面向工科學生的藝術(shù)與工程結(jié)合實踐課程探索

摘" 要" 對標新工科，加強藝術(shù)學科與工程學科的聯(lián)系，培養(yǎng)工科學生藝術(shù)與工程的整合思維與綜合應用能力尤為重要。分析國內(nèi)外大學藝術(shù)與工程結(jié)合的跨學科實踐課程現(xiàn)狀，總結(jié)建設面向工科學生的藝工結(jié)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(shù)設計學知識的教學方法。

關(guān)鍵詞" 新工科；藝術(shù)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(chǎn)業(yè)變革、發(fā)展新經(jīng)濟、應對未來戰(zhàn)略競爭、推動高等教育改革創(chuàng)新的迫切需要，要求建設新興領域工科專業(yè)、改造傳統(tǒng)工科專業(yè)，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(yǎng)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(shù)學科與工程學科的結(jié)合是新工科人才培養(yǎng)中的一個分支。

2008年，習近平總書記在給中央美術(shù)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(yǎng)方案”的具體要求。在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中，美育是我國從制造大國向創(chuàng)新大國、設計大國轉(zhuǎn)變的不可或缺的因素。隨著智能時代、互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，產(chǎn)品不僅需要符合功能完整、結(jié)構(gòu)合理的基本要求，操作便捷、造型語義明確、材質(zhì)優(yōu)良、界面友好、智能化成為提升產(chǎn)品價值的重要指標。尤其在智能產(chǎn)品、智能制造領域，人與機器、網(wǎng)絡的順暢交流需要藝術(shù)設計學專業(yè)知識與工程技術(shù)相結(jié)合。現(xiàn)代企業(yè)的產(chǎn)品設計團隊往往由工程技術(shù)、藝術(shù)設計、市場消費等多專業(yè)領域的人員構(gòu)成。工程學科背景的設計人員如果具有一定的審美素養(yǎng)和藝術(shù)設計知識，將有利于產(chǎn)品設計創(chuàng)新及團隊合作。藝術(shù)與工程結(jié)合是順應產(chǎn)業(yè)趨勢、符合新工科要求、落實高校美育的必然之舉。

1" 藝術(shù)與工程結(jié)合課程在國內(nèi)外綜合型大學的現(xiàn)狀

國內(nèi)綜合型高校的通識類課程中均有藝術(shù)類課程，以培養(yǎng)審美情趣和鑒賞力為主要目標，偏重理論，實踐環(huán)節(jié)少。通常美術(shù)欣賞類課程開設門數(shù)較多，陶藝、手繪、視覺傳達設計等美術(shù)實踐類課程受學生歡迎但開設門數(shù)很少[4]；與工科有一定聯(lián)系的金屬藝術(shù)、工業(yè)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(yǎng)的養(yǎng)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(fā)散的藝術(shù)知識得以提煉、歸納、吸收、內(nèi)化。

國外高校通識課程通常涵蓋人文藝術(shù)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?qū)嶒炛行臑槠脚_，如麻省理工學院媒體實驗室、加州大學伯克利分校的發(fā)明實驗室等，通過跨學科課程、跨學科團隊合作、校企協(xié)同等方式，有機融合工程與科學、社會學科、藝術(shù)學科，以學生為中心，問題導向，鼓勵打破學科界限、強調(diào)思考、動手與表達，注重培養(yǎng)不同學科學生的工程意識、團隊精神、創(chuàng)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(shù)與工程結(jié)合實踐課程目標

探索在工科背景學生中開展藝術(shù)與工程結(jié)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(shù)學科與工程學科的聯(lián)系，推動藝術(shù)與工程的交叉，培養(yǎng)學生藝術(shù)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(shù)學科與工程學科的交叉與聯(lián)系

設立藝術(shù)與工程結(jié)合的產(chǎn)品設計項目，讓學生了解藝術(shù)設計在工程中的應用領域，藝術(shù)在哪些方面能夠與工程產(chǎn)生交叉融合。根據(jù)學生不同專業(yè)背景，在功能設計、造型設計、材料選用等環(huán)節(jié)加強項目與機械、電子、控制、材料等工程學科專業(yè)領域的聯(lián)系，提高工科學生興趣，將藝術(shù)設計知識與專業(yè)知識相結(jié)合予以應用。藝術(shù)學科與工程學科的交叉和聯(lián)系如圖1所示。

2.2" 培養(yǎng)藝術(shù)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(chǎn)品的設計過程中，學生需將藝術(shù)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(nèi)化到知識體系中，使得藝術(shù)與工程知識的整合思維和綜合應用能力得以提高。

