1、收 稿 日 期:2022-11-23作 者 简 介:谌 涛,上 海 理 工 大 学 出 版 印 刷 与 艺 术 设 计 学 院 工 业 设 计 系 主 任、副 教 授;肖 亦 奇,上 海 理 工 大 学 出 版 印 刷 与 艺 术 设 计 学 院 讲师。面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 教 育:设 计 思 维 引 领 的 新 范 式谌 涛 肖 亦 奇【摘 要】设 计 思 维 是 关 于 创 新 和 问 题 求 解 的 方 法 论,是 促 进 工 程、人 文、管 理 等 多 学 科 在 创 新 层 面 的 对 话,推 进 跨 学 科应 用 型 综 合 创 新 教 育 必 备 的 思
2、 维 素 养。本 文 阐 述 了 设 计 思 维 引 领 下 面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 教 育 理 念。在 分 析 相 关高 校 案 例 的 基 础 上,研 究 了 设 计 思 维 引 领 的 智 能 制 造 跨 学 科 创 新 教 育 的 实 施 路 径 和 制 度 保 障,并 且 提 出 了 若 干 针 对 性 建议,对 跨 学 科 创 新 教 育 模 式 的 构 建 有 借 鉴 意 义。【关 键 词】设 计 思 维 跨 学 科 创 新 教 育 智 能 制 造 在 国 家 实 体 经 济 高 质 量 发 展 和 制 造 业 数 字 化转 型 升 级 的 大 背 景 下
3、,有 关 学 科 领 域 无 不 将 关 注点 投 向 智 能 制 造,通 过 人 工 智 能 等 信 息 化 技 术 的加 入,推 动 复 合 工 程 创 新 并 提 高 制 造 业 的 智 慧 水平,在 新 一 轮 产 业 变 革 中 占 据 有 利 地 位。智 能 制造 的 内 涵 包 括 智 能 产 品、智 能 生 产、产 业 模 式、基础 设 施 四 个 维 度。1其 中,智 能 产 品 是 制 造 主 体,智 能 生 产 是 工 作 主 线,面 向 定 制 化 和 服 务 型 制 造的 产 业 模 式 变 革 是 发 展 主 题,构 成 了 前 端、中 端、后 端 一 体 的 系
4、统 性 工 程。1由 此 可 见,单 个 组 织 和单 一 学 科 的 知 识 资 源 已 无 法 满 足 面 向 智 能 制 造 的协 同 创 新 任 务 对 知 识 扩 展 和 集 成 的 要 求,而 是 需要 各 个 学 科 的 广 泛 参 与,如 智 能 科 学 与 技 术、计 算机 科 学 与 技 术、材 料 科 学 与 工 程、机 械 工 程、力 学、电 气 工 程、信 息 通 讯 工 程、控 制 科 学 工 程、公 共 管理、工 商 管 理 等。眼 下 随 着“新 工 科”建 设 的 深 化,在 国 内 高 水 平 综 合 性 大 学 中,已 经 出 现 了 由 关 联学 科 为
5、 主 干 组 建 交 叉 型 学 科 群 的 趋 势。这 种 促 进学 科 深 度 融 合 的 举 措 在 推 进 学 科 布 局 调 整 的 同时,能 更 好 地 面 向 数 智 时 代 在 国 民 经 济 发 展、产 业格 局 调 整 等 方 面 的 一 系 列 重 大 问 题,服 务 国 家 重大 战 略。面 向 智 能 制 造 的 创 新 要 解 决 的 是 复 杂 社 会 技术 系 统 问 题,对 在 综 合 性 大 学 中 开 展 相 关 的 跨 学科 教 育 提 出 了 新 的 要 求。一 方 面,各 学 科 专 业 长期 以 来 的 精 细 化 分 工 造 就 了 学 科 壁
6、垒,形 成 了 不同 的 问 题 解 决 观,对 面 向 智 能 制 造 的 创 新 也 有 独特 的 理 解 视 角,亟 需 一 种 共 通 的 思 维 和 语 言 来 引导 不 同 学 科 领 域 之 间 的 协 同 创 新。另 一 方 面,智能 制 造 要 满 足 人 民 美 好 生 活 的 需 求。人 既 是 智 能制 造 的 服 务 目 标,又 在 制 造 实 施 过 程 中 扮 演 关 键角 色。而 以 人 为 中 心、探 讨 人 造 物 和 人 之 间 的 关系 恰 好 是 设 计 学 科 的 研 究 核 心 所 在。因 此,近 年来 越 来 越 多 的 教 育 管 理 者 和
