建筑光學啟蒙教育的探索
——MIT建筑系“熒光閃爍”工作坊的啟示

翟會芳，嚴永紅

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶 400030；2.教育部山地城鎮新技術重點實驗室，重慶 400030)

引言

建筑光學作為建筑技術科學的重要組成部分，對于推動實現綠色照明工程，建設資源節約型、環境友好型社會具有重要意義[1]。吳碩賢院士在《重視發展現代建筑技術科學》中指出，要改革建筑學教育，促進建筑技術科學人才的培養[2]。在建筑光學教學方面，各建筑院校進行了諸多努力與嘗試，取得豐碩成果。但按照《高等學校建筑學本科指導性專業規范(2013年版)》的要求，建筑光學課程參考分配的總學時為28，其中知識單元24學時、實驗單元4學時[3]。面對快速更新的技術信息、豐富駁雜的媒體來源，有限的課時越來越難以滿足大信息量的需求。在課程時間安排上，根據對建筑“老八校”的調研，除同濟大學安排在第四學期外，其他院校均在第五或第六學期開設，這在一定程度上造成建筑光學技術與建筑設計之間的整合直到高年級階段才能正式展開。因此，在低年級階段開展建筑光學啟蒙教育，對于彌補現有課時量不足，強化建筑光學技術在設計實踐中的應用具有重要意義。

但在現有的建筑學本科課程教學體系下，低年級階段額外加入建筑光學啟蒙課程的難度較大，其中，課程時間設置是制約建筑光學啟蒙教育實施的瓶頸；同時，低年級階段學生的建筑理論及設計實踐相對薄弱，在這種情況下啟蒙教育開展的形式、授課內容等也有待商榷。而縱觀英美知名院校建筑學本科的建筑光學教育，如麻省理工學院(MIT)、康奈爾大學、謝菲爾德大學等，均在一年級階段便開設了建筑光學相關課程，在教學上積累了豐富的經驗，值得學習和借鑒。因此，在厘清現階段影響建筑光學啟蒙教育實施的主要因素后，本文選擇了與國內建筑院校在低年級階段開展建筑光學啟蒙教育的需求有相通之處，由MIT建筑系在2017年獨立活動月(Independent Activities Period，IAP)期間開設的“4.100 建筑工作坊：制造的作用——熒光閃爍”( 4.100 Architecture Workshop: Fabricating Function——Lumos Maxima，以下簡稱熒光閃爍)項目[4]作為介紹對象。筆者與該課程的主講教師Paul Pettigrew進行了深入的交流與探討后，對該門課程的組織形式、教學理念和教學思路等有了較為清晰的了解。通過借鑒和參考MIT以實踐為導向的工作坊課程教學，探索在我國建筑學專業本科低年級階段引入建筑光學啟蒙教育的可行性，力求在培養學生實踐動手能力的基礎上，激發學習興趣，并為后續開展建筑光學系統化理論教學打下基礎。

1 IAP與“熒光閃爍”工作坊項目概述

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

“熒光閃爍”項目(圖1)是MIT建筑系在2017年IAP期間，面向一年級新生開設的工作坊項目，采用講座、實驗和作業相結合的方式展開，要求每位學生利用項目所提供的LED燈來完成燈具的設計和制造，學生需要自行編寫程序并使用手機來控制，最后通過演示來感受不同光環境所帶來的建筑空間體驗的變化。由于參加本次項目的學生剛開始接觸建筑理論、建筑設計和建筑光學知識，所以教學中涉及到的建筑光學理論較淺顯，而更側重于對燈具從概念設計到模型制作的全流程的學習。

主講老師Paul Pettigrew是MIT建筑系本科項目協調員和特別項目管理人(Coordinator of Undergraduate Initiatives & Manager of Special Projects)，在產品設計與制作以及教學方面有著豐富的經驗。他所創立的Paul Pettigrew Architect & Products in Space已有28年的歷史，長期從事城市、建筑的設計和功能性產品的制造。從2000年到2016年，他在伊利諾伊斯理工大學建筑學本科一年級的設計工作室課程中，講授建筑設計、功能性產品設計和制造[7]。

2 從概念到制造的“熒光閃爍”工作坊項目教學

“熒光閃爍”工作坊項目共安排8次課，課程教學(包括講座與實驗)和作業時間各占21學時。課程設計基于從概念到模型制造的過程展開(表1)。

表1 “熒光閃爍”工作坊項目課程設計

“熒光閃爍”工作坊項目為建筑系一年級的新生創造了一個設計和制造燈具的機會，引導學生從文化、技術、社會和生態的角度出發來研究建筑環境，并通過照明設計改變原有的建筑空間體驗。在項目初期，學生要制作一幅照片拼貼畫，內容包含確定燈具所要放置的建筑空間，以及空間內部現有燈具的位置、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應用程序進行演示，并依據由照明光環境的變化所產生的不同空間體驗來重新創建拼貼畫。

