设计类通识课程交叉工程实践教学的建设与探究 ①

庞 观 董宝光 陈 凯 罗 勇 杨忠昌 李双寿（清华大学 基础工业训练中心，北京 100084）

设计类通识课程为何要与工程实践教学结合？如何理解设计本身的属性与特点尤为关键，在国家政策和高等教育制定的方向上，跨学科建设培养新型人才已为重中之重。设计关注的不仅仅是外形上的改变，更重要的是学会在工程实践训练过程中选择：从选择工具入手、再纳入方法层面的选择、最终导入解决方向的选择。所谓“工具”是技术层面的需求。无论材料、技术、工艺，都是需要被选择的工具；“方法”是思维层面的提升。如何系统地、有效地、合理地建立整体的思维方式，是设计全流程指引的目的；而最终面临的选择的是“方向”，是设计价值的最高维度要求。设计的价值判断、对于社会文明和进步的推进作用，是设计站在文化背景下的独有的理性的、限定的思考能力，人类社会未来的发展是可持续的，还是奢靡挥霍的，设计最终是引导更健康合理的生活方式的风向标。所以，设计作为通识课程与工程实践结合，是关键与必要的。

一、课程建设的背景与必要性

设计交叉工程实践的课程在清华大学基础工业训练中心目前属于首创与探索阶段。课程建设背景基于以下两点：

1.大美育通识教育的重要性与学科交叉人才培养的方向

清华大学110周年校庆之际，习近平总书记考察我校，首站莅临清华美院，总书记强调“美术、艺术、科学、技术相辅相成，相互促进，相得益彰”。未来的人才培养方向上，艺术设计和科技的交叉融合将深入贯彻总书记的重要讲话精神，以美育人，以高尚的美的情操培根铸魂。课程以美育深化设计与科学的融合，推进清华特色的美育与各学科的融合为目标，通过清华大学基础工业训练中心工程实践课程与设计学科搭建平台，深入研究美和美育的问题。

近年来，清华大学在新工科人才建设的方向引导上，强调了以工程基础研究、学科交叉和工程教育为着眼点和创新融合为手段，培养学生在不同的学科团队协作过程中能够完成价值塑造、能力培养、知识传授的教育目标。落实“工科＋”的整体发展思路，以提升工科发展水平为主要目标，以工程基础研究、学科交叉和工程教育为着眼点，以创新融合为手段，努力推动工程科技人才培养和重大技术突破，强化工科服务国家经济建设的能力。以培养能引领工程科技发展的拔尖创新型人才为工科发展的根本任务，以服务国家创新驱动发展战略和经济社会发展为导向，以创新学术思想和引领技术发展（Creative Thoughts and Leading Technology）为核心，努力实现前瞻性基础研究、引领性原创成果的重大突破，加快建成世界一流大学。

2.设计与工程实践教学目标一致

设计本身是既可“言传”又可“意会”的知识。设计是名词更是动词。

匈牙利裔英国哲学家波兰尼（Michael Polanyi，1891-1976）于1958年在其《个体知识》一书中首次将知识分为“明晰知识”和“默会知识”，并描述了它们不同的特征。“明晰知识”可以通过学习、模仿、记忆而获得；而“默会知识”是通过一定的实践、经验并从中领悟得来的，虽然可以被传授、学习和积累，但需要通过其独特的途径来实现。设计恰恰包含了这两种知识的特性——既有理论指导，又要知行合一。如同每个人学习游泳的过程，听理论是永远听不会的。同理，如果学习过程中没有动手实践，就不能够完成对设计真正的、完整的认识。设计无法被单一的归类为理论知识传授，或简单的定义为重复性实践活动，设计一定是在理论总结下的不断创造性地实践活动。

我校基础工业训练中心是工程实践的教学平台，在清华大学实践教学100年的历程中，基础工业训练中心凝练出“传授制造工程知识、培养工程实践能力、体验工程文化”的工程训练教学理念。中心已有课程包括工程训练、创新创业训练、工程文化素质训练等较完整的工程实践教学体系。但是与设计专业相关联的通识课程融入教学平台还处于探索与实践阶段。基于设计专业本身的理论与实践的综合统一特性，设计与工程实践有着大体一致的课程要求。