7、实 践 者 把 目 光 聚 焦 于设 计 智 慧 在 跨 学 科 创 新 中 的 作 用,由 设 计 思 维 引领 的 跨 学 科 创 新 模 式 正 在 日 益 得 到 重 视。本 文 在国 内 外 综 合 性 院 校 围 绕 智 能 创 新 的“新 工 科”教 育成 果 的 基 础 上,梳 理 了 用 设 计 思 维 引 领 跨 学 科 创新 的 新 范 式 的 核 心 理 念,提 出 了 具 体 的 执 行 路 径和 制 度 措 施,以 期 为 有 关 院 校 的 学 科 和 创 新 教 育改 革 提 供 指 导 和 借 鉴。一、设 计 思 维 引 领 下 面 向 智 能 制 造 的 跨
8、 学 科创 新 教 育 理 念“设 计 思 维”是 关 于 创 新 的 方 法 论,描 述 了 一种 设 计 师 在 人 工 世 界 解 决 现 实 需 求 时 所 需 的 全 面的、独 特 的、以 人 为 本 的 特 殊 思 维 方 式。2自 赫 伯特 西 蒙(He rbe r tS imon)于1969年 在 其 著 作 人 工 科 学 中 提 出 设 计 思 维 的 模 型 以 来,经 彼 得 罗(Pe t e rRowe)和 大 卫 凯 利(Dav i dKe l l y)等人 的 发 展,形 成 了 目 前 通 行 的“设 计 思 维”模 型。它 包 括 移 情(Empa t h i
9、 z e,即 用 同 理 心 探 索 并 发 现问 题)、定 义 问 题(De f i ne,又 称 综 合)、构 思(I de-a t e,又 称 发 展)、原 型 制 作(Pr o t o t ype,又 称 方 案 实现)和 测 试(Te s t,又 称 迭 代)五 个 阶 段。前 四 个 阶5 4段 呈 现 出 两 次 思 维 上 的“发 散 收 敛”过 程,与英 国 设 计 委 员 会(TheBr i t i shDe s i gnCounc i l)提出 的“双 钻 模 型”(Doub l ed i amondmode l)通 用 设计 流 程 有 异 曲 同 工 之 妙。3实 际
10、 操 作 时,团 队 成 员利 用 每 个 阶 段 所 适 用 的 分 析 工 具 包 和 思 维 支架 4,立 足 于 人 的 真 实 需 求,协 调 团 队 的 创 新 目标,完 成 相 应 的 创 新 任 务。总 体 而 言,设 计 思 维 最大 的 贡 献 在 于 提 供 给 创 新 者 针 对 劣 构 问 题(Wi ckedp r ob l em)的 策 略 性 解 决 方 式 5,因 此 受到 工 程、设 计、商 业、教 育 等 多 学 科 领 域 的 青 睐。它 也 为 智 能 制 造 时 代 的 跨 学 科 创 新 理 念 指 明 了 新的 方 向。1.从 技 术 创 新 到
11、场 景 创 新面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 实 质 上 是 由 四 个层 面 组 成 的 整 合 创 新,即 科 学 原 理 创 新、系 统 效 能创 新、需 求 情 境 创 新、受 众 体 验 创 新(表1)。它 们之 间 组 成 了 一 个 从 自 然 科 学 研 究 到 创 新 实 践 成 果产 生 社 会 效 应 的 连 续 体。这 一 连 续 体 中,设 计 思维 发 挥 着 打 通 技 术 方 案 与 人 文 价 值 的 作 用。在 设计 思 维 的 引 领 下,面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 教育 应 转 变 创 新 的 工 作 重 点,将 技
12、术 创 新 置 于 更 宏大 的 场 景 创 新 的 视 野 下,提 升 技 术 的 转 化 率 和 市场 价 值。所 谓 场 景 创 新,就 是 要 以 问 题 场 景 作 为研 究 对 象,充 分 评 估 场 景 本 身 对 某 种 价 值 或 期 望的 满 足 程 度 以 及 满 足 的 意 义。并 且 以 需 求 情 境 和使 用 者 体 验 作 为 问 题 分 析 视 角,综 合 考 虑 人、物 质形 态、组 织、技 术、商 业 逻 辑、文 化 伦 理 等 多 维 度 创新 要 素,形 成 解 决 方 案 上 的 构 思。通 过 建 立 技 术与 应 用 场 景 之 间 的 连 接,
