工业设计创新人才的实践能力培养
——以面向高血糖人群的智能餐垫设计为例

文／沈 琼，张兆铃，张睿敏，张彦芳（.东华大学 机械工程学院；.日本九州大学 艺术工学研究院）

21世纪是展望未来和反思过去的新纪元，通过工业设计满足人们生活需求、解决社会问题的创新浪潮滚滚而来，更多具有独创性的产品与服务系统将孕育而生，这个时代在汇集过去100年中重大的工程成就之后，开启了人们对自我、对社会的反思，并对工业设计的创新价值有了更深入的认知。

2010年6月我国教育部贯彻实施的“卓越工程师教育培养计划”，为工程类创新人才培养方向起到引领作用，主要提出了工程类教育的国家发展战略、更为关注工业界的紧密合作、工程类人才综合素质及社会责任观的培养以及工程类人才的国际联合培养。2017年，教育部召开了新工科研究与实践第一次工作会议，新工科建设全面启动，进一步深化和实施“卓越工程师教育培养计划”（2.0版），全国各地相继增设“新工科”专业点，产学研相互渗透，为产业发展和社会经济发展奠定了基础。同时期，教育部、财政部和国家发展与改革委员会联合发布了“世界一流大学和一流学科建设实施办法”，社会资源与高校平台逐渐融合，形成多元支持、协同培育创新设计人才的潮流。

一、研究背景

2018年8月，三部委联合发布了加快“双一流”建设的指导意见，进一步要求促进优质资源共享，为高校创新驱动发展营造良好的环境。高校创新教育质量发展并非只是为了建成高等教育强国，更重要的还是“成人”,即通过高校培育模式来给与受教者自由成长的空间，使其具备“可行能力”[1]。有专家提出学科交叉融合，能促进学生更好地掌握生产与应用知识的能力,在实践过程中发挥其理智自由和行动自由。并建议有关政府部门进一步确定交叉学科的评价准则,参考国际交叉融合的教育与实践经验,完善适合我国国情的交叉学科质量评估的模式[2]。为了使创新人才将理论知识学以致用，与实践相结合解决设计问题的同时发挥和完善自己的能力，各类高校展开了协同培养模式探索。例如与政府、企业、组织建立协同创新中心为核心的联合培养创新人才机制、校内外双导师制度、实践及科研项目的线上管理平台、线下会晤讨论等多模块的协同培育模式，全方位提升创新人才的培养品质。

2009年，美国杜克大学、欧林工学院等提出了 “重大挑战学者计划”（GCSP，the Grand Challenges Scholars Program），为培育具有创新性的工程师、设计师等人才而准备。课题以实践为主，除了技能和能力外，还强调思维模式的发展，包括研究和项目学习、跨学科、创新创业、文化理解、社会意识5个方面。该培养计划鼓励创新人才参与重大挑战项目或独立完成某项研究；实行“工程+”的理念，将公共政策、商业、法律、伦理、人类行为、风险、医学和工程学相结合的工作模式；培养创新人才将发明转化为创新，改善市场风险，为公众利益提供全球解决方案；培养创新人才文化认同意识，并在全球经济中引领创新；培养创新人才社会服务意识，运用技术特长来解决社会问题[3]。

日本九州大学艺术工学院以 “艺术工学”为根本，一方面满足社会对创新设计人才的需求，另一方面为学生考入研究生院提供更多的可能性，之后为了强化日本社会国际竞争力的基础，使日本经济可持续发展，在森田教授的指导下成立设计战略方向。设计战略方向主张将学院的文理学科交叉、各系打通，根据课程及实践的需求可灵活组队，并聘请了日本设计界名流担当课程及项目导师，同时积极展开国际项目合作及创新人才培养。

随着科学技术指数级的进步和产业精细化的发展，全球工程背景下的工业设计专业，愈来愈认识到创新人才协同培育不仅仅是口号，这条路径何去何从，需要不断地探索和深耕，国际上相关的教育经验及培养思路为本研究提供了一定的参考价值和借鉴意义。

二、工业设计创新人才协同培育

2.1 工业设计与创新的关系

工程背景下的工业设计是通过观察和发现人们在日常生活中所遇到的问题和需求，进行思考和提炼，并基于设计理念提出解决方案，根据工程的设计原则和技术方法推导出工程原型。然后将该原型细化，通过合理的加工工艺开发出产品，投入市场后的产品分别为企业和用户带来经济效益和使用价值，同时带动相关产品领域的工业设计良性循环，得到可持续发展。

