面向工科學生的藝術與工程結合實踐課程探索

摘" 要" 對標新工科，加強藝術學科與工程學科的聯系，培養工科學生藝術與工程的整合思維與綜合應用能力尤為重要。分析國內外大學藝術與工程結合的跨學科實踐課程現狀，總結建設面向工科學生的藝工結合實踐課程的課程目標和基本思路，探討具體實施方法、指導團隊組建、實驗室建設，提出適合工科學生的藝術設計學知識的教學方法。

關鍵詞" 新工科；藝術學科；工程學科；實踐課程；工科學生；實驗室

中圖分類號：G642.0" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）08-0152-04

Exploration on Practical Courses of Integration Art and Engineering for Engineering Undergraduate//CUI Qi， YANG Rong， SHEN Yao， LI Maolin， WANG Na

Abstract" According to Emerging Engineering， it is impor-tant to strengthen the links of art and engineering， cultivate"the ability of integration and application for art and engineer-ing. This paper analyze the interdisciplinary practical courses that integration of art and engineering in the domestic and abroad universities， summarize object and basic idea of prac-tical course that integration of art and engineering， explore specific methods and the organization of teachers and con-struction of labs， and teaching methods of knowledge of art design for engineering undergraduate.

Key words" emerging engineering; art; engineering; practical course; engineering undergraduate; laboratory

0" 引言

新工科建設是國家主動應對新一輪科技革命和產業變革、發展新經濟、應對未來戰略競爭、推動高等教育改革創新的迫切需要，要求建設新興領域工科專業、改造傳統工科專業，不同工程學科交叉復合，工程學科與其他學科交叉融合。高校需要按照新工科建設的需求，建立多學科交叉融合的人才培養模式，開設跨學科課程，組建跨學科教學團隊、跨學科項目平臺，推進跨學科合作學習[1-3]。其中，藝術學科與工程學科的結合是新工科人才培養中的一個分支。

2008年，習近平總書記在給中央美術學院老教授重要回信中，提出“要把美育課程與實踐納入高校人才培養方案”的具體要求。在現代產業中，美育是我國從制造大國向創新大國、設計大國轉變的不可或缺的因素。隨著智能時代、互聯網時代的到來，產品不僅需要符合功能完整、結構合理的基本要求，操作便捷、造型語義明確、材質優良、界面友好、智能化成為提升產品價值的重要指標。尤其在智能產品、智能制造領域，人與機器、網絡的順暢交流需要藝術設計學專業知識與工程技術相結合。現代企業的產品設計團隊往往由工程技術、藝術設計、市場消費等多專業領域的人員構成。工程學科背景的設計人員如果具有一定的審美素養和藝術設計知識，將有利于產品設計創新及團隊合作。藝術與工程結合是順應產業趨勢、符合新工科要求、落實高校美育的必然之舉。

1" 藝術與工程結合課程在國內外綜合型大學的現狀

國內綜合型高校的通識類課程中均有藝術類課程，以培養審美情趣和鑒賞力為主要目標，偏重理論，實踐環節少。通常美術欣賞類課程開設門數較多，陶藝、手繪、視覺傳達設計等美術實踐類課程受學生歡迎但開設門數很少[4]；與工科有一定聯系的金屬藝術、工業設計等課程幾乎沒有面向全校開設通識課程。然而，審美素養的養成、設計原理的習得需要通過實踐過程逐漸熏陶、積累，尤其對于普遍具有邏輯思維強、嚴謹求實特點的工科學生來說，需要通過實踐將感性、發散的藝術知識得以提煉、歸納、吸收、內化。

國外高校通識課程通常涵蓋人文藝術大類，以欣賞及理論為主。此外，國外高校有許多綜合性課程，多以實驗室或實驗中心為平臺，如麻省理工學院媒體實驗室、加州大學伯克利分校的發明實驗室等，通過跨學科課程、跨學科團隊合作、校企協同等方式，有機融合工程與科學、社會學科、藝術學科，以學生為中心，問題導向，鼓勵打破學科界限、強調思考、動手與表達，注重培養不同學科學生的工程意識、團隊精神、創新能力[5-7]。這種以實驗室為平臺的綜合實踐項目運行模式有利于多學科交叉融合，值得借鑒。

2" 建設面向工科學生的藝術與工程結合實踐課程目標

探索在工科背景學生中開展藝術與工程結合的實踐課程，其目標是響應新工科對多學科融合的要求，加強藝術學科與工程學科的聯系，推動藝術與工程的交叉，培養學生藝術與工程的整合思維和綜合應用能力。具體分目標如下。

