吳磊

摘要：

國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的實施，推動了中國新時期工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域教育改革。通過新工科教育模式，構(gòu)建新工科背景下工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)模式，在工業(yè)設(shè)計專業(yè)本科生“快題設(shè)計”等專業(yè)課程中進(jìn)行教學(xué)實踐。以“中國制造2025”為目標(biāo)導(dǎo)向，構(gòu)建了“工科+藝術(shù)”“學(xué)校教育+社會教育”的工業(yè)設(shè)計教學(xué)與人才培養(yǎng)新模式。

關(guān)鍵詞：新工科；工業(yè)設(shè)計；教學(xué)模式；人工智能；創(chuàng)新設(shè)計

中圖分類號：TB472；G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2018）02001004

隨著國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，以“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能”等為代表的國家戰(zhàn)略性需求，帶動了新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，同時也推動了中國新時期工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域人才培養(yǎng)模式變革。在這樣的發(fā)展機(jī)遇下，工業(yè)設(shè)計專業(yè)教育理念必須緊密貼合新工科建設(shè)的新思想、新結(jié)構(gòu)、新模式，但目前對于新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教育方法和實踐研究還相對匱乏。因此，文章結(jié)合目前新工科的發(fā)展趨勢和工業(yè)設(shè)計教育的特征，探索符合中國國情的新工科教育理念下的工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)新理念、新方法與新的實踐模式。

一、新工科的概念及研究現(xiàn)狀

由于新工科概念的內(nèi)涵和范疇非常廣泛，目前學(xué)術(shù)界對新工科還沒有一個很明確的定義。一般認(rèn)為，新工科的研究范疇包括新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、人工智能和智慧制造、高檔數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人以及對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級和改造[1-2]。自從中國2016年6月正式加入《華盛頓協(xié)議》，新工科發(fā)展的號角正式吹響?！度A盛頓協(xié)議》是目前國際工程與設(shè)計領(lǐng)域最具權(quán)威性的國際組織之一，主要包含三大主題——以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)。加入《華盛頓協(xié)議》，標(biāo)志著中國工程與設(shè)計教育由以往的跟跑階段，進(jìn)入到并跑階段。從2017

年2月份的“復(fù)旦共識”[3]到2017年4月份的“天大行動”[4]，目前國內(nèi)以清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)等為代表的知名高校，已在大力探索新工科模式下的教學(xué)方法與教學(xué)模式，以期解決目前人工智能全球化形勢下的人才培養(yǎng)問題。譬如，有學(xué)者在工業(yè)設(shè)計教學(xué)中采用CDIO教育模式，即從創(chuàng)意構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運(yùn)作（Operate）中構(gòu)建教學(xué)體系[5]。最近，汕頭大學(xué)提出EIP-CDIO教育模式，即“道德+誠信+職業(yè)”與“構(gòu)思+設(shè)計+實施+運(yùn)作”的有機(jī)融合[6]。

從工業(yè)設(shè)計學(xué)科的發(fā)展趨勢來看，數(shù)字化和智能化已成為目前工業(yè)設(shè)計的前沿發(fā)展領(lǐng)域，當(dāng)前以“工業(yè)4.0”“互聯(lián)網(wǎng)+”“服務(wù)設(shè)計”等為核心的新型智能產(chǎn)品和服務(wù)正在悄然推動設(shè)計研究改革。《國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中提出，智能產(chǎn)品和裝備是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，智能制造裝備、智能服務(wù)機(jī)器人等已逐步成為工業(yè)設(shè)計的重要研究對象，而目前的工業(yè)設(shè)計教學(xué)體系往往缺少此教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容。雖然，對新工科的教育理念和方法已經(jīng)有一些研究，但主要是針對藝工結(jié)合或CDIO工程教育認(rèn)證的教育模式[7-12]，針對新工科理念下的工業(yè)設(shè)計教學(xué)方法研究還較為匱乏。

二、新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教育研究框架

人類已從蒸汽機(jī)時代、電氣時代、信息技術(shù)時代轉(zhuǎn)而進(jìn)入基于數(shù)據(jù)、信息、認(rèn)知的人工智能時代[13]。從國家對工業(yè)設(shè)計學(xué)科發(fā)展規(guī)劃來看，2015年5月8日，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃，將數(shù)字化、智能化提到了國家戰(zhàn)略發(fā)展層面。2015年5月11日，中央電視臺新聞頻道專門組織專題節(jié)目《問計中國制造》，深入闡述工業(yè)設(shè)計對智能制造產(chǎn)業(yè)的重要作用。因此，將工業(yè)設(shè)計和智能制造等新工科領(lǐng)域結(jié)合，加強(qiáng)對新設(shè)計問題的思考和實踐，符合國家對工業(yè)設(shè)計學(xué)科發(fā)展要求。