传统工业设计中的创新往往聚焦于产品和服务系统上的原创性设计，更注重用户体验的微观视角，Verganti（2008）基于此反思了工业设计创新的本质，指出工业设计的创新不仅仅是产品和服务在技术层面上的创造，还包括用户感受层面上的获得感[4]，这种质的提升才是创新的本质，这与欧林工学院对于创新的定义有着异曲同工之处。

欧林工学院曾指出，狭义的设计活动只是对抽象设计概念的具体化行为，而广义的工业设计活动不仅包括机械、装备、过程和系统等要素，还包含对社会背景和用户需求的洞察、认识和实践、从用户需求到市场产品开发落地的全过程、产品及其服务系统的经济效益和社会效益等的商业背景认知和实践[5]。广义的工业设计活动是一个系统化的创新活动，不仅包括原创性的设计思维和原创性的洞察，还将产品研发技术可行性、经济效益可行性和社会吸引力价值等相互融合，同时也将设计过程中的创造、发明和创业融为一体[6，7]。

2.2 创新人才协同培育目标

欧林工学院主张在宽广的社会环境中培养创新人才，其创新人才培养模式的主要特色是融合工程教育与创业教育，并以自由艺术教育（通识教育）、工程教育（自然科学、数学和工程基础知识）和创业教育（商业知识）3个部分为核心模块，其创新人才协同培育目标包括：（1）定性分析能力，能运用文理学科知识进行定性分析、估算、定性预测等；（2）定量分析能力，能应用文理学科知识进行定量分析，建立定量模型、计算、实验等；（3）团队工作能力，能在合作团队中推动项目顺利展开，贡献力量；（4）交流沟通能力，能使用多种交流方式进行信息与思想的有效沟通；（5）终身学习能力，能准确定位自身的教育需求，进行自主学习和职业生涯规划等；（6）理解环境能力，能从各角度理解工程的背景，清楚自身的职业规范和社会责任；（7）设计能力，能展现合理的、有创新型的设计方案并解决实际问题；（8）判断力，能辨识并判断问题、确立假设、提出解决问题的方案；（9）机会评估及发展，能够确认机会、预测风险和成本，能够有效地集聚把握机会所需要的资源。

我国工程背景下的工业设计专业为数不多，东华大学是其中之一，机械工程学院工业设计专业面向近年来国家发展战略和经济建设的长远需要，以国家对高层次创新人才的需求为导向，依托学校的综合实力和学科优势，以机械工程等工程学科为基础，通过与人文、艺术、经济、管理等学科的交叉整合，培养具备扎实理论基础、较强工程实践能力、开阔的专业视野及兼备勇于开拓创新精神的工业设计专业技术人才。该专业加入新工科建设队伍之后，对工业设计创新人才培养提出了新要求，具体包括：（1）知识应用能力，能将数学、工程基础、专业知识及人文、艺术、经济等知识用于解决工业设计问题；（2）复杂问题分析能力，能应用文理交叉学科的知识，进行识别和表达，并通过文献研究或案例分析剖析设计问题；（3）设计开发能力，能借助设计工具、方法及手段提出针对问题的解决方案；（4）设计研究能力，能运用科学原理、方法进行设计调研、设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论；（5）现代工具运用能力，能运用技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对工程问题的预测与模拟；（6）综合规划能力，能预判解决方案对健康、安全、文化等的影响，并理解应承担的责任；（7）可持续发展意识，能评估设计实践及解决方案对生态环境、社会可持续发展的长远影响；（8）职业道德规范，具有科学素养和社会责任感，遵守设计师的职业道德和规范，履行责任；（9）团队组织能力，能承担个体、团队成员以及负责人的角色；（10）沟通表达能力，能与业界同行、社会公众进行有效沟通，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备国际视野，能在跨文化背景下进行交流；（11）项目管理与决策，理解并掌握项目开发原理与经济决策方法，能在多学科环境中应用；（12）终身意识与发展适应能力，具有自主学习和终身学习的意识、及适应发展的能力。

东华大学与欧林工学院在创新人才协同培育目标中存在多个共性，例如文理学科知识的综合运用、设计能力的合理运用、分析复杂问题的判断力、团队组织能力、交流和沟通能力、职业道德和社会责任感、终身学习能力。东华大学从宏观的视角提出工业设计创新人才的综合素质培养，并具有前瞻性地提出了可持续发展意识的培养要求。相对而言，欧林工学院从微观的视角提出创新人才的培育目标，例如运用文理学科知识进行定性定量分析，并且提出了机会评估及发展能力，要求创新人才能够识别和抓住机会、预测项目风险和成本、有效地集聚把握机会所需要的资源，这个培养目标有助于创新创业发展，为产业经济发展做好铺垫和桥梁作用。

