设计思维与科技创新-跨学科设计人才培养教案

设计思维与科技创新——跨学科设计人才培养教案一、课程基本信息与设计理念（一）课程定位与背景本教案适用于大学本科设计学专业三年级，课程名称为《设计思维与科技创新》，总学时为64学时，学分为4学分。在当今人工智能与数字经济迅猛发展的背景下，设计已不再仅仅是造型与美学的范畴，而是深度融入科技、工程、商业与人文的复杂系统活动。本课程积极响应新文科与新工科建设号召，旨在打破传统设计教育局限于视觉表现或单一产品造型的壁垒，构建一个以设计思维为轴心、辐射材料科学、智能硬件技术、认知心理学与可持续商业模式的跨学科知识体系【重要】。课程基于真实社会需求与产业前沿问题，引导学生从“造型师”向具备系统思维的“问题解决者”与“创新策动人”转型。（二）跨学科融合设计理念本课程秉持“科技赋能设计，设计定义未来”的核心教学理念，强调设计的“在地性”与“未来性”并行。课程设计遵循四大原则：一是以“问题”而非“学科”为导向，所有知识模块的引入均服务于解决一个具体的、复杂的、真实的挑战；二是以“整合性思维”为纲，要求学生掌握如何将不同学科的语言、逻辑和方法进行有机融合，而非简单的知识拼盘；三是以“过程迭代”为重，借鉴工程领域的敏捷开发模式，鼓励在设计实践中快速原型、测试反馈与迭代优化；四是以“价值创造”为锚，不仅关注设计的商业价值，更关注其社会伦理、文化传承与生态可持续性【热点】。二、学科核心素养与教学目标（一）核心素养建构本课程致力于培养学生的四大跨学科核心素养：1、设计思维与系统整合素养：能够运用设计思维的五阶段模型（共情、定义、构想、原型、测试）识别复杂系统中的机会点，并能整合工程技术、数据分析与人文社科知识形成系统性解决方案【非常重要】。2、人本洞察与科技伦理素养：具备敏锐的用户共情能力，能通过人类学方法（如田野调查、深度访谈）挖掘潜在需求；同时，对人工智能、生物识别等新兴技术在设计中的应用保持伦理警觉，能预判技术应用的潜在社会风险【热点】。3、跨学科协作与沟通素养：能够使用跨学科的专业术语与工程师、程序员、市场人员等进行有效沟通，理解不同学科思维模式的差异，并在团队中扮演积极的融合者角色。4、原型实现与技术验证素养：掌握基础的电子电路、传感器应用、编程逻辑及材料加工技术，能够快速将创意转化为可交互、可测试的功能性原型，具备从概念到实物的工程验证能力【基础】。（二）教学目标层级1、知识层面（K）：系统掌握设计思维的精髓；理解至少三种前沿科技（如AI感知、物联网、可持续材料）的基本原理与应用场景；掌握用户研究的科学方法与数据分析基础；熟悉产品生命周期评估与可持续设计原则。2、能力层面（A）：能独立完成从用户洞察到产品原型落地的全流程设计项目；能熟练运用跨学科工具（如Arduino、TouchDesigner、Figma协同）进行协同创新；能撰写具有技术深度与人文关怀的设计文档与商业计划书【高频考点】。3、素养层面（V）：树立“以人为本”的科技观和“向善”的设计伦理观；养成在模糊情境中探索问题、在失败中迭代的韧性；培养对中华优秀传统文化进行创造性转化与创新性发展的文化自信【难点】。三、教学内容与要点罗列（一）核心理论模块1、设计思维进阶：超越经典五步法，探讨其在复杂社会技术系统中的应用与局限，引入“系统性设计思维”与“思辨设计”理念。2、前沿科技地图：人工智能与设计（生成式AI在设计中的应用、边缘计算）、物联网与人机交互（传感器网络、自然用户界面）、新材料与新工艺（生物材料、智能材料、增材制造）。3、人因工程与认知心理：认知负荷理论、格式塔心理学在设计中的应用、情感化设计的三个层次。