科教融匯背景下環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)改革路徑研究

0引言

2025年1月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》，明確提出“促進(jìn)人工智能助力教育變革”的愿景。這為我國(guó)教育現(xiàn)代化進(jìn)程指明了方向，教育作為帶動(dòng)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵力量，當(dāng)下正處于教育數(shù)字化和智能化加速變革階段。在全球數(shù)字技術(shù)不斷更新，經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面走向數(shù)字化格局的背景下，高校知識(shí)傳播型的傳統(tǒng)教育方式面臨挑戰(zhàn)，如何促進(jìn)人工智能深度融入課堂，更好地助力教學(xué)，成為當(dāng)下教學(xué)改革的聚焦點(diǎn)。

環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)是我國(guó)高等院校教學(xué)體系的重要組成部分，該專業(yè)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性、創(chuàng)新性[1］，重視塑造學(xué)生的創(chuàng)造性思維及實(shí)踐能力。本研究聚焦環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)領(lǐng)域，采用文獻(xiàn)研究法梳理理論基礎(chǔ)，再通過(guò)案例分析法針對(duì)具有代表性的教學(xué)案例展開(kāi)細(xì)致解讀，旨在整合實(shí)踐資源，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育與數(shù)字技術(shù)深度融合，構(gòu)建“技術(shù)更新帶動(dòng)一思維方式塑造一使用場(chǎng)景應(yīng)用”三位一體的培養(yǎng)模式，為培養(yǎng)適應(yīng)智能時(shí)代的設(shè)計(jì)人才提供可推廣的改革路徑。

1研究現(xiàn)狀

“科教融匯”指科學(xué)與技術(shù)同教育的融合交匯。“科”“教”不分家，重點(diǎn)在“融”，核心在“匯”，需將科技革新力量與育人工作緊密結(jié)合。盡管我國(guó)設(shè)計(jì)教育正朝著跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新方向快速發(fā)展[2]，部分頂尖院校已取得突破性發(fā)展，但大部分高校仍沿用傳統(tǒng)課程體系架構(gòu)。在此背景下，探尋數(shù)字化課程教學(xué)中科教融匯的實(shí)施路徑，構(gòu)建特色創(chuàng)新教育模式，成為設(shè)計(jì)教育界亟待解決的重要課題。

現(xiàn)有研究從不同視角和層面進(jìn)行積極探索[3]，為本課題提供了豐富的理論依據(jù)。但這些研究大多停留在“技術(shù)性”的本體論層面，尚未觸及“科教協(xié)同”視野下創(chuàng)新型設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的數(shù)字化變革核心問(wèn)題。部分AI輔助設(shè)計(jì)教學(xué)的案例研究?jī)H聚焦軟件功能培訓(xùn)，缺乏將技術(shù)特性與文化語(yǔ)境、社會(huì)價(jià)值相結(jié)合，以重構(gòu)設(shè)計(jì)思維的深入探究。同時(shí)，較少有研究基于“新文科”建設(shè)語(yǔ)境考量，忽視了在科技快速發(fā)展背景下，如何平衡技術(shù)能力培養(yǎng)和人文素養(yǎng)培育的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)教育中科技與人文的深度融合[4]。

2“三維驅(qū)動(dòng)”的科教融匯實(shí)踐教學(xué)改革路徑建構(gòu)

2.1課程體系：從“學(xué)科導(dǎo)向”到“問(wèn)題導(dǎo)向”的模塊化重構(gòu)

隨著人工智能技術(shù)快速發(fā)展，教育生態(tài)正被重塑。麥肯錫全球研究院報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2030年，約 70% 的設(shè)計(jì)工作將實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同。這一趨勢(shì)表明，以往側(cè)重技能傳授的培養(yǎng)模式已難以適應(yīng)智能工具主導(dǎo)的時(shí)代需求，教育目標(biāo)逐漸從技能訓(xùn)練向思維能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。因此，將“科研成果”與“課程體系”相結(jié)合，構(gòu)建科研驅(qū)動(dòng)型課程群成為推進(jìn)教學(xué)改革的重要任務(wù)。

2.1.1基礎(chǔ)層：智能工具的“技術(shù)解碼”課程體系構(gòu)建

開(kāi)設(shè)人工智能輔助設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐課程，重點(diǎn)剖析Midjourney圖像生成算法中的空間語(yǔ)義架構(gòu)（如“對(duì)稱構(gòu)圖”“材質(zhì)肌理”等參數(shù)的文化編碼規(guī)則），引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合DeepSeek、GPT-4o等自然語(yǔ)言處理技術(shù)，編寫(xiě)基于Python語(yǔ)言的地域文化元素生成腳本（如徽派建筑馬頭墻、蘇州園林花窗的算法化轉(zhuǎn)譯），使學(xué)生掌握核心技術(shù)原理，深化對(duì)傳統(tǒng)符號(hào)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