2.3 创新人才协同培育路径

在前期研究中[8]，根据多年来的工业设计专业的教学经验、产学研实践项目、国内外高校协同培育经验，本团队初探了创新人，才协同培育路径，并围绕协同创新设计中的共同思考、写作设计、同步制作、协调迭代、和谐管理5个步骤，分别提出了创新设计人才的能力。创新设计项目的过程主要分为以下阶段：（1）项目规划；（2）调研分析；（3）问题分析；（4）需求确定；（5）构思产生；（6）设计研发；（7）原型设计；（8）验证评估；（9）原型制作；（10）综合评估。为了顺利推进这些过程，需要创新人才各种类型能力的嵌入，例如在项目规划及运营阶段中，需要创新人才将文理学科知识与项目要求相结合，做出合理的研究计划；也需要有主观能动性去深入调研、继续学习完善研究计划，在团队中积极交流和沟通，能将自己的观点和愿景表达出来并取得队员们的认可等。但在前期研究中关于创新人才所需培养的能力的表述过于宽泛而不明确，缺乏精确的总结，故本研究在不断积累的创新设计实践基础上，通过团队教师、国内外校外导师、合作企业等的经验讨论和总结后，提出工业设计创新人才协同培育路径如表1所示。

表1 工业设计创新人才的实践能力培养

在多年来的实践课程及产学研合作项目中，创新设计人才在实现自我愿景的工作中，持续性较弱，有些学生认为自己不是项目主持者而能动性较差，直接影响到项目推进效果及合作氛围；其次，创新人才的谈判和妥协、交流和沟通能力也是未来工作需要具备的核心能力，在高校阶段就应该重视培养。表1的创新人才协同培育路径都指向工业设计毕业生的培养愿景，创新人才应具备预测、创造和管理未来的专业技术，而不是简单地响应今天的技术，这要求创新人才不仅具有文理学科知识基础，而且要具备更宽阔的社会视角，善于发现机会并运用机会，准确预测项目风险和成本，有效地整合资源。

三、基于劝导式服务理论的智能餐垫设计实践

随着人们生活和工作节奏的加快，日常的饮食起居也出现了各种变化，导致近70%的人进入到亚健康人群的队伍之中，尤其以高血糖患者、糖尿病患者越来越常见。因此，我国社区居民的亚健康状况急需改正，其保健意识、保健行为有待加强，需要进一步宣传科学的养身健身知识，社区及家庭范围内的健康饮食也需要进一步规范。

3.1 项目背景及组织方式

2022年上海长宁区新泾镇针对社区居民的健康问题，意识到建构社区“大健康工程”迫在眉睫，本团队提出了在新泾镇同XIN会客厅践行“大健康背景下的社区健康管理服务系统设计”，旨在实现“未病先治，预防为主”。其中，“健康餐盘” 设计实践是社区健康管理服务系统的研究内容之一，其目的在于为高血糖患者提供劝导式健康餐饮管理方法和习惯。

“大鱼营造”为该项目负责人，并组织了东华大学机械工程学院工业设计系、北京服装学院、自由策划者、研究者为主的联合行动团队来推进项目的进展，同时使工业设计创新人才的知识应用能力、复杂问题分析能力、设计开发能力、设计研究能力、沟通与表达能力、决策能力等得到了全面的锻炼。

3.2 智能餐垫的设计实践

2022年10月，创新设计人才在新泾镇组织了“健康餐盘”工作坊，旨在通过餐盘记录和评分的互动方式（见图1），了解居民的餐饮习惯和健康程度，并宣传健康的餐饮方式和知识等，并得到周边居民的积极互动和意见反馈。同时也探索了高血糖患者的健康饮食食谱和评分标准，并均得到同仁医院营养科主任的确认。

图1 “健康餐盘”工作坊

通过“健康餐盘”工作坊得知，在日常生活中每天为“怎么吃饭”而发愁的居民很多，并且多数年轻人因为高强度的工作节凑而任性吃饭的现象很多。例如，食用大量垃圾食品、饥一顿饱一顿等而提高了引发高血糖的可能性。本团队基于劝导式服务理论设计出智能餐垫，旨在引导相关人群科学合理地进行餐饮，提升日常餐饮的健康意识和养成良好的餐饮习惯。

