姜超 吳增文 張浩向

摘要：為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展等國家產(chǎn)業(yè)升級需求，工業(yè)設(shè)計“新工科”改造的培養(yǎng)內(nèi)容與模式，需圍繞專業(yè)交叉、學(xué)科融合持續(xù)深化。研究立足工業(yè)設(shè)計既有專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)，以知識管理的德爾菲和DANP研究方法，探討“新工科”改造中學(xué)生對專業(yè)核心知識能力的認(rèn)知狀況，獲得工業(yè)設(shè)計“新工科”建設(shè)基于學(xué)生理解的核心知識能力及網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖。工業(yè)設(shè)計“新工科”改造需進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)理基礎(chǔ)、工程技術(shù)及人文學(xué)科的教學(xué)，積極構(gòu)思探索聯(lián)系應(yīng)用場景的項目實踐，以便學(xué)生在操作中獲得深入理解。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計 新工科 核心知識能力 設(shè)計教育 DANP

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）21-0087-04

Abstract：In order to meet the needs of national industrial upgrading such as Internet+，big data，artificial intelligence and innovation-driven development，the training content and model of Industrial Design integrated into the emerging engineering education（EEE），which features interdisciplinary integration，need to be continuously deepened. Based on the characteristics of the major and the goal of the EEE，the study employs the knowledge management method of Delphi and DANP，to discuss the students cognition about the core knowledge and abilities of Industrial Design in the transformation of the EEE reforming，and to probe improvements. The results demonstrated students understanding about major，and obtained core knowledge and abilities of industrial design in the EEE reforming，and drew the network diagram of the core knowledge and abilities. The EEE reforming for industrial design need to further strengthen the teaching of mathematics，engineering and humanities，and to explore application in project practices.

Keywords：Industrial design Emerging engineering education Core knowledge and abilities Design education DANP

引言

新技術(shù)革命所引領(lǐng)的國家新經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略，需要工程教育支撐，培養(yǎng)應(yīng)對未來新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)下國際競爭和挑戰(zhàn)的人才[1]。將原有傳統(tǒng)專業(yè)按照“新”要求改造升級，培養(yǎng)具備創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程技術(shù)人才，是“新工科”建設(shè)重要任務(wù)[2]。工業(yè)設(shè)計“新工科”建設(shè)主張專業(yè)教學(xué)與技術(shù)學(xué)科加強(qiáng)交叉融合[3，4]，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)新對象、運(yùn)用新技術(shù)、構(gòu)想新場景、聚合新產(chǎn)鏈、打造新模式、開創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的各種能力[5]及圍繞上述能力的設(shè)計整合思維。

一、工業(yè)設(shè)計“新工科”人才培養(yǎng)

陸國棟等[6]認(rèn)為“新工科”建設(shè)內(nèi)涵是提高學(xué)生適應(yīng)變化能力和工程創(chuàng)新能力。學(xué)生在基于應(yīng)用情境的動手實踐中，培養(yǎng)問題意識和社會責(zé)任，掌握新工具，養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)習(xí)慣，能解決產(chǎn)業(yè)中的“跨界復(fù)雜工程問題”[7]。鐘登華認(rèn)為“新工科”應(yīng)培養(yǎng)具有深厚數(shù)理基礎(chǔ)和人文素養(yǎng)，善于從工程中發(fā)現(xiàn)問題，并能運(yùn)用科學(xué)原理予以解決的工程人才[8]。王義遒[2]建議工程人才培養(yǎng)體現(xiàn)“通才教育”，夯實數(shù)理基礎(chǔ)，滲透人文精神，關(guān)注自學(xué)能力與思維方法的養(yǎng)成。可見，“新工科”突出交叉學(xué)科知識儲備、多學(xué)科研究能力與跨學(xué)科合作精神培育，學(xué)生要有解決工程問題的專業(yè)知識、技術(shù)能力，具備全球視野、人文精神和創(chuàng)新能力，以及持續(xù)學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力和習(xí)慣。

