值的重要表現(xiàn)方式,因此大多數(shù)院校的工業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案均比較注重造型藝術(shù)技能的培養(yǎng)[6]。在偏重于藝術(shù)設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中,部分高校形成了重“藝術(shù)”輕“技術(shù)”的培養(yǎng)思路,將工業(yè)設(shè)計(jì)視同于工藝美術(shù)培養(yǎng),在課程設(shè)置上參照藝術(shù)院校的模式,雖然在基礎(chǔ)課程中包含了相關(guān)的工科課程,但在專業(yè)課程中更多地關(guān)注設(shè)計(jì)感性與技能,工科課程被邊緣化,學(xué)時(shí)被一再刪減,忽略了理性思維方式的可持續(xù)培養(yǎng),導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生陷入一種在表現(xiàn)手法上不及藝術(shù)生,功能原理方面又無(wú)法深入掌握的困境。2012 年后,教育部《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》明確將工業(yè)設(shè)計(jì)定義為工科專業(yè),去工科化的現(xiàn)象得到了一定程度的遏制,許多高校也紛紛對(duì)教學(xué)培養(yǎng)大綱進(jìn)行調(diào)整,突出工科性質(zhì),開(kāi)始強(qiáng)調(diào)理性思維培養(yǎng)的重要性。
除此之外,多年來(lái)持續(xù)擴(kuò)招使師資力量短缺問(wèn)題突出。為彌補(bǔ)師資不足,不少高校選擇將原繪畫、工業(yè)、圖學(xué)、機(jī)械等方向的教師直接轉(zhuǎn)為工業(yè)設(shè)計(jì)。然而,這種方式直接導(dǎo)致了技術(shù)與藝術(shù)無(wú)法很好融合、學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量不佳的后果。目前,工業(yè)設(shè)計(jì)師資短缺問(wèn)題已嚴(yán)重制約著工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展,特別是高層次工業(yè)設(shè)計(jì)教師人才極其匱乏。以2015 年為例,全國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)博士點(diǎn)不到20 個(gè),而授予工科的博士點(diǎn)只不到10 個(gè),每年可補(bǔ)充的高層次人才無(wú)法滿足發(fā)展需求[7]。博士畢業(yè)生普遍接受過(guò)更為全面系統(tǒng)的科學(xué)思維培養(yǎng),具有穩(wěn)定的研究方向,對(duì)于科學(xué)理性思維的理解及運(yùn)用更為深入,高層次人才在師資中的比例一定程度上影響著工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科理性思維的培養(yǎng)效果。值得慶幸的是,在教育部《關(guān)于新時(shí)期加強(qiáng)高等學(xué)校教師隊(duì)伍建設(shè)的意見(jiàn)》的指引下,各大高校越來(lái)越重視高層次人才的引進(jìn)工作。近年來(lái),工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的師資隊(duì)伍學(xué)歷層次不斷提高,特別是具有交叉學(xué)科背景的高層次人才不斷加入,對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生的理性思維方式的培養(yǎng)具有積極的意義。
工業(yè)設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐并重的學(xué)科,扎實(shí)的理論基礎(chǔ)是指導(dǎo)工業(yè)產(chǎn)品合理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)模式存在著不足,例如不注重學(xué)生理性思維方式的培養(yǎng)。學(xué)生未能很好地掌握科學(xué)解決問(wèn)題的思維方式,容易在設(shè)計(jì)實(shí)踐中形成未經(jīng)充分論證就對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行定義的非理性設(shè)計(jì)思維方式,無(wú)法達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果。工業(yè)設(shè)計(jì)是一門綜合型的學(xué)科,工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生在掌握基本的設(shè)計(jì)表現(xiàn)手法同時(shí),還需對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)原理、材料與制作技術(shù)、工程設(shè)計(jì)原理有一定的了解。目前工業(yè)設(shè)計(jì)工科課程主要包括《工程圖學(xué)》、《工程力學(xué)》、《電工基礎(chǔ)》、《程序設(shè)計(jì)》、《人機(jī)工程學(xué)》等。由于工業(yè)設(shè)計(jì)所面向的對(duì)象非常寬泛,課堂中的教學(xué)內(nèi)容無(wú)法面面俱到,例如,單從力學(xué)角度來(lái)看,學(xué)生在座椅設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到固體力學(xué)知識(shí),在高速交通工具設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到流體力學(xué)知識(shí),在衛(wèi)浴保暖設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)又會(huì)遇到熱力學(xué)知識(shí),而單一門課程做到力學(xué)內(nèi)容的全覆蓋是不現(xiàn)實(shí)的。因此,如何培養(yǎng)學(xué)生自覺(jué)根據(jù)不同設(shè)計(jì)需求獲取相應(yīng)的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的研究性學(xué)習(xí)能力顯得尤為重要。工科知識(shí)包含的內(nèi)容雖寬廣,但共同的特點(diǎn)是均建立在充分的證據(jù)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砩?,即理性思維貫穿始終。注重培養(yǎng)學(xué)生的理性思維方式,可起到觸類旁通效果?;诠I(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)特點(diǎn)結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,提出勤于檢索、掌握機(jī)理、善于應(yīng)用的理性思維培養(yǎng)模式。
