大連民族大學工業(yè)設計專業(yè)教學實踐

包海默

隨著中國高等教育改革進入深水區(qū)，對學科專業(yè)的要求也達到了新高度。“新工科”是我國應對全球化競爭和新的技術挑戰(zhàn)背景下，對現(xiàn)有的工科專業(yè)建設提出的新要求。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“四新”建設，其中明確指出，“新工科”是要構建“新的工科”和對工科專業(yè)提出的“新要求”，目標是提高國家的硬實力，即通過對現(xiàn)有工科專業(yè)教學模式的改革和探索，解決關鍵領域的核心技術問題，更重要的是能夠培養(yǎng)一批有效應對全新技術挑戰(zhàn)的新型工程設計人才。工業(yè)設計作為多學科融合的交叉型專業(yè)，在新工科的建設過程中必然會面臨更多的挑戰(zhàn)和機遇。近年來，國內包括香港科技大學、南方科技大學、湖南大學、上海交通大學和江南大學等多所知名院校的工業(yè)設計專業(yè)結合各自的區(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)設計專業(yè)新工科教學模式，對其他高校有一定的借鑒意義和價值。

大連民族大學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計專業(yè)辦學之路，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)設計專業(yè)的高水平發(fā)展。大連民族大學工業(yè)設計專業(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)建設點。接下來我將詳細介紹我校工業(yè)設計專業(yè)是如何根據(jù)自身的有限條件，不斷調整和優(yōu)化教育理念、教學思路和教學環(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環(huán)節(jié)中，打通學科基礎、專業(yè)基礎和專業(yè)設計的全環(huán)節(jié)，完成對學生工程基礎、創(chuàng)新思維和設計實踐能力的系統(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，即美國的歐林工學院（Olin College）和英國戴森科技學院（Dyson Institute）。歐林工學院（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計學院，于2017年秋季正式開學，第一批招募25個學生，不僅不收取學費，還為每個學員提供每年1.6萬英鎊的年薪，設置了為期四年的工程類課程，培養(yǎng)能夠直接對接企業(yè)需求的工程設計人才。通過研究我們發(fā)現(xiàn)，這兩所新型學校的出現(xiàn)是一個有趣的現(xiàn)象，它反映出現(xiàn)行的傳統(tǒng)教學模式已經不能培養(yǎng)出適應現(xiàn)代產業(yè)需求的工程設計人才。在傳統(tǒng)的教育體系中，學生知識碎片化、思維習慣化、能力單一化等問題很難簡單地通過某一教學環(huán)節(jié)的改造解決，而是需要從系統(tǒng)的角度徹底地進行教育教學模式的重構，因此，直接面向產業(yè)的新型院校組織形式應運而生。我們國家目前提出的“新工科”的概念，也是要從系統(tǒng)的角度重新構建適應我國現(xiàn)代產業(yè)需求的新型工科類專業(yè)人才培養(yǎng)體系和機制（圖1）。

對于依托設計類專業(yè)的“新工科”人才培養(yǎng)，我們認為，從專業(yè)角度考慮應該具備三種最基本的能力和素質，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實現(xiàn)對學生關鍵能力和素質的培養(yǎng)，是新時代教育者共同面對的難題。大連民族大學工業(yè)設計專業(yè)的系統(tǒng)性改革始于2001年，持續(xù)至今已有20年的時間，我們通過反復的探索和嘗試，希望能夠解決現(xiàn)行教育體系中的結構性問題，來達成“新工科”的人才培養(yǎng)目標。從整體架構到每一個具體執(zhí)行的細節(jié)都做了深入的思考和反復實驗，重新構建了教學目標，培養(yǎng)模式，課程結構，課程內容，師生關系，教學環(huán)境，考核模式，運行方式以及激勵機制等，試圖建立一種全新的生態(tài)系統(tǒng)，讓每個教師和學生都能在系統(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)個人能力和素質的提升。

二、構建系統(tǒng)性的工業(yè)設計專業(yè)生態(tài)系統(tǒng)

教育本身應該是一個生態(tài)系統(tǒng)，不同的院校在教師結構、學生基礎、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)性和教學實施的有效性尤為重要。我校工業(yè)設計專業(yè)學生基礎薄弱，但比較務實，教師個人能力有限，但對教學本身非常投入，專業(yè)建立時間不長，但發(fā)展受到學校高度重視。基于以上種種現(xiàn)狀，構建能夠讓師生全身心投入的教學環(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建工程教育的生態(tài)系統(tǒng)，即導師制為核心的運行模式，課題制為核心的教學方式，二次工程原理開發(fā)為核心的教學內容和設計節(jié)為核心的評價方式，以實現(xiàn)學生自學為主的任務驅動型教學改革，圖2展示的就是工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)整體框架。