13、让 不 同 背 景 的 创 新 者 在“发 现(问 题)发 明 实 现 验 证”的 创 新闭 环 中 加 强 互 动,充 分 协 作,从 新 场 景 中 创 生 出 新物 种 和 新 赛 道。表1 面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 的 不 同 层 面面 向 智 能 制 造的 整 合 创 新概 念 内 涵科 学 原 理 创 新 研 究 有 工 程 应 用 价 值 的 科 学 原 理 及 相 关 工 程 实 现 路 径。系 统 效 能 创 新提 高 技 术 方 案 的 工 作 能 力、工 作 效 率 和 稳 定 性,减 少 系 统故 障。需 求 情 境 创 新评 估 技 术 应 用
14、对 场 景 痛 点 的 解 决 程 度,并 根 据 情 境 需 要 来优 化 方 案。受 众 体 验 创 新 改 善 用 户 的 全 流 程 体 验,增 进 技 术 的 人 文 关 怀。2.从 面 向 学 科 建 设 的 问 题 研 究 到 面 向 问 题研 究 的 学 科 建 设在 培 养 过 程 方 面,设 计 思 维 引 领 的 跨 学 科 创新 范 式 是 问 题 中 心 和 实 践 导 向 的。与 跨 学 科 的 工程 创 新 相 比,它 更 多 地 是 由 来 自 行 业 和 社 会 层 面的、基 于 真 实 世 界 需 要 的 问 题 所 驱 动。通 过 与 终端 用 户 的 互
15、 动 和 迭 代 式 创 新,在 实 践 中 构 筑 起 全新 的 跨 学 科 知 识 体 系,培 育 出 新 的 学 科 生 态。在创 新 教 育 的 方 式 和 举 措 上,国 内 外 有 成 功 经 验 的高 校 都 十 分 重 视 模 块 化、项 目 制 的 针 对 领 域 问 题的 实 践 教 学。例 如 斯 坦 福 大 学 的D-s choo l倡 导完 全 由 项 目 驱 动 的 教 学。该 学 院 自2003年 成 立以 来,旨 在 为 校 内 的 跨 学 科 合 作 创 新 搭 建 一 个 基于 课 程 组 织 的 工 作 平 台。通 过 设 立 社 会、商 业、可持 续 等
16、 方 面 的 复 杂 和 现 实 命 题,在 外 部 资 金 的 支持 和 校 内 外 多 学 科 跨 领 域 授 课 团 队 的 协 助 下,由学 生 自 主 完 成 可 落 地 的、拥 有 可 预 期 的 社 会 效 应和 商 业 机 遇 的 创 新 方 案 原 型。6D-s choo l的 这 套以 实 践 过 程 作 为 教 育 内 容 的 跨 学 科 创 新 机 制 的 存在 基 础 就 是 设 计 思 维 的 认 识 论 与 方 法 论。国 外 其他 综 合 性 院 校 像 意 大 利 米 兰 理 工 大 学、荷 兰 代 尔夫 特 理 工 大 学 和 埃 因 霍 温 理 工 大 学
17、 等 也 采 取 类 似的 教 学 组 织 方 式 7,走 出 了 有 鲜 明 特 色 的“工 程+设 计 创 新”的 跨 学 科 教 育 之 路。3.从 知 识 的 系 统 到 系 统 的 知 识在 培 养 成 效 方 面,设 计 思 维 引 领 的 跨 学 科 创新 教 育 追 求 将 知 识 学 习 与 创 新 思 维 相 配 合,让 学生 形 成 一 种 系 统 的 创 新 观。这 种 创 新 观 更 强 调 问题 分 析 的 综 合 素 质,有 助 于 创 新 者 把 握 问 题 本 质、分 解 问 题 构 成,通 过 多 学 科 知 识 的 流 动 性 借 用 有针 对 性 地 提
18、 出 解 决 策 略。拥 有 这 种 素 质 以 后,不同 学 科 的 团 队 成 员 能 形 成 集 体 智 慧,解 构 复 杂 问题 的 影 响 因 素,共 同 定 义 并 解 决 新 的 问 题。否 则,如 果 只 是 站 在 本 学 科 立 场 上,按 照 原 有 的 细 分 学科 的 知 识 框 架 去 参 与 合 作 创 新,就 会 重 新 落 入 学科 分 野 的 狭 窄 视 域 当 中。总 而 言 之,令 学 生 具 备系 统 的 知 识 选 择 和 知 识 运 用 能 力,打 破 纵 向 但 实际 不 连 贯 的 专 业 知 识 结 构,是 用 设 计 思 维 涵 盖 跨学
19、科 创 新 要 实 现 的 培 养 目 标。二、设 计 思 维 引 领 的 智 能 制 造 跨 学 科 创 新 教育 实 施 路 径1.“科 研 共 创 转 化”:学 科 资 源 整 合的 创 新 平 台设 计 思 维 引 领 的 面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新教 育 范 式 的 实 施,首 先 要 建 设 针 对 高 潜 力 创 新 领域 和 未 来 研 究 问 题 的 前 沿 交 叉 研 究 特 区,建 立 跨学 科 资 源 整 合 平 台,实 现 内 部 学 科 交 叉 向 外 部 多学 科 融 合 的 转 变。如 德 国 慕 尼 黑 工 业 大 学 在 其 跨学 科 学
