工程设计教育的全面革新：新加坡科技设计大学的实践

李肖婧　吴伟　许国动

摘 要：工程设计教育是本科工程教育的核心，尤其要体现为“培养先进设计理念、强化创新设计体验、融合跨界设计知识、汇聚多样设计资源”的体系化实施。然而，我国本科工程设计教育普遍受到科学教育排挤，对工程设计的理解相对狭隘，且在实施中缺少体验环节。新加坡科技设计大学高度重视工程设计教育并实施了大胆而独特的革新，其经验主要体现为大设计观理念、多元体验式课程体系、创新综合的教学方法以及全面协同的支撑条件。这对我国本科工程设计教育的参考启示是：及时更新教育理念，努力重构课程结构与内容，精心调整教学策略，积极营造良好的客观环境。

关键词：新工业革命;本科工程设计教育;新加坡科技设计大学

设计是工程的本质，所以工程教育的核心是设计教育[1]。《中国制造2025》明确提出：“实现制造强国的基本方针之一在于坚持把创新摆在制造业发展全局的核心位置……提高国家制造业创新能力应重视提高创新设计能力，其中发展各类创新设计教育是激发全社会创新设计积极性和主动性的战略重点。”[2]然而，在我国本科工程教育中，设计教育“被忽视、很狭隘”的现象还严重存在[3]。具体来看，现有工科课程大多以工程知识的内在逻辑和体系划分，跨学科综合性设计课程比较少见;低年级学生以基础知识学习为主，系统性设计体验作为理论的应用与辅助，通常安排在本科教育计划后期;学生难以接触真实的设计任务，缺乏真刀真枪的实战机会;只重数理教育，尚未意识人文、艺术教育对于工程设计的重要意义等等。[4][5]

进入21世纪，人类已迎来以人工智能、清洁能源、无人控制技术、量子信息技术、虚拟现实技术以及生物技术为代表的第四次工业革命[6]，工程活动的复杂性、规模性和不确定性与日剧增[7]。工程设计作为决定工程产品/服务/系统的功能品质和全生命周期的经济、社会、文化及生态价值的关键环节[8]，对促进现代工程创新发展发挥着空前重要的作用。“强调用户体验，集成全球资源，重视多学科协同，提升产品/服务/系统在经济、社会、环境等领域的综合价值”是面向新工业革命中工程设计的主要特征[9][10]，而这必然借助于工程师凭借对广泛的系统化知识、技术和工程实践经验的有效整合加以实现。围绕工程设计在新情境中的全新内涵，此时的工程设计教育需要注重“培养先进设计理念、强化创新设计体验、融合跨界设计知识、汇聚多样设计资源”的体系化实施。

面对现代工业、经济和社会的发展需求，我国本科工程设计教育的变革迫在眉睫。新加坡科技设计大学（Singapore University of Technology and Design，SUTD）始建于2009年，为新加坡第四所公立研究型大学，第一批招生于2012年进行。正如校名，SUTD建校之初就确立了“设计”在大学教育中的战略性地位，并以塑造了大胆独特的教育风格，成为本科工程设计教育领域的引领者，具体表现在两方面。一是把设计提升到学校建设的战略高度，甚至完全渗透到本科学业全过程，这超越了全球许多正在开展工程设计教育改革的工科院校;二是打破以往工科院校中学科、专业间相互独立的局面，不设院系，以四个跨学科设计专业取代传统工程专业学位，真正体现现代工程设计的综合本质。

作为MIT在本科教育领域唯一的重点合作伙伴，SUTD的建立從侧面为我们提供了窥探全球顶尖工程设计教育未来走向的窗口。截至目前，SUTD已有四届本科毕业生，其中超过90%于毕业后6个月内完成就业，工作岗位遍布新加坡78%的核心产业领域，且其平均月薪达3700美元，超越新加坡其他三所著名的公立研究型大学（新加坡南洋理工大学、新加坡国立大学和新加坡管理大学）。[11]2018年，SUTD被MIT发布的《工程教育艺术的全球现状》（The Global State of the Art in Engineering Education）报告引为“工程教育领域最为重要的新兴领导者”[12]。下文将对SUTD本科工程设计教育的具体情况进行阐释。

