建筑光學(xué)啟蒙教育的探索
——MIT建筑系“熒光閃爍”工作坊的啟示

翟會(huì)芳，嚴(yán)永紅

(1.重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400030；2.教育部山地城鎮(zhèn)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030)

引言

建筑光學(xué)作為建筑技術(shù)科學(xué)的重要組成部分，對(duì)于推動(dòng)實(shí)現(xiàn)綠色照明工程，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義[1]。吳碩賢院士在《重視發(fā)展現(xiàn)代建筑技術(shù)科學(xué)》中指出，要改革建筑學(xué)教育，促進(jìn)建筑技術(shù)科學(xué)人才的培養(yǎng)[2]。在建筑光學(xué)教學(xué)方面，各建筑院校進(jìn)行了諸多努力與嘗試，取得豐碩成果。但按照《高等學(xué)校建筑學(xué)本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范(2013年版)》的要求，建筑光學(xué)課程參考分配的總學(xué)時(shí)為28，其中知識(shí)單元24學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)單元4學(xué)時(shí)[3]。面對(duì)快速更新的技術(shù)信息、豐富駁雜的媒體來源，有限的課時(shí)越來越難以滿足大信息量的需求。在課程時(shí)間安排上，根據(jù)對(duì)建筑“老八?！钡恼{(diào)研，除同濟(jì)大學(xué)安排在第四學(xué)期外，其他院校均在第五或第六學(xué)期開設(shè)，這在一定程度上造成建筑光學(xué)技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)之間的整合直到高年級(jí)階段才能正式展開。因此，在低年級(jí)階段開展建筑光學(xué)啟蒙教育，對(duì)于彌補(bǔ)現(xiàn)有課時(shí)量不足，強(qiáng)化建筑光學(xué)技術(shù)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用具有重要意義。

但在現(xiàn)有的建筑學(xué)本科課程教學(xué)體系下，低年級(jí)階段額外加入建筑光學(xué)啟蒙課程的難度較大，其中，課程時(shí)間設(shè)置是制約建筑光學(xué)啟蒙教育實(shí)施的瓶頸；同時(shí)，低年級(jí)階段學(xué)生的建筑理論及設(shè)計(jì)實(shí)踐相對(duì)薄弱，在這種情況下啟蒙教育開展的形式、授課內(nèi)容等也有待商榷。而縱觀英美知名院校建筑學(xué)本科的建筑光學(xué)教育，如麻省理工學(xué)院(MIT)、康奈爾大學(xué)、謝菲爾德大學(xué)等，均在一年級(jí)階段便開設(shè)了建筑光學(xué)相關(guān)課程，在教學(xué)上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，值得學(xué)習(xí)和借鑒。因此，在厘清現(xiàn)階段影響建筑光學(xué)啟蒙教育實(shí)施的主要因素后，本文選擇了與國(guó)內(nèi)建筑院校在低年級(jí)階段開展建筑光學(xué)啟蒙教育的需求有相通之處，由MIT建筑系在2017年獨(dú)立活動(dòng)月(Independent Activities Period，IAP)期間開設(shè)的“4.100 建筑工作坊：制造的作用——熒光閃爍”( 4.100 Architecture Workshop: Fabricating Function——Lumos Maxima，以下簡(jiǎn)稱熒光閃爍)項(xiàng)目[4]作為介紹對(duì)象。筆者與該課程的主講教師Paul Pettigrew進(jìn)行了深入的交流與探討后，對(duì)該門課程的組織形式、教學(xué)理念和教學(xué)思路等有了較為清晰的了解。通過借鑒和參考MIT以實(shí)踐為導(dǎo)向的工作坊課程教學(xué)，探索在我國(guó)建筑學(xué)專業(yè)本科低年級(jí)階段引入建筑光學(xué)啟蒙教育的可行性，力求在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并為后續(xù)開展建筑光學(xué)系統(tǒng)化理論教學(xué)打下基礎(chǔ)。

1 IAP與“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目概述

IAP是MIT在一月份開展的，介于春季與秋季學(xué)期之間為期4周的特別活動(dòng)期。IAP提供了一系列正式課程以外的專業(yè)小課題，學(xué)生可根據(jù)各自的興趣自由選擇，并接受校外導(dǎo)師的指導(dǎo)[5]。在過去的四十年里，IAP為MIT的學(xué)生、教師、職員和校友提供了組織、主辦和參與各種活動(dòng)的機(jī)會(huì)[6]。