寧波工程學(xué)院融合校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)工程、電氣自動化、機(jī)械工程及自動化和工業(yè)設(shè)計4個專業(yè)，以交叉復(fù)合的理念成立機(jī)器人學(xué)院 “新工科”教學(xué)平臺。工業(yè)設(shè)計培養(yǎng)方案借鑒“新工科”先驅(qū)美國歐林學(xué)院的設(shè)計工程專業(yè)[9]，融合數(shù)理、工程、設(shè)計、人文社科4個領(lǐng)域知識能力組織課程體系，如圖1所示。學(xué)生掌握統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)的研究方法，掌握自然科學(xué)、社會科學(xué)和行為科學(xué)的必要知識，培養(yǎng)能共情人的需求，會探尋產(chǎn)業(yè)問題根源的新型設(shè)計人才。專業(yè)教學(xué)理論聯(lián)系實踐，協(xié)作機(jī)械、自動化、計算機(jī)專業(yè)，以原型回應(yīng)真實問題解決可能。技術(shù)為主的跨專業(yè)選修課，建構(gòu)學(xué)生對話工程的知識基礎(chǔ)。

二、工業(yè)設(shè)計“新工科”建設(shè)中的專業(yè)認(rèn)知

本單位工業(yè)設(shè)計“新工科”建設(shè)已有5年，探討如是培養(yǎng)模式中學(xué)生關(guān)于知識能力的專業(yè)認(rèn)知，可用于檢驗教學(xué)成效，為深化專業(yè)改造提供依據(jù)。研究運(yùn)用知識管理的德爾菲法（Delphi Method）和DANP（DEMATEL based ANP）法，探討學(xué)生基于核心知識能力的專業(yè)認(rèn)知狀況。

（一）德爾菲專家問卷探討面向“新工科”建設(shè)的工業(yè)設(shè)計知識能力

研究以知識和能力兩個構(gòu)面，匯整多篇文獻(xiàn)中工業(yè)設(shè)計面向未來的知識能力，結(jié)合“新工科”培養(yǎng)方式下，協(xié)作對話需要數(shù)理基礎(chǔ)、工程能力、人文素養(yǎng)等要求，列出25個準(zhǔn)則。在知識維度有工程技術(shù)知識、社會人文知識以及設(shè)計專業(yè)知識3個面向，在能力維度有通用素養(yǎng)和專業(yè)實踐能力兩個面向。其中工程技術(shù)面向涵蓋數(shù)理基礎(chǔ)、材料工藝、機(jī)械工程、生物工程、電氣工程5個準(zhǔn)則；社會人文面向涵蓋工業(yè)工程與貿(mào)易供應(yīng)鏈、社會文化理論、統(tǒng)計學(xué)、行為經(jīng)濟(jì)學(xué)4個準(zhǔn)則；設(shè)計專業(yè)知識面向涵蓋人機(jī)工程、美學(xué)與語義心理、設(shè)計史、產(chǎn)品開發(fā)程序、社會責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展5個準(zhǔn)則；通用素養(yǎng)面向涵蓋設(shè)計思維、編程、繪畫與攝影、溝通與匯報4個準(zhǔn)則；專業(yè)實踐能力面向涵蓋造型能力、平面設(shè)計、掌握基于算法的造型生成與評估工具、原型制作、產(chǎn)品設(shè)計、信息視覺化、交互設(shè)計7個準(zhǔn)則。圍繞上述準(zhǔn)則，研究邀請5位專家，進(jìn)行德爾菲問卷。參與研究的專家充分了解工程教育“新工科”改革人才培養(yǎng)目標(biāo)，熟悉工業(yè)設(shè)計在智能制造行業(yè)情境中的職能與價值。專家從自身對工業(yè)設(shè)計“新工科”建設(shè)目標(biāo)的理解，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗，針對專業(yè)知識能力準(zhǔn)則的德爾菲專家問卷，完成三輪評分，問卷一致性指標(biāo)都達(dá)到CDI<0.05的統(tǒng)計要求，如表1所示。

（二）“新工科”建設(shè)中工業(yè)設(shè)計知識能力的影響矩陣問卷

依據(jù)專家意見，選取評分均值高于85的前18個準(zhǔn)則，圍繞工程技術(shù)知識、社會人文知識、設(shè)計專業(yè)理論知識、通用素養(yǎng)、專業(yè)實踐能力5個構(gòu)面，組織DANP問卷，探討準(zhǔn)則間內(nèi)在聯(lián)系，由經(jīng)“新工科”模式教學(xué)的工業(yè)設(shè)計大三和大四學(xué)生填答，問卷設(shè)計如表2所示。