2.1" 加強藝術學科與工程學科的交叉與聯系

設立藝術與工程結合的產品設計項目，讓學生了解藝術設計在工程中的應用領域，藝術在哪些方面能夠與工程產生交叉融合。根據學生不同專業背景，在功能設計、造型設計、材料選用等環節加強項目與機械、電子、控制、材料等工程學科專業領域的聯系，提高工科學生興趣，將藝術設計知識與專業知識相結合予以應用。藝術學科與工程學科的交叉和聯系如圖1所示。

2.2" 培養藝術與工程知識的整合思維與綜合應用能力

實踐課程的特點是“在做中學”，在產品的設計過程中，學生需將藝術與工程知識加以整合，通過判斷、取舍進行應用，在制作過程中對設計方案進行批判、驗證、修改和完善。學生通過設計、制作、反思的實踐過程，將理論知識加以實際應用，加深對知識的理解，最終內化到知識體系中，使得藝術與工程知識的整合思維和綜合應用能力得以提高。

3" 藝術與工程結合實踐課程探索

3.1" 課程基本思路

課程建設基本思路是構建藝術與工程知識有機融合的綜合性實踐課程，通過機械、電子、控制、藝術設計等相關知識的有機結合，以及設計、制作、評價的完整過程，培養學生對工程學科與藝術學科知識的整合思維、綜合應用能力及工程實踐能力。

課程采用項目教學法，以燈具設計與制作為項目命題，將藝術與工程兩條主線融入課程實施過程中。燈具作為生活中常見的家居產品，不但需要實現特定的照明功能，還應滿足審美功能，為家居生活提供較強的裝飾性。燈具分為光學部分、機械部分、電氣部分，通過燈體的外觀與結構設計，不但能夠融合藝術設計、機械加工與電子裝調多學科知識，還能夠結合自動控制技術、互聯網技術進行智能家居產品的設計制作。燈具作為項目命題，既符合藝術與工程學科交叉的需求，又具有工程技術綜合性，能夠激發不同學科、專業學生的興趣。而且由于燈具的普遍性，在課程中學生既是設計者，又是使用者，使用燈具的直觀經驗和感受有利于學生著手開展項目，學生不同的專業背景成為進一步創新的基礎。

3.2" 課程具體實施

課程實施分為創意設計、綜合制作、展示評價三大部分。基礎審美原理、形態設計方法等設計學知識與工程材料、機械加工工藝、電子裝調、控制技術等工程技術貫穿整個課程實施環節。

學生以團隊形式完成項目，在創意設計階段進行產品方案設計。首先，設定產品功能，具體包括使用環境、光源參數、造型風格、環保性能等。其次，進行具體的造型設計、結構設計和電氣指標設計，繪制相關設計圖紙。此階段需要整合運用藝術與工程相關知識，綜合考慮功能與形態、形態與結構、材料美與加工工藝的相互支撐與制約。

在綜合制作階段，學生按照所選用的金屬、陶瓷、木材、塑料等工程材料，通過材料成型、機械加工、機械裝配等方法完成機械部分制作，之后進行電氣部分連接、控制部分調試，最終通過機械測量和電子測試方法進行功能檢測與造型指標檢測。此階段能夠使學生鞏固對產品造型與工程材料、加工工藝之間的聯系和影響的認識，并通過實物作品的實現建立物體形態、體量、比例、質感等方面的感性認知，感受圖紙、三維模型等虛擬設計與實物的差異。

在展示評價階段，學生通過PPT、視頻多種方式展示作品，闡述設計理念、制作過程，并從功能、審美兩方面評價作品。在此階段能夠提高學生設計表達與應用能力。

藝術與工程結合實踐課程具體實施如圖2所示，課程實施過程中采用項目驅動及團隊合作的教學方法。教師作為引導者，積極鼓勵學生思考、決策；學生在團隊中以主體身份參與教學活動，在思考、設計、實施、反思以及團隊的分工合作中得到個人能力的提升。知識技能、項目命題、學生在完成項目過程中的思考與行動都成為學習的內容[8-9]。通過創意設計、綜合制作、展示評價完整的教學活動，學生可以形成藝術設計與工程知識的建構，具有整合思維與應用能力。

3.3" 指導團隊與實驗室建設

學科交叉的綜合性課程必須具備學科交叉的師資力量。首先，組建包括機械、電子、控制、藝術設計等專業教師和工程技術人員的跨專業師資團隊，打破學科壁壘，探索適合學科交叉綜合性實驗的課程內容、教學方法和評價方法。其次，讓具有企業經歷和豐富加工經驗的工人師傅參與學生的設計、制作環節，在設計之初考慮加工制作的可行性，加強理論與實踐的結合。跨學科、多層次的指導團隊從課程設計和指導層面突出課程的綜合性與實踐性。