20、 术 组 织IGSSE的 基 础 上 成 立TUM创 新网 络,启 动 心 理 健 康+神 经 技 术、机 器 人 智 能+生命 合 成 等 突 破 性 创 新 项 目。8综 合 性 大 学 应 基 于自 身 的 历 史 沿 革、学 科 优 势、地 域 和 行 业 资 源 优势,从 发 展 战 略 的 高 度 规 划 跨 学 科 创 新 研 究 热 点,为 跨 学 科 资 源 整 合 平 台 设 定 研 究 方 向。在 院 校 组织 结 构 方 面,建 立 相 关 的 整 合 性 研 究 中 心 和 卓 越6 4 高 等 工 程 教 育 研 究 2 0 2 3年 第2期研 究 集 群 9,甚
21、至 改 革 院 系 设 置,完 全 打 破 固 有 学科 组 织 的 藩 篱,实 现 面 向 领 域 问 题 的 协 同 创 新。在 建 成 上 述 形 式 的 创 新 平 台 的 基 础 上,将 设计 思 维 导 入 科 学 研 究、协 同 创 造 和 成 果 转 化 三 个创 新 阶 段,增 进 跨 学 科 团 队 的 合 作 粘 度,赋 能 先 进制 造。在 科 学 研 究 方 面,实 行 有 组 织 科 研,引 入 设计 专 家 负 责 研 究 方 向 的 咨 询,用 设 计 思 维 强 化 研究 的 现 实 意 义 和 终 端 服 务 属 性,组 织 起“用 户市 场 解 决 策 略
22、 工 程 优 化”相 结 合 的 创 新路 径;在 协 同 创 造 方 面,组 建 多 元 学 科 的 联 合 实 验室,围 绕 创 新 的 人 本 价 值、使 用 场 景 和 用 户 感 受,凸 显 智 能 制 造 的 产 品 属 性;在 成 果 转 化 方 面,平 台内 部 可 按 照 产 品 研 发 流 程 涉 及 的 不 同 职 能 部 门,合 理 分 配 校 内 团 队 和 企 业 合 作 方 的 权 责。以 产 品开 发 部 门 和 产 业 部 门 人 员 为 轴 心,建 设 有 重 点 研发 计 划 的 实 训 基 地。2.“跨 域、跨 行、跨 校”:多 角 色 组 合 的 教
23、研 团队面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 教 学 组 织 离 不 开多 元 背 景 的 教 研 团 队。团 队 的 多 元 背 景 通 常 有 跨域、跨 行 和 跨 校 三 种 情 况。跨 域 的 团 队 由 来 自 不同 专 业 背 景 的 专 家 学 者 构 成。当 然,这 种 团 队 非常 需 要 成 员 之 间 的 协 调 配 合,以 及 对 彼 此 专 业 角色 的 理 解 和 相 应 的 沟 通 技 巧。因 此,相 较 于 完 全两 种 知 识 背 景 的 教 师 来 构 成 团 队,兼 具 多 重 专 业背 景 的“双 师 型”师 资 将 更 有 利 于 跨 学 科
24、 创 新 教 学的 实 施,特 别 是 拥 有 设 计、工 程、管 理 跨 学 科 背 景的 学 者。同 时,教 研 团 队 需 要 来 自 不 同 行 业 的 经验 和 声 音,尤 其 是 各 交 叉 专 业 的 一 线 实 践 人 员。例 如 邀 请 医 院 护 理 部 门 负 责 人 参 与 医 疗 康 复 器 械创 新,聘 请 来 自 制 造 企 业 的“产 业 导 师”,等 等。跨校 合 作 也 是 目 前 交 叉 创 新 常 见 的 资 源 平 台 建 设 措施。其 发 起 形 式 多 是 不 同 院 校 之 间 的 学 科 联盟 7,共 享 教 学 资 源 和 人 才 培 养 方
25、 案。在 创 新 项 目 的 指 导 过 程 中,教 研 团 队 成 员 可以 根 据 各 自 的 特 长 承 担 相 应 的 任 务。如 代 尔 夫 特理 工 大 学 的 工 业 工 程 学 院 的AED(Advanc edEmbod imen tDe s i gn)课 程 设 置 了 协 调 人、专 家 教师、设 计 指 导 员 和 原 型 专 家 四 类 教 师 角 色。10协调 人 负 责 项 目 统 筹、框 架 设 计 和 资 源 对 接;专 家 教师 负 责 授 课 和 问 题 解 构;指 导 员 负 责 在 项 目 进 展中 协 助 专 家 将 知 识 具 体 化,并 参 与 校