“熒光閃爍”項(xiàng)目(圖1)是MIT建筑系在2017年IAP期間，面向一年級(jí)新生開設(shè)的工作坊項(xiàng)目，采用講座、實(shí)驗(yàn)和作業(yè)相結(jié)合的方式展開，要求每位學(xué)生利用項(xiàng)目所提供的LED燈來完成燈具的設(shè)計(jì)和制造，學(xué)生需要自行編寫程序并使用手機(jī)來控制，最后通過演示來感受不同光環(huán)境所帶來的建筑空間體驗(yàn)的變化。由于參加本次項(xiàng)目的學(xué)生剛開始接觸建筑理論、建筑設(shè)計(jì)和建筑光學(xué)知識(shí)，所以教學(xué)中涉及到的建筑光學(xué)理論較淺顯，而更側(cè)重于對(duì)燈具從概念設(shè)計(jì)到模型制作的全流程的學(xué)習(xí)。

主講老師Paul Pettigrew是MIT建筑系本科項(xiàng)目協(xié)調(diào)員和特別項(xiàng)目管理人(Coordinator of Undergraduate Initiatives & Manager of Special Projects)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作以及教學(xué)方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。他所創(chuàng)立的Paul Pettigrew Architect & Products in Space已有28年的歷史，長(zhǎng)期從事城市、建筑的設(shè)計(jì)和功能性產(chǎn)品的制造。從2000年到2016年，他在伊利諾伊斯理工大學(xué)建筑學(xué)本科一年級(jí)的設(shè)計(jì)工作室課程中，講授建筑設(shè)計(jì)、功能性產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造[7]。

2 從概念到制造的“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目教學(xué)

“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目共安排8次課，課程教學(xué)(包括講座與實(shí)驗(yàn))和作業(yè)時(shí)間各占21學(xué)時(shí)。課程設(shè)計(jì)基于從概念到模型制造的過程展開(表1)。

表1 “熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)

“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目為建筑系一年級(jí)的新生創(chuàng)造了一個(gè)設(shè)計(jì)和制造燈具的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生從文化、技術(shù)、社會(huì)和生態(tài)的角度出發(fā)來研究建筑環(huán)境，并通過照明設(shè)計(jì)改變?cè)械慕ㄖ臻g體驗(yàn)。在項(xiàng)目初期，學(xué)生要制作一幅照片拼貼畫，內(nèi)容包含確定燈具所要放置的建筑空間，以及空間內(nèi)部現(xiàn)有燈具的位置、形式和功能；燈具制作完成后，在選擇的建筑空間中利用編寫的手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行演示，并依據(jù)由照明光環(huán)境的變化所產(chǎn)生的不同空間體驗(yàn)來重新創(chuàng)建拼貼畫。

“熒光閃爍”工作室項(xiàng)目以實(shí)踐為導(dǎo)向，講座與實(shí)驗(yàn)室課程對(duì)其提供理論與技術(shù)支持。其中，講座以基本理論認(rèn)知和案例介紹為主，內(nèi)容淺顯易懂。如“人工照明發(fā)展簡(jiǎn)史”專題中，介紹了從舊石器時(shí)代的油燈到現(xiàn)代太陽能驅(qū)動(dòng)的LED照明系統(tǒng)的人工照明發(fā)展歷程，以及相關(guān)的建筑歷史，并探討了油燈、蠟燭、壁爐和電燈是如何改變?nèi)祟惖纳詈凸ぷ鞣绞降摹Ｔ凇芭行运季S(speculative everything)”的講座專題中，講述概念設(shè)計(jì)是探索科學(xué)技術(shù)新發(fā)展和設(shè)計(jì)美學(xué)的重要媒介，也是實(shí)現(xiàn)社會(huì)夢(mèng)想的催化劑，要求學(xué)生參考閱讀Anthony Dunne和Fiona Raby所著的《Speculative Everything》一書，在書中給出的A和B兩種截然不同的設(shè)計(jì)理念中(圖2)[8]，學(xué)生可以選擇其中一個(gè)作為自己的設(shè)計(jì)理念或進(jìn)行參照后自行創(chuàng)建。而通過“基于設(shè)計(jì)過程的案例研究”專題，讓學(xué)生了解了設(shè)計(jì)要經(jīng)過概念構(gòu)思、草圖、3D軟件模擬、設(shè)計(jì)圖紙繪制等過程和步驟，并最終通過模型的制作、分析和反復(fù)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室課程主要學(xué)習(xí)草圖、軟件和模型制作工具的使用，了解不同材料的性能，掌握模型切割和裝配的方法，探索科學(xué)與工程設(shè)計(jì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與設(shè)計(jì)思維之間的關(guān)系。如在“模擬”工廠設(shè)備的實(shí)驗(yàn)課中，帶領(lǐng)學(xué)生了解在激光切割機(jī)、數(shù)控機(jī)床、等離子切割機(jī)和機(jī)械手臂出現(xiàn)之前是如何進(jìn)行產(chǎn)品制造的。