實驗室建設既要符合藝術與工程結合的特點，又要避免重復建設、資源浪費，所以需要充分利用實踐教學中心機械、電子、測控實驗室的現有設備、場地等資源，靈活安排課程時間與地點，不同教學環節使用不同的實驗室，提高實驗室利用率。由于涉及不同學科的實驗室，課程前期需要設置安全培訓，加強學生的安全規范意識。

4" 面向工科學生的造型設計

大多數工科學生沒有設計藝術學知識儲備，也沒有經過相關技能培訓，因此，如何高效地傳授藝術設計學知識并得以應用，是本課程探索的難點。通過課程實施總結出材料與形態相結合的方法，從工程角度結合藝術設計學理論知識，能夠將結構、工藝等工程知識與形態設計相互融合，穿插在項目設計、制作實施過程中，易于工科學生理解與掌握。

4.1" 材料與形態的關系

產品造型設計是設計專業課程體系中的基礎課程，其要素包括形態、色彩和質感。在一門面向工科學生的實踐課程中要向他們輸入形色質的概念，需要嘗試對其進行簡化、重組，并與材料相結合，利于工科學生理解和掌握。形態是產品的重要組成部分，形態與功能、結構密切相關，形態體現功能，結構實現形態，三者相互支撐和制約。形態的實現離不開材料，材料是形態的物質基礎，不同材料有不同的物理、化學、力學性能，能夠滿足不同的功能需求，而材料具有特定的加工性能，對形態的實現又形成一定的制約[10]。色彩和質感是通過材料及其加工方法實現的。通過材料的選擇和加工以及對形態設計的支持與制約的角度引入形態設計的概念，有利于工科學生掌握。

4.2" 形態與材料加工

產品形態的基本要素是點、線、面、體。

產品形態設計中的“點”起到視覺焦點和視覺引導的作用，通常由較小面積的線材、面材得以實現，也可以利用鑄造、注射成型等成型方法通過模具一次成型。

產品形態設計中的“線”能夠對人產生較強的心理感受，直線帶給人硬朗、明確的感覺，曲線帶給人以柔和、優雅、輕盈的感覺[11]。常見的線形材料有金屬、塑料、木材等制成的管材、棒料、絲材等。線材通過焊接、螺紋連接、鉚接等連接方法能夠塑造出多種形態。金屬通過折彎、塑料通過熱成形、木材通過熱彎等方法，可以使直的線材具有一定的曲度，達到設計要求。

產品形態設計中的“面”包括平面、曲面。平面給人以穩定、簡潔、硬朗的心理感受，曲面給人以飽滿、圓潤、柔和的心理感受。金屬、塑料、木材等材料均可加工為平直的板材或規則的曲面，隨著三維掃描技術和3D打印技術的發展，復雜的仿生曲面也可以輕松獲得。

產品形態設計中“體”主要由“面”組合而成，既具有“面”的心理特征，也具有強烈的體積感和重量感。面與面的組合可以通過螺紋、鍵、銷釘、鉚接、焊接、壓合、膠合等多種裝配方式獲得。

5" 結束語

開展面向工科學生的藝術與工程結合實踐課程教學，是對新工科建設的解讀，是對落實高校美育的探索。通過綜合性項目命題的設定，增強藝術學科與機械、電子、測控、材料等工程學科的聯系，提高工科學生對藝術的興趣。通過形態與材料相互影響和制約的角度將藝術與工程相融合，貫穿設計、制作、評價整個課程實施過程，培養學生藝術與工程知識的整合思維和綜合應用能力。燈具設計與制作課程綜合性強、實踐性強、內容新穎，教學實施反映良好，在今后的課程實施中可拓展項目命題、精煉藝術學科知識，進一步探索藝術與工程的交叉和融合。

參考文獻

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[11] 盧純福，朱意灝.形態的限度[M].北京：中國建筑工業出版社，2016：4.

*基金項目：西安交通大學2019年本科實踐教學改革專項項目“面向新工科的藝術與工程結合的綜合性實驗項目研究”（項目編號：19SJZX35）。

作者：崔琦，西安交通大學實踐教學中心（工程坊），工程師，研究方向為工程實踐教學及實踐教學中人文素質培養；楊榮，西安交通大學實踐教學中心（工程坊），工程師，研究方向為電子技術、智能控制系統；沈瑤，西安交通大學實踐教學中心（工程坊），工程師，研究方向為機械工程；栗茂林，西安交通大學實踐教學中心（工程坊），高級工程師，研究方向為數控技術；王娜，西安交通大學實踐教學中心（工程坊），高級工程師，研究方向為測控實踐教學及教學改革（710049）。