大連民族大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)實踐

包海默

隨著中國高等教育改革進(jìn)入深水區(qū)，對學(xué)科專業(yè)的要求也達(dá)到了新高度?！靶鹿た啤笔俏覈鴳?yīng)對全球化競爭和新的技術(shù)挑戰(zhàn)背景下，對現(xiàn)有的工科專業(yè)建設(shè)提出的新要求。2019年教育部六卓越一拔尖計劃2.0啟動大會提出要全面推進(jìn)“四新”建設(shè)，其中明確指出，“新工科”是要構(gòu)建“新的工科”和對工科專業(yè)提出的“新要求”，目標(biāo)是提高國家的硬實力，即通過對現(xiàn)有工科專業(yè)教學(xué)模式的改革和探索，解決關(guān)鍵領(lǐng)域的核心技術(shù)問題，更重要的是能夠培養(yǎng)一批有效應(yīng)對全新技術(shù)挑戰(zhàn)的新型工程設(shè)計人才。工業(yè)設(shè)計作為多學(xué)科融合的交叉型專業(yè)，在新工科的建設(shè)過程中必然會面臨更多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。近年來，國內(nèi)包括香港科技大學(xué)、南方科技大學(xué)、湖南大學(xué)、上海交通大學(xué)和江南大學(xué)等多所知名院校的工業(yè)設(shè)計專業(yè)結(jié)合各自的區(qū)域優(yōu)勢，背景資源和傳統(tǒng)特色展開各種嘗試性改革，形成各具特色的工業(yè)設(shè)計專業(yè)新工科教學(xué)模式，對其他高校有一定的借鑒意義和價值。

大連民族大學(xué)作為一所普通的民族類院校，并不具備特殊背景和資源優(yōu)勢，如何能走出一條獨特的設(shè)計專業(yè)辦學(xué)之路，是我們一直思考和不斷實踐的命題。回顧我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)近二十年的改革和發(fā)展歷程，“新工科”教育理念一直牽引和貫穿始終，促進(jìn)專業(yè)發(fā)展逐漸擺脫傳統(tǒng)的路徑，形成獨具特色的發(fā)展模式，實現(xiàn)普通院校中工業(yè)設(shè)計專業(yè)的高水平發(fā)展。大連民族大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè)成立于1999年，2003年通過教育部專業(yè)評估，2013年在遼寧省專業(yè)綜合評價中排名第一名，2014年獲省工程改革試點專業(yè)，2015年獲省首批優(yōu)勢特色專業(yè)，2018年獲省一流本科示范專業(yè)，2019年獲首批國家級一流專業(yè)建設(shè)點。接下來我將詳細(xì)介紹我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)是如何根據(jù)自身的有限條件，不斷調(diào)整和優(yōu)化教育理念、教學(xué)思路和教學(xué)環(huán)境，逐步將工程研究和集成創(chuàng)新的觀念引入到具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中，打通學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)設(shè)計的全環(huán)節(jié)，完成對學(xué)生工程基礎(chǔ)、創(chuàng)新思維和設(shè)計實踐能力的系統(tǒng)性培養(yǎng)。

一、理解“新工科”教育理念

對于“新工科”的理解，給予我們啟發(fā)最大的是兩所院校，即美國的歐林工學(xué)院（Olin College）和英國戴森科技學(xué)院（Dyson Institute）。歐林工學(xué)院（Olin College）從1997年建校到現(xiàn)在不過20多年時間，在2018年麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)布的“全球前沿工程教育“報告中，被評為世界本科工程教育第一名。英國戴森科技學(xué)院（Dyson Institute）是由全球知名創(chuàng)新企業(yè)戴森公司創(chuàng)建的一所全新模式的工程設(shè)計學(xué)院，于2017年秋季正式開學(xué)，第一批招募25個學(xué)生，不僅不收取學(xué)費，還為每個學(xué)員提供每年1.6萬英鎊的年薪，設(shè)置了為期四年的工程類課程，培養(yǎng)能夠直接對接企業(yè)需求的工程設(shè)計人才。通過研究我們發(fā)現(xiàn)，這兩所新型學(xué)校的出現(xiàn)是一個有趣的現(xiàn)象，它反映出現(xiàn)行的傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)需求的工程設(shè)計人才。在傳統(tǒng)的教育體系中，學(xué)生知識碎片化、思維習(xí)慣化、能力單一化等問題很難簡單地通過某一教學(xué)環(huán)節(jié)的改造解決，而是需要從系統(tǒng)的角度徹底地進(jìn)行教育教學(xué)模式的重構(gòu)，因此，直接面向產(chǎn)業(yè)的新型院校組織形式應(yīng)運而生。我們國家目前提出的“新工科”的概念，也是要從系統(tǒng)的角度重新構(gòu)建適應(yīng)我國現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)需求的新型工科類專業(yè)人才培養(yǎng)體系和機(jī)制（圖1）。