26、 企 沟 通;原 型专 家 负 责 所 有 和 原 型 制 作 有 关 的 技 术 教 学。基 于主 题 的 创 新 实 质 上 是 在 模 拟 初 创 公 司 的 新 产 品 开发 流 程,专 业 内 的 高 年 级 研 究 生 可 以 以 指 导 员 或助 教 的 职 位 融 入 开 发 团 队。通 过 类 似 有 经 验 的 实践 人 员 的“传 帮 带”,保 证 设 计 思 维 在 智 能 制 造 项目 的 推 进 中 得 到 贯 彻。3.“工 程 教 育+工 匠 教 育+创 业 教 育”:三 维联 动 的 课 程 体 系设 计 思 维 引 领 的 跨 学 科 创 新 模 式 当 中,
27、以 创新 为 目 标 的 教 学 组 织 建 设 是 极 其 重 要 的 一 环。结合 国 内 外 院 校 的 代 表 性 案 例,有 关 课 程 体 系 应 在贯 彻 设 计 思 维 训 练 的 基 础 上,围 绕 工 程 教 育、工 匠教 育、创 业 教 育 三 个 维 度 来 设 置,以 适 应 跨 学 科 创新 的 需 要。工 程 教 育 面 向 机 械 结 构、材 料 工 艺、能源 动 力、增 减 材 制 造、微 电 子 与 传 感 器、数 据 挖 掘与 算 法、伺 服 控 制、人 因 研 究 等 关 于 工 程 实 现 的 知识,保 证 创 新 方 案 的 物 理 实 现。工 匠
28、教 育 对 应 传统 教 学 上 的 金 工 实 习 和 计 算 机 辅 助 设 计,主 要 面向 功 能 原 型 或 整 机 的 制 造、测 试 所 需 的 动 手 能 力。创 业 教 育 涉 及 市 场 与 用 户 研 究、开 发 战 略、商 业 模式、供 应 链 和 技 术 转 让 等 知 识 模 块,旨 在 培 养 识 别创 新 机 遇 的 能 力,增 强 商 业 管 理、市 场 营 销 方 面 的认 知,从 而 通 过 智 能 创 新 塑 造 新 的 生 活 方 式、时 尚文 化、商 业 形 态、公 共 政 策 甚 至 社 会 关 系。要 实 现 工 程 教 育、工 匠 教 育、创
29、业 教 育 的 三 维联 动,重 点 在 于 突 破 现 有 学 科 分 类 下 课 程 体 系 的时 空 关 系,以 领 域 问 题 为 枢 纽 来 组 建 知 识 模 块,保证 其 合 理 地 嵌 入 问 题 解 决 的 程 序 之 中。所 谓 时间,就 是 课 程 从 基 础 理 论 到 综 合 应 用 的 递 进 关 系;所 谓 空 间,指 课 程 涉 及 的 知 识 内 容 的 范 畴 与 知 识图 谱 的 边 界。在 课 程 体 系 的 重 构 方 面,斯 坦 福 大学 的D-s choo l做 出 了 很 好 的 示 范。该 校 设 置 了核 心 课 程(Co r ec l a
30、s s e s)、Boos tc l a s s e s和Pop-ou texpe r i enc e s三 类 教 学 方 式,分 别 关 于 主 题 性设 计 项 目、设 计 工 具 和 技 能 的 强 化 学 习、“快 闪”式兴 趣 工 作 坊。11主 题 性 设 计 项 目 就 是 针 对 某 个 领域 问 题 提 出 设 计 创 新 方 案 的 课 程,比 如 数 据 表 达、健 康 预 防、城 市 化 挑 战 等。在 其 中,三 个 维 度 的 教育 和 设 计 思 维 关 于 创 意 生 成 的 三 个 阶 段 互 相 耦合。对 于 主 题 创 新 中 的 教 学 活 动,应 以
31、 设 计 思 维与 创 新 工 具 包 课 程 为 主 线 12,以 基 于 协 作 式 探 究的 工 程 制 造 核 心 课 程 构 成 教 学 主 体,以 商 业、人文、艺 术 跨 学 科 理 论 与 技 能 证 书 课 程 为 支 撑,以 线上 资 源 库 为 补 充 13,在 真 实 创 新 情 境 下“寓 学 于做”。其 终 极 目 标 是 为 特 定 创 新 平 台 建 成 由“纵 向主 题+横 向 支 持 课 程”的“鱼 骨 状”实 践 模 块 按 梯次 组 成 的“矩 阵 式”课 程 体 系(表2)。4.“设 问 溯 因 反 思”:循 环 递 进 的 教学 策 略以 工 程 制