同时，在工业制造的全流程中，设计也是关键的、协调“生产、制造、流通、回收”每一环节的重要因素。在工程训练的过程中，将设计知识如“设计思维”“设计方法论”的内容导入工程实践的全流程中，使学生在接受工程知识、动手实践能力培养的过程中不断塑造更完整的设计价值观，建构既跨界又全面的思维，进而引导、激发学生的系统性创新能力。

设计所具有的内涵美、整体美、系统美以及对“大美”的追求，将人文情怀融入工程实践的同时，还具有批判与创新价值。在相对以技术、科技为驱动力的工程思维教学实践中，设计更具有“大人文”和“大美育”的文化关联特性，能够将人文价值塑造与科技创新力培养建立更客观的平衡和连接，无论在理论深度还是实践方法都具有更多元、更全面的课程模式研究价值。

二、课程内容与创新点

基于训练中心已有工程训练课程的框架和体系，设计交叉实践教学相关的课程大致有以下4个不同的层级（表1）：

表1 设计与工程实践课程共建架构图

3.特色定制 工程素养与人文实践、工程实践与创新共40学时学生有一定的人文专业背景，以设计为桥梁，建立人文与工程的有效连接，用设计的角度理解人文积淀与科技进步的相辅相成。4.专题讲座 工业系统基础、实验室科研探究共2学时传达设计的价值，增加兴趣

1.初级体验

建立学生对设计基本概念的认知，大致理解系统地思考问题的方法。

在以产品为主体的制造工程体验课组里设置了“设计导引”“过程评价”与“终期展评”相关内容，是相对宽泛的设计普及教育。

在初级体验的课程设置中，结合制造工程体验课组中的设计课程数量相对较少，考虑面对不同专业的学生时，需要照顾每一个学生的认知能力。在以具体产品制作为课程主要内容的设置与安排上，将“设计思维”相对范式、广义和价值高度上进行理论指导，让学生动手之前有意识，有方向地进行产品的制作与加工技术选择。

例如，在制造工程体验的M06单元（智能家居产品创意设计与制作）课程中，随堂布置学生用简单的材料完成行为语义的形态化转换训练。要求将简单的动作（旋、扭、按、提、拉等）呈现于实物的形态，以准确地传达动作信息。大部分的学生最初只限于模仿物品本身的已知语义，如做出轮子的形态表达是可以转的，模仿发条钮来传达旋转的姿势（图1）。在与教师深入讨论过程中逐渐明白跳出借助物品固有语义，仅单纯通过形态结构就完全能直接引导人们的行为，了解到设计是综合的信息的传达。如图2中左下角的三角块，仅以抽象、简明的形态，就会激发人们左右按压的行为。学生在这样的相对短时间的训练中对设计的语意与行为关联有了初步的认知。

图1 借助已有物品语义的转化，最初的呈现方案

图2 完全通过抽象形态引导行为，更准确的动作信息传达

与此类体验课结合过程中，通过开题导引、中期解惑、结课总结三个不同阶段的教学与研讨，始终贯穿从设计的角度梳理与评判具体的问题，帮助学生总结设计与制造，设计与产品之间的关联，让学生在具体的产品制作过程中体验设计的内涵与方法，逐步构筑起对设计参与制造全流程的了解。

2.深度结合

设计通识课程与工程实践深度结合，建立设计与工程之间的关联，让学生学会选择工具、材料、方法，直至价值取向。

通识选修课是综合类大学中常见的课程，清华大学通识课程的教学目标是“立己达人，全人格的价值养成；审思明辨，批判性的思维能力；文理兼备，跨学科的知识结构”。其目标不仅仅在于培养出适合各领域、 各岗位的优秀人才，更要培养出各行各业的领军人物与思想领袖。作为目标的载体，清华的通识课程具有“无专业门槛，有学理深度”的更高要求。

目前在训练中心开设的与设计相关的通识课程有以下四门，分别为“设计思维与综合构成”“未来生活设计与科技创新”“人文创意与工程实践”“中华工匠——非遗技艺传承与技术创新”。这四门属于全校通识选修课，设计与工程实践结合的最为紧密。这些课程在方向和内容设置上也是立属不同课组各有侧重（表 2）。

