将可持续性视角融入丹麦设计工程教育中的传统技术课程

《Proceedings of the Design Society》：Integrating sustainability perspectives into traditional technical courses in Danish design engineering education

　　

摘要：本研究探讨可持续性（Sustainability）在丹麦设计工程教育的技术课程中的融入现状。研究发现，培养方案目标与技术课程之间存在明显差距，可持续性在这些课程中或被完全忽视，或至多隐含存在。过时的教学材料与传统教学方法等结构性障碍阻碍了整合。研究人员提出三项改革：将可持续性作为显性学习目标、更新教学材料，并采用设计导向（Design-oriented）的实例与练习。这将强化可持续变革，使其成为设计工程师培养不可或缺的组成部分。

论文解读：

一、研究背景与问题

工程学科长期以科学、数学与创新为基础，以满足社会需求为导向发展技术解决方案，并在化石能源驱动下与经济增长范式深度绑定。然而，这种发展也带来了严重的环境后果与资源分配不平等，促使可持续发展议程要求对既有范式进行根本性变革。在此背景下，设计工程教育（Design Engineering Education）因其跨学科特性——整合自然科学、社会科学与设计方法——被认为具备培养可持续变革推动者的独特潜力。

尽管如此，研究人员指出，当前设计工程培养方案的总体定位与其经典技术课程之间存在错位：前者日益强调可持续转型与社会技术系统思维，后者却仍深陷以效率、经济增长和军事技术应用为主导的传统范式。学生虽将可持续性视为核心价值，但在数学、静力学、热力学和材料力学等技术基础课中，相关内容却甚少被明确纳入。由此产生了本研究的核心问题：如何重塑传统技术工程课程，以更好地支撑可持续导向能力的培养？该研究发表于《Proceedings of the Design Society》。

二、研究方法概述

本研究以丹麦五所设计工程本科项目为样本队列来源，包括奥尔堡大学（Aalborg University, AAU）的可持续设计（Sustainable Design, BSc）与建筑与设计（Architecture and Design, BSc）项目、南丹麦大学（University of Southern Denmark, SDU）的综合设计（Integrated Design, BEng）与产品开发与创新（Product Development and Innovation, BSc）项目，以及丹麦技术大学（Technical University of Denmark, DTU）的设计与创新（Design and Innovation, BSc）项目。研究人员首先对各项目的培养方案与课程描述进行文献分析，并结合对教师及项目协调员的关键知情人访谈，深入把握其对可持续性的理解与实施困境；随后对被视为传统技术课程的内容进行课程分析，检视其与整体可持续性目标的匹配程度。

三、丹麦设计工程教育对可持续性概念的理解与实施

通过文献梳理与访谈，研究人员发现，五所项目普遍将可持续性理解为涵盖环境、经济与社会维度的整体概念，常采用三重底线（Triple Bottom Line, TBL）框架。然而，各项目在操作上往往偏重某一维度：环境维度因具备可量化的生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）、MEKA分析及材料优化等方法而最为突出；经济维度主要通过循环经济（Circular Economy, CE）与商业模式课程体现；社会维度则多通过用户导向设计、无障碍设计及协同设计等方式渗透。

此外，DTU、AAU BD 与 SDU 综合设计/产品开发与创新项目还强调社会技术系统（Socio-technical Systems）视角，关注技术在社会结构中的嵌入方式。但与此同时，除了“可持续设计”项目外，可持续性在多数项目中渐趋隐晦，被协调员形容为“经验法则”或“卫生因素”。AAU BD 的课程负责人也承认，难以在每学期均衡覆盖三大维度，学生甚至会因概念模糊而感到“空泛”。这表明，即便在项目层面已有较为成熟的可持续话语，其具体化与可操作化仍面临挑战。

四、可持续性理解在传统技术课程中的整合现状

课程分析显示，传统技术课程中的可持续性整合普遍有限。数学、物理、编程等基础课程几乎未涉及可持续性议题；热力学、流体力学等课程虽与能源系统密切相关，却多以传统发电厂、内燃机或制冷系统为例，缺乏与设计相关的小型产品场景的联系。AAU BD 的“能量转换与热力学”课程直接将热力学用于能源系统可持续性评估，算是显著例外；SDU 将热力学并入“动力学、结构构件与可持续设计”课程，但可持续性内容占比仍较小。

相比之下，材料相关课程的整合最为成功。AAU BD 设有“可持续材料”课程，要求学生在材料选择中考量循环经济和可持续性；AAU AD 与 SDU 的材料科学课程也要求学生评估材料选择的环境后果，并联系联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）与回收议题。DTU 的材料科学课程则未在培养方案中明确体现可持续性。总体而言，技术课程常被视为来自机械工程或能源工程等“服务课程”，其内容与当下的设计工程身份存在脱节。

五、技术工程课程中可持续性与设计整合的反思

研究人员认为，可持续性在技术课程中的隐晦存在，容易使学生对其重要性产生不确定感。造成这一困境的因素包括：课程由其他院系提供，教学案例偏向大规模传统系统；教师多成长于前可持续议程时代，教材陈旧且沿用效率导向的练习，例如全球使用最广泛的热力学教材仍以 R134a 制冷剂为例，而该物质正因环境危害正被淘汰；DTU 的通用技术基础课程（Polytechnical Foundation）采用大班模块化教学，进一步压缩了情境化与设计驱动的学习空间。

为此，研究人员提出从三方面改革：第一，更新教学材料与教学方法，引入可再生能源、CO₂捕集、可持续制冷剂等当代议题，并采用“参与—分析—反思—改变”（Engage → Analyse → Reflect → Change）的迭代学习模式；第二，通过设计导向实例情境化技术学习，让学生针对热泵、家电等真实产品进行估算、测量与尺度确定，将卡诺循环（Carnot Cycle）与朗肯循环（Rankine Cycle）视为改进现实系统的分析工具，并讨论系统边界与可持续性蕴含；第三，把可持续性作为所有技术课程的显性学习成果，将生命周期思维、资源效率与系统理解内化为工程素养，重塑工程师作为可持续变革推动者的身份认同。

六、研究结论

综合五所项目的分析，研究人员得出结论：各培养方案对可持续性的理解呈现差异。AAU 建筑与设计项目侧重材料与强度计算，并将之与耐久和环境责任结合；DTU 设计与创新项目强调技术开发赋能用户获取可持续方案；SDU 综合设计与产品开发创新项目则以产品与商业为导向，将可持续性与创新和资源效率关联；AAU 可持续设计项目则采取更宏观的社会技术系统路径。

尽管环境、经济和社会三大维度在五所项目中均有体现，但环境维度仍居主导，且各项目负责人均承认难以在所有课程中实现均衡整合。研究人员强调，真正的可持续设计不能简化为单一维度的减排、用户包容或绿色技术创新，而必须将三者视为相互依赖的系统。

关于技术课程，研究人员指出其总体上与培养方案的可持续目标脱节；课程的历史沿革、服务课程属性、大班教学、标准化考试与陈旧教材共同造成了这一断裂，导致学生仅将这些课程视为工具性障碍。为弥合鸿沟，必须将可持续性、设计与工程科学深度联结，使可持续转型成为工程师培养的内在核心，而不仅是附加主题。