32、 造 为 创 新 思 维 主 体 的 跨 学 科 团 队,容 易 受 到“约 束 思 维(Cons t r a i n t so fTh i nk i ng,TOC)”的 影 响,倾 向 于“改 善 产 品 性 能 指 标 而 非7 4面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 教 育:设 计 思 维 引 领 的 新 范 式表2智 能 制 造 跨 学 科 教 育 课 程 体 系工 程 教 育、工 匠 教 育、创 业 教 育主 题创 新A发 现 问 题 方 法 与 工 具1 定 义 问 题 方 法 与 工 具1 问 题 构 思 方 法 与 工 具1工 程 制 造 课 程A1工 程 制 造 课
33、 程A2A3 跨 学 科 理 论 选 修 课程12 跨 学 科 技 能 选 修 课程1主 题创 新B发 现2 定 义2 构 思2工 程 制 造 课 程B1工 程 制 造 课 程B2B3理 论 选 修2 2 技 能 选 修2主 题创 新C3 3 3工 程 制 造 课 程C1工 程 制 造 课 程C2C33 3 3主 题创 新nnnnn1n2n3nnn课程知识线上资源库满 足 外 部 需 求”,导 致 课 程 的 知 识 生 产 逻 辑 和 创 新制 造 的 问 题 解 决 逻 辑 发 生 错 位。14尽 管 设 计 思 维作 为 一 种 问 题 解 决 素 养 和 思 维 方 式,被 认 为 不
34、 具备 显 著 的 可 传 授 性。但 实 际 教 学 中,可 以 通 过 对一 系 列 设 问 的 回 答 来 论 证 解 决 方 案 的 合 理 与 否,潜 移 默 化 地 培 养 学 生 有 计 划 地 分 析 问 题 的 能 力。表3列 举 了 八 种 主 要 的 设 问,它 们 从 项 目 背 景 到最 终 的 方 案 呈 现,表 现 出 相 邻 嵌 套、层 层 递 进 的 特征,同 时 隐 含 了 设 计 思 维 的 基 本 步 骤。对 设 问 的回 答 不 能 有 缺 失,否 则 会 使 得 下 一 个 环 节 的 提 问失 去 逻 辑 链 的 支 撑,破 坏 分 析 推 理 的
35、 线 索。而 如果 某 一 环 节 的 分 析 结 果 有 误,会 导 致 后 续 工 作 发生 偏 差,无 法 在 现 实 检 验 中 得 到 响 应。回 溯 性 思 维(Abduc t i veTh i nk i ng)是 指 由 问题 的 表 象 或 事 物 的 外 部 表 现 而 深 入 分 析 问 题 产 生的 原 因 的 思 考 方 式,是 代 表 性 的 设 计 师 思 维 之 一。为 了 提 高 设 问 回 答 的 可 靠 性,跨 学 科 指 导 团 队 应鼓 励 学 生 不 停 地 使 用 肯 定 或 否 定 假 设 去 分 析 和 评估 某 种 认 识、推 断 或 思 维
36、结 论。这 一 策 略 主 要 体现 在 师 生 的 直 接 互 动 当 中。在 分 析 和 回 答 设 问、形 成 团 队 意 见 的 基 础 上,对 于 特 定 的 更 适 合 某 一 学 科 成 员 来 主 导 的 推 论 的验 证 和 反 思,要 依 靠 该 部 分 成 员 来 主 持,其 他 成 员辅 助。如 表3所 示,运 用 独 特 的 研 究 方 法 与 工 具,人 文 学 科、管 理 科 学、工 学 和 设 计 艺 术 学 能 各 自 在特 定 的 设 问 环 节 起 决 定 性 作 用。各 个 专 业 角 色 扬长 避 短 并 相 互 渗 透,生 成 面 向 特 定 能 力
37、(如 定 义 客户 价 值、增 进 操 作 体 验、提 升 质 量 与 能 效)和 岗 位的 个 性 化 学 习 路 径(如 产 品 专 家、系 统 集 成 者、前端 创 新 者、情 境 工 程 师)。10方 案 被 原 型 化 以 后,如 果 最 终 检 验 效 果 不 理 想,则 根 据 问 题 的 归 因 回到 对 应 设 问 环 节。如 此 既 递 进 又 循 环 迭 代,构 成设 计 思 维 为 核 心 的 跨 学 科 创 新 教 学 策 略。表3基 于 设 计 思 维 的跨 学 科 问 题 分 析 与 解 决 方 案 论 证分 析步 骤设 问内 容含 义与 设 计 思 维 模型 的