4、可持续设计与循环经济：生命周期评估（LCA）、从摇篮到摇篮设计理念、低碳设计与数字孪生。（二）核心技术工具1、用户洞察工具：ethnographicinterviews,文化探查（CulturalProbes）,用户旅程图，利益相关者地图。2、技术原型工具：Arduino编程与传感器应用基础，Figma交互原型设计，基础3D建模与切片打印，TouchDesigner实时交互创作入门。3、协同创新工具：Miro线上协作白板，Notion项目知识库管理，飞书多维表格进行项目进度追踪。四、教学实施全过程（核心环节）本课程的教学实施遵循“四阶九步”的螺旋上升模式，将64学时划分为四个主要阶段：浸润与共情、集成与定义、构想与原型、测试与路演。每一阶段都包含理论讲授、工坊实操与项目推进三个并行环节。（一）第一阶段：浸润与共情——在真实世界中发现问题本阶段共计16学时，核心目标是让学生走出舒适区，进入真实的物理或社会场景，通过跨学科的方法论工具，发现那些未被言明的、深层次的用户需求。1、启动与破冰：课程伊始，教师发布本学期的核心挑战命题。例如：“为2025年杭州亚残运会的视障观众设计一套提升观赛体验的智能服务系统”。命题具有高度的复杂性和开放性，必须包含技术介入、人文关怀与服务设计要素。学生按照跨学科原则进行分组，每组必须包含具有不同背景特长的学生（如擅长造型、擅长逻辑、擅长文案）。2、跨学科田野调查方法工作坊：教师讲授“浸入式观察法”与“深度访谈技巧”，特别强调如何在技术语境下进行人本洞察。例如，如何观察视障人士在公共场所使用手机的习惯，他们与导盲犬或志愿者的互动模式，以及现有辅助技术的痛点。学生需在限定时间内（如3天）完成对至少3位目标用户的深度访谈与全程跟踪观察，并产出丰富的影像与文字记录【基础】。3、数据梳理与痛点可视化：学生返回课堂，在教师指导下使用Miro白板进行“亲和图”分析。将碎片化的观察记录逐条摘录，通过聚类分析，识别出高频出现的痛点、情感波动点与行为模式。此环节引入“系统地图”工具，要求学生画出包含用户、环境、技术、服务提供方在内的复杂利益相关者关系图，而非孤立的用户画像。（二）第二阶段：集成与定义——用科技与人文整合视角重构问题本阶段共计12学时，核心目标是引导学生跳出单一设计视角，将第一阶段发现的原始问题，放入“科技商业人文”的三维坐标系中进行审视，最终形成一个精准的、具有可操作性的“设计方向”。1、前沿科技赋能工作坊：针对项目主题，邀请相关领域的专家或本校相关专业的教师进行“技术扫盲”。例如，针对亚残运会项目，可邀请计算机学院研究计算机视觉的老师讲解“环境感知与物体识别”的基本原理与API接口；邀请材料学院的老师介绍可用于导盲设备的轻量化、柔性材料；邀请体育部的老师讲解田径比赛规则与观众动线。这些讲授不是为了让学生成为技术专家，而是为了在他们的“设计弹药库”里补充可用的技术武器。2、POV（PointofView）重构与HMW（HowMightWe）追问：学生团队结合新技术认知，对前期痛点进行重新定义。教师引导学生使用“POV公式”：“【用户】需要一种方式来解决【深度需求/痛点】，因为在【情境/洞察】中，他们感到【情感】。”随后，基于重构后的POV，展开头脑风暴，提出尽可能多的“HMW……”问题。例如，“我们如何利用环境声音的视觉化呈现，帮助视障观众‘看到’赛场上的激烈程度？”此环节要求每个团队提出至少30个HMW问题，并进行收敛筛选，最终锁定一个最具创新潜力与技术可行性的方向【非常重要】。3、设计概念卡牌与初步方案：团队需要产出35个完全不同的初步设计方案，并制作成“概念卡牌”。