面向工科学生的艺术与工程结合实践课程探索

崔琦 杨荣 沈瑶 栗茂林 王娜

摘  要 对标新工科，加强艺术学科与工科的联系，培养工科学生艺术与工程的整合思维与综合应用能力。分析国内外大学艺术与工程结合的跨学科实践课程现状，总结建设面向工科学生的艺工结合实践课程的课程目标和基本思路，探讨具体实施方法、指导团队组建、实验室建设，提出适合工科学生的教授艺术设计学知识的教学方法。

关键词 新工科;艺术与工程;实践课程;通识课程;实验室

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：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

新工科战略是国家主动应对新一轮科技革命和产业变革、发展新经济、应对未来战略竞争、推动高等教育改革创新的迫切需要。新工科战略要求建设新兴领域工科专业，改造传统工科专业，使不同工程学科交叉复合，工程学科与其他学科交叉融合。高校需要按照新工科战略的需求，建立多学科交叉融合的人才培养模式，开设跨学科课程， 组建跨学科教学团队、跨学科项目平台，推进跨学科合作学习[1-3]。其中，艺术学科与工科的结合是新工科人才培养中的一个分支。

2018年，习近平总书记在给中央美术学院老教授的回信中提出“要把美育课程与实践纳入高校人才培养方案”的具体要求。在现代产业中，美育是我国从制造大国向创新大国、设计大国转变的不可或缺的因素。随着智能时代、互联网时代的到来，产品不仅需要符合功能完整、结构合理的基本要求，操作便捷、造型语义明确、材质优良、界面友好、智能化成为提升产品价值的重要指标。尤其在智能产品、智能制造领域，人与机器、网络的顺畅交流需要艺术设计学专业知识与工程技术相互结合。现代企业的产品设计团队往往由具有工程技術、艺术设计、市场消费等多专业领域的人员构成。工程学科背景的设计人员如果具有一定的审美素养和艺术设计知识，有利于产品设计创新及团队合作。艺术与工程的结合是顺应产业趋势、 符合新工科战略要求、落实高校美育教育的必然之举。

1  艺术与工程结合课程在国内外综合型大学的现状

国内综合型高校的通识类课程中均有艺术类课程，以培养审美情趣和鉴赏力为主要目标，偏重理论，实践环节少。通常美术欣赏类课程开设门数较多，陶艺、手绘、视觉传达设计等美术实践类课程受学生欢迎，但开设门数很少[4]。与工科有一定联系的金属艺术、工业设计等课程几乎没有面向全校开设通识课程。然而，审美素养的养成、设计原理的习得需要通过实践过程逐渐熏陶、积累。尤其对于工科学生，普遍具有逻辑思维强、严谨求实的特点，需要通过实践将感性、发散的艺术知识得以提炼、归纳、吸收、内化。

国外高校通识课程通常也涵盖人文艺术大类，以欣赏及理论为主。同时，国外高校有许多综合性课程，多以实验室或实验中心为平台，如麻省理工学院的媒体实验室、加州大学伯克利分校的发明实验室等，通过跨学科课程、跨学科团队合作、校企协同等方式，有机融合工程与科学、社会学科、艺术学科，以学生为中心，问题导向，鼓励打破学科界限，强调思考、动手与表达，注重培养不同学科学生的工程意识、团队精神、创新能力 [5-7]。这种以实验室为平台的综合实践项目的运行模式有利于多学科交叉融合，值得借鉴。

2  建设面向工科学生的艺工结合实践课程的目标

探索在工科背景的学生中开展艺术与工程结合的实践课程，其目标是响应新工科对多学科融合的要求，加强艺术学科与工程学科的联系，推动艺术与工程的交叉，培养学生艺术与工程的整合思维和综合应用能力。具体分目标如下。

2.1  加强艺术学科与工程学科的交叉与联系

通过设立结合艺术与工程的产品设计项目，使学生了解艺术设计在工程中的应用领域，艺术在哪些方面能够与工程产生交叉融合。如图1所示，根据学生不同专业背景，在功能设计、造型设计、材料选用等环节加强项目与机械、电子、控制、材料等工程学科专业领域的联系，提高工科学生兴趣，将艺术设计知识与专业知识相结合得以应用。

