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基于设计的工程教育模式创新 摘要：在回归工程实践的国际工程教育浪潮中，将真实工程世界体验嵌入工程教育的全过程是重要发展趋势本文植根工程创新的技术与社会背景，认为工程教育必须植根于以“全方位友好、无边界协作、大尺度融合、大规模定制”为核心特征的“创新设计”语境，建构基于设计的高等工程教育模式(Design-Based Learning，DBL)本文在追述PBL、PBCL、CDIO等前沿工程教育实践基础上，提出了以设计流为主线的工程教育模式创新，并分别从理念维、过程维与支撑维等三个层面对DBL进行模式构建本文最后通过对新加坡科技设计大学大设计工程教育模式的验证性案例分析，进一步验证了DBL模式的应用前景关键词：设计，工程教育，DBL本文系教育部人文社科项目工程人才培养专项(16JDGC015)、国家自然科学基金青年项目(G030703)、浙江省软科学项目(2016C25055)的阶段性研究成果将真实工程世界体验嵌入工程教育的全过程是回归工程实践的重要发展趋势[1]其中，PBL模式(Problem-Based Learning，基于问题的工程教育模式)、PBCL模式(Project-Based Critical Learning，基于项目的批判学习模式)、CDIO模式都体现了这一努力。

当前，在设计能力日益成为工程创新关键环节的技术与社会背景下，如何进一步将设计融入到工程教育模式创新中，或是一种大胆新鲜却又不可回避的尝试一、“设计”内涵的演化工程教育历经了“技术范式”、“科学范式”，目前正处于“回归工程实践”的整体环境中，当今工程教育越来越强调“设计”作为工程的一个主要的和有特色的元素[2]，2005年一项全美的调研表明，超过半数的工科教师及接近3/4的教学项目负责人(program chair)认为在过去的十年中对设计的重视日益加强[3]如何“回归工程实践”，各学校都展开了积极探索，但目前看，将真实工程世界体验嵌入到工程教育的过程中成为一种主流选择，包括PBL、PBCL、CDIO等模式都是引用基于这一逻辑出发点的不同选择这些模式虽有不同的侧重，但在回归工程实践的过程中，却都不约而同地凸显了“设计”的重要性设计”可以说是工程最古老却又最核心的逻辑什么是“设计”？特别是工程领域的设计的意蕴指向是什么？设计活动起初是为适应农耕时代农业自然经济条件下经济、社会、军事、宗教及文化等需求发展起来的一种手工劳动，特点是模仿自然，注重实用，契合社会文化和统治需要而工业时代设计的第一个权威定义是由国际工业设计协会理事会(ICSID)在1970年给出的：“工业设计，是一种根据产业状况以决定制作适应物品特质的活动。

随着现代工业的发展以及工业设计服务的不断拓宽和深化发展，产业链从单纯的设计产品环节延伸到工艺流程、环境、包装、市场策划、品牌推广等生产和流通服务的整个过程，设计理念更加强调资源节约、环境保护，以更符合人类可持续发展的需要于是2006年ICSID第三次对定义进行修订，认为工业设计是“一种创造性的活动，其目的是为物品、流程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质”与此类似，我国学者对工业设计也作过定义如钱学森(1987)认为，“所谓工业设计，就是综合了工业产品的技术功能设计和外形美术设计，所以是自然科学技术和社会科学、哲学、美学的汇合”工信部(2010年)在《关于促进工业设计发展的若干指导意见》中认为，“工业设计是以工业产品为主要对象，综合运用科技成果和工学、美学、心理学、经济学等知识，对产品的功能、结构、形态及包装等进行整合优化的创新活动”工业时代的设计，为适应市场竞争要更多地满足标准化、模块化的大规模生产方式，因此设计过程中注重生产效率的提升和成本的控制随着新技术的迅猛发展，新的市场需求不断涌现，全球信息网络时代设计的背景已经发生了重要的变化，主要表现在：第一，社会飞速发展导致设计理念的变革。