設(shè)計(jì)是一個(gè)有理可循的過(guò)程,但學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于自身知識(shí)及條件的局限無(wú)法驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。事實(shí)上,設(shè)計(jì)中接觸的許多問(wèn)題在其他領(lǐng)域大多已經(jīng)被驗(yàn)證或已有成熟的解決方案,此時(shí),培養(yǎng)學(xué)生的檢索能力就顯得非常必要。勤于檢索,善于篩選信息是工科學(xué)生必備的能力之一。圖1 為一學(xué)生的辦公椅人機(jī)設(shè)計(jì)方案,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于采用實(shí)物模型進(jìn)行初期方案篩選的成本過(guò)高,如何確定合適的初選方案成為前期設(shè)計(jì)急需解決的問(wèn)題。此時(shí),應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)(如中國(guó)知網(wǎng)CNKI等)檢索桌椅相關(guān)人機(jī)工程文獻(xiàn),篩選有效信息,可為評(píng)判方案的合理性提供依據(jù)。如通過(guò)文獻(xiàn)[8]獲知了舒適坐姿關(guān)節(jié)角度的數(shù)據(jù);通過(guò)文獻(xiàn)[9]得到座椅靠背及坐面的最優(yōu)角度等信息?;谝陨闲畔?,以最優(yōu)靠背角度為基準(zhǔn),通過(guò)對(duì)不同座椅方案的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行推算得出相應(yīng)的座面角度、位移等信息,并與文獻(xiàn)中的最優(yōu)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析,可確定最優(yōu)的初選方案。通過(guò)文獻(xiàn)檢索,一方面可以得到較權(quán)威可靠的數(shù)據(jù)支撐設(shè)計(jì)方案的可靠性;另一方面有助于了解相關(guān)領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài),激發(fā)學(xué)生大膽創(chuàng)新的勇氣。目前,本科教學(xué)常常忽視檢索能力的培養(yǎng),學(xué)生開(kāi)展設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)從下手的情況,作為理性思維方式培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),學(xué)生檢索能力的培養(yǎng)應(yīng)引起足夠的重視。
圖1 辦公椅人機(jī)設(shè)計(jì)
人文學(xué)科與自然學(xué)科的區(qū)別在于,前者以“人”為中心,注重主觀意識(shí);后者以“物”為對(duì)象,尊重客觀現(xiàn)實(shí),講究理性與邏輯思維。工科作為自然科學(xué)的重要組成部分,學(xué)會(huì)運(yùn)用自然科學(xué)原理解決工程問(wèn)題是工科培養(yǎng)的根本目的。自然科學(xué)原理有理可循尋,建立在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)事實(shí)與數(shù)理推導(dǎo)基礎(chǔ)上。事實(shí)上在工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐中過(guò)于強(qiáng)調(diào)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)與其他工科專業(yè)的差異性,大力推行概念應(yīng)用化,忽略了利用抽象的數(shù)學(xué)表達(dá)式去解釋科學(xué)原理問(wèn)題。工科課程注重的是理論推導(dǎo)的延續(xù)性,例如,沒(méi)有掌握《高等數(shù)學(xué)》的偏微分方法,就很難理解《計(jì)算流體力學(xué)》的求解過(guò)程。在課程中一味地采用去公式化的教學(xué)模式,容易導(dǎo)致工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生無(wú)法掌握工科核心內(nèi)容,造成理性思維方式培養(yǎng)的不可延續(xù)性。數(shù)理表達(dá)是對(duì)事物原理描述最客觀、最有說(shuō)服力的表現(xiàn)形式。例如,一學(xué)生以“毛巾烘干架”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)選題方向。做好這個(gè)設(shè)計(jì),首先需弄清楚烘干架熱量傳遞的基本原理;最后依據(jù)熱量傳遞的特點(diǎn),確定合適的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)前期,通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)理推導(dǎo)方法,可加深對(duì)烘干架的熱量流動(dòng)的特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。此案例中,空氣可以被假設(shè)為理想氣體,理想氣體狀態(tài)方程的基本形式可以描述為
其中,p 是指氣體的壓強(qiáng);V 為氣體的體積;m 是氣體的質(zhì)量;M 為氣體的平均摩爾質(zhì)量,與氣體種類有關(guān)(常數(shù));R 為氣體常數(shù);T 則表示氣體的熱力學(xué)溫度。由于氣體的密度ρ=m/V,故式(1)可演化為