（三）決策實驗室分析

決策實驗室分析法（Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL）通過準(zhǔn)則間關(guān)系圖確定相互關(guān)聯(lián)性，以便從問卷內(nèi)容中識別出決定性因素。該方法作為小樣本統(tǒng)計分析方法，廣泛用于知識管理研究[10，11]。研究累積收回的19份有效問卷填答結(jié)果，獲得直接影響關(guān)系矩陣，帶入公式T=X（Ι-X）-1，得到總影響關(guān)系矩陣T（Total Influence Matrix）。令tij（i，j=1，2，…n）為總影響關(guān)系矩陣T中元素，每一行各元素和為D，每一列各元素和為R。D+R值體現(xiàn)準(zhǔn)則重要度，數(shù)值越大越重要；D-R值體現(xiàn)準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)性，數(shù)值為正表明該準(zhǔn)則影響其他準(zhǔn)則較多，數(shù)值為負(fù)，則表明該準(zhǔn)則受影響較多[10]。依據(jù)總影響矩陣，獲得準(zhǔn)則重要度和關(guān)聯(lián)度。

（四）DANP（DEMATEL-based ANP）確定核心知識能力

總影響關(guān)系矩陣T正規(guī)化處理后，進(jìn)行自我相乘直至收斂，得到極限超級矩陣，極限超級矩陣中的數(shù)值即ANP所獲得“新工科”教學(xué)體系下工業(yè)設(shè)計知識能力各準(zhǔn)則相對權(quán)重值。將DEMATEL重要性和相關(guān)性為依據(jù)的準(zhǔn)則排序和極限超級矩陣所獲得ANP準(zhǔn)則權(quán)重值排序，用Borda法則[12]確定“新工科”教學(xué)體系下工業(yè)設(shè)計核心知識能力及排序，如表3所示以*標(biāo)示，依序為產(chǎn)品設(shè)計、設(shè)計思維、原型制作、人機(jī)工程、造型能力、美學(xué)與語義心理、交互設(shè)計、社會責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展、掌握基于算法的造型生成與評估工具9項。

（五）核心知識能力間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖

從總影響關(guān)系矩陣T匯出DANP所得9項核心知識能力相互之間影響關(guān)系數(shù)據(jù)，正規(guī)化后得到核心知識能力間影響關(guān)系矩陣，選取權(quán)重>0.12的數(shù)值，標(biāo)示*，如表4所示。從橫向看，標(biāo)*的數(shù)值所對應(yīng)縱向準(zhǔn)則，是受該準(zhǔn)則較多影響的知識能力；從縱向看，標(biāo)*的數(shù)值所對應(yīng)的橫向準(zhǔn)則，是影響該準(zhǔn)則較多的知識能力。設(shè)計思維和產(chǎn)品設(shè)計兩個準(zhǔn)則最為重要，對其他準(zhǔn)則都有影響；其次是原型制作，影響人機(jī)工程、造型能力、產(chǎn)品設(shè)計3個準(zhǔn)則；再者是美學(xué)與語義心理，影響造型能力和交互設(shè)計這兩個準(zhǔn)則；此外，造型能力影響原型制作，人機(jī)工程影響社會責(zé)任。依據(jù)以上描述可以繪制9個核心知識能力之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，箭頭指向表示準(zhǔn)則間影響指向，雙向箭頭則說明兩個準(zhǔn)則互有影響，黑色填充的準(zhǔn)則對其他知識能力影響較大，白色填充的準(zhǔn)則主要是受其他準(zhǔn)則影響的知識能力，數(shù)字編號是準(zhǔn)則重要性排序，核心知識能力間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖如圖2所示。

三、基于網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖的學(xué)生專業(yè)認(rèn)知分析與討論