3" 藝術(shù)與工程結(jié)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(gòu)建藝術(shù)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(shù)設計等相關(guān)知識的有機結(jié)合，以及設計、制作、評價的完整過程，培養(yǎng)學生對工程學科與藝術(shù)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(shù)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(chǎn)品，不但需要實現(xiàn)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(jié)構(gòu)設計，不但能夠融合藝術(shù)設計、機械加工與電子裝調(diào)多學科知識，還能夠結(jié)合自動控制技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行智能家居產(chǎn)品的設計制作。燈具作為項目命題，既符合藝術(shù)與工程學科交叉的需求，又具有工程技術(shù)綜合性，能夠激發(fā)不同學科、專業(yè)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(jīng)驗和感受有利于學生著手開展項目，學生不同的專業(yè)背景成為進一步創(chuàng)新的基礎。

3.2" 課程具體實施

課程實施分為創(chuàng)意設計、綜合制作、展示評價三大部分。基礎審美原理、形態(tài)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(diào)、控制技術(shù)等工程技術(shù)貫穿整個課程實施環(huán)節(jié)。

學生以團隊形式完成項目，在創(chuàng)意設計階段進行產(chǎn)品方案設計。首先，設定產(chǎn)品功能，具體包括使用環(huán)境、光源參數(shù)、造型風格、環(huán)保性能等。其次，進行具體的造型設計、結(jié)構(gòu)設計和電氣指標設計，繪制相關(guān)設計圖紙。此階段需要整合運用藝術(shù)與工程相關(guān)知識，綜合考慮功能與形態(tài)、形態(tài)與結(jié)構(gòu)、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(diào)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(chǎn)品造型與工程材料、加工工藝之間的聯(lián)系和影響的認識，并通過實物作品的實現(xiàn)建立物體形態(tài)、體量、比例、質(zhì)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(shù)與工程結(jié)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(qū)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(nèi)容[8-9]。通過創(chuàng)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(shù)設計與工程知識的建構(gòu)，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(shù)設計等專業(yè)教師和工程技術(shù)人員的跨專業(yè)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(nèi)容、教學方法和評價方法。其次，讓具有企業(yè)經(jīng)歷和豐富加工經(jīng)驗的工人師傅參與學生的設計、制作環(huán)節(jié)，在設計之初考慮加工制作的可行性，加強理論與實踐的結(jié)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(shù)與工程結(jié)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(xiàn)有設備、場地等資源，靈活安排課程時間與地點，不同教學環(huán)節(jié)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(guī)范意識。

4" 面向工科學生的造型設計

大多數(shù)工科學生沒有設計藝術(shù)學知識儲備，也沒有經(jīng)過相關(guān)技能培訓，因此，如何高效地傳授藝術(shù)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(jié)出材料與形態(tài)相結(jié)合的方法，從工程角度結(jié)合藝術(shù)設計學理論知識，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)、工藝等工程知識與形態(tài)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(tài)的關(guān)系

產(chǎn)品造型設計是設計專業(yè)課程體系中的基礎課程，其要素包括形態(tài)、色彩和質(zhì)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(zhì)的概念，需要嘗試對其進行簡化、重組，并與材料相結(jié)合，利于工科學生理解和掌握。形態(tài)是產(chǎn)品的重要組成部分，形態(tài)與功能、結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，形態(tài)體現(xiàn)功能，結(jié)構(gòu)實現(xiàn)形態(tài)，三者相互支撐和制約。形態(tài)的實現(xiàn)離不開材料，材料是形態(tài)的物質(zhì)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(tài)的實現(xiàn)又形成一定的制約[10]。色彩和質(zhì)感是通過材料及其加工方法實現(xiàn)的。通過材料的選擇和加工以及對形態(tài)設計的支持與制約的角度引入形態(tài)設計的概念，有利于工科學生掌握。

4.2" 形態(tài)與材料加工

產(chǎn)品形態(tài)的基本要素是點、線、面、體。

產(chǎn)品形態(tài)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(xiàn)，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(chǎn)品形態(tài)設計中的“線”能夠?qū)θ水a(chǎn)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(yōu)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(tài)。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(chǎn)品形態(tài)設計中的“面”包括平面、曲面。平面給人以穩(wěn)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(guī)則的曲面，隨著三維掃描技術(shù)和3D打印技術(shù)的發(fā)展，復雜的仿生曲面也可以輕松獲得。

產(chǎn)品形態(tài)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(jié)束語

開展面向工科學生的藝術(shù)與工程結(jié)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(shù)學科與機械、電子、測控、材料等工程學科的聯(lián)系，提高工科學生對藝術(shù)的興趣。通過形態(tài)與材料相互影響和制約的角度將藝術(shù)與工程相融合，貫穿設計、制作、評價整個課程實施過程，培養(yǎng)學生藝術(shù)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(nèi)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(shù)學科知識，進一步探索藝術(shù)與工程的交叉和融合。

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*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(shù)與工程結(jié)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(zhì)培養(yǎng)；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(shù)、智能控制系統(tǒng)；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(shù)控技術(shù)；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）。