對于依托設(shè)計類專業(yè)的“新工科”人才培養(yǎng)，我們認(rèn)為，從專業(yè)角度考慮應(yīng)該具備三種最基本的能力和素質(zhì)，即創(chuàng)新思維方式、工程實現(xiàn)能力和系統(tǒng)集成意識，實際上就是學(xué)生要具備將問題解決到“根“上的能力。這個說起來比較簡單，做起來就不那么容易，通過什么樣的具體措施能夠改變傳統(tǒng)教育體制的共性問題，通過什么樣的具體方法能夠?qū)崿F(xiàn)對學(xué)生關(guān)鍵能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，是新時代教育者共同面對的難題。大連民族大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè)的系統(tǒng)性改革始于2001年，持續(xù)至今已有20年的時間，我們通過反復(fù)的探索和嘗試，希望能夠解決現(xiàn)行教育體系中的結(jié)構(gòu)性問題，來達(dá)成“新工科”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。從整體架構(gòu)到每一個具體執(zhí)行的細(xì)節(jié)都做了深入的思考和反復(fù)實驗，重新構(gòu)建了教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)模式，課程結(jié)構(gòu)，課程內(nèi)容，師生關(guān)系，教學(xué)環(huán)境，考核模式，運行方式以及激勵機(jī)制等，試圖建立一種全新的生態(tài)系統(tǒng)，讓每個教師和學(xué)生都能在系統(tǒng)中找到各自的位置。這種穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)可以讓師生心無旁騖，持續(xù)專注和反復(fù)實踐一類問題，把創(chuàng)新理念和工程實踐緊密聯(lián)系在一起，通過完成一個又一個工程和設(shè)計項目，解決一個又一個實際問題來逐步實現(xiàn)個人能力和素質(zhì)的提升。

二、構(gòu)建系統(tǒng)性的工業(yè)設(shè)計專業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

教育本身應(yīng)該是一個生態(tài)系統(tǒng)，不同的院校在教師結(jié)構(gòu)、學(xué)生基礎(chǔ)、現(xiàn)有條件以及優(yōu)勢資源方面均有較大差異，不能夠按照一個模式發(fā)展。所以，構(gòu)建適合自己的教育生態(tài)系統(tǒng)對專業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性和教學(xué)實施的有效性尤為重要。我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，但比較務(wù)實，教師個人能力有限，但對教學(xué)本身非常投入，專業(yè)建立時間不長，但發(fā)展受到學(xué)校高度重視?；谝陨戏N種現(xiàn)狀，構(gòu)建能夠讓師生全身心投入的教學(xué)環(huán)境和氛圍，給他們足夠的時間和空間慢慢成長，就是一種比較合適的策略。按照這個思路，我們主要從四個方面來構(gòu)建工程教育的生態(tài)系統(tǒng)，即導(dǎo)師制為核心的運行模式，課題制為核心的教學(xué)方式，二次工程原理開發(fā)為核心的教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計節(jié)為核心的評價方式，以實現(xiàn)學(xué)生自學(xué)為主的任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)改革，圖2展示的就是工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)整體框架。

1/英國戴森科技學(xué)院學(xué)生在上課研討

2/工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)整體框架

3/導(dǎo)師制工作室日常情景

4/課題制教學(xué)案例——特殊運動方式研究課題

5/二次原理開發(fā)——針對吸塵器過濾原理結(jié)構(gòu)的二次開發(fā)課題

6/國內(nèi)知名高校學(xué)者觀摩設(shè)計學(xué)院歷屆設(shè)計節(jié)成果展覽

導(dǎo)師制為核心的運行模式是專業(yè)建設(shè)的底層邏輯。工作室責(zé)任導(dǎo)師具有絕對的自由度和自主權(quán)，負(fù)責(zé)工作室學(xué)生全部的專業(yè)課程規(guī)劃和設(shè)計，任何人都無權(quán)干涉工作室的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織。當(dāng)然導(dǎo)師也要有非常明確的個人研究方向，并能夠保持持續(xù)的研究，對工作室發(fā)展負(fù)全責(zé)。同時，專業(yè)會針對每個工作室配置靈活的教學(xué)設(shè)備、加工設(shè)備和充足的教學(xué)運行經(jīng)費，基本上能保證每個工作室想開展的課題可以沒有任何顧慮的實施，極大的調(diào)動了師生的積極性（圖3）。