未来的设计更加重视用户体验，试图系统实现经济、社会、文化、生态等多方面综合价值，更加追求绿色低碳、高度智能、共创分享、个性定制，在征服和改造自然的同时也更加注重创造宜居环境和美好生活第二，技术的迅猛发展导致设计方法的剧变宽带网络的飞速发展，将全球连接成为一体云计算、CPS的技术突破，使得设计制造和经营服务都同处于物理和全球信息网络环境中3D打印机的出现，更是为分布式制造的发展拉开了序幕全球宽带、智能物流、云计算等都成为了最重要的基础设施，大数据成为最重要的设计资源因此相比于工业时代以CAD/CAE技术为代表的计算、仿真等单打独斗或组织内部团队协同的传统设计方式，未来的设计将更多地表现为以大数据、超级计算加个性化智能制造的全球协同设计网络第三，设计对国家和企业竞争力的影响与日俱增人们逐渐意识到设计是知识转化为生产力的关键环节，是制造和创造的先导和关键环节，它决定了产品的功能品质和全生命周期的经济、社会、文化及生态价值从微观上看，设计可以帮助企业提升企业品牌信誉和市场竞争力，可以创造引领新的市场和社会需求；从宏观上看，设计不仅推动着生产和生活方式的变革，也促进引领着人类文明持续发展的进程未来的设计，将进一步适应和引领知识网络时代的经济社会和文化需求，将超越数字减材与增材、无机与有机、理化与生物的界限，将对人类的生产方式、经营服务方式甚至生活的方方面面产生颠覆式的影响，促发新一轮的产业革命。

由此可见，当下设计的内涵已远远超出了工业时代的“工业设计”路甬祥(2016)[4]认为，农耕时代的传统设计视为设计1.0，工业时代的现代设计是设计2.0，知识网络时代的创新设计将进化为设计3.0为与工业时代的工业设计相区分，本文将未来全球化知识网络时代的设计命名为“创新设计”本文认为所谓创新设计是指在全球知识网络时代，综合运用人类的技术发明成果，融合多学科知识，为提升产品/服务的经济、社会、文化、生态诸方面的综合价值而开展的系统化集成创新创造活动通过设计师的预先设想、计划和策划，使产品/服务的品质和附加价值得以显著提升为及时应对创新设计引发的未来挑战，2015年3月国务院《关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见》指出，到2020年基本形成适应创新驱动发展要求的制度环境和法律体系同年在5月8日发布的“中国制造2025”中明确提出了要提高创新设计能力，进而提高国家制造业的创新能力可见创新设计已经成为国家创新驱动发展战略的重要组成部分，创新设计对实现创新驱动、促进从制造大国向制造强国跨越、建设创新型国家意义重大因此在工程教育视野中如何深入认识创新设计的崭新趋势、典型特征与特殊要求，并在教育的具体实践中加以充分把握与运用，培养符合时代需求的工程科技人才，不失为一种有探索前景的尝试。

二、工程教育的最佳实践与设计要素1. CDIO模式2001年，MIT发表了《CDIO大纲：本科工程教育的目标宣言》，也是MIT的“第一号CDIO报告”之后CDIO模式逐步走向国际，Edward Crawley等人在《重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法》中阐述了CDIO的三个关键概念，并对愿景、目标、CDIO大纲、课程设置以及实施、评价和标准做了详细介绍[5]CDIO模式反映了工业产品、服务和系统从研发开始直到结束的生命周期全过程，其核心包括四个阶段——构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)以及运作(operate)其中，设计被列为其中的一个关键环节CDIO模式通过一体化课程计划来实现上述四个阶段一体化课程计划通过与工程学科基础进行结合，对课程进行有机串联，使课程间相互支持，在此过程中系统提升学生对产品、过程和系统的建构能力以及人际交往等能力而在课程之外，CDIO也着重培养学生在真实工程环境中的能力，因此“设计——经验”成为了模式的核心内容设计——经验”是与课程相适应的，让学生在对实际产品、过程、系统或一些合理的替代品进行设计、实施和测试的过程中获得经验的过程，这种经验是学生自己设计、建造中所得，是一种建构式的知识所得，当然在这个过程中需要不断对其有效性进行检验。