借助Blender、3DMax等模型制作軟件，運(yùn)行重構(gòu)后的Python代碼，開(kāi)設(shè)智能設(shè)計(jì)流程基礎(chǔ)工作坊，模擬真實(shí)項(xiàng)目場(chǎng)景，使學(xué)生在人機(jī)交互過(guò)程中完成“需求分析一初步篩選一參數(shù)優(yōu)化”的培訓(xùn)流程。以“北京前門(mén)商業(yè)街改造”為例，學(xué)生輸人最初的設(shè)定后，人工智能生成多種地域適配的空間布局方案，學(xué)生可以在此基礎(chǔ)上調(diào)整文化意象，將門(mén)簪、斗拱等傳統(tǒng)建筑元素融入設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與歷史文化的融合。此外，課程設(shè)置思政教育板塊，引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計(jì)理念中的文化傳承意義及社會(huì)責(zé)任，增強(qiáng)民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感。

2.1.2應(yīng)用層：構(gòu)建“人機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)”的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練模塊

在商業(yè)空間設(shè)計(jì)、景觀規(guī)劃原理等核心課程中添加“AI方案優(yōu)化”環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生以真實(shí)項(xiàng)目為依托，先通過(guò)StableDiffusion文字轉(zhuǎn)圖形生成軟件生成空間布局初步方案，再基于“空間句法分析”與“文化基因解碼”雙重架構(gòu)進(jìn)行評(píng)估篩選。以某城市公園景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)為例，學(xué)生利用AI生成多種景觀布局方案后，通過(guò)空間句法工具量化各方案的空間連接度、可達(dá)性、視覺(jué)集中點(diǎn)分布等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。同時(shí)，挖掘地域特色文化元素優(yōu)化方案，并結(jié)合建筑標(biāo)準(zhǔn)制定文化適配性評(píng)估清單，形成“人工智能輔助設(shè)計(jì)一人機(jī)合作參數(shù)校對(duì)一文化價(jià)值深入改良”的設(shè)計(jì)閉環(huán)，確保設(shè)計(jì)成果兼具功能性及人文內(nèi)涵。

2.1.3創(chuàng)新層：開(kāi)設(shè)元宇宙空間設(shè)計(jì)前沿課程

整合現(xiàn)有開(kāi)放平臺(tái)資源，共建虛擬場(chǎng)景物理引擎教學(xué)模塊，聚焦“數(shù)字空間物理真實(shí)性建構(gòu)”前沿領(lǐng)域，構(gòu)建涵蓋“理論基礎(chǔ)一參數(shù)化建模一跨平臺(tái)適配”的技術(shù)實(shí)踐體系。課程引人開(kāi)源虛擬城市開(kāi)發(fā)中的物理引擎優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，細(xì)致拆解Unity和UnrealEngine（UE）中剛體動(dòng)力學(xué)、流體模擬以及材料力學(xué)等底層算法原理。以“虛擬室內(nèi)設(shè)計(jì)”為例，引導(dǎo)學(xué)生掌握PhysX引擎中碰撞探測(cè)流程、重力傳遞特點(diǎn)以及彈性形變應(yīng)對(duì)等重要技術(shù)的配置方法，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

2.2教學(xué)模式：構(gòu)建“實(shí)驗(yàn)室一工作坊一真實(shí)場(chǎng)域”的立體化實(shí)施場(chǎng)景體系

針對(duì)環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)更新快、實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)科交叉顯著等特點(diǎn)，亟須沖破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的限制，形成以“科研成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)業(yè)一項(xiàng)目帶動(dòng)教學(xué)一真實(shí)場(chǎng)景加以驗(yàn)證”為主線的三級(jí)立體化育人模式，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容、教學(xué)手段以及資源平臺(tái)的深度整合與協(xié)同發(fā)展[5]。

2.2.1科研實(shí)驗(yàn)室：技術(shù)賦能型課程的創(chuàng)新孵化平臺(tái)