一、新加坡科技设计大学本科工程设计教育的最新实践①

新加坡人口密度全球第三，国土面积狭小，自然资源极度匮乏，政府历来以重视创新研发投入和高等教育发展著称，有效推动了人才培养、科技发展和经济增长。2007年8月，新加坡政府宣布计划增加国家在公共资助的高等教育领域中的参与比例，并着力建设第四所公立大学，加快工程和应用科学、商业和信息技术、建筑和设计领域的应用研究，并激励下一代投身于科学和工程职业。次年8月，政府向全球高等教育界发出合作呼吁，MIT随即表示出浓厚兴趣并递交了建设方案，提出“构建一所小型跨学科院校，每年只招收1000名本科生，不设传统学科院系，并将设计置于新大学的中心位置”[13]。作为该方案的关键参与者，MIT工程学院前任院长马格纳蒂（Thomas L.Magnanti）教授随后被任命为SUTD首任校长。

（一）教育愿景：通过设计培养根植于技术的领导者与创新者

SUTD的教育目标是培养精通数学/科学/技术、有创造力和创业精神、具备人文/艺术/社会科学的广泛视野，且与现实世界相连通的领导者与创新者。SUTD希望这种人才具有深远抱负并怀有信心和勇气去迎接全新的想法和挑战，具有质疑精神且掌握终身学习的能力。

致力于设计是学校通往这一目标的最佳路径。为此，SUTD开发“大设计观”（Big-Design）作为其工程设计教育的核心理念。该理念突破“设计即为产品原型设计”这一狭义理解，更加关注人类的需求和欲望，在横向上包含建筑设计、产品设计、软件设计、系统设计以及所有基于技术的设计;在纵向上容纳概念、开发、原型设计、制造、操作和维护在内的完整价值链;同时其还涵盖人文艺术和社会科学等其他领域对工程设计影响的理解。[14]简言之，大设计观容括了一切关于设计的艺术和科学，体现了SUTD对现代工程设计活动的深刻理解，与前文所述的新工业革命时期工程设计的内涵具有异曲同工之意。

（二）教育过程：围绕设计理念实施以4D设计体验为特色的整合式工程设计教育

SUTD采用三大举措确保“大设计观”理念渗透到本科工程设计教育中，尤其体现出高度整合和强调体验的特征。

1.聚焦“产品设计、系统设计、服务设计”的多学科专业设置。

学生在第一年即新生年以小班化形式开展共同学习，从第二年开始专攻建筑与可持续设计（ASD）、工程产品开发（EPD）、工程系统与设计（ESD）以及信息系统技术与设计（ISTD）四个多学科专业之一。其中，ASD专业面向数字时代的未来建筑需求，利用大数据以设计智能城市、从事先进数字制造及建筑设计等;EPD专业培养学生进行技术密集型产品/系统的概念、设计、实施和运营方面的创新，重点在针对跨越传统学科界限如涵盖航空航天、生物医学工程、机器人、电气工程、机械工程等领域的产品与系统;ESD专业专注于大规模复杂系统的设计、分析、优化和管理，包括金融服务、供应链和物流、医疗保健服务、国防与安全、能源生产和分销等;ISTD专业集成了计算机科学、计算机工程和信息系统等传统学科，聚焦于人类和机器交互作用的系统设计。这些高度整合的专业一方面呼应大设计观中提及的三大设计内容——产品设计、系统设计、服务设计，另一方面完全契合了新时代情景中工程发展的先进方向。

2.重视学生在人文艺术与社会科学方面的综合素养。

以EPD专业为例（见表1），在为期3.5年的本科学位计划课程中人文艺术和社会科学（HASS）课程占比高达22%，几乎每学期学生都会接触。这些课程从拓宽学生学科技能和让学生沉浸于联结跨越不同学科的前沿工程领域两方面，增强学生对工程设计的全面认识，激发学生进行创新设计。

3.注重在全方位设计体验中强化学生的设计思维。

SUTD不仅开设多门独立设计课程（如EPD专业开设的设计导论、工程设计与项目工程课程），教授学生从基本设计概念、问题分析、原型制作、方案测试到项目管理的全面设计知识，更重要的是其强调在循序渐进的持续体验中锻炼学生的动手设计能力。除常见的顶峰设计外，SUTD开发并实施“4D”（4-Dimension）设计体验，向学生提供嵌入于单门课程的1D设计体验、跨越多门课程的2D设计体验、跨越时间的3D设计体验和由学生主导的4D设计体验，将设计彻底融入到本科工程教育的角角落落。据估计每位SUTD学生在完成学位计划过程中将参加20～30个强化设计项目。

（1）嵌入单门课程的1D设计体验：在物理、高等数学、电子电路等单门核心学科课程中通过简短、离散的设计项目应用并探索课程所学的特定概念，项目与课程的学习目标直接相关。例如在新生年的物理II中，学生花费一下午时间运用电磁学原理在纸板上设计和构造扬声器。

