面向工科學生的藝術與工程結合實踐課程探索

崔琦 楊榮 沈瑤 栗茂林 王娜

摘? 要 對標新工科，加強藝術學科與工科的聯系，培養工科學生藝術與工程的整合思維與綜合應用能力。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教授藝術設計學知識的教學方法。

關鍵詞 新工科;藝術與工程;實踐課程;通識課程;實驗室

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）24-0125-03

Exploration on Practical Courses of Integrated Art and Enginee-

ring for Engineering Undergraduate//CUI Qi， YANG Rong， SHEN

Yao， LI Maolin， WANG Na

Abstract According to emerging engineering， strengthen the links of

art and engineering， cultivate the ability of integration and applica-

tion for art and engineering. This paper analyzes the interdisciplinary

practical courses that integrate art and engineering in the domestic and abroad universities， summarizes object and basic idea of practi-cal course that integrate art and engineering， explores specific me-thods and the organization of teachers and construction of labs， and

teaching methods of teach knowledge of art for engineering under-graduate.

Key words emerging engineering; art and engineering; practical courses; general courses; lab

0? 引言

新工科戰略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。新工科戰略要求建設新興領域工科專業，改造傳統工科專業，使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戰略的需求，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，藝術學科與工科的結合是新工科人才培養中的一個分支。

2018年，習近平總書記在給中央美術學院老教授的回信中提出“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互結合。現代企業的產品設計團隊往往由具有工程技術、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，有利于產品設計創新及團隊合作。藝術與工程的結合是順應產業趨勢、 符合新工科戰略要求、落實高校美育教育的必然之舉。

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。尤其對于工科學生，普遍具有邏輯思維強、嚴謹求實的特點，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也涵蓋人文藝術大類，以欣賞及理論為主。同時，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，如麻省理工學院的媒體實驗室、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的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工結合實踐課程的目標

探索在工科背景的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

通過設立結合藝術與工程的產品設計項目，使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。如圖1所示，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得以應用。

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，學生在產品的設計過程中需要將藝術與工程知識加以整合、通過判斷、取舍進行應用，在制作過程對設計方案進行批判、驗證，對設計方案進行修改和完善。學生通過設計、制作、反思的實踐過程使理論知識得以實際應用，加深對知識的理解，最終內化到學習主體的知識體系中，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? 藝工結合的實踐課程探索

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，而不同的專業背景又成為進一步創新的基礎。

3.2? 課程具體實施

如圖2所示，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、電子制作、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和造型指標檢測。此階段能夠使學生鞏固產品造型與工程材料、加工工藝之間的聯系和影響，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、視頻多種方式對作品進行展示，闡述設計理念、制作過程，并從功能、審美兩方面對作品進行評價。在此階段能夠提高學生的設計表達與應用能力。

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與決策;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，使學生形成藝術設計與工程知識的建構，培養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，組建具備機械、電子、控制、藝術設計等專業背景教師和工程技術人員的跨專業師資團隊，打破學科壁壘，探索適合學科交叉的綜合性實驗的課程內容、教學方法和評價方法。其次，邀請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，故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，課程前期需設置安全培訓，加強學生設備使用等安全規范。

4? 面向工科學生的造型設計

由于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，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學生輸入形色質的概念需嘗試對其進行簡化、重組，并通過與材料相結合，利于工科學生的理解和掌握。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。形態的實現又離不開材料，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。故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，也可以采用鑄造、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讓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以達到設計要求。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。產品形態設計中的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? 結語

開展面向工科學生的藝術與工程結合的實踐課程是對新工科戰略的解讀，是對落實高校美育教育的探索。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與制約的角度將藝術與工程相融合，貫穿于設計、制作、評價整個課程實施過程中，培養學生藝術與工程知識的整合思維與綜合應用能力。燈具設計與制作課程綜合性強，實踐性強，內容新穎，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融合。■

參考文獻

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