1/英國戴森科技學院學生在上課研討

2/工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)整體框架

3/導師制工作室日常情景

4/課題制教學案例——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構的二次開發(fā)課題

6/國內知名高校學者觀摩設計學院歷屆設計節(jié)成果展覽

導師制為核心的運行模式是專業(yè)建設的底層邏輯。工作室責任導師具有絕對的自由度和自主權，負責工作室學生全部的專業(yè)課程規(guī)劃和設計，任何人都無權干涉工作室的教學內容和教學組織。當然導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)展負全責。同時，專業(yè)會針對每個工作室配置靈活的教學設備、加工設備和充足的教學運行經費，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，極大的調動了師生的積極性（圖3）。

課題制為核心的教學方式是專業(yè)建設的關鍵所在。課題制可以把專業(yè)教學中分散的知識點在一個個不同的斷面進行有效整合。無論是短時間的專項課題，還是持續(xù)性的綜合課題，都需要學生通過調查、研究、探索、討論、實驗、模擬、設計等過程完成。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)為核心的教學內容是專業(yè)建設的創(chuàng)新源泉。一個好的課題內容、一個明確的評價標準和一個有挑戰(zhàn)的問題.能夠激發(fā)學生的學習興趣，引發(fā)學習動力，使其自主完成學習和探索的過程。所以，我們評價一個好老師的標準是看他能設計出什么樣水平的課題內容，是否能夠通過合適的課題內容引導學生完成工程原理的二次開發(fā)，再創(chuàng)新和再設計，這也是“新工科”教育中最關鍵的環(huán)節(jié)（圖5）。

設計節(jié)為核心的評價方式是專業(yè)建設的檢驗標準。這個活動我們已經持續(xù)搞了十幾年，國內大部分知名的設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生年度教學成果的綜合平臺。活動中對教學過程的呈現(xiàn)是最有價值的，四個年級的學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，我們認為這些才是最有價值的教學成果。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、轉化應用到系統(tǒng)集成的工業(yè)設計專業(yè)課程體系

香港科技大學教授、深圳科創(chuàng)學院發(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)境下在學校中要學的內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。”這里指出現(xiàn)行的教學體系之所以發(fā)揮的作用有限，與課程體系設計缺乏系統(tǒng)性和連貫性有很大關系，課程和課程之間是割裂的，相互之間的關系需要學生在最后短暫的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)突發(fā)性地集中整合，難度必然很大，也無法達到預期的效果。貫通整體課程體系，給學生創(chuàng)造不斷整合設計的機會和可能，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，我們重新構建了相互連貫、緊密銜接的三個課程群模塊，讓學生能清晰地意識到每門課程、每個課題之間的明確關系，由簡單到復雜，逐步觸及工程和設計中最難解決的問題。

第一個模塊是以工程基礎為核心的學科基礎課程群。圍繞工程和設計過程中學生需要掌握的最基本知識和具備的最基本能力，從力學和結構研究、傳動和機構研究、智能和控制研究、材料和感受研究等4個維度進行基礎性訓練。這個過程主要在一年級到二年級進行，涉及到4門學科基礎課程，學生要先后完成大小9-10個不同難度的課題，平均制作各種類型模型30-40個，能夠對工程和設計領域涉及到的基礎性結構問題、技術難點和解決問題的方式有深入的掌握（圖7～9）。

第二個模塊是以轉化應用為銜接的專業(yè)基礎課程群。在學科基礎訓練完成后，學生進入到不同的導師工作室，研究方向相對明確，研究內容相對具體。這個過程主要在二年級到三年級進行，涉及到的4門專業(yè)基礎課程，分別與之前基礎課程群的4門學科基礎課程相對應，仍然是是對結構、傳動、智能、材料和感知的研究，只是課題復雜度和難度增大，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，通過小型裝置的設計研究搞清楚問題的核心因素和轉化的可能性和可行性（圖10）。

第三個模塊是以系統(tǒng)集成為目標的專業(yè)設計課程群。面向真實的復雜問題，結合掌握的相關領域知識，通過不斷的反復設計研究、實驗驗證和系統(tǒng)整合，完成有一定技術壁壘的產品設計。其中涉及到產品的所有技術、結構、形態(tài)、材料、色彩、布局、組裝、人機交互以及應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行，涉及到三門專業(yè)課程和畢業(yè)設計，是一個研究逐步遞進和深化的過程。學生要圍繞一個具體的產品，從核心技術創(chuàng)新到關鍵結構改造，由內到外系統(tǒng)集成所有相關要素，通過至少40-50個驗證性的功能模型反復研究探索，直到最終解決所有的問題（圖11）。