（2）跨越多门课程的2D设计体验：一旦学生掌握了1D设计后将尝试在同一学期内的多门课程中建立概念联系，并将其应用于跨学科设计项目中。2D设计体验通常聚焦于与主题课程具有直接相关性的系统问题的部分子问题，是SUTD工程设计教育开展的重要组成部分，在本科课程学习的前五学期，每学期都包含一个2D设计项目。在某些情况下，所有相关课程将暂停一周以支持学生全日制完成项目。为确保2D项目成功，教师必须在各门课程中创建项目需求链，定义来自所有被覆盖的课程的设计要求，这样才能准确地实现课程所需达到的目标。通常2D项目主题由学生主导，其具体开展过程为（以第二学期设计导论中2D设计体验项目为例）：设计导论课程教师解释2D设计项目目标及其与本学期其他课程的强制性联系;本學期其他课程教师和学生谈论自己教授的课程，并给出课程可能被整合进入设计项目的方式案例;各课程教师和学生讨论设计项目的内容，每个学生团队将明确其所选项目与相关课程之间的关系;各门课程教师将对设计项目进行审查，所有团队在完成项目过程中将获得一名建筑师和一名工程师的指导;最终，项目团队需展示其设计导论作品，包括原型、视频、海报等。

（3）跨越时间的3D设计体验：伴随学生接受更为深入的技术培训和概念理解，之前学期开发的研究和数据在后续学习中被持续使用和改进，这是3D设计项目的基本原理。例如在EPD专业中一项横跨四学期的3D设计项目——雷达枪，随着学生的进步，项目重点从设计硬件到系统再到设计软件：第四学期电子电路课程要求学生建造一个低频雷达，并使用它来测量公路上汽车的时速;第五学期系统与控制课程是对雷达的控制进行改进;第七学期和第八学期，该项目被重新讨论，并涉及电磁学（改进雷达的天线设计）、信号处理（用于处理和分析雷达信号）、流体力学（开发用于船只的雷达定位）。

（4）学生主导的4D设计体验：这是开设于课程外部的设计体验，由学生主导，允许他们通过参加竞赛团队、社团项目、文化研究、创业活动等来探索和应用设计原则。学生将利用周三和周五下午开展包括本科生研究计划、本科生实践计划、学生俱乐部、兴趣小组等在内的各类课外活动，每年1月还被学校指定为独立活动期，允许学生从事全日制的非课程活动以发展其领导能力、沟通和团队合作能力等。

（5）系统综合的顶峰设计体验：在学位计划最后两个学期，全体四年级学生将汇聚一堂参与一项基于团队的跨学科顶峰设计项目，该设计体验需要广泛的设计技能和知识，学生在确定现实世界的需求、将需求转化为技术规范或设计策略、应用建模技术设计备选方案、使用团队协作选择和检验有效解决方案的过程中全面整合、应用和反思他们在学位课程中所学的东西。

具体来看，SUTD为学生提供了多样化的顶峰设计项目选择，包括行业赞助项目、创业顶峰项目、社区服务项目，这些项目均来自现实世界的挑战，具有真实性和跨学科性，要求由不同专业领域学生组成的项目团队（约5～7人规模），同时考虑解决方案的技术面与非技术面，并最终生成一个工作原型、模型、建议和软件程序等。团队在项目期间将使用学校提供的专用顶峰教室，并接受两名来自不同专业教师的辅导和帮助，另外一名负责指导沟通交流方面的教师将在学生进行书面和口头报告时提供一对一支持。此外，学生还必须接受一系列伦理、技术写作、安全、项目管理和数据挖掘等方面的短期课程作为项目补充。最终，赞助方将保留项目中出现的任何想法和知识产权，并为团队提供每周指导。顶峰设计项目的规模、范围、重点各不相同，其中一些呈现高度开放性，如3M公司要求学生识别柔性LED灯的潜在应用;另一些项目则呼吁团队开发大规模解决方案，如近期由来自四个专业的学生共同实现的“数字健康工作室”创建项目，该工作室集成了全新生物医学技术和数据可视化技术以支持医疗检查。