課題制為核心的教學(xué)方式是專業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵所在。課題制可以把專業(yè)教學(xué)中分散的知識點在一個個不同的斷面進(jìn)行有效整合。無論是短時間的專項課題，還是持續(xù)性的綜合課題，都需要學(xué)生通過調(diào)查、研究、探索、討論、實驗、模擬、設(shè)計等過程完成。完成課題的過程就是解決問題的過程，整合知識的過程，團(tuán)隊合作的過程，能力提升的過程（圖4）。

二次原理開發(fā)為核心的教學(xué)內(nèi)容是專業(yè)建設(shè)的創(chuàng)新源泉。一個好的課題內(nèi)容、一個明確的評價標(biāo)準(zhǔn)和一個有挑戰(zhàn)的問題.能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)習(xí)動力，使其自主完成學(xué)習(xí)和探索的過程。所以，我們評價一個好老師的標(biāo)準(zhǔn)是看他能設(shè)計出什么樣水平的課題內(nèi)容，是否能夠通過合適的課題內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生完成工程原理的二次開發(fā)，再創(chuàng)新和再設(shè)計，這也是“新工科”教育中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)（圖5）。

設(shè)計節(jié)為核心的評價方式是專業(yè)建設(shè)的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。這個活動我們已經(jīng)持續(xù)搞了十幾年，國內(nèi)大部分知名的設(shè)計院校都是通過這個活動近距離了解我們，它是多角度展示全體學(xué)生年度教學(xué)成果的綜合平臺?；顒又袑虒W(xué)過程的呈現(xiàn)是最有價值的，四個年級的學(xué)生需要把每個課題的全部研究過程全都展示出來，哪怕是很不成熟的階段性草圖、模型、樣品等，我們認(rèn)為這些才是最有價值的教學(xué)成果。這種方式對所有人都極具啟示的意義，能更好的檢驗和評估教學(xué)過程的有效性，還更容易發(fā)現(xiàn)深層次問題（圖6）。

三、貫通工程研究、轉(zhuǎn)化應(yīng)用到系統(tǒng)集成的工業(yè)設(shè)計專業(yè)課程體系

香港科技大學(xué)教授、深圳科創(chuàng)學(xué)院發(fā)起人李澤湘指出“要實現(xiàn)新工科，我們需要把新工科環(huán)境下在學(xué)校中要學(xué)的內(nèi)容放在一個框架和系統(tǒng)中，這樣我們就知道目前掌握哪些，缺少哪些，需要補充什么，在哪些方面需要做得更好?！边@里指出現(xiàn)行的教學(xué)體系之所以發(fā)揮的作用有限，與課程體系設(shè)計缺乏系統(tǒng)性和連貫性有很大關(guān)系，課程和課程之間是割裂的，相互之間的關(guān)系需要學(xué)生在最后短暫的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)突發(fā)性地集中整合，難度必然很大，也無法達(dá)到預(yù)期的效果。貫通整體課程體系，給學(xué)生創(chuàng)造不斷整合設(shè)計的機(jī)會和可能，是課程改革的新方向，也是實現(xiàn)“新工科”教育改革的核心痛點。為此，我們重新構(gòu)建了相互連貫、緊密銜接的三個課程群模塊，讓學(xué)生能清晰地意識到每門課程、每個課題之間的明確關(guān)系，由簡單到復(fù)雜，逐步觸及工程和設(shè)計中最難解決的問題。

第一個模塊是以工程基礎(chǔ)為核心的學(xué)科基礎(chǔ)課程群。圍繞工程和設(shè)計過程中學(xué)生需要掌握的最基本知識和具備的最基本能力，從力學(xué)和結(jié)構(gòu)研究、傳動和機(jī)構(gòu)研究、智能和控制研究、材料和感受研究等4個維度進(jìn)行基礎(chǔ)性訓(xùn)練。這個過程主要在一年級到二年級進(jìn)行，涉及到4門學(xué)科基礎(chǔ)課程，學(xué)生要先后完成大小9-10個不同難度的課題，平均制作各種類型模型30-40個，能夠?qū)こ毯驮O(shè)計領(lǐng)域涉及到的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)問題、技術(shù)難點和解決問題的方式有深入的掌握（圖7～9）。