在以圖1所示圍繞數(shù)理、工程、設(shè)計、人文社科4個學(xué)科，交叉組織的工業(yè)設(shè)計人才培養(yǎng)方案及課程體系的教學(xué)下，圖2網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖反映了學(xué)生所理解經(jīng)“新工科”改造的專業(yè)核心知識能力圖式認(rèn)知框架。如圖2所示，產(chǎn)品設(shè)計與設(shè)計思維作為最重要的專業(yè)核心知識能力，廣泛影響了學(xué)生對其他知識能力的價值認(rèn)知以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)動機(jī)。原型制作作為關(guān)聯(lián)編程、模型制作、機(jī)械工程等跨學(xué)科知識能力的實踐載體，是探討人與產(chǎn)品交互方式和尺度關(guān)系的重要手段，涵蓋產(chǎn)品硬件開發(fā)各種知識，特別是關(guān)聯(lián)功能結(jié)構(gòu)的造型能力和人機(jī)工程兩方面。造型能力是專業(yè)認(rèn)知的傳統(tǒng)內(nèi)容，除產(chǎn)品設(shè)計和設(shè)計思維外，還受美學(xué)語義心理和原型制作的影響，影響原型制作在空間構(gòu)思的廣度和深度。人機(jī)工程的學(xué)習(xí)成效以原型制檢驗，體現(xiàn)設(shè)計責(zé)任和價值，影響對可持續(xù)發(fā)展社會理念的認(rèn)識程度。美學(xué)語義心理相關(guān)知識影響造型能力和交互設(shè)計。交互設(shè)計、基于算法的造型生成與評估能力、社會責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展這3個知識能力，體現(xiàn)“新工科”所服務(wù)社會技術(shù)語境中工業(yè)設(shè)計新的專業(yè)職能，并受其他核心知識能力掌握程度影響。可見，以網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖呈現(xiàn)的圖式認(rèn)知，反映了學(xué)生所理解的工業(yè)設(shè)計行業(yè)職能在結(jié)合“新工科”改造以后的學(xué)習(xí)重點(diǎn)，也體現(xiàn)了專業(yè)改造的成效與不足，具體表現(xiàn)在以下4個方面。

（一）項目實踐影響知識能力認(rèn)知

“新工科”教學(xué)改革以大量項目實踐增強(qiáng)學(xué)生理解情景、解決具體問題的工程能力。那些結(jié)合工具學(xué)習(xí)和實踐演練，偏向技能養(yǎng)成的專業(yè)課程，因在解決工程問題的實效性而受到重視。圖2排序①的產(chǎn)品設(shè)計和排序②的設(shè)計思維，是相互影響的專業(yè)能力，是學(xué)生在項目實踐中，對技術(shù)、社會文化、經(jīng)濟(jì)等各種知識及相應(yīng)技術(shù)方法，系統(tǒng)理解、掌握、運(yùn)用后，并以此為評價體系促進(jìn)方案達(dá)成。學(xué)生的知識技能在服務(wù)產(chǎn)品設(shè)計和設(shè)計思維中變現(xiàn)專業(yè)價值，而被特別看重。排序③的原型制作涉及材料工藝、機(jī)械工程、編程、人機(jī)工程、造型能力等多方面知識能力，在“新工科”教學(xué)的項目實踐中強(qiáng)化了學(xué)生的認(rèn)同度。

（二）團(tuán)隊協(xié)作中的專業(yè)職能

本單位“新工科”教學(xué)改革，工業(yè)設(shè)計與機(jī)械工程及自動化、網(wǎng)絡(luò)工程、電氣工程及自動化等專業(yè)協(xié)作，進(jìn)行項目實踐，機(jī)械、計算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理等背景教師共同承擔(dān)各類工程技術(shù)類課程教學(xué)。專業(yè)協(xié)作的項目實踐產(chǎn)品開發(fā)中，需頻繁制作樣機(jī)或原型。設(shè)計學(xué)生對技術(shù)知識的認(rèn)識，在具體問題解決中得到提升。與機(jī)械專業(yè)協(xié)作，學(xué)生對材料性能和機(jī)械原理知識有更多了解，能完成影響制造和樣機(jī)性能的零配件選型；與電氣工程及自動化專業(yè)協(xié)作中，學(xué)生對電路和傳感器原理的知識有更深入認(rèn)識；與網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)協(xié)作中，學(xué)生學(xué)習(xí)編寫控制樣機(jī)的代碼，以及產(chǎn)品交互終端的界面設(shè)計。此外，其他專業(yè)師生基于工業(yè)設(shè)計職能，期待設(shè)計專業(yè)學(xué)生在處理產(chǎn)品與消費(fèi)者關(guān)系中發(fā)揮更多價值。項目分工所強(qiáng)化的上述認(rèn)識，使得圖中排序同為④的造型能力和人機(jī)工程、排序⑥的美學(xué)與語義心理，主要探討用戶有關(guān)產(chǎn)品的尺度適配和審美偏好等知識能力，被學(xué)生看重。