38、 对 应 关 系关 涉 学 科 举 例(一 级 学 科)1 趋 势某 种 社 会、科 技 和 生 活方 式 的 新 浪 潮 是 什 么?发 现 问 题社 会 学、民 族 学、应 用经 济 学、工 商 管 理、环境 科 学2 愿 景某 一 浪 潮 或 发 展 趋 势下,某 种 理 想 的 生 活 状态 是 什 么?发 现 问 题社 会 学、民 族 学、应 用经 济 学、工 商 管 理3 问 题阻 碍 这 一 状 态 实 现 的复 杂 问 题 及 构 成 该 问题 的 因 素 是 什 么?发 现 问 题、定义 问 题社 会 学、心 理 学、系 统科 学4 价 值当 这 个 问 题 以 某 一 策略
39、 解 决,对 相 关 方 会 产生 哪 些 价 值?带 来 何种 收 益?定 义 问 题社 会 学、心 理 学、工 商管 理5 叙 事人 们 是 如 何 在 使 用、互动 与 体 验 中 获 得 这 个价 值 的?构 思社 会 学、心 理 学、设 计学6突 破点要 使 得 解 决 方 案 落 地,需 突 破 哪 些 技 术 实 现上 的 障 碍 或 瓶 颈?构 思、原 型 制作心 理 学、系 统 科 学、机械 工 程、控 制 科 学 与 工程、计 算 机 科 学 与 技 术7技 术方 案采 取 的 技 术 方 案 在 保障 落 地 性 的 同 时,是 否足 够 高 效 且 低 成 本?构 思、
40、原 型 制作、测 试管 理 科 学 与 工 程、控 制科 学 与 工 程、计 算 机 科学 与 技 术、材 料 科 学 与工 程8 呈 现整 个 设 计 提 案 是 否 可以 转 化 为 可 大 规 模 生产 且 令 人 满 意 的 产 品?构 思、原 型 制作、测 试艺 术 设 计、设 计 学、管理 科 学 与 工 程、机 械 工程 三、设 计 思 维 引 领 的 智 能 制 造 跨 学 科 创 新 教育 制 度 保 障1.加 强 组 织 建 设,建 立 创 新 学 术 研 究 质 量 保障 体 制坚 持 设 计 思 维 引 领 的 跨 学 科 创 新,首 先 要 通过 制 度 设 计,形
41、成 既 开 放 又 有 序 的 创 新 组 织 架 构,保 障 创 新 效 果。首 先,应 建 立 起 独 立 的 跨 学 科 学术 组 织 治 理 结 构,统 筹 智 能 制 造 跨 学 科 集 群 建 设。具 体 可 实 行 的 制 度 有:组 建 由 相 关 工 程 领 域、设 计 学 科、制 造 业 的 知 名 专 家 联 合 的 跨 学 科 创 新指 导 委 员 会 15,加 强 创 新 方 向 上 的 引 导,整 合 跨学 科 领 域,打 破 智 能 制 造 问 题 和 设 计 创 新 问 题 的界 限。放 宽 跨 专 业 培 养 的 制 度 条 件,提 高 创 新课 题 组 的
42、专 业 交 叉 度。令 设 计 学 科 与 工 程 制 造 学科 在 项 目 推 进 过 程 中 充 分 互 动,保 障 基 于 设 计 思维 的 跨 学 科 创 新 活 动 的 执 行 力。制 定 跨 学 科创 新 的 学 术 评 价 标 准,更 多 侧 重 产 业、市 场 等 因 素来 衡 量 创 新 项 目 的 学 术 贡 献。其 次,要 持 续 优 化 师 资 团 队 结 构,激 发 成 员 在交 叉 培 养 和 创 新 教 育 上 的 工 作 活 力。相 关 制 度有:组 建 专 门 的 学 术 委 员 会 对 师 资 进 行 考 核 管理,完 成 人 员 的 提 名、遴 选 和 评
43、 估。16推 动 多 元 化8 4 高 等 工 程 教 育 研 究 2 0 2 3年 第2期的 工 作 业 绩 评 定,优 先 从 创 新 协 同 度 的 方 面 进 行人 员 考 核,兼 顾 创 新 带 来 的 企 业 效 益 和 社 会 反 响。打 造“双 师 型”师 资 队 伍,采 取 联 合 聘 任 与 专 职岗 位 并 轨 的 制 度,鼓 励 创 新 项 目 成 员 及 带 头 人 受聘 于 其 他 院 系 部 门 或 制 造 企 业,深 化 跨 学 科 与 校企 人 员 往 来。同 时 设 立 资 金 联 合 雇 佣 的 制 度,由校 企 双 方 共 同 承 担 人 员 薪 资,从
44、 而 激 励 跨 学 科 团队 立 足 设 计 思 维,加 速 实 践 成 果 向 市 场 和 用 户 需求 的 转 化。2.整 合 内 外 资 源,强 化 创 新 教 育 内 容 质 量 保障 体 制设 计 思 维 引 领 的 智 能 制 造 跨 学 科 创 新 离 不 开政 产 经 学 研 多 方 资 源 的 高 度 整 合。关 于 创 新 资 源的 保 障 制 度,首 先,要 坚 持 科 产 教 融 合 的 人 才 培 养模 式,吸 纳 高 校 内 外 部 资 源 形 成 融 合 育 人 平 台。具 体 可 实 行 的 制 度 有:在 校 内 资 源 层 面,大 力发 展 双 创 教 育