圖1 “熒光閃爍”課程海報(bào)[4] Fig.1 “Lumos Maxima” Course Poster

在掌握了相關(guān)理論與技術(shù)后，學(xué)生在燈具制作環(huán)節(jié)中要完成從設(shè)計(jì)到制造全流程的實(shí)踐。首先要進(jìn)行概念草圖的設(shè)計(jì)；其次，運(yùn)用犀牛軟件制作3D模型，在這一過程中，學(xué)生要確保模型中的每個(gè)3D組件件均可進(jìn)行激光切割,并能組裝成全尺寸模型；最后，選擇適當(dāng)?shù)牟牧线M(jìn)行切割并組裝。在制作過程中，教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行諸多探索和嘗試，如在不使用膠水的情況下，在3D軟件模型或由紙板、膠合板組成的實(shí)體模型中探索不同的裝配方法如螺絲、繩索等，并與最初的想法、概念設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)照和思考[5]。在完成的燈具作品中(圖3)，學(xué)生利用不同的材料如木材、不銹鋼、亞克力等，采用不同的組裝方法和出光方式，形成富有創(chuàng)意的造型設(shè)計(jì)，通過手機(jī)應(yīng)用程序來控制光源亮度和色溫的變化，營(yíng)造出不同的空間氛圍。

圖2 A/B列表(來源自《Speculative Everything》)Fig.2 List A or B(From 《Speculative Everything》)

圖3 學(xué)生作業(yè)(由Paul Pettigrew提供)Fig.3 Student assignments (provided by Paul Pettigrew)

3 “熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目總結(jié)

“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目是建立在對(duì)照明發(fā)展歷程的深刻思索，對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的理性洞察，對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)的科學(xué)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，通過建造把設(shè)計(jì)靈感進(jìn)行實(shí)踐轉(zhuǎn)化?？v觀整個(gè)“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目的課程設(shè)計(jì)，可以分為三個(gè)階段:第一階段——概念設(shè)計(jì)階段，通過草圖和犀牛軟件來完成；第二階段——模型制作階段，通過數(shù)控機(jī)床、激光切割機(jī)切割紙板、膠合板等材料，并組裝成模型；第三階段——演示評(píng)價(jià)階段，對(duì)燈具作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和展示。這種從概念到功能實(shí)體的構(gòu)思設(shè)計(jì)與制作過程為學(xué)生積累了獨(dú)特而寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1)以實(shí)踐為導(dǎo)向。實(shí)戰(zhàn)性是“熒光閃爍”項(xiàng)目課的主要特征，它為學(xué)生提供了一次設(shè)計(jì)并制造燈具的機(jī)會(huì)，通過實(shí)地演示來體驗(yàn)光對(duì)空間的重塑。課程把研究、測(cè)試和實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，并提供跨學(xué)科的工具和方法，通過工作坊的實(shí)踐教學(xué)模式來表現(xiàn)、模擬、設(shè)計(jì)和制造燈具，讓學(xué)生掌握燈具作品的研究—概念—表現(xiàn)—優(yōu)化—制造全過程的設(shè)計(jì)和制造技能。

2)以配套式教學(xué)為核心。課程采用講座、實(shí)驗(yàn)與實(shí)作相結(jié)合的方式，通過理論介紹、案例分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作的流程展開。在講座中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)定位、建立批判性思維，并對(duì)現(xiàn)實(shí)社會(huì)存在的問題進(jìn)行思考，實(shí)驗(yàn)室課程則針對(duì)軟件、材料、建模工具等進(jìn)行學(xué)習(xí)，把與燈具制作相關(guān)的理論、技術(shù)等分解到每次課程講座與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，再通過后續(xù)的課程作業(yè)進(jìn)行實(shí)踐加以強(qiáng)化。

3)以科技為支撐。最終的燈具作品所呈現(xiàn)出的工業(yè)化產(chǎn)品級(jí)效果，依托MIT強(qiáng)大的科技和實(shí)驗(yàn)室資源，可以迅速將概念性設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，如激光切割機(jī)、數(shù)控機(jī)床等相結(jié)合，保障設(shè)計(jì)落地的可行性。通過可編程的應(yīng)用程序?qū)哂兴{(lán)牙功能的LED光源進(jìn)行控制，也是建立在這一基礎(chǔ)之上。

4 “熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目對(duì)我國(guó)建筑光學(xué)啟蒙教育的啟示