（三）技術(shù)熱點(diǎn)新的關(guān)注內(nèi)容

“新工科”建設(shè)中工業(yè)設(shè)計核心知識能力帶入更多跨學(xué)科技術(shù)集成應(yīng)用、設(shè)計學(xué)科前沿技術(shù)和社會關(guān)注度等方面內(nèi)容，注重③原型制作、⑥交互設(shè)計、⑧掌握基于算法的造型生成與評估工具、⑧社會責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展等方面具有知識集成性和技術(shù)前瞻性的知識能力。交互設(shè)計基于用戶行為習(xí)慣和認(rèn)知邏輯，規(guī)劃各種操作終端視覺效果，互聯(lián)網(wǎng)+和智能改造技術(shù)背景中，設(shè)計師結(jié)合編程與信息視覺化的技能，承擔(dān)相關(guān)工作。學(xué)生經(jīng)過以概率統(tǒng)計支撐的社會文化課程學(xué)習(xí)，對消費(fèi)市場及人的行為，有更多認(rèn)識和理解。圍繞樣機(jī)方案在應(yīng)用情境中不斷迭代的評估優(yōu)化，深化設(shè)計經(jīng)由技術(shù)所服務(wù)的市場機(jī)制?；谒惴ǖ脑煨蜕珊驮u估能力作為設(shè)計行業(yè)技術(shù)趨勢，學(xué)生學(xué)習(xí)造型建構(gòu)的各種編程工具，結(jié)合功能尺寸、材料性能、力學(xué)強(qiáng)度、視覺觀感等因素，運(yùn)用3D打印技術(shù)，探索方案原型更為多元的造型可能。

（四）數(shù)理和工程技術(shù)教學(xué)的更高要求

加強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)中進(jìn)一步結(jié)合工程技術(shù)，是工業(yè)設(shè)計“新工科”改革重要目標(biāo)，專業(yè)培養(yǎng)方案中的微積分、大學(xué)物理、概率統(tǒng)計等課程，是設(shè)計教學(xué)理解產(chǎn)業(yè)情景，優(yōu)化和檢驗方案成效的重要知識基礎(chǔ)。教學(xué)實際中，此類課程教學(xué)組織與專業(yè)實踐特征之間的聯(lián)系不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生對相應(yīng)知識認(rèn)知與“新工科”改革期望存在落差。學(xué)生對材料工藝和機(jī)械工程相關(guān)知識的認(rèn)識，因缺乏能力維度的學(xué)習(xí)成效檢驗，未被納入核心知識能力。數(shù)理、材料、機(jī)械為內(nèi)容的工程技術(shù)是產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)思深度與廣度的重要基礎(chǔ)與保障，作為工業(yè)設(shè)計“新工科”建設(shè)知識能力重要拓展方向，相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容與方式有待完善，應(yīng)突破知識固有學(xué)科限制，圍繞社會調(diào)查、產(chǎn)品設(shè)計、原型制作，并以促進(jìn)學(xué)習(xí)的實踐方式檢驗成效。

結(jié)論

專業(yè)核心知識能力及相互間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，反映了“新工科”改革在教學(xué)實際的具體特征；體現(xiàn)工業(yè)設(shè)計學(xué)生在以問題解決為目標(biāo)的項目協(xié)助中，所理解的專業(yè)職能；也指出設(shè)計服務(wù)當(dāng)前社會新技術(shù)文化語境，學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)新的態(tài)度和內(nèi)容。后續(xù)改造要結(jié)合“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)，加強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)和社會人文知識，完善設(shè)計創(chuàng)新的價值認(rèn)識。

“新工科”建設(shè)對現(xiàn)有專業(yè)改造，受傳統(tǒng)專業(yè)技能塑造觀感影響，需要結(jié)合工程和人文學(xué)科，加強(qiáng)學(xué)生理解新技術(shù)和新情境的知識基礎(chǔ)。此外，脫離應(yīng)用情境的理論教學(xué)難以實現(xiàn)“新工科”建設(shè)目標(biāo)，應(yīng)圍繞數(shù)理知識的應(yīng)用檢驗，探索體現(xiàn)復(fù)雜工程問題的實踐教學(xué)載體。

基金項目：浙江省教育規(guī)劃課題（2021SCG092）；浙江省十四五教學(xué)改革項目（jg20220597）

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