2.2  培养艺术与工程知识的整合思维与综合应用能力

实践课程的特点是在做中学，学生在产品的设计过程中需要将艺术与工程知识加以整合、通过判断、取舍进行应用，在制作过程对设计方案进行批判、验证，对设计方案进行修改和完善。学生通过设计、制作、反思的实践过程使理论知识得以实际应用，加深对知识的理解，最终内化到学习主体的知识体系中，使得艺术与工程知识的整合思维和综合应用能力得以提高。

3  艺工结合的实践课程探索

3.1  课程基本思路

课程建设基本思路是构建艺术与工程知识有机融合的综合性实践课程，通过机械、电子、控制、艺术设计等相关知识的有机结合，以及设计、制作、评价的完整过程，培养学生对工程学科与艺术学科知识的整合思维、综合应用能力及工程实践能力。

课程采用项目教学法，以灯具设计与制作为项目命题，将艺术与工程两条主线融入课程实施过程中。灯具作为生活中常见的家居产品，不但需要实现特定的照明功能，还应满足审美功能，为家居生活提供较强的装饰性。灯具分为光学部分、机械部分、电气部分，通过灯体的外观与结构设计，不但能够融合艺术设计、机械加工与电子装调多学科知识，还能够结合自动控制技术、互联网技术进行智能家居产品的设计制作。灯具作为项目命题，既符合艺术与工程学科交叉的需求，又具有工程技术综合性，能够激发不同学科、专业学生的兴趣。而且由于灯具的普遍性，在课程中学生既是设计者，又是使用者，使用灯具的直观经验和感受有利于学生着手开展项目，而不同的专业背景又成为进一步创新的基础。

3.2  课程具体实施

如图2所示，课程实施分为创意设计、综合制作、展示评价三大部分，基础审美原理、形态设计方法等设计学知识与工程材料、机械加工工艺、电子制作、控制技术等工程技术贯穿整个课程实施环节。

学生以团队形式完成项目，在创意设计阶段进行产品方案设计，首先设定产品功能，具体包括使用环境、光源参数、造型风格、环保性能等。其次进行具体的造型设计、结构设计和电气指标设计，绘制相关设计图纸。此阶段需要整合运用艺术与工程相关知识，综合考虑功能与形态、形态与结构、材料美与加工工艺的相互支撑与制约。

在综合制作阶段，学生按照所选用的金属、陶瓷、木材、塑料等工程材料，通过材料成型、机械加工、机械装配等方法完成机械部分制作，之后进行电气部分连接，控制部分调试，最终通过机械测量和电子测试方法进行功能检测和造型指标检测。此阶段能够使学生巩固产品造型与工程材料、加工工艺之间的联系和影响，并通过实物作品的实现建立物体形态、体量、比例、质感等方面的感性认知，感受图纸、三维模型等虚拟设计与实物的差异。

在展示评价阶段，学生通过PPT、视频多种方式对作品进行展示，阐述设计理念、制作过程，并从功能、审美两方面对作品进行评价。在此阶段能够提高学生的设计表达与应用能力。

课程实施过程中采用项目驱动及团队合作的教学方法，教师作为引导者积极鼓励学生思考与决策;学生在团队中以主体身份参与教学活动，在思考、设计、实施、反思以及团队的分工合作中得到个人能力的提升。知识技能、项目命题、学生在完成项目过程中的思考与行动都成为学习的内容[8-9]。通过创意设计、综合制作、展示评价完整的教学活动，使学生形成艺术设计与工程知识的建构，培养整合思维与应用能力。