45、。从 双 创 课 程 的 学 分 认 定、出 台 校内 创 新 创 业 项 目 激 励 制 度 等 多 个 方 向 入 手,加 强理 工 学 科 的 创 新 创 业 教 育 与 设 计、经 管 等 学 科 的交 融。在 企 业 资 源 层 面,应 结 合 所 在 高 校 的 跨学 科 创 新 战 略,一 方 面 加 快 智 能 制 造 领 域 的 横 向科 研 项 目 课 程 建 设,另 一 方 面 促 成 与 重 点 企 业 间的 实 训 基 地 和 创 新 平 台 建 设,将 传 统 的“实 习 工厂”升 级 为 创 新 的“学 习 工 厂”。在 行 业 资 源 层面,由 院 系 乃 至
46、学 校 牵 头,与 认 同 设 计 思 维 的 科 创孵 化 平 台 之 间 建 立 合 作 制 度,指 导 跨 专 业 学 生 团队 参 加 科 创 竞 赛。其 次,要 加 大 力 度 构 建 产 研 协 作 的 机 制。面向 产 业 实 际 需 求,以 问 题 促 创 新 研 究。这 一 机 制包 含 的 内 容 有:在 协 作 的 负 责 机 构 层 面,由 高校 主 导 建 设 校 企 协 作 产 业 学 院。产 业 学 院 实 行“政 府+高 校+行 业 协 会+企 业”协 同 的 人 才 培 养合 作 模 式,能 更 宏 观 地 统 筹 创 新 的 外 部 资 源 和 社会 动 机
47、,提 高 创 新 的 规 模 和 社 会 经 济 效 应。在协 作 的 执 行 层 面,加 强 和 行 业 协 会 或 产 业 协 会 在产 品 开 发 战 略 上 的 联 合。要 强 调 设 计 思 维 在 其 中的 贡 献,形 成 以 市 场 化 创 新 为 目 标 的 产 教 协 同 机制,实 现“项 目 创 新+行 业 创 新”的 由 点 及 面、双 轨并 举。3.完 善 评 价 监 管,优 化 创 新 教 学 成 果 质 量 保障 体 制面 向 智 能 制 造 的 跨 学 科 创 新 培 养 模 式 吸 纳 了工 文 艺 几 大 学 科 门 类,对 学 科 综 合 应 用 能 力 提
48、 出了 更 高 的 要 求。为 此,要 实 行 过 程 性 学 习 评 价,具体 可 实 行 的 制 度 有:把 运 用 设 计 思 维 进 行 分析、综 合、构 思、推 理 的 思 辨 能 力 和 扩 展 设 计 思 维进 行 沟 通、协 作、调 度、换 位 思 考 的 行 动 能 力 统 一在 创 新 流 程 当 中 展 开 评 价。针 对 过 程 性 评 价 的 动态 性 和 多 维 度,设 定 合 理 的 质 量 评 价 标 准。以能 力 培 养 目 标 作 为 评 价 的 维 度,衡 量 学 生 对 跨 学科 协 同 创 新 中 的 角 色 的 适 应 性,检 验 其 在 特 定 学
49、习 路 径 上 的 成 长 水 平。采 取 同 行 互 评 和 教 师团 队 评 价 相 结 合 的 评 价 手 段,以 打 分 表 为 主 要 评价 材 料,教 师 团 队 内 部 的 评 价 也 有 对 应 的 权 重。以 过 程 性 评 价 原 则 为 中 心,建 立 相 应 的 质 量保 障 机 构 和 教 学 监 管 体 制,用 以 强 化 监 督 作 用。具 体 制 度 有:由 教 学 监 管 部 门 参 与 主 题 课 程 或创 新 项 目 的 推 进 会、评 审 会,把 控 流 程 中 设 计 思 维模 型 的 运 用 程 度。加 强 日 常 教 学 质 量 监 督,实行“定
50、期 定 点+动 态 监 测”的 模 式,令 教 学 活 动 远程 督 导、创 新 指 导 委 员 会 一 对 一 教 学 检 查、教 研 资料 留 存 等 机 制 常 态 化。起 到 强 化 行 动 学 习,将 设计 思 维 浸 润 进 跨 学 科 创 新 实 践 当 中 的 作 用。四、结 语在 组 织 实 施“中 国 制 造2025”、贯 彻“制 造 强国 战 略”的 背 景 下,创 新 型 工 程 人 才 的 培 养 能 为 国家 整 体 智 能 制 造 水 平 的 提 升 提 供 源 源 不 断 的 智 力资 源。然 而,仅 仅 强 调 工 程 教 育 中 的 创 新 力,尚 不足 以