表2 与设计专业相关的通识类课程方向侧重表

又如清华大学王希勤校长在《2021年工程文化素质教育高级研讨会》上所说，“如果过于实践的那种机械和模式化没有理论支撑的教学，是不足以支撑一个实践的创新性，但是如果理论过于繁杂或者是说过于沉重，学生没有动手的能力，他对理论的理解和惯性也不可能特别的完整”。

在课程中，带领同学们去参观一线设计与制造基地，让学生体会设计与制造、设计与工业工程是怎样的关联，完成社会实践的一部分。同时依托“中心”已有的深加工技术平台，鼓励学生逐步从草模搭建，到反复迭代修正原型、动手加工制作，最终将创意作品完整呈现，这一步是关键的校园实验室实践。（图3）

图3 课堂工艺技术实践，电子、钳木工、激光雕刻、焊接、金属切割、“树莓派”等制造技术

3.特色定制

与日新书院（文、史、哲专业学生）共同建设的书院定制实践课程是大学2022年定向教改项目之一。

在以工科见长的清华大学中，工程实践课程（金工实习）是工科专业学生的传统必修课，但是目前针对动手实践和劳动能力的培养，远远满足不了优秀交叉人才培养的需求。清华还有相当一部分人文背景的学生希望在动手动脑的过程中将人文实践和工程素养共同塑造。

课程的主要目标是立足现代文明与工业制造，回看创造性（手工）工艺技术，反思人类文明的进步流变，将东西方对照比较工程与人文之间的关联，积极展望未来文明的发展态势，探索人文与工程融合的发展方向。

通过设计建立人文与工程的连接，基于文化、历史、哲学背景的思考，培养学生的思辨能力、动手能力，感受工程中的力量与方向，提升人文和工程融合的素养，同时在实践过程中反思制造、科技、设计与文明之间错综复杂的关联与牵绊。以设计理论为基础，在实践和理论的紧密连接过程中逐步感受工程的力量与人文的温度之间的平衡。课程由“手与工具”“青铜器铸造与仿制”“中国传统文化器物的创新制作”三部分组成。通过锻炼学生设计思维的能力，连接钳工、木工、螺钿镶嵌、消失模铸造、精密铸造、3D逆向扫描、激光雕刻等多种工艺的实践，带给文科学生对于设计和工程更加直观的认识。

4.专题讲座

以专题讲座形式参与到“工业系统基础”“实验室科研探究”（国家精品课）等课程。

最后一类设计与实践课程的结合方式就是通过讲座和交流的方式，用生动的设计案例结合当代社会的问题引发思考和讨论，侧重增加学生的兴趣和对设计的关注度。如实验室科研探究课就将中西方的印刷发展历史，印刷在制造业中的位置以及训练中心相关印刷技术的支撑（图4），有逻辑关联地讲授给学生。同时让学生亲手体验UV打印的技术，参观SMT（Surface Mount Technology）生产线（图5），拿到属于每个人的个性化定制UV打印的“校园”卡套（图6）。

图4 清华大学基础工业训练中心印刷设备

图5 参观SMT

图6 学生打印的UV“校园”卡套

三、设计与工程实践教学交叉建设的课程具有以下特点

1.满足课程大方向的条件下，更加自由、自主的产品设计：不以具体某一产品技术参数、模仿制作工艺流程为最终学习任务

相对目前较常规的技术导向、工艺导向、流水线式实践教学模式，设计交叉后的课程更具有创新和整合的力量。学生在过程中不是被动接受老师传递的技术与制造工艺的知识，更多是根据设计创意的目标自主地寻找材料、工艺路径、结构方法，再虚心向相关技术支持的老师讨教，训练了选择、组织材料、工艺、技术的因素和综合解决问题的能力。

比如在“设计思维与综合构成”课程中，2021年秋季学期的课程只提出大方向要求——清华大学工程实践100周年的文化创意产品设计。学生可以用不同的产品呈现工程文化。学生完成的设计有以普通车床为原型的桌面收纳组合（图7）、工业制造全流程传动的“手伴”（图8）、工程训练主题的文化衫（图9）等作品同期完成（图10）。