3.3  指导团队与实验室建设

学科交叉的综合性课程必须具备学科交叉的师资力量。首先，组建具备机械、电子、控制、艺术设计等专业背景教师和工程技术人员的跨专业师资团队，打破学科壁垒，探索适合学科交叉的综合性实验的课程内容、教学方法和评价方法。其次，邀请具有企业经历和丰富加工经验的工人师傅参与学生的设计、制作环节，在设计之初考虑加工制作的可行性，加强理论与实践的结合。跨学科、多层次的指导团队从课程设计和指导层面突出课程的综合性与实践性。

实验室建设既要符合艺术与工程结合的特点，又要避免重复建设、资源浪费，故充分利用实践教学中心机械、电子、测控实验室的现有设备、场地等資源，灵活安排课程时间与地点，不同教学环节使用不同的实验室，提高实验室利用率。由于涉及不同学科的实验室，课程前期需设置安全培训，加强学生设备使用等安全规范。

4  面向工科学生的造型设计

由于大多数工科学生没有设计艺术学知识储备，也没有经过相关技能培训，如何高效地传授艺术设计学知识并得以应用是本课程探索的难点。通过课程实施总结出材料与形态相结合的方法，从工程角度结合艺术设计学理论知识，能够将结构、工艺等工程知识与形态设计相互融合，穿插在项目设计、制作实施过程中，易于工科学生理解与掌握。

4.1  材料与形态的关系

产品造型设计是设计专业课程体系中的基础课程，其要素包括形态、色彩和质感。在一门面向工科学生的实践课程中要向学生输入形色质的概念需尝试对其进行简化、重组，并通过与材料相结合，利于工科学生的理解和掌握。形态是产品的重要组成部分，形态与功能、结构密切相关，形态体现功能，结构实现形态，三者相互支撑和制约。形态的实现又离不开材料，材料是形态的物质基础，不同材料有不同的物理、化学、力学性能，能够满足不同的功能需求;而材料具有特定的加工性能，对形态的实现又形成一定的制约[10]。色彩和质感是通过材料及其加工方法实现的。故通过材料的选择和加工以及对形态设计的支持与制约的角度引入形态设计的概念，有利于工科学生掌握。

4.2  形态与材料加工

产品形态的基本要素是点、线、面、体。产品形态设计中的点起到视觉焦点和视觉引导的作用，通常由较小面积的线材、面材得以实现，也可以采用铸造、注射成型等成型方法通过模具一次成型。产品形态设计中的线能够让人产生较强的心理感受，直线带给人硬朗、明确的感觉，曲线带给人以柔和、优雅、轻盈的感觉 [11]。常见的线形材料有金属、塑料、木等制成的管材、棒料、丝材等，线材通过焊接、螺纹连接、铆接等连接方法能够塑造出多种形态。金属通过折弯，塑料通过热成形，木材通过热弯等方法，可以使直的线材具有一定的曲度以达到设计要求。产品形态设计中的面包括平面、曲面，平面给人以稳定、简洁、硬朗的心理感受，曲面给人以饱满、圆润、柔和的心理感受。金属、塑料、木材等材料均可加工为平直的板材或规则的曲面，随着三维扫描技术和3D打印技术的发展，复杂的仿生曲面也可以轻松获得。产品形态设计中的体主要由面组合而成，既具有面的心理特征，也具有强烈的体积感和重量感。面与面的组合可以通过螺纹、键、销钉、铆接、焊接、压合、胶合等多种装配方式获得。

5  结语

开展面向工科学生的艺术与工程结合的实践课程是对新工科战略的解读，是对落实高校美育教育的探索。通过综合性项目命题的设定，增强艺术学科与机械、电子、测控、材料等工程学科的联系，提高工科学生对艺术的兴趣。通过形态与材料相互影响与制约的角度将艺术与工程相融合，贯穿于设计、制作、评价整个课程实施过程中，培养学生艺术与工程知识的整合思维与综合应用能力。灯具设计与制作课程综合性强，实践性强，内容新颖，反映良好，在今后的课程实施中可拓展项目命题，精炼艺术学科知识，进一步探索艺术与工程的交叉融合。■

参考文献

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[11]卢纯福，朱意灏.形态的限度[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.4.