其中,M 和R 為定值,而烘干架放置于開(kāi)放空間中,氣體壓強(qiáng)p 也可認(rèn)為是常量,因此空氣密度ρ 和T溫度成反比關(guān)系。
通過(guò)式(2)可得出,當(dāng)溫度升高時(shí),氣體密度會(huì)下降,在重力作用下,熱空氣會(huì)向上流動(dòng)的結(jié)論。依據(jù)此結(jié)論,可適當(dāng)降低烘干架上部的加熱桿密度,將加熱功能區(qū)集中設(shè)置于下部,下部加熱區(qū)傳遞上來(lái)的熱量可對(duì)烘干架上部進(jìn)行補(bǔ)充,實(shí)現(xiàn)烘干架效能的提升,設(shè)計(jì)方案如圖2 所示。
圖2 毛巾烘干架設(shè)計(jì)
數(shù)理推導(dǎo)是工科生必備的基本素質(zhì),以往的工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)由于不重視這方面的培養(yǎng),導(dǎo)致學(xué)生解釋方案時(shí),常常出現(xiàn)說(shuō)服性不強(qiáng),對(duì)原理本質(zhì)分析不到位,無(wú)法確定功能設(shè)計(jì)的合理性,增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。因此,注重學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)的培養(yǎng),提升學(xué)生掌握機(jī)理指導(dǎo)設(shè)計(jì)的能力,是學(xué)生理性思維方式培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。
學(xué)生課堂接受的理論知識(shí)未能有效應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐,設(shè)計(jì)的開(kāi)展大多還是依據(jù)自身的感性認(rèn)識(shí)[5]。事實(shí)上,這也反映出在授課過(guò)程中不經(jīng)意間忽視了“學(xué)”與“用”之間起重要作用的“橋”,未能很好地引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合適的手段將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐,造成“學(xué)”與“用”的脫節(jié)。一方面由于理論課程均偏概念抽象化,如果課堂中不緊密結(jié)合實(shí)例進(jìn)行講解,容易造成授課過(guò)程乏味,無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣;另一方面設(shè)計(jì)實(shí)踐在工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中占有很大的比例,而科學(xué)理論是支撐設(shè)計(jì)合理性的關(guān)鍵。如何有效地將理論運(yùn)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐是工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)的關(guān)鍵。例如,在工科課程中,不單讓學(xué)生掌握力學(xué)、機(jī)械、電路等基本內(nèi)容,還應(yīng)注重將工科理論應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)途徑的介紹,讓學(xué)生知道通過(guò)何種計(jì)算軟件或試驗(yàn)方法可將所掌握的知識(shí)應(yīng)用于設(shè)計(jì)中。如學(xué)生提出一款可起到防濺水作用的洗手盆設(shè)計(jì)概念,其設(shè)計(jì)思路是通過(guò)改變洗手盆盆口造型使水流無(wú)法從洗手盆溢出,此設(shè)計(jì)的核心點(diǎn)在于如何確定方案的可行性。通過(guò)結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)軟件(如ANSYS Fluent),對(duì)洗手盆的水流流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析評(píng)估,可有效避免設(shè)計(jì)的盲目性,指導(dǎo)防濺水洗手盆合理設(shè)計(jì)方案的提出,如圖3 所示。由此可見(jiàn),在工業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)中應(yīng)充分注重“學(xué)”與“用”之間“橋”的搭建,讓學(xué)生知曉應(yīng)用知識(shí)的實(shí)現(xiàn)途徑,提升善于應(yīng)用技術(shù)手段解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力。
工業(yè)設(shè)計(jì)是集藝術(shù)創(chuàng)新與工程科學(xué)相結(jié)合的高度綜合性的交叉學(xué)科,工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生不僅需要具備活躍的藝術(shù)靈感和扎實(shí)的表現(xiàn)技能,而且需要擁有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇运季S方式,指導(dǎo)產(chǎn)品科學(xué)合理的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。在《中國(guó)制造2025》計(jì)劃實(shí)施和新工科理念提出的新時(shí)代背景下,工業(yè)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)需緊跟時(shí)代發(fā)展步伐,特別應(yīng)注重學(xué)生理性思維方式的培養(yǎng),提升學(xué)生運(yùn)用研究性學(xué)習(xí)方式解決設(shè)計(jì)實(shí)踐問(wèn)題的能力,回歸工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)培養(yǎng)的初衷。
圖3 防濺水洗手盆設(shè)計(jì)
佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2020年5期