（三）教育支持：配合教育实施形成一体化教学保障系统

SUTD本科工程设计教育的顺利实施依靠集资源、平台、文化为一体的全方位保障系统的支撑，该系统由四大要素构成。

1.软硬件资源要素

软件方面，充足教师数量对实现SUTD设计教育所采用的小组化教学形式必不可少，而SUTD生师比极低，仅为11∶1，且这些教师多从区域或全球高水平大学博士后毕业就直接加入，他们少有教学经验，却极具发展潜力，对非传统教育方式持有开放态度，并愿意投入更多时间支持大学教学。硬件方面，SUTD在新加坡樟宜地区筹建的全新校园为新生年和从事顶峰设计项目的学生提供了灵活高效的工作空间。以顶峰教室为例，其不仅是教学空间，更是项目工作坊，桌子用重型材料制成，可承受大量原型作品，每张桌子配有滚轴以实现重新排列，方便项目团队讨论。教室还设有常用工具箱供学生进行组装和原型设计。同时，房间具有可拓展性，可以打开中间隔断，创造更大空间容纳更多学生接受与顶峰项目相关的短学期课程模块等。

2.外部合作伙伴要素

其一为新加坡政府对SUTD的投资和支持。新加坡政府领导非常看重教育与研究，这种政治和文化价值构成了政府大量投资学校的基础。政府在投资学校建设并给予明确期望的同时也充分信任学校领导者，为其提供了“建立独一无二、世界一流的设计教育文化和方法”所需要的自主性和灵活性，为学校发展创造了自由开放的外围环境。其二为以MIT为首的高校（还包括浙江大学、新加坡管理大学等）与SUTD的紧密合作。MIT为学校在起步时期提供了极大帮助（2017年MIT与SUTD的教育伙伴关系正式结束），从本科学位计划的设置、本科课程关注的核心领域、具体课程结构的开发（SUTD超过90%的本科课程由MIT开发完成）、课程教授，到为学校教师提供在MIT实习的机会，再到两校学生之间的交流项目，可以说，没有MIT就没有SUTD如今的形态。而更为关键的是，在这一世界领先的本科课程的表象下，实际蕴含着MIT对于学校学生和教师关于创新文化的灌输，即在SUTD，我们可以突破界限，尝试任何有趣之事。其三为校企合作。企业通常借助赞助设计项目、提供项目资金、给予学生指导等方式参与SUTD的本科工程设计教育，加深学生对现实世界中工程的理解。

3.教育领导者要素

新加坡政府任命的SUTD核心領导层中的每个人（校长、教务长、负责教育的副校长、董事会主席等）都对新加坡文化有着深刻理解，对当地环境有极高的敏感度，在充分理解政府试图达到的目标前提下，他们对学校的创新教育理念十分投入，并将这种理念贯穿于学校教师团队和部门骨干的组建与聘用中，这是SUTD能持续推进以设计为中心的教育和研究、突破科学技术创新界限的重要保障。

4.教学支持平台要素

2016年7月，学习科学实验室正式成立，为教师和助教提供全面支持，具体包括针对研究生助教的认证课程、针对新教师的教学入门课程、一系列教学研讨会以及提供针对有关课程设计/评估/教学实施的咨询服务等。同时，教学技术团队为学校各种在线学习平台和技术（数字图书馆、学习管理系统、学术媒体工作室等）的实施提供辅助，并帮助教师最大限度地提高学生的参与度和学习成果，如通过学生参与在学习管理系统中设置的在学期期中和期末进行的课程评估和指导老师评估获得对教学过程的反馈等。

二、讨论与启示

基于以上描述，SUTD本科工程设计教育以“围绕大设计观的教育理念、重视多元设计体验的课程体系、强调创新综合的教学方法、注重全面协同的支撑条件”为特征，为我国本科工程设计教育的改革与发展带来诸多启示。

（一）大设计观理念与本科工程设计教育理念更新

新工业革命的到来促使工程设计服务不断拓宽与深化，一方面，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;另一方面，设计也更加强调资源节约、环境保护，以符合人类可持续发展的需要。SUTD迅速捕捉到工程设计的整体发展趋势，开创了以“全面的设计服务范畴、完整的设计价值链、多视角的设计考量”为特点的“大设计观”教育理念，把社会和产业的需求准确及时地注入到大学教育中，实现“通过设计创造更加美好的世界”的美好愿景。这启示我国本科工程教育应充分认识工程设计在当前工程活动中的核心地位和深刻内涵，更新“设计即是对产品进行优化，设计只需考虑技术方面问题，设计方案决策只取决于产品或工艺的功能等”传统观念[15]，将现代化的设计理念贯彻落实于本科工程设计教育的方方面面。