2.基于问题的学习——PBL模式PBL模式最早由美国南伊利诺大学基于问题学习研究所所长Barrows教授于20世纪60年代提出，起初应用于医学人才培养，目前已逐步扩展到各个领域尤其是工程教育领域从应用方式上来看主要有两种：一种是以丹麦奥尔堡大学、瑞典林雪平大学、荷兰马斯特里赫特大学等为代表的在教学中完全采用PBL的模式；另外一种主要是在高校个别院系、个别专业或者个别专业的某个学科中进行的PBL实践[6]PBL是一种以真实情景中的需要为基础、以学生为中心的自我引导的方法PBL的实施步骤需经过一个闭合的循环系统，主要分为6个步骤：①识别问题；②发掘已有知识；③分析问题寻找解决方案；④自我学习；⑤学习利用新知识解决问题；⑥评估反馈[7]学生面对一个开放式的问题，以自主探索、学习为主在解决问题的过程中学习知识，这也是PBL教学模式的核心之处3.基于项目的批判式学习——PBCL模式Armand Hatchuel通过与设计理论相结合，改进了原有的PjBL模式(基于项目的学习模式)，提出了PBCL模式，该模式以“识别并修正既定认识”为切入点，作为教学成效的评估，使得评估的过程更为明晰化他认为，PBCL模式相比于PjBL模式，明确提出了还需对设计理论进行学习以加强学生设计思维的训练的思想。

PBCL模式结合了传统PjBL培养模式中的优势(提供了未知的、开放的真实或准真实情境)以及理论方法(提供了集成框架、具体推理过程、复杂问题的发现与识别等)，强调设计思维的形成，以设计的思想来解决问题虽然目前对于该模式鲜有更多深入的讨论，但对于设计为导向的工程教育来说是一个创新的借鉴模式[8]4.各种模式的设计意蕴及其侧重已有的实践在一定程度上揭示了CDIO模式及其中的“设计”在整个工程教育中的地位和作用，任何工程实践的结果都是在设计的基础上进行的，CDIO模式当中的一体化课程计划以及“设计——经验”活动是其关键核心，以课程作为“设计”的辅助，以“设计——经验”活动作为“设计”的延展但是，在CDIO模式中“设计”仅作为工程教育其中的一个基础环节，与其说是“设计”其实更像是一个“集成”动作，以衔接“构思”与“实现”两个环节，并未将设计明确提高到战略高度PBL、PBCL模式提供了解决问题的过程模型，需要进一步结合设计理论加以具体理解PBL、PBCL等常常被作为设计教学上的一种行为类型，它们以问题、项目为基础的学习模式具体细化了如何面向真实世界、运用真实工程实践的问题或项目来培养学生的步骤及内涵，在这之中，学生可以经历工程实践的核心过程——解决问题，同时也不可避免地经历“设计”这一阶段。

但是，PBL教学模式主要是基于“特定的推理策略”[9]，不仅仅需要问题设计得当，还需要对学生在解决问题过程中加以方法上的指导且这两种模式更多强调解决问题的重要性，而对于识别问题到解决问题的过程，包括方案想法的提出、选择、筛选到知识产生、获取、运用等内在化机理则并没有明确提出，因此需要设计理论加以弥补，并需要更细致的指导可见，设计已嵌入于CDIO、PBL、PBCL等多种模式中在CDIO模式中，设计作为基础的一个阶段；PBL模式的内核与设计思维息息相关但并未明确与设计相衔接；PBCL模式设计理论与具体解决问题过程相结合的先例提供了很好的借鉴价值，只是着眼于微观层面，并未系统化而且更为重要的是，“设计”本身的内涵已经随着时代的变化在不断丰富，如何在新形势下构建基于设计的崭新范式的工程教育模式，是亟待回答的问题三、基于设计的学习创新探索基于问题的学习，基于项目的学习，以及基于项目的批判式学习，这些模式创新都集中展现了真实工程世界体验对工程人才培养的重要性，可。