新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教育，必須結(jié)合目前新工科背景下的新興科技，如人工智能、大數(shù)據(jù)可視化、服務(wù)機(jī)器人、新一代信息產(chǎn)業(yè)以及高端智能裝備等。工業(yè)設(shè)計教育可與百度、阿里、華為、騰訊等以創(chuàng)新思維為主導(dǎo)的企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行人才培養(yǎng)或開展專題設(shè)計工作坊。在教學(xué)研究方法上，結(jié)合定量和實證設(shè)計研究方法，如設(shè)計調(diào)查與人類學(xué)方法、用戶研究與體驗設(shè)計方法、產(chǎn)品形態(tài)與語義設(shè)計、材料工藝學(xué)與協(xié)同制造、服務(wù)設(shè)計與社會創(chuàng)新等開展設(shè)計教育研究?？傊?，可將新興科技領(lǐng)域和工業(yè)設(shè)計研究領(lǐng)域相互融合，打造新工科框架下的新型工業(yè)設(shè)計教育模式。

筆者認(rèn)為，新工科教育框架下的工業(yè)設(shè)計教學(xué)模式，應(yīng)在體現(xiàn)新工科特征基礎(chǔ)上，具備工業(yè)設(shè)計的學(xué)科特點，即工業(yè)設(shè)計教育的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新體系、新業(yè)態(tài)、新服務(wù)。新工科理念下的工業(yè)設(shè)計教育研究框架如圖1所示。

三、新工科背景下的工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)思考

筆者認(rèn)為，新工科背景下的高素質(zhì)工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)應(yīng)兼顧“素質(zhì)、能力、知識”三個維度。首先，“素質(zhì)”包含學(xué)生的批判性思維、家國情懷、拼搏精神和意志力、責(zé)任感與敬業(yè)精神等。其次，“能力”包含設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)能力、溝通與協(xié)商能力、跨學(xué)科交叉融合能力等。最后，“知識”包含寬厚的基礎(chǔ)知識、精深的專業(yè)知識、全球性設(shè)計視野、終身學(xué)習(xí)能力等。新工科下的工業(yè)設(shè)計教育應(yīng)在目前制造業(yè)升級、人工智能爆發(fā)和互聯(lián)網(wǎng)革命的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生快速學(xué)習(xí)新概念、新事物、新技術(shù)的能力。在新工科背景下，應(yīng)以心理學(xué)、哲學(xué)、美學(xué)、管理學(xué)、邏輯學(xué)、腦科學(xué)、醫(yī)學(xué)、語言學(xué)等為理論基礎(chǔ)，采用翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC教學(xué)、PBL教學(xué)、CDIO教學(xué)、創(chuàng)客教育、協(xié)作學(xué)習(xí)等教學(xué)模式，推動工業(yè)設(shè)計教學(xué)的發(fā)展，具體研究框架見圖2。

如前所述，筆者認(rèn)為在新工科背景下，應(yīng)重點關(guān)注工業(yè)設(shè)計人才的3個核心素養(yǎng)能力。

1.設(shè)計素質(zhì)——批判性思維能力

批判性思維是一種敢于質(zhì)疑和分析、評價與反思現(xiàn)有設(shè)計形態(tài)的思維方式。在新工科的工業(yè)設(shè)計教學(xué)模式下，為培育學(xué)生的批判性思維，應(yīng)大力開展“以問題為導(dǎo)向”的PBL教學(xué)方法（Problem-Based Learning），將目前“單通道的灌輸教學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嗤ǖ赖闹鲃有运伎肌?。教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上應(yīng)減少單純知識性記憶和背誦，建構(gòu)以“啟發(fā)式問題導(dǎo)入”為中心的教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和設(shè)計判斷能力。

2.設(shè)計能力——設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)能力

在設(shè)計驅(qū)動型創(chuàng)意的新經(jīng)濟(jì)模式下，設(shè)計的領(lǐng)導(dǎo)力（Design Leadership）是指在企業(yè)中將工業(yè)設(shè)計作為新產(chǎn)品研發(fā)的驅(qū)動和先遣力量。具有設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)力的設(shè)計師既具有深厚的設(shè)計知識，也深刻理解商業(yè)模式，能高效協(xié)調(diào)“設(shè)計+工程+商業(yè)”之間的利益關(guān)系并創(chuàng)造性地解決問題。如何將設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)力融入工業(yè)設(shè)計教育，是新工科下工業(yè)設(shè)計教育中必須關(guān)注的另一個重要問題。