（二）多元体验式课程体系与本科工程设计教育课程重构

在传统本科工程设计教育中，设计体验是一项常被忽视的课程模块，多只存在于顶峰项目中，而SUTD本科工程设计教育的实施采用贯穿整个本科学位计划的“多角度、多层次、多样式”的大量设计体验，并辅以设计类课程、HASS课程和现代化核心学科内容。其中多角度指设计项目对于多门课程、多种学科的连通，促使学生从多领域视角去看待现实世界中的工程问题;多层次表现为设计项目的深度和广度伴随学生所处学年的上升和学生能力的提升呈现循序渐进的增加;多样式体现在单门课程中的基础性体验（1D设计体验）、横跨多门课程的体验（2D设计体验）、考虑时间因素对同一工程问题进行重新审视（3D设计体验）、课外的设计活动体验（4D设计体验）、顶峰体验等多样化的工程设计体验形式。如是高度整合的工程设计课程启示我国本科工程教育必须从顶层设置和规划整体课程。在课程内容上，要重视开设独立的设计课程，构建完整的设计理论知识体系;强调对人文/艺术/社科领域知识的教授，加深学生对现实世界工程设计的全面理解;配置多项设计体验环节尤其是系统性体验环节，给予学生充足的学以致用的机会。在课程结构上，理论课程应与设计体验相互支持，实现交叉融合的横向整合安排;在设计体验的纵向序列安排中可以参照SUTD案例中“概念设计—局部设计—改进设计—综合设计”这一符合学生能力水平且层层递进的训练方式，以突出和挖掘实际体验可能产生的最大效用。

（三）创新综合的教学方法与本科工程设计教育教学策略调整

SUTD所采用的教学方式颇具特色，在激励学生参与课程、加强师生互动、提升团队合作能力、提高学习效果等方面起到了变革性作用，具体表现为三方面。一是采用小班化教学组织形式，虽然SUTD每年招收约450名学生，且在新生年所有学生共同参与课程，但学校仍然采用小组化的授课形式在专门教室进行学习和工作。二是采取以真实问题为导向、以实际项目为载体的教学方法，鼓励学生间相互合作并主导工作进程，创新有效地解决工程问题，教师只在必要时进行辅助指导。第三，对传统讲授式教学法的创新，如迷你讲座、视频讲座等方式。在这些创新综合的教学方法背后实际体现的是SUTD对学生学习需求的高度关注，这启示我国本科工程设计教育应围绕“学生”这一教学主体，创造性地采用能有效提升学习效果、加强学生主动学习意识的多种方法，如基于问题的学习、基于项目的学习、协作式学习、基于现代信息技术的各类教学方法等，避免以往大量灌输式教学所导致的死记硬背却全无理解、不会应用的学习现象的出现，教师在教学过程中需要更多扮演引导和辅助角色。

（四）全面协同的支撑条件与本科工程设计教育客观环境营造

本案例中，充足的软硬件资源、紧密的外部合作伙伴、坚定且投入的教育领导者、先进的教学支持平台等四大要素构成了工程设计教育全面协同的支撑环境。一方面对SUTD本科工程设计教育的开展发挥支持性作用，另一方面也制约着SUTD本科工程设计教育的整体设置和走向，两者之间处于相互促进、彼此制衡的关系。这启示我国本科工程设计教育的改革和优化不能仅仅关注目标、课程和教学方法，还必须考虑客观环境的协调一致性，尽管不同院校环境因素存在差异，但良好的设计教育氛围大致可以从以下方面着手营造，比如大力引进与栽培精通设计教育与实践的优秀师资，对设计教育所需的教学空间、设备材料、配套技术等进行专项投资，持续开拓与维护各类校内外合作伙伴关系，不断支持与激励教师从事教学创新，强烈依靠工程教育领导者及改革者的远见卓识和坚定拥护等。

注释：

①案例材料根据新加坡科技设计大学官网材料，对SUTD负责本科教育的副教务长Pey Kin Leong教授的访谈记录，及学校教学处总监及SUTD学院学术总监Ong Eng Hong博士于2018年12月在浙江大学所作报告《SUTD：Stay Future Ready in the Age of Artificial Intelligence》整理形成。

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[10]路甬祥.設计的进化与价值[J].中国工程科学，2017（3）：1-5.

[11]SUTD.UG-Brochure[EB/OL].（2018-01）[2019-01-23].https：//www.sutd.edu.sg/SUTD/media/SUTD/UG-Brochure.pdf？ext=.pdf.

[12][13]DR RUTH Graham.The Global State of the Art in Engineering Education[R].Cambridge：MIT，2018：65.

[14]Christopher L Magee，Kristin L Wood，et al.Advancing Design Research：A “Big-D” Design Perspective[C]//Amaresh Chakrabarti，Raghu V Prakash.Global Product Development.Springer，2013：41-60.

[15]张承谦.大设计观和技术经济设计[J].科研管理，1989（3）：1-5.

（责任编辑 陈志萍）