图7 优秀作业：车床桌面收纳，金属切割与弯折工艺，一年级

图8 学生作业：设计与原型、智能制造、机械制造、成型制造、人工智能实验室主题“手伴”，运用激光切割、机械传动、红外感应、“树莓派”等工艺，二年级

图9 学生作业：工程主题文化衫设计，彩色织物打印

图10 优秀作业：工程文化国际象棋设计，型材标准件，一年级

又以“未来生活设计与科技创新”课程为例，该课希望站在设计伦理的高度，理性地认识科技发展和人类社会进步之间的平衡关系，放眼未来人类可持续的种种生活方式。每学期的主题都会略有不同，如“弱势人群如何负重上楼解决方案”“未来饮食设计”等，但都紧紧围绕未来生活的创新与设计，在既理性又有活力的命题下，学生分组完成对于未来社会可能性的探索和思考。当然，这种相对开放式的命题在教学组织过程中会遇到具体困难，例如，不同技术教师的时间安排，不同加工工艺之间的衔接、协调，都与主课教师对课程节奏和思路的把控能力有关，这就给以往按部就班的、相对一致的工艺实践课带来从未遇到的难度和挑战。但对于学生而言，选择自由度更大，更有针对性地解决问题，研究工艺，了解用户需求。同时，在课堂上的讨论也是观点碰撞和教学相长的有利因素。

2.小班教学，因材施教：老师是教练，互动是关键

由于各自不同的设计作业，每学期的设计交叉工程实践课程犹如传统艺术院校毕设一样艰难。要没有专业基础的同学们把自己的创意变成现实，教师团队的工作量尤为巨大。

课程班型设置为25-30人左右的小班授课，有益于因人、因材施教。主课教师就需要面对每一名学生有针对性地帮助引导其思路的梳理和作业的完成。在课程不断深入和更具挑战性的学习过程中，要充分考虑不同专业不同学科背景的学生理解和反应能力。在不断地交流过程中有时集中、有时个别地进行引导、交流、讨论、互动，人数不多，课题不一恰恰正是设计思维导引与工程实践交叉课程的独特要求。所以，很多时候老师更像“教练”，要实事求是地一对一地陪护学生并与之交流，这是个逐一带领同学认识设计与实践如何融合的学习过程。小班授课模式也符合了清华大学本科教学“个性化”培养方向，但同时，课组教师们目标认知的一致性也很重要。每一位参与教学的老师都会有一些自己价值判断与专业判断和固有的教学习惯，所以教师团队如何将教学目标、评价系统与各自的专业习惯相协调，是未来该教程授课方式的完善、发展的努力方向。

3.通识教育、学科交叉、鼓励创新

20世纪无学科界限科学家赫伯特.A.西蒙（Herbert Alexander Simon）在《人工科学》一书中，将广义上的设计定义为“人们将知识、经验以及直觉投射于未来的，目的是改变现状的活动，都有设计性质”。其本质上指出了设计存在的普遍性、创新性和交叉性。不同学科专业背景的学生在课程中不仅学习本专业的新知识，更能结合本专业跨学科合作、交流、实践，促进学科和专业的再交叉。设计是未来复合型人才应该具备的基本素养之一，也当然是未来通识型人才的必修课。设计以不同领域的内容和专业的深度交叉结合于工程实践教学，目的在于对本科生乃至研究生的跨界、通识教育，从认知、理解、实践、内化至再格物、再致知，在不尽相同的专业目标培养中建立既有普遍意义的又有侧重的教程。

不同专业的学生在以设计思维导引的学科交叉过程中，还可以体验产业创新的初心和探究“新产业”创意的雏形。例如“未来生活设计与科技创新”的课程不仅对清华同学开放，也对北大同学开放，所以在关于“未来食物设计”的主题里，北大医学院的同学和清华美院产品、视传专业的同学们一起创造了关于精神“食粮”与日常饮食的“书之味”设计方案。其创新的不是主题餐厅，不是菜品形态模拟，而是从书籍的分类、价值导向出发，设计了全新的饮食文化方式，结合了餐饮空间、食品性质。在书、食品、餐具的“物镜”中融入特定的餐饮空间的“情境”，又在食客互动体验中建立了多维的“意境”，这种积极交流的生活文化模式，很受年轻学生的青睐。可以在不同类别的“书之味”中体验读书的乐趣，从生活方式的层次上去引导年轻人建立读书习惯和交流读书感受，试图开创全新的、健康的、身心一致的跨界的饮食文化方式。在课程推进的过程中探讨、体验了设计逻辑的魅力，这种深挖不同文化背后的精神内涵，将中国的淡泊明志、宁静致远的克制、包容、智慧与饮食娱乐的载体进行了深度融合，有跨专业的创新，更有可能是产业的创新。