“熒光閃爍”工作坊項(xiàng)目體現(xiàn)了MIT的開創(chuàng)性研究和創(chuàng)新性教學(xué)，以先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)為支撐，堅(jiān)持“實(shí)踐型學(xué)習(xí)”的教學(xué)理念[6]，通過燈具的設(shè)計(jì)和制造培養(yǎng)學(xué)生在照明設(shè)計(jì)的創(chuàng)作能力，引導(dǎo)學(xué)生思考光與建筑空間之間的關(guān)系。而我國(guó)建筑高校在課程設(shè)置、師資背景、硬件設(shè)備等主客觀方面與MIT相比存在一定差距，“熒光閃爍”工作坊的教學(xué)方式也未必完全適合我國(guó)高校，但其中的教學(xué)理念和方法值得借鑒和參考。

1)課程時(shí)間靈活化。課程時(shí)間的設(shè)置是當(dāng)前影響建筑光學(xué)啟蒙教育開展的最重要因素。MIT的獨(dú)立活動(dòng)月(IAP)為我們提供了一種思路，即在低年級(jí)學(xué)期課程以外額外加入建筑光學(xué)啟蒙課程單元。在此種方式實(shí)施困難的情況下，還可以考慮與已有的建筑實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合。如重慶大學(xué)從2011年開始便在一年級(jí)開展以“建造”為主題的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，在形態(tài)設(shè)計(jì)階段已考慮到采光因素，在建造表皮肌理的過程中也有體現(xiàn)，在未來的建筑光學(xué)教學(xué)改革中會(huì)強(qiáng)化與“建造”活動(dòng)的結(jié)合，將自然采光與照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)納入到建造過程里面。

2)設(shè)計(jì)活動(dòng)實(shí)戰(zhàn)化。課程圍繞燈具的設(shè)計(jì)和制造過程展開，采用以基本概念引導(dǎo)、草圖與軟件相結(jié)合的方式進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，使用激光切割機(jī)、數(shù)控機(jī)床等工具進(jìn)行模型輸出。這種以實(shí)戰(zhàn)性為導(dǎo)向的課程教學(xué)，對(duì)于缺乏設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、毫無實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的一年級(jí)新生來說，可以在短時(shí)間內(nèi)熟悉整個(gè)流程，主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，自主建構(gòu)知識(shí)體系，培養(yǎng)動(dòng)手與解決實(shí)際問題的能力，從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”走向“能動(dòng)學(xué)習(xí)”，有利于培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要的“探究者”和“思考者”[9]。

3)專業(yè)交叉融合化?！盁晒忾W爍”工作坊項(xiàng)目涉及到了建筑光學(xué)、建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、草圖、犀牛軟件、程序設(shè)計(jì)、模型制作設(shè)備等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，這種多專業(yè)交叉的課程教學(xué)有利于拓寬學(xué)生的知識(shí)面、培養(yǎng)實(shí)踐能力、激發(fā)創(chuàng)新思維，但對(duì)于授課教師來說卻是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的實(shí)際操作中，可采用各專業(yè)教師協(xié)同教學(xué)的方式。此外，教師要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的單一傳授型角色，在課堂教學(xué)之外還要承擔(dān)設(shè)計(jì)顧問、技術(shù)指導(dǎo)的任務(wù)。在此基礎(chǔ)上可借鑒MIT校外導(dǎo)師指導(dǎo)的模式，嘗試教師資源共享，也可引入技術(shù)專家、照明工程師擔(dān)任技術(shù)顧問，活化課堂教學(xué)。

5 結(jié)語

在新能源革命與環(huán)境危機(jī)的大背景下，建筑功能日趨復(fù)雜，人們對(duì)建筑舒適度與空間體驗(yàn)的要求不斷提高[10]，建筑光學(xué)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮的作用越來越舉足輕重。從職業(yè)發(fā)展的角度看，面對(duì)中國(guó)快速成長(zhǎng)的建筑市場(chǎng)，國(guó)外建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)大量涌入，在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)背后實(shí)際是建筑教育的競(jìng)爭(zhēng)。因此，以“他山之石”的視角，虛心學(xué)習(xí)國(guó)外知名院校在低年級(jí)階段開展建筑光學(xué)教育的經(jīng)驗(yàn)，順應(yīng)建筑學(xué)教育的發(fā)展趨勢(shì)，不斷拓展建筑技術(shù)教育的深度，對(duì)提高我國(guó)建筑教育的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。但在實(shí)際的課程改革中，各院校應(yīng)根據(jù)學(xué)科發(fā)展在不同側(cè)面、不同層次上的差異性，采用多元化的課程教學(xué)模式，避免在實(shí)踐運(yùn)用中的僵化和機(jī)械化。

致謝：感謝麻省理工學(xué)院建筑與規(guī)劃學(xué)院建筑系課程教師Paul Pettigrew對(duì)本文寫作所提供的幫助。