高黨尋，姚啟明，楊建新，彭世廣，鄭 藝

(1.清華大學 機械工程學院，北京100084，2.北京理工大學 機械與車輛學院，北京100081)

0 引言

近年來，清華大學機械工程學院基礎工業(yè)訓練中心(以下簡稱“訓練中心”)開設了多門文化素質核心課程，其中，通識課“制造工程體驗”是重要的組成課程。隨著文科生選課人數(shù)增加，以及訓練中心對文化素質核心課程提出的教學要求越來越高，該課程的教學質量有待提高，因而必須對該課程實踐教學方案進行改革。基于此，本文在設計課程教學時，以工程整體為出發(fā)點，結合實踐教學的設計與實施，開展以項目和產品為驅動，融合“三思”的個性化定制“制造工程體驗”教學模式。學生將由參與實踐體驗轉變?yōu)槊魑麟A段的制造過程，包括消費需求分析階段、設計與開發(fā)原型階段和生產、制造與實現(xiàn)階段，提升學生的工程認知和實踐能力。同時，融合“三思”的個性化產品體驗，給與學生對美育認識和創(chuàng)造性勞動充裕的實踐空間。

1 “三思”的概論

“三思”是指設計思維、工程思維和技術思維?！叭肌钡慕Y構框架如圖1所示。

圖1 “三思”的結構框架

設計思維是一種支持創(chuàng)新學習及解決復雜問題的方法。越來越多的高校在嘗試將設計思維融合于教學創(chuàng)新活動中，以達到全面提升學生認知能力以及培養(yǎng)學生創(chuàng)新素養(yǎng)的目標[1]。設計思維以持續(xù)提高人們生活品質為目標，依據(jù)文化的方式與方法開展創(chuàng)意設計與實踐，能夠理解問題產生的背景、催生洞察力，并能夠理性地分析和找出最合適的解決方案。在課程教學中引入設計思維，可以喚起學生對美育的認識，更好地激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的創(chuàng)新水平。

工程思維是以價值為導向的建構性的造物思維，以效率創(chuàng)造價值，如追求效益、效率、省力，以得到一定的經濟價值、社會價值、生態(tài)價值、審美價值等。工程思維是工程聯(lián)系現(xiàn)實世界的重要紐帶，具有構建性、設計性和實踐性[2-4]。

技術思維是技術的核心，是思考與解決問題的方式和方法，更多地表現(xiàn)為個體對技術現(xiàn)象的反應，即從可供選擇的方法中，選擇出一種最合適的方法或方案去解決問題[5-6]。所以，技術思維是以實用為導向，追求由目標到方案，直到問題解決的過程。

2 教學目標、流程及內容

基于“三思”的通識教育能夠引導學生個性化發(fā)展，定制多學科交叉的實踐學習課程，在制造體驗過程中拓展知識視界、培養(yǎng)綜合能力、塑造綜合素質?，F(xiàn)以“藝術風裝飾臺燈”為例，針對“三思”的模式與實踐展開分析與討論。

2.1 教學目標及教學設計流程

整個實踐過程是以“藝術風裝飾臺燈”的文創(chuàng)產品作為導向和驅動，學生通過設計、開發(fā)、加工、裝配、后處理、產品推廣及服務的實踐，全方位地體驗到一款產品的制造(廣義制造)過程，了解多種連接以及智能控制技術。同時，基于個性化定制，可以使學生深切地感受設計與技術的精彩融合，強化學生的實踐動手能力與合作精神，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。文創(chuàng)產品制造教學設計流程如圖2所示。

圖2 文創(chuàng)產品制造教學設計流程

由圖2可知，設計、開發(fā)及加工前方案制定為線上教學，其余為線下實踐。在設計環(huán)節(jié)，學生依托設計思維的理論，形成對產品的構思與創(chuàng)意，進而形成可制造的產品原型設計圖紙。在開發(fā)、加工等環(huán)節(jié)，綜合運用工程思維和技術思維的理論及方法，全面規(guī)劃產品的選材、加工方法以及制作等，以求方案的合理性及產品制作的效率和效益?？傊?，“三思”要貫穿于文創(chuàng)產品制造教學的整個流程中，體現(xiàn)其對廣義制造過程的指導性。

從整體的教學設計看，融合“三思”的通識課教學具有以下5個特點：① 產品導引，體驗制造全過程；② 多類連接手段，充分展現(xiàn)工程制造內涵；③ 高度融入“三思”理念，強化個性體驗、工程能力美育認識；④ 內容通識、環(huán)節(jié)系統(tǒng)，適合文科生的通識化培養(yǎng)；⑤ 線上線下混合，高效開展體驗和實踐。

2.2 教學內容

根據(jù)因需設論、以工設法、內容通識、承上啟下、邏輯有章的原則，圍繞產品制造全過程設計課程教學內容。理論方面，按照產品設計、開發(fā)、加工所需的支撐理論，全程圍繞學生的作品設計開展線上教學。此外，講授內容須具備通識特征，注重教學過程的互動性和趣味性，提升學生的學習興趣。實踐方面，按產品所涉及的加工制造方法和工藝，安排特定的實踐操作。線上理論教學內容包括：第1講，連接技術中的文創(chuàng)產品制造導引；第2講，產品加工中的關鍵技術；第3講，產品制造工藝過程；第4講，產品自動化連接方法介紹。