每张卡牌需包含：方案名称、一句话核心理念、关键技术支撑、预期体验场景图（可使用AI生成图像快速呈现视觉风格）。这一环节强制学生进行多方案探索，避免过早陷入单一细节。（三）第三阶段：构想与原型——动手构建跨学科的“最小可行性产品”本阶段共计24学时，是课程的重中之重，占比最大。核心目标是“让想法变成可触碰的现实”，通过快速的原型制作，将抽象的概念转化为可供测试的实体或交互模型。这是跨学科知识融合最激烈、最具挑战性的环节。1、原型技术速成工坊：采用“做中学”模式，用最短的时间让学生掌握原型制作的核心技能。例如，用4个学时快速掌握Arduino基础（数字/模拟信号读写、PWM控制、传感器数据读取）；用4个学时学习Figma的高保真交互设计，并能将设计稿与硬件传感器进行联动演示的原理；用4个学时掌握基础电路焊接与激光切割机的使用，为制作外观模型做准备【基础】。2、敏捷开发与迭代冲刺：引入“设计冲刺”工作法，将24学时划分为3个各8学时的“冲刺周”。在每个冲刺周内，团队需完成“构思原型测试”的一个完整闭环。（1）冲刺一：功能原型。目标是实现产品的核心功能。例如，制作一个能通过超声波传感器感知距离并通过震动马达反馈强度的简易装置，模拟视障观众的导航预警。此原型可能十分简陋，全是裸露的电路板和胶带，但它必须能工作，能验证技术的可行性。（2）冲刺二：交互原型。目标是优化人机交互流程与体验。在功能原型基础上，团队需要编写更流畅的代码，设计更直观的交互逻辑（如非视觉的听觉或触觉交互界面），并制作一个可以与用户进行简单测试的交互模型。（3）冲刺三：外观与结构原型。目标是让产品拥有完整的外观形态。结合产品功能与内部结构，使用3D打印、激光切割或油泥模型技术，制作出具有一定美感和人机工学考量的外观样机。此环节需要艺术设计能力与工程结构力学的深度结合。3、过程评审与跨界诊断：在每个冲刺周结束时，举行“原型诊断会”。教师团队不再单一由设计专业教师组成，而是邀请机械、计算机、心理学甚至商学院的教师共同参与。他们将从各自学科视角对学生的原型提出尖锐且建设性的批评。工程师会质疑传感器的选型是否合理；心理学会质疑交互方式是否符合用户认知习惯；商学院会质疑成本与商业模式。这种多角度的“拷问”，是推动学生进行深度跨学科整合的关键动力【难点】。（四）第四阶段：测试与路演——在真实反馈中验证价值本阶段共计12学时，核心目标是让学生带着自己的产品原型，走出课堂，接受真实世界与真实用户的检验，并最终在模拟产业环境的“路演”中呈现自己的创新成果。1、真实场景用户测试：学生团队必须带着至少是功能完整、外观可用的原型机，回到第一阶段曾经调研的场所，找到曾经访谈过的用户，进行真实的现场测试。例如，带着为视障观众设计的设备原型，前往体育馆，邀请视障人士在真实的环境中佩戴并尝试使用。测试的重点不是收集表扬，而是观察用户在无人指导的情况下如何使用、在哪些环节会卡住、情感反应如何。学生需要全程录像，并记录下至少10个“可用性问题”。2、反馈分析与设计迭代：将用户测试中收集到的问题进行分类整理，区分“必须修改的Bug”、“体验不佳的痛点”和“可有可无的痒点”。在最后4个学时内，对原型进行最终一轮的优化迭代。这一次迭代不做重大调整，而是聚焦于提升完成度与可靠性，为最终展示做准备。3、期末跨学科路演与答辩：课程的最终考核是一场模拟真实投融资或成果鉴定会的“路演”。现场邀请的评委包括：专业教师、企业设计师、技术专家、风险投资人、甚至是用户代表。每组学生拥有15分钟的时间进行展示，展示必须包含：（1）视频短片：用3分钟讲述你的用户洞察故事和问题定义过程。（2）原型演示：现场真实演示产品的工作过程，展示关键交互环节。