組建由高校教師、科研工作者與企業(yè)工程師構(gòu)成的跨學(xué)科協(xié)作團(tuán)隊(duì)，梳理核心課程中可嵌人科研成果的知識(shí)節(jié)點(diǎn)。引入企業(yè)最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如Unity引擎的物理仿真參數(shù)等，聯(lián)合編寫(xiě)校企共編教材，顯著提升課程內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步性。同時(shí)，搭建“設(shè)計(jì)技術(shù)研發(fā)平臺(tái)”，整合3D打印實(shí)驗(yàn)室、VR沉浸式實(shí)驗(yàn)艙、BIM協(xié)同研發(fā)環(huán)境，形成“數(shù)字建模一物理檢測(cè)一參數(shù)修正”的循環(huán)運(yùn)作流程；定期聘請(qǐng)企業(yè)專家提供技術(shù)支持，確保教學(xué)技術(shù)與行業(yè)發(fā)展同步，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)等課程提供全面的技術(shù)保障和資源支持。

2.2.2協(xié)同工作坊：項(xiàng)目導(dǎo)向型學(xué)習(xí)的實(shí)踐平臺(tái)探索

搭建“科研項(xiàng)目探討工作坊”“企業(yè)執(zhí)行工作坊”“社會(huì)服務(wù)需求對(duì)接工作坊”三類實(shí)訓(xùn)載體，實(shí)行“雙導(dǎo)師聯(lián)合評(píng)定機(jī)制”。高校教師（承擔(dān) 40% 課時(shí)）側(cè)重系統(tǒng)理論教學(xué)指導(dǎo)，企業(yè)高管、研發(fā)骨干（承擔(dān) 60% 課時(shí)）側(cè)重技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)把控和操作可行性指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)，從空間功能規(guī)劃、材料選擇到照明設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全程指導(dǎo)，幫助學(xué)生把握行業(yè)最新設(shè)計(jì)規(guī)范，增加職業(yè)能力轉(zhuǎn)化經(jīng)驗(yàn)。

2.2.3真實(shí)場(chǎng)域：設(shè)計(jì)價(jià)值轉(zhuǎn)化的最終試煉場(chǎng)

真實(shí)場(chǎng)域?qū)嵺`是設(shè)計(jì)教育從“知識(shí)傳遞范式”向“情景化知識(shí)塑造范式”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，學(xué)生在鄉(xiāng)村振興、城市更新等復(fù)雜社會(huì)情境中，通過(guò)與多元利益主體（政府、企業(yè)、社區(qū)居民）的互動(dòng)協(xié)作，把抽象的設(shè)計(jì)理論變成解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的革新方案。學(xué)生通過(guò)深人調(diào)研村民生活需求和文化喜好，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和產(chǎn)業(yè)特色，制定兼具美學(xué)意義和使用價(jià)值的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)“顯性知識(shí)”與“隱性能力”的雙向建構(gòu)。

學(xué)科競(jìng)賽作為真實(shí)場(chǎng)域?qū)嵺`的重要延伸與補(bǔ)充，以行業(yè)前沿問(wèn)題為導(dǎo)向，評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)市場(chǎng)需求，本質(zhì)上是對(duì)真實(shí)項(xiàng)目的濃縮與升級(jí)。學(xué)生在備賽過(guò)程中，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)快速完成方案的技術(shù)優(yōu)化與價(jià)值提升。這種高強(qiáng)度實(shí)踐不僅檢驗(yàn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的轉(zhuǎn)化能力，更能激發(fā)其創(chuàng)新思維，進(jìn)一步強(qiáng)化真實(shí)場(chǎng)域?qū)嵺`對(duì)創(chuàng)新型設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)效能。

2.3評(píng)價(jià)體系：構(gòu)建創(chuàng)新能力矩陣導(dǎo)向的多元評(píng)價(jià)模型

組建跨學(xué)科教學(xué)改革團(tuán)隊(duì)，定期組織教研與科研融合的交流活動(dòng)，促進(jìn)教師教學(xué)能力和科研水平協(xié)同發(fā)展。制定教師獎(jiǎng)勵(lì)政策，細(xì)化科技成果轉(zhuǎn)化、學(xué)生科研指導(dǎo)等工作的考核指標(biāo)及獎(jiǎng)勵(lì)辦法，完善教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。針對(duì)學(xué)生課程成果，從“技術(shù)應(yīng)用力”“社會(huì)洞察力”“藝術(shù)創(chuàng)造力”三個(gè)維度展開(kāi)綜合評(píng)定，針對(duì)不同維度設(shè)置的核心指標(biāo)進(jìn)行細(xì)致考量，綜合評(píng)估學(xué)生課程成果價(jià)值。