7/工程基礎模塊（結構與傳動）—紙橋承重、懸臂支撐、生物動態(tài)模擬

8/工程基礎模塊（材料與感受）—材料屬性延展、立方體組織構成

9/工程基礎模塊（智能與感應）—開源硬件主題情景課題

10/專業(yè)基礎模塊—基于流體動力學的玩具設計研究

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/基礎車間—木工車間和快速成型加工中心

所以我們學生的畢業(yè)設計實際上從二年級下學期就已經開始準備和進行了，因為要把一個問題弄懂、搞透是需要幾年時間的。學生從基礎問題開始，遇到什么問題就想辦法解決什么問題，需要哪個領域的知識就馬上學習哪個領域的知識，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計意識逐漸成熟的過程。學生最后能敢于面對一切未知的復雜問題，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、平等有效的教學實踐環(huán)境和氛圍

為什么要把教學環(huán)境單獨拿出來講—下，是因為有教學環(huán)境是否有效對教學目標的實現(xiàn)臺重要了，一個合理的環(huán)境可能比精心設定的人為機制更加有效。為此我們通過4次大規(guī)模的空間改造重塑了教學環(huán)境，形成了基礎車間、專業(yè)車間、工程中心、導師工作室、公共空間等5種類型的教學實踐空間。現(xiàn)在我們整個學院接近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。空間改造的目的不是要把環(huán)境設計得多么靚麗，而是通過空間重塑消除行政化，發(fā)揮空間在教學過程中的有效性，最終目標是吸引師生全身心地投入教學活動中。

空間改造的第一階段主要是建設基礎實驗室和工程中心。這個基礎實踐平臺十分重要，可以讓學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、絲網印刷、三維掃描、3D打印等14個基礎車間和快速成型等3個工程中心中，一年級學生根據(jù)各自的專業(yè)需要，至少要完成2種加工技術的基礎學習和考核，并作為后續(xù)選擇進入工作室的門檻條件，提高了學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18個本科生導師工作室。這些工作室是教學運行的底層核心平臺，全部的專業(yè)教學研究工作均依托導師工作室展開，承擔了占培養(yǎng)方案40%以上的全部專業(yè)教學任務。導師工作室保障每個學生從二年級開始都有一個穩(wěn)定的位置，教師空間與學生空間平等開放，便于隨時隨地研討交流。導師工作室的改造充分尊重責任導師的意愿，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師工作室增加了內部的專業(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、使用率更高的專業(yè)設備。例如，根據(jù)工作室特點，分別建設傳統(tǒng)雕刻工藝、智能硬件產品、交互體驗產品等小型車間，提高研究和實踐的專業(yè)水平，使學習、研討、交流、制作和測試等過程在工作室內部就可以實現(xiàn)無縫銜接，運轉流暢（圖13）。

空間改造的第四階段主要是對公共空間的重新調整，目標是更加徹底地去行政化，讓教學回歸根本。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房、將多余的公共空間調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的制約，增強了教學的主動性，賦予教學更多的自由度和可能性，實現(xiàn)教學過程和教學形式的多元化。

五、培養(yǎng)大批具有國際競爭力的工業(yè)設計人才

經過多年的專業(yè)改革，我校工業(yè)設計專業(yè)走出了一條較為獨特的發(fā)展道路，學生工程設計能力大幅度提升，在國際知名設計競賽中競爭力顯著增強。累計完成300多項具有自主知識產權的產品原型設計，200余套兒童創(chuàng)新玩具設計，600多本兒童原創(chuàng)繪本，多個新農村系統(tǒng)性集成住宅原型設計。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獎，114項德國iF概念獎、新秀獎，247項美國IDEA優(yōu)秀設計獎，13項中國紅星原創(chuàng)設計獎在內的459項國際權威設計獎項。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)設計專業(yè)作為連接工程、技術、設計和人文學科的特殊專業(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。我們認為，教育改革最終的目標都是要面向未來的，只有當我們的學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域，教育的真正目的也就達到了。

13/導師工作室和所屬專業(yè)車間

14/部分具有自主知識產權的產品和玩具原型設計

15/2011、2016兩度獲得美國IDEA國際設計優(yōu)秀獎金獎