第二個模塊是以轉(zhuǎn)化應(yīng)用為銜接的專業(yè)基礎(chǔ)課程群。在學(xué)科基礎(chǔ)訓(xùn)練完成后，學(xué)生進(jìn)入到不同的導(dǎo)師工作室，研究方向相對明確，研究內(nèi)容相對具體。這個過程主要在二年級到三年級進(jìn)行，涉及到的4門專業(yè)基礎(chǔ)課程，分別與之前基礎(chǔ)課程群的4門學(xué)科基礎(chǔ)課程相對應(yīng)，仍然是是對結(jié)構(gòu)、傳動、智能、材料和感知的研究，只是課題復(fù)雜度和難度增大，并且要與具體的研究方向相吻合，將后續(xù)專項研究中的節(jié)點問題抽象成具體的小課題，通過小型裝置的設(shè)計研究搞清楚問題的核心因素和轉(zhuǎn)化的可能性和可行性（圖10）。

第三個模塊是以系統(tǒng)集成為目標(biāo)的專業(yè)設(shè)計課程群。面向真實的復(fù)雜問題，結(jié)合掌握的相關(guān)領(lǐng)域知識，通過不斷的反復(fù)設(shè)計研究、實驗驗證和系統(tǒng)整合，完成有一定技術(shù)壁壘的產(chǎn)品設(shè)計。其中涉及到產(chǎn)品的所有技術(shù)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、材料、色彩、布局、組裝、人機(jī)交互以及應(yīng)用場景等全部要系統(tǒng)的解決和實現(xiàn)。這個階段主要在三年級到四年級進(jìn)行，涉及到三門專業(yè)課程和畢業(yè)設(shè)計，是一個研究逐步遞進(jìn)和深化的過程。學(xué)生要圍繞一個具體的產(chǎn)品，從核心技術(shù)創(chuàng)新到關(guān)鍵結(jié)構(gòu)改造，由內(nèi)到外系統(tǒng)集成所有相關(guān)要素，通過至少40-50個驗證性的功能模型反復(fù)研究探索，直到最終解決所有的問題（圖11）。

7/工程基礎(chǔ)模塊（結(jié)構(gòu)與傳動）—紙橋承重、懸臂支撐、生物動態(tài)模擬

8/工程基礎(chǔ)模塊（材料與感受）—材料屬性延展、立方體組織構(gòu)成

9/工程基礎(chǔ)模塊（智能與感應(yīng)）—開源硬件主題情景課題

10/專業(yè)基礎(chǔ)模塊—基于流體動力學(xué)的玩具設(shè)計研究

11/專業(yè)綜合模塊—創(chuàng)新型水過濾吸塵器系統(tǒng)開發(fā)過程

12/基礎(chǔ)車間—木工車間和快速成型加工中心

所以我們學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計實際上從二年級下學(xué)期就已經(jīng)開始準(zhǔn)備和進(jìn)行了，因為要把一個問題弄懂、搞透是需要幾年時間的。學(xué)生從基礎(chǔ)問題開始，遇到什么問題就想辦法解決什么問題，需要哪個領(lǐng)域的知識就馬上學(xué)習(xí)哪個領(lǐng)域的知識，這個過程是自身知識體系不斷補充和完善的過程，是自身實踐能力水平逐步提升的過程，也是工程思維和集成設(shè)計意識逐漸成熟的過程。學(xué)生最后能敢于面對一切未知的復(fù)雜問題，并能快速找到解決問題的路徑和方法，這個培養(yǎng)過程就成功了。

四、打造自由開放、平等有效的教學(xué)實踐環(huán)境和氛圍

為什么要把教學(xué)環(huán)境單獨拿出來講—下，是因為有教學(xué)環(huán)境是否有效對教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)臺重要了，一個合理的環(huán)境可能比精心設(shè)定的人為機(jī)制更加有效。為此我們通過4次大規(guī)模的空間改造重塑了教學(xué)環(huán)境，形成了基礎(chǔ)車間、專業(yè)車間、工程中心、導(dǎo)師工作室、公共空間等5種類型的教學(xué)實踐空間?，F(xiàn)在我們整個學(xué)院接近7000平米的空間，95%以上都是不同類型的工作室、車間和工程中心，集中上課的教室僅保留了4個?？臻g改造的目的不是要把環(huán)境設(shè)計得多么靚麗，而是通過空間重塑消除行政化，發(fā)揮空間在教學(xué)過程中的有效性，最終目標(biāo)是吸引師生全身心地投入教學(xué)活動中。

空間改造的第一階段主要是建設(shè)基礎(chǔ)實驗室和工程中心。這個基礎(chǔ)實踐平臺十分重要，可以讓學(xué)生了解和掌握各種常用的現(xiàn)代加工工藝。在木工工藝、金屬工藝、陶瓷技術(shù)、絲網(wǎng)印刷、三維掃描、3D打印等14個基礎(chǔ)車間和快速成型等3個工程中心中，一年級學(xué)生根據(jù)各自的專業(yè)需要，至少要完成2種加工技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和考核，并作為后續(xù)選擇進(jìn)入工作室的門檻條件，提高了學(xué)生對動手實踐的重視程度（圖12）。