（3）技术/商业蓝图：简要介绍产品的技术架构、迭代路径与潜在的商业模式或社会价值。随后，学生团队需要接受评委10分钟的“拷问”。评委将从创新性、技术可行性、用户体验、商业价值与社会伦理等多个维度进行综合评分【高频考点】。五、教学评价与考核体系（一）过程性评价（占总评60%）彻底打破“一考定终身”，将评价嵌入学习的全过程。1、阶段交付物质量（30%）：包括用户研究报告与亲和图（5%）、HMW问题清单与概念卡牌（5%）、三个冲刺周的原型成果（每个5%，共15%）、最终测试报告（5%）。评价标准强调“探索深度”与“迭代证据”，而非成果的完美度【重要】。2、团队协作贡献（15%）：采用“同伴互评+教师观察”相结合的方式。每位学生需在每次冲刺后匿名评价团队成员的贡献度。教师则通过课堂互动，记录学生的参与度与协作精神。对于在跨学科沟通中表现突出的“融合者”给予额外加分。3、个人反思笔记（15%）：要求学生每周撰写一篇个人学习反思笔记，记录自己在跨学科学习中的困惑、突破、对另一学科思维的理解转变等。这是考察学生元认知能力和素养内化程度的关键依据。（二）终结性评价（占总评40%）以最终的路演答辩表现为核心。1、最终作品呈现（25%）：由评委团从创新性（30%）、技术整合度（25%）、用户体验与设计完成度（25%）、社会/商业价值（20%）四个维度进行综合评分。2、个人答辩表现（15%）：考察学生在面对跨学科评委提问时的逻辑思维能力、对本项目所涉及的多领域知识的理解深度以及现场应变能力。六、教学资源与保障（一）师资团队配置组建一支“1+N”模式的跨学科导师组。由一名设计专业教授担任课程负责人，负责整体框架与设计思维引导。同时，根据每学期主题的不同，柔性引入23名来自不同学院的教师或产业导师作为“驻场导师”。例如，本学期的驻场导师可以是计算机学院教师（负责技术把关）、机电学院教师（负责结构实现）和一家科技助残企业的创始人（负责产业视角）。他们不仅参与课堂讲授，更深入参与到每个小组的项目指导中【非常重要】。（二）实验室与平台建设打破单一设计实验室的界限，建设“跨学科创新工坊”。该工坊需整合三个功能区：一是“用户研究区”，配备音视频采集设备、单向玻璃观察室；二是“快速原型区”，配备3D打印机、激光切割机、小型CNC、基础电工工具、常用传感器套件与开源硬件；三是“沉浸式体验区”，配备VR/AR设备、大屏交互系统，用于模拟用户体验场景。（三）校企合作与在地实践借鉴四川大学锦江学院“在地化”实践的经验，课程必须建立与本地产业或社区的真实连接【1】。与本地科技园区、博物馆、社区服务中心或福利机构建立长期实践基地。课程命题应来源于这些合作单位的真实需求，学生的优秀成果也有机会在实际环境中得到应用或孵化。例如，与残疾人联合会合作，让学生的设计真正有机会被看到、被采用。七、课程重点、难点与应对策略（一）【非常重要】核心重点本课程的核心重点在于“整合性思维”的养成。具体体现在两个层面：一是“知”的整合，即学生能建立起“技术原理用户心理设计表现”之间的因果关联，而非孤立地学习；二是“行”的整合，即在面对一个真实任务时，学生能本能地调用多学科工具，形成“洞察定义实现验证”的闭环工作流。（二）【难点】主要挑战最大的难点在于如何避免“学科拼盘”现象，实现真正的深度融合【6】。学生和教师都容易陷入各自学科的舒适区：设计师只管外观，工程师只管代码，最终的作品只是“貌合神离”的拼接。应对策略：1、强制性的交叉任务：在原型制作阶段，要求擅长造型的学生必须参与电路焊接，擅长编程的学生必须动手制作外观模型，通过任务置换打破思维定式。2、建立共享的语言体系：教师在授课过程中，有意识地