3.知識——設(shè)計研究知識

設(shè)計方法論（Design Methodology）是結(jié)合設(shè)計形態(tài)與符號語義學(xué)、用戶研究與人類學(xué)、調(diào)研訪談與統(tǒng)計學(xué)等的綜合性、研究性知識體系。工業(yè)設(shè)計產(chǎn)品通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫹治龊屯评矶?，產(chǎn)品的空間尺寸和結(jié)構(gòu)往往由客觀的功能結(jié)構(gòu)決定。這就要求新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教育應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析和設(shè)計研究能力。新工科背景下的設(shè)計師應(yīng)掌握科學(xué)的用戶角色分析技巧，設(shè)計研究問卷，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，設(shè)計心理學(xué)實驗。不僅能理解產(chǎn)品設(shè)計的理由與來源、設(shè)計的限制與邊界，并能定量評估產(chǎn)品設(shè)計的用戶體驗，提出改進(jìn)策略。

四、新工科理念在工業(yè)教學(xué)中的實踐與反思

華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院以數(shù)字化制造和智能制造為學(xué)科特色，擁有數(shù)字制造裝備與技術(shù)國家重點實驗室、制造裝備數(shù)字化國家工程研究中心等4個國家級教學(xué)與科研中心。工業(yè)設(shè)計系隸屬于機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，依托學(xué)院強(qiáng)大的工科背景和優(yōu)勢，在工業(yè)設(shè)計本科和研究生教育中，結(jié)合新工科教育理念，建構(gòu)了以數(shù)字裝備和人工智能為特色的工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)模式。具體的教學(xué)研究思路和實踐方法如下：

從學(xué)校本科工業(yè)設(shè)計課程設(shè)置邏輯來看，經(jīng)過大學(xué)二年級的產(chǎn)品設(shè)計一、產(chǎn)品設(shè)計二和產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計課程以后，學(xué)生已基本掌握了消費(fèi)電子、家具產(chǎn)品等設(shè)計方法和策略，但對

新興的數(shù)字裝備產(chǎn)品和智能產(chǎn)品設(shè)計缺少相應(yīng)教學(xué)訓(xùn)練。為此，在本科三年級快題設(shè)計課程中，引入了人工智能、智能裝備等設(shè)計專題研究，取得了較好的教學(xué)效果?？祛}設(shè)計是一門重要的高年級綜合性設(shè)計專業(yè)必修課程，主要培養(yǎng)學(xué)生對設(shè)計產(chǎn)品原型構(gòu)思、設(shè)計表現(xiàn)、工程結(jié)構(gòu)和設(shè)計說明的設(shè)計創(chuàng)意和可視化表達(dá)能力。該課程具體教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)意的起源與邏輯結(jié)構(gòu)、可視化方法、工程化方法等專業(yè)知識。在課程的實施過程中，通過對人工智能與裝備設(shè)計的創(chuàng)意思維訓(xùn)練和對智能裝備產(chǎn)品的一系列快題設(shè)計實踐訓(xùn)練，使學(xué)生有效掌握以人工智能和智能裝備為主體的工業(yè)設(shè)計方法和思維方式。

經(jīng)過不斷的教學(xué)實踐和積累，總結(jié)經(jīng)驗與教訓(xùn)，筆者認(rèn)為新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教育應(yīng)進(jìn)行如下的轉(zhuǎn)變和反思，以適應(yīng)目前人工智能下社會快速轉(zhuǎn)型及新型人才培養(yǎng)需求。

1.改變新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教學(xué)理念

未來的工業(yè)設(shè)計將從“設(shè)計物的形態(tài)”轉(zhuǎn)換為“設(shè)計人的行為”，從“設(shè)計實體產(chǎn)品”到“設(shè)計服務(wù)體系”，從“關(guān)注產(chǎn)品功能”到“關(guān)注心理體驗”。所以，未來的工業(yè)設(shè)計教育要將人工智能、用戶體驗、服務(wù)設(shè)計與社會創(chuàng)新等新興設(shè)計形式和業(yè)態(tài)深度融合。這意味著設(shè)計師需要更多關(guān)注“人”的心理、行為、需求等，要求在工業(yè)設(shè)計教學(xué)體系上加大對“用戶研究設(shè)計”“用戶體驗設(shè)計”“設(shè)計心理學(xué)與認(rèn)知”等專業(yè)課程的建設(shè)力度和師資投入力量。