空間改造的第二階段主要是建設(shè)18個本科生導(dǎo)師工作室。這些工作室是教學(xué)運行的底層核心平臺，全部的專業(yè)教學(xué)研究工作均依托導(dǎo)師工作室展開，承擔(dān)了占培養(yǎng)方案40%以上的全部專業(yè)教學(xué)任務(wù)。導(dǎo)師工作室保障每個學(xué)生從二年級開始都有一個穩(wěn)定的位置，教師空間與學(xué)生空間平等開放，便于隨時隨地研討交流。導(dǎo)師工作室的改造充分尊重責(zé)任導(dǎo)師的意愿，前提是改造后的工作室一定要增加師生的歸屬感。

空間改造的第三階段是為每個導(dǎo)師工作室增加了內(nèi)部的專業(yè)車間。根據(jù)每個工作室的具體研究方向和實踐加工需求，配置專業(yè)性更強(qiáng)、使用率更高的專業(yè)設(shè)備。例如，根據(jù)工作室特點，分別建設(shè)傳統(tǒng)雕刻工藝、智能硬件產(chǎn)品、交互體驗產(chǎn)品等小型車間，提高研究和實踐的專業(yè)水平，使學(xué)習(xí)、研討、交流、制作和測試等過程在工作室內(nèi)部就可以實現(xiàn)無縫銜接，運轉(zhuǎn)流暢（圖13）。

空間改造的第四階段主要是對公共空間的重新調(diào)整，目標(biāo)是更加徹底地去行政化，讓教學(xué)回歸根本。原來物理分割的空間大部分作透明化處理，去掉所有傳統(tǒng)意義的行政辦公室、無效的大教室和計算機(jī)房、將多余的公共空間調(diào)整為用途更加多元化，功能更加有效的互動展覽展示空間、成果發(fā)布空間、研究測試空間、集中研討空間等。通過公共空間改造，大大弱化了行政和管理對教學(xué)的制約，增強(qiáng)了教學(xué)的主動性，賦予教學(xué)更多的自由度和可能性，實現(xiàn)教學(xué)過程和教學(xué)形式的多元化。

五、培養(yǎng)大批具有國際競爭力的工業(yè)設(shè)計人才

經(jīng)過多年的專業(yè)改革，我校工業(yè)設(shè)計專業(yè)走出了一條較為獨特的發(fā)展道路，學(xué)生工程設(shè)計能力大幅度提升，在國際知名設(shè)計競賽中競爭力顯著增強(qiáng)。累計完成300多項具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品原型設(shè)計，200余套兒童創(chuàng)新玩具設(shè)計，600多本兒童原創(chuàng)繪本，多個新農(nóng)村系統(tǒng)性集成住宅原型設(shè)計。師生累計申請發(fā)明專利60余項、實用新型專利600余項。2008年以來，累計獲得85項德國紅點概念獎和紅點傳達(dá)獎，114項德國iF概念獎、新秀獎，247項美國IDEA優(yōu)秀設(shè)計獎，13項中國紅星原創(chuàng)設(shè)計獎在內(nèi)的459項國際權(quán)威設(shè)計獎項。其中2016年獲得19項德國紅點概念獎，2011和2016年兩度獲得美國IDEA國際設(shè)計優(yōu)秀獎金獎，2020年獲得17項德國iF新秀獎都凸顯了專業(yè)人才培養(yǎng)的集聚效應(yīng)和較高水平（圖14、15）。

在國家大力發(fā)展“新工科”的背景下，工業(yè)設(shè)計專業(yè)作為連接工程、技術(shù)、設(shè)計和人文學(xué)科的特殊專業(yè)，還有很長的改革之路要走。我們對工業(yè)設(shè)計專業(yè)多年的探索只是一個個案，具有典型性、也具有一定的特殊性。我們認(rèn)為，教育改革最終的目標(biāo)都是要面向未來的，只有當(dāng)我們的學(xué)生有勇氣敢于面向未知的世界，有能力探索和掌控未知的領(lǐng)域，教育的真正目的也就達(dá)到了。

13/導(dǎo)師工作室和所屬專業(yè)車間

14/部分具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和玩具原型設(shè)計

15/2011、2016兩度獲得美國IDEA國際設(shè)計優(yōu)秀獎金獎