3改革實(shí)踐案例初步成效

在現(xiàn)有案例方法論的基礎(chǔ)上，本研究在環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)本科生課程進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，取得良好的教學(xué)反饋。

3.1創(chuàng)新課程體系

本研究構(gòu)建了一套融合科研成果和前沿技術(shù)的環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系，課程內(nèi)容涵蓋多學(xué)科知識(shí)。以三維數(shù)字模型制作課程為例，不僅傳授傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)建模技術(shù)，還引入激光掃描與點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)，學(xué)生在參與古建遺址數(shù)字化采集與修復(fù)建模過(guò)程中，加深對(duì)科技賦能文化遺產(chǎn)保護(hù)的理解，真正實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)在環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)課程中的交叉滲透與協(xié)同應(yīng)用。

3.2教學(xué)資源豐富

通過(guò)構(gòu)建教學(xué)資源體系，涵蓋教材、課件、案例庫(kù)等部分，有效豐富教學(xué)素材。教材融入科研實(shí)例及實(shí)際項(xiàng)目案例，如“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用”課件收錄多個(gè)傳統(tǒng)村落數(shù)字修復(fù)真實(shí)項(xiàng)目，有益于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，并提升實(shí)踐操作能力。課件利用多媒體形式呈現(xiàn)，通過(guò)3D建模、動(dòng)態(tài)演示、交互展示等方式優(yōu)化信息傳遞效果；案例庫(kù)收集行業(yè)典型設(shè)計(jì)案例和科研成果，為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供豐富的參考資料。

同時(shí)，學(xué)校與企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)的合作實(shí)現(xiàn)三方共贏。高校借此及時(shí)獲取行業(yè)發(fā)展動(dòng)向和市場(chǎng)需求狀況，優(yōu)化課程設(shè)置及人才培養(yǎng)方案，培育出更多契合社會(huì)需求的設(shè)計(jì)專業(yè)人才。

3.3學(xué)生能力提升

科教融合機(jī)制極大地提升了學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)，開(kāi)闊了學(xué)生的專業(yè)視野。通過(guò)參加校企合作項(xiàng)目和科研實(shí)踐，學(xué)生在問(wèn)題解決能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)以及創(chuàng)新思維等方面實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。例如，在“傳統(tǒng)村落數(shù)字化保護(hù)”項(xiàng)目中，學(xué)生提出許多具備獨(dú)創(chuàng)性的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，為傳統(tǒng)聚落保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供新思路。

學(xué)生在專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽中亦表現(xiàn)優(yōu)異。例如，在“青創(chuàng)北京”2024年“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽“青繪京彩”文旅創(chuàng)意專項(xiàng)賽中，參賽項(xiàng)目榮獲金獎(jiǎng)，充分展示科教融匯對(duì)學(xué)生能力提升的顯著效果。

4結(jié)語(yǔ)

在“新文科”建設(shè)與教育數(shù)字化戰(zhàn)略的雙重驅(qū)動(dòng)下，環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革本質(zhì)上是“教育一科技—產(chǎn)業(yè)”多維度要素的協(xié)同進(jìn)化。本研究構(gòu)建的“邏輯塑造一途徑搭建一生態(tài)優(yōu)化”三維架構(gòu)，既符合科教融合趨勢(shì)，又有效解決了專業(yè)教育中長(zhǎng)期存在的“科技同人文相脫離”“理論和操作相疏遠(yuǎn)”等深層難題。當(dāng)下教育改革的關(guān)鍵難點(diǎn)在于技術(shù)深度整合及產(chǎn)學(xué)研協(xié)同機(jī)制的完善：就技術(shù)革新而言，要增強(qiáng)學(xué)生對(duì)新型數(shù)字工具的應(yīng)用能力并推動(dòng)創(chuàng)造性應(yīng)用；在產(chǎn)教融合上，則需形成更系統(tǒng)、可持續(xù)的合作架構(gòu)。未來(lái)需進(jìn)一步強(qiáng)化“數(shù)智化”對(duì)教學(xué)流程的賦能，探索“元宇宙教學(xué)場(chǎng)景”“虛實(shí)融合教學(xué)展示”等前沿領(lǐng)域，逐步構(gòu)建符合新時(shí)代需求的設(shè)計(jì)人才培育模式，為我國(guó)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)持續(xù)輸送具備專業(yè)素養(yǎng)及創(chuàng)新精神的優(yōu)秀人才。

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