2.提升新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教學(xué)方式

為適應(yīng)新工科的發(fā)展需求，工業(yè)設(shè)計教育應(yīng)以學(xué)生為中心，采用PBL等教學(xué)方法，讓教師從“知識傳授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸R引領(lǐng)者”，實現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”的新型工業(yè)設(shè)計教學(xué)模式。以

現(xiàn)代化信息技術(shù)為手段，采用在線課程和虛擬仿真等數(shù)字化教學(xué)方式，為信息技術(shù)和工業(yè)設(shè)計教學(xué)的融合搭建平臺，如MOOC、SPOC、微格教學(xué)等。構(gòu)建“設(shè)計創(chuàng)客”實驗孵化基地，鼓勵本科生和研究生開展工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，推進(jìn)工業(yè)設(shè)計產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合和工業(yè)設(shè)計市場轉(zhuǎn)換。

3.優(yōu)化新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教學(xué)知識結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)新工科的發(fā)展需求，工業(yè)設(shè)計教育應(yīng)適當(dāng)增加人工智能與認(rèn)知科學(xué)、智能設(shè)計與數(shù)字制造、大數(shù)據(jù)可視化與虛擬現(xiàn)實、設(shè)計知識管理與決策、情感計算與虛擬現(xiàn)實、服務(wù)設(shè)計與社會創(chuàng)新、計算機(jī)輔助設(shè)計與3D打印等知識結(jié)構(gòu)。例如，設(shè)計和認(rèn)知科學(xué)結(jié)合，以實驗心理學(xué)、行為反應(yīng)測量和腦認(rèn)知科學(xué)技術(shù)，研究用戶對產(chǎn)品設(shè)計的視覺認(rèn)知與注意機(jī)制、感知覺信息處理與整合、人的決策和行為等領(lǐng)域。通過眼動和腦電儀器，有效測量用戶在人機(jī)界面交互中的視覺軌跡、認(rèn)知決策及腦力負(fù)荷有關(guān)的行為績效。通過科學(xué)定量研究的手段，科學(xué)有效地測定產(chǎn)品和界面設(shè)計中的可用性工程、用戶體驗質(zhì)量。

綜上所述，在未來的工業(yè)設(shè)計教育中，應(yīng)大力推進(jìn)工業(yè)設(shè)計+認(rèn)知科學(xué)、工業(yè)設(shè)計+群體智能、工業(yè)設(shè)計+大數(shù)據(jù)可視化、工業(yè)設(shè)計+人工智能、工業(yè)設(shè)計+智能服務(wù)機(jī)器人、工業(yè)設(shè)計+增材制造等，這些研究方向都將成為新工科背景下工業(yè)設(shè)計教育的新興研究領(lǐng)域和新的增長點。

五、結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能與腦認(rèn)知科學(xué)等新興學(xué)科的發(fā)展，新工科知識形態(tài)已顛覆了傳統(tǒng)的工科與藝術(shù)領(lǐng)域，工業(yè)設(shè)計教育的理念和方法也應(yīng)隨之轉(zhuǎn)型。為順應(yīng)新時期創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，實現(xiàn)工業(yè)設(shè)計在“中國制造”轉(zhuǎn)向“中國智造”中的核心地位，落實中國制造業(yè)智能化升級轉(zhuǎn)型和社會發(fā)展對工業(yè)設(shè)計的現(xiàn)實需求，推動工業(yè)設(shè)計與新工科產(chǎn)業(yè)的高端化、綜合化融合發(fā)展。新工科背景下的工業(yè)設(shè)計教學(xué)，應(yīng)培養(yǎng)具有全球設(shè)計視野、團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)能力、設(shè)計整合能力等專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)科學(xué)、工程、藝術(shù)融合交叉的復(fù)合型、綜合性高端設(shè)計人才。參考文獻(xiàn)：

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Abstract：

With the national promotion of the development strategy driven by design innovation， it also promotes the educational reform in the field of industrial design. In this paper， through the establishment of architecture in Emerging Engineering Education mode of industrial design education， build the training model of industrial design student based on new engineering. This paper implement on the teaching practice through industrial design undergraduate quick sketch design and other courses. Finally， the paper established a new mode of industrial design teaching and personnel training based on the combination of engineering & art， school education & social education and “Made in China 2025”.

Keywords： Emerging Engineering Education； industrial design； teaching mode； artificial intelligence； innovative design

（編輯周沫）