工科类工业设计专业“基础力学”课程的地位和教学探索

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摘要：当前工科类工业设计课程体系中去工科化的现象呈现上升趋势，“基础力学”作为专业基础课，其学时不断被缩减，甚至在课程体系中被去除，严重影响了合格工业设计人才的培养。从工业设计学科和力学学科的关系出发，讨论了力学课程在工科工业设计课程体系中的地位和作用，认为“基础力学”在整个工科工业设计课程体系中占有不可或缺的地位。同时针对目前的工科工业设计专业的实际情况，提出了其基础力学教学应做到“课程兴趣化，概念应用化，推导简略化，计算简单化”，着重于学生对基础理论和基本概念的理解和应用。

关键词：工业设计；基础力学；人才培养；课程体系

作者简介：楼力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大学机电工程学院，讲师。（江苏?常州?213022）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）28-0061-02

随着科学技术的飞速发展，工业设计产业和工业设计教育近二十年来呈现迅猛上升的趋势。我国先后有200多所高等院校开办了工业设计专业，总体上形成了两种专业培养路线，一是以产品造型、艺术设计为主线的艺术类培养模式，二是以机械设计、功能设计为主线的工科类培养模式。[1]然而，近几年来，工科类培养模式由于本科教学课时量的缩减等因素，去工科化的情况越来越严重，工科类课程被边缘化。作为工科类课程的专业基础，力学课程在某些学校甚至从培养计划中被去除。这种去工程化导致的结果是工业设计专业的毕业生很少有人毕业以后真正去从事工业设计。据上海“中国工业周”公布的数据显示，我国近年来工业设计毕业生约有30％～40％流向包装和商标设计，有40％～50％的人改行去搞装潢、广告、网页设计。[2]这种情况与培养工业设计人才的初衷相去甚远。“基础力学”类课程在工业设计专业中被去除的主要原因无非是两条：一是该课程在培养工业设计人才过程中“没有用”；二是力学类课程太难，学生无法接受。本文试图从工科类工业设计专业本科教学的现状出发，讨论基础力学在工业设计学科中的地位，探讨基础力学在工业设计专业教育中的必要性；同时从教学方法入手，讨论如何在短学时情况下有效地完成工业设计专业基础力学的教学工作。

一、国内工科类工业设计专业教育的现状

表1列举了国内部分从属于机械、航空航天、车辆工程或相近学科学院的工科类工业设计专业的培养计划中开设的工程类课程和艺术类课程的课程学分数（包含必修课和限定选修课），给出了属于基础力学范畴课程的学分。

尽管统计数据样本较少，但仍能够从中看到一些问题。总体来说，艺术类课程在专业比重中均大于工科类课程。而开设基础力学课程的学校，其工科类课程的比重相对要高一些。高校B甚至其工科类课程比重超过了艺术类课程。但是，一个明显的事实是，艺术类课程仍然占据主导地位。事实上，从我国现行的工业设计教学体系来看，从20世纪70年代引进的包豪斯设计教学体系沿用至今，[3]其主体偏向艺术设计方向。工业设计专业是以产品造型为主体的综合性较强的专业，它与纯艺术造型的一个显著区别在于它的对象是以使用功能为主的工业产品。因此工业设计师的知识结构应该是以艺术造型为主体，其他相关知识与能力为横向支持的倒T形结构。[4]因此，偏重于艺术设计课程也是无可厚非的。那么是不是可以说，工业设计师就可以不需要了解产品的技术原理和生产工艺等工程技术·答案显然是否定的。忽视基本工程原理的工业设计产品，无论其表面多么光鲜，仍然是一件失败的作品，毕竟它不具有可用性。工业产品设计师对于产品技术方面的了解应包括产品的技术原理、材料与制造技术和工程设计原理等几个部分，而技术原理部分包括机械与结构设计、车辆设计、固体力学、流体力学、自动化与控制以及不断发展的各种新技术。[4]

二、“基础力学”在工科类工业设计专业中的地位和作用

1.力学和工业设计的关系

目前被广泛采用的定义是国际工业设计协会联合会（ICSID）在1980年的巴黎年会上为工业设计下的修正定义：“就批量生产的工业产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、形态、色彩、表面加工及装饰以新的品质和资格，叫做工业设计。”[5]工业设计的首要目的，就是通过对产品的合理规划，而使人们能更方便地使用它们，使其更好地发挥效力。所谓结构，是指产品中各种材料的相互连接和作用方式。如果把材料比喻成为产品的肌肉，那么结构就是产品的骨骼。而结构与形态的特点包括有序层次性和稳定性。有序层次性，指的是根据产品复杂程度不同，它的结构包括零件，组件，部件等的组合关系；稳定性，指的是产品零部件之间相互作用保持一种平衡的状态，要充分考虑构件受力变形、膨胀、摩擦等干扰。结构的组合方式有光滑连接、刚接、铰接等，不同材料的连接包括摩擦力连接、磁力、气压等等，产品造型设计中不仅需要考虑结构问题，还有很多机构问题，比如常见的平行四连杆机构、凸轮机构、折叠机构等等。不难发现，技术知识、材料、结构、形态、表面加工等关键字无一不和力学有关。即使是工业设计中的产品造型，也并不是单指外观的形态和色彩等媒介所创造出来的视觉效果，它同时还包括机能形态，结构形态，美学形态。19世纪70年代美国芝加哥学派的代表人物沙利文提出“形式服从功能”，其原意就是在于首先要实现功能，其次才是形式。

力学是关于力、运动及其关系的科学。它为人类认识自然和生命现象、开拓工程设计提供理论和方法，是人类科学知识体系的重要组成部分，对科学技术发展具有重要的引领、支撑和推动作用。[6]复旦大学丁光宏教授认为，牛顿在创立经典力学的时候，所建立的还原论的研究方法是现代一切科学研究的基础。也就是说现代一切成为科学研究的东西，它所用的方法都是力学的方法。钱学森曾经指出，“力学加计算机将成为21世纪工业设计的主要手段”。钱学森所指意为现代工业复杂的设计，都可以用基于力学原理的计算机模拟来实现。

从上面可以看出，力学和工业设计两者本身之间存在着密不可分的关系，脱离力学原理的产品，只是一件没有实用价值的艺术品甚至是一件危险品。2010年5月，厦门一女子在住处坐在电脑桌前的气压升降椅上，椅子却突然爆炸。医生在手术中，从该女子体内取出12块碎片，其中包括铁环、螺丝和大塑料块等，触目惊心。[7]图1显示的是爆炸后的椅座。不考虑力学原理而进行的设计造成的事故和损失不胜枚举，这里不再赘述。