4.课程评价标准的创新

如何确定课程最终的评价标准也是设计通识课程与工程实践交叉的创新点之一。在课程进行中，组织学生通过不同维度的换位思考、讨论与研究，综合出最终每个作品的评价指标与权重。是学生在不断学习和实践过程中对设计与工程更加全面的理解和评判。既是每个作品的总结，又是学生关于本课程积极的反馈。

课程进行到中后期阶段，学生已经对任务和目标较为明确，并在实践过程中不断思考设计的价值和地位，逐渐学会站在全局的、系统的层面理解具体项目，所以这时让大家抛出课程答辩环节的评价指标，合并、排序，最终确定作业评分表，由学生共同自主完成。不仅是对学生相对公正与客观的评分体系建立，更是学生对于学习过程的积极反馈（图11）。

图11 学生通过投票讨论课程结课评分维度与权重

5.符合国家劳动教育的价值塑造

劳动是人类改变自己的一个最根本的行为能力。恩格斯所说的“劳动创造了人类”，也是马克思主义关于劳动价值观的最根本认识。设计交叉工程实践课程的过程中必须动手。动手不仅产出物质成果，还积累了经验，理解了工程的原理，认识了设计的本质，更主动地去实践，这手脑并用的实践过程正是劳动教育的本质。

教育部2020年发布的《大中小学劳动教育指导纲要（试行）》中对于高校同学们劳动教育方面进行了阐述：普通高等学校——重视生产劳动锻炼，积极参加实习实训、专业服务和创新创业活动，重视新知识、新技术、新工艺、新方法的运用，提高在生产实践中发现问题和创造性解决问题的能力，在动手实践的过程中创造有价值的物化劳动成果。习近平总书记多次强调要在全社会大力弘扬劳模精神、劳动精神，“让劳动光荣、创造伟大成为铿锵的时代强音，让劳动最光荣、劳动最崇高、劳动最伟大、劳动最美丽蔚然成风”。新时期的劳动教育在高等教育的学生群体中，如何将新技术、新工艺、新方法有效地组织，通过沉浸式的课程连接让学生在出力流汗中磨练意志是课程的价值高度。劳动教育不仅是专业技能的培养，更注重其价值塑造的育人作用，通过课程，强化与劳动人民血肉相连的劳动者身份认同。

结语

教育部高等教育司2022年工作要点中明确指出，“召开学习贯彻习近平总书记考察清华大学时的重要讲话精神一周年座谈会。组织有关高校围绕‘三个一流’(一流大学群体、一流人才方阵、一流大学体系)、‘四新’建设、走好卓越拔尖人才自主培养之路进行交流研讨，深化新工科建设。突出‘交叉融合再出新’，推动现有工科交叉复合、工科与其他学科交叉融合。推进未来技术学院、现代产业学院、专业特色学院等建设，深化工科人才培养组织模式创新……深化新文科建设。召开新文科建设工作会议。坚持价值引领、守正创新，深化高校文科专业教学改革。推进现代信息技术与传统文科专业、文科与理工农医科专业深度交叉融合”。

设计与工程实践课程的交叉，建设更加完善的实践教学模式，是高校人才培养的必然任务。课程建设仍在不断摸索中前进，试图将“新工科、新文科、艺术与科技交叉融合”。这些研究课题通过设计进行有效地连接，在普适基础的“通”和有针对性的“专”等不同层面的教学目标上同步尝试和探讨。目前仍有进一步改善的空间，教师团队对于课程目标认知的一致性上还需磨合和不断学习；课程的灵活性与项目典型性需要不断迭代，让学生不仅准确掌握相关知识技能的实践任务，还能适应不断变化的、发展的、当代社会的需求，进一步提升学生的参与积极性和培养价值判断素养。设计类通识课程与工程实践的交叉尚在起步阶段，仍需不断拓展、总结和完善。我们一同期待更优质的成果与更美好的未来！