为了实现智能餐垫的操作功能和设计品质，首先要考虑劝导式服务的多场景问题，即用户在家中、办公室、外出等情景下都能打开餐垫自由使用和方便收纳，因此要考虑到餐垫材料的柔软性和可折叠及材料表面的舒适性；其次是智能餐垫界面的信息易读性、操作便捷性和色彩、文字大小等的亲和性、通用性；再次智能餐垫主要包括检测系统、交互系统、辅助系统3个模块，这些功能的实现由摄像头、压力传感器、计时器、电容屏幕、充电触点和扬声器、折叠结构完成（见图2）。最后，在设计方案不断完善的基础上，进行产品原型的制作与功能的实现，并对操作的稳定性进行优化，最后通过用户的实际使用进行记录，评估产品的设计品质及性能（见图3）。

图2 智能餐垫产品功能分解模型

图3 智能餐垫设计制作

3.3 创新设计人才的能力评估

基于劝导式服务理论的智能餐垫设计实践项目历经8个月，主要包括智能餐垫项目规划阶段、日常饮食调研阶段、饮食问题分析阶段等10个阶段。在项目推进过程中，对每位创新设计人才的能力表现进行了观察分析，并列举3位主要成员的能力分布状况（见表2），表中黑色圆的大、中、小分别表示能力的强、中、弱。

表2 创新设计人才的能力分布状况

在3位创新设计人才中，C学生的主观能动性和终身学习的热情、倡议和决策能力、行动力等较高，并为了提升自身各方面的能力而积极投身于各类设计实践项目，尝试着运用跨学科的知识和技能为本项目的智能餐垫设计所用。就创新设计人才能力的共性来看，3位学生在“道德感与诚信度”方面的能力表现得最强，其次是“责任感和紧迫感、高效率完成任务”；而在在机会评估及发展能力，准确预测风险和成本，并能有效地整合资源”方面的能力都很弱，能力上的互补性对项目的完成十分有帮助。

面向社区大健康的新泾镇同XIN会客厅项目内容十分复杂，因此由东华大学、北京服装学院两个院校师生、自由策划者、研究者及大鱼营造理事共同联手推进，谈判、决策、资源整合等工作均有大鱼营造理事来承担，故学生们在这方面的能力发挥不够充分。但是经历了整个项目的开发过程后，各位发现问题、独立决策能力方面都有了明显的提升。

四、结语

随着人工智能和数字经济时代的到来，创新设计人才的能力决定着各国的科技、文化、经济的命脉，工业设计创新人才的协同培育路径的研究也愈发重要，正如“二十大”报告指出，“要着力造就拔尖创新人才”。通过本课题中基于劝导式服务理论的智能餐垫设计实践，发现创新设计人才具有较强的道德感与诚信度、责任感和一定的跨学科交叉能力，但在机会评估、风险预测、资源整合和交流沟通方面的能力较为欠缺。为解决这些问题，需要从教学生态的创新入手，教学资源与企业资源挂钩，做到真正放手，让创新设计人才全身心地投入到项目中，担当各自的角色，长时间地浸润在项目环节中，延展其各种能力。

自2019年展开新工科创新设计人才培养模式的系列研究以来，本团队通过产、官、学、研众多设计实践项目，梳理了以下3种工业设计创新设计人才实践能力培养的路径。（1）工业设计创新联盟方式：根据项目的不同属性，以共同的设计目标和现实共赢的经济利益为基础，依循产业纵向和横向关联的企业作为建立联盟的基础，以匹配或相适应的实力水平为加盟标准，而开展运作。例如2023年2月，东华大学陈庆军教授在浙江省宁波市宁海县成立了中国联合毕业设计组委会，提出了“论文写在大地，设计做在城乡”，本团队带领创新设计人才两次深入地方企业进行实地调研展开毕业设计活动。沉浸式的调研使创新设计人才更为直观地了解产品市场、研发技术、生产工艺、价值定位，激发了对毕业设计的极大兴趣，与企业方的交流沟通能力、项目的资源整合能力有了明显的提升。（2）国际协同合作组织方式：与日本九州大学、荷兰代尔夫特理工大学等展开国际协同合作方式，通过项目交流和推进的环节，协同培育创新设计人才[9]，并于2023年4月签订与九州大学的国际交流协定（MOU，Memorandum of Understanding）。（3）校内外专家交叉培育方式：除了带领创新设计人才主动走出去之外，还邀请各学科专家走进课堂，分享专业知识，熏陶与浸润的教育方式共同展开。尤其是对于自由探索性和系统性强的项目，更需要从专业度提升创新人才的认知，打开求知的海洋。

以上3种创新设计人才实践能力培养的路径与《中国制造2025》中“人才为本"的基本方针相契合，产、官、学、研深度融合的协同培育方式，为创新设计人才培养攻坚战提供强有力的保障。