融合“三思”的通識課教學，在教學內容的設計上，從導引到方法再到工藝，產品制造過程中設計、開發(fā)、加工、裝配、后處理所涉及的支撐理論貫穿其中，具有一定的邏輯性。同時，教學內容的通識性也能讓學生輕松接受，體現(xiàn)通識課程的主要特點。

3 “藝術風裝飾臺燈”實踐案例

3.1 產品及設計理念

文創(chuàng)產品“藝術風裝飾臺燈”的設計是以裝點學生宿舍氛圍、營造溫馨光環(huán)境為出發(fā)點，通過某種控制技術實現(xiàn)光源的亮度變換與自動開關。空間裝飾的個性追求讓燈具設計呈現(xiàn)出多元化的趨勢，風格各異的燈具放置在室內，不僅僅是一盞燈，更是一件藝術品[7]。本環(huán)節(jié)引導學生以設計思維為導向，以自身需求為出發(fā)點，從文化藝術方面入手，展示產品的設計理念和原型的創(chuàng)新性，充分發(fā)揮學生的設計思維能力。2位學生設計的產品原型草圖如圖3所示。

(a) 燈籠造型

圖3 2位學生設計的產品原型草圖

第1位同學非常喜歡中國傳統(tǒng)文化，對燈籠情有獨鐘。因此，他將臺燈設計為燈籠形狀，同時又將文化底蘊深厚的中國風和簡約大氣的歐美風融合在一起(如圖3(a)所示)。第2位同學的設計融入了古代文藝風格和水木清華元素，整體結構與展現(xiàn)出來的唯美氣息相互襯托，正面望去仿佛一輪滿月在山中升起，水木清華在這輪明月的照拂之下，別有一番韻味。置于書桌之上，宛如一輪明月升起，有“月出于東山之上，徘徊于斗牛之間”的自然韻味，使身心得到舒緩與放松(如圖3(b)所示)。

3.2 產品開發(fā)

文創(chuàng)產品“藝術風裝飾臺燈”是將工程、人文、藝術結合起來的一個綜合產品，有著很大的開發(fā)空間。工程思維是以價值為導向的建構性的造物思維，以求效率來創(chuàng)造價值，在產品開發(fā)環(huán)節(jié)，學生需要綜合考慮產品的經濟價值、社會價值、生態(tài)價值、審美價值等。所以，多學科交叉融合進行產品開發(fā)，就顯得尤為重要。

參與實踐的學生來自各個院系，有著不同的學科背景，在認知和專業(yè)領域都有自身的優(yōu)勢，通過多學科的交叉與碰撞，會產生驚人的開發(fā)成效。例如：工科類學生在材料、制造手段、控制方法等方面，可以運用所學的最新知識獻計獻策；人文類學生在挖掘產品設計創(chuàng)意方面更是大有作為；藝術類學生在創(chuàng)造性設計方面則是如魚得水。

3.3 加工技術實踐

加工技術實踐這一環(huán)節(jié)，學生要能正確給出如何加工實現(xiàn)該產品的答案，即提出一套具體可實施的技術性加工方案。技術是硬核，支撐設計的實現(xiàn)，促進學生進行創(chuàng)造性勞動是極為重要的。需要強調的是，學生在這一環(huán)節(jié)的學習中基本都是以技術思維為導向，用技術驅動產品。這樣雖然會調動學生們的積極性，但久而久之也會禁錮學生的創(chuàng)造性，淡化學科交叉的最終成效。因此，在這一環(huán)節(jié)中，不僅要以技術思維為導向，同時還要把產品作為原動力，通過教師的理論介紹及基本的實踐操作，讓每位同學都能掌握一定的加工技術手段。

從“藝術風裝飾臺燈”的加工過程來看，僅連接和切割就涉及了粘接、螺栓連接、焊接(含激光焊接)、激光雕刻、切割等技術，此外塑性成形、電子控制等技術也是必須具備的。通過動手實踐學生能夠清晰地梳理各種連接方法及其他技術的制造內涵，這也是制造工程體驗課的主要目標。

3.4 產品推廣

產品推廣是指企業(yè)產品(服務)問世后進入市場所經過的一個階段。學生可以對本產品(含本課程)進行有效推廣，這也是制造體驗的一個重要環(huán)節(jié)。如何策劃、制定推廣方案、推廣渠道等，以快速提升其產品的知名度，進而讓更多的消費者共享新產品，需要更多學科的學生共同參與完成。

4 結束語

以“藝術風裝飾臺燈”文創(chuàng)產品作為導向和驅動，對通識課“制造工程體驗”展開實踐教學，提出了一種新的教學模式。該模式通過課程中產品的驅動、產品的實現(xiàn)以及制造過程，把設計思維、工程思維與技術思維高度有機融合于課程教學中，提高了學生的體驗度，豐富了項目釋放的知識內容，同時激發(fā)了學生的創(chuàng)造性勞動。此外，在強化學生的實踐動手能力、合作精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面也是一種新的探索。