“熒光閃爍”工作室項目以實踐為導向，講座與實驗室課程對其提供理論與技術支持。其中，講座以基本理論認知和案例介紹為主，內容淺顯易懂。如“人工照明發展簡史”專題中，介紹了從舊石器時代的油燈到現代太陽能驅動的LED照明系統的人工照明發展歷程，以及相關的建筑歷史，并探討了油燈、蠟燭、壁爐和電燈是如何改變人類的生活和工作方式的。在“批判性思維(speculative everything)”的講座專題中，講述概念設計是探索科學技術新發展和設計美學的重要媒介，也是實現社會夢想的催化劑，要求學生參考閱讀Anthony Dunne和Fiona Raby所著的《Speculative Everything》一書，在書中給出的A和B兩種截然不同的設計理念中(圖2)[8]，學生可以選擇其中一個作為自己的設計理念或進行參照后自行創建。而通過“基于設計過程的案例研究”專題，讓學生了解了設計要經過概念構思、草圖、3D軟件模擬、設計圖紙繪制等過程和步驟，并最終通過模型的制作、分析和反復調整來實現。實驗室課程主要學習草圖、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，探索科學與工程設計、科學技術的發展與設計思維之間的關系。如在“模擬”工廠設備的實驗課中，帶領學生了解在激光切割機、數控機床、等離子切割機和機械手臂出現之前是如何進行產品制造的。

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

在掌握了相關理論與技術后，學生在燈具制作環節中要完成從設計到制造全流程的實踐。首先要進行概念草圖的設計；其次，運用犀牛軟件制作3D模型，在這一過程中，學生要確保模型中的每個3D組件件均可進行激光切割,并能組裝成全尺寸模型；最后，選擇適當的材料進行切割并組裝。在制作過程中，教師會引導學生進行諸多探索和嘗試，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、概念設計進行對照和思考[5]。在完成的燈具作品中(圖3)，學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，形成富有創意的造型設計，通過手機應用程序來控制光源亮度和色溫的變化，營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 學生作業(由Paul Pettigrew提供)Fig.3 Student assignments (provided by Paul Pettigrew)

3 “熒光閃爍”工作坊項目總結

“熒光閃爍”工作坊項目是建立在對照明發展歷程的深刻思索，對現實問題的理性洞察，對未來發展趨勢的科學預測基礎上，通過建造把設計靈感進行實踐轉化。縱觀整個“熒光閃爍”工作坊項目的課程設計，可以分為三個階段:第一階段——概念設計階段，通過草圖和犀牛軟件來完成；第二階段——模型制作階段，通過數控機床、激光切割機切割紙板、膠合板等材料，并組裝成模型；第三階段——演示評價階段，對燈具作品進行點評和展示。這種從概念到功能實體的構思設計與制作過程為學生積累了獨特而寶貴的經驗。

1)以實踐為導向。實戰性是“熒光閃爍”項目課的主要特征，它為學生提供了一次設計并制造燈具的機會，通過實地演示來體驗光對空間的重塑。課程把研究、測試和實驗緊密結合，并提供跨學科的工具和方法，通過工作坊的實踐教學模式來表現、模擬、設計和制造燈具，讓學生掌握燈具作品的研究—概念—表現—優化—制造全過程的設計和制造技能。

2)以配套式教學為核心。課程采用講座、實驗與實作相結合的方式，通過理論介紹、案例分析、項目設計與制作的流程展開。在講座中引導學生進行職業定位、建立批判性思維，并對現實社會存在的問題進行思考，實驗室課程則針對軟件、材料、建模工具等進行學習，把與燈具制作相關的理論、技術等分解到每次課程講座與實驗室教學中，再通過后續的課程作業進行實踐加以強化。

3)以科技為支撐。最終的燈具作品所呈現出的工業化產品級效果，依托MIT強大的科技和實驗室資源，可以迅速將概念性設計與實驗室先進技術設備，如激光切割機、數控機床等相結合，保障設計落地的可行性。通過可編程的應用程序對具有藍牙功能的LED光源進行控制，也是建立在這一基礎之上。

4 “熒光閃爍”工作坊項目對我國建筑光學啟蒙教育的啟示

“熒光閃爍”工作坊項目體現了MIT的開創性研究和創新性教學，以先進的科學技術為支撐，堅持“實踐型學習”的教學理念[6]，通過燈具的設計和制造培養學生在照明設計的創作能力，引導學生思考光與建筑空間之間的關系。而我國建筑高校在課程設置、師資背景、硬件設備等主客觀方面與MIT相比存在一定差距，“熒光閃爍”工作坊的教學方式也未必完全適合我國高校，但其中的教學理念和方法值得借鑒和參考。

1)課程時間靈活化。課程時間的設置是當前影響建筑光學啟蒙教育開展的最重要因素。MIT的獨立活動月(IAP)為我們提供了一種思路，即在低年級學期課程以外額外加入建筑光學啟蒙課程單元。在此種方式實施困難的情況下，還可以考慮與已有的建筑實踐活動相結合。如重慶大學從2011年開始便在一年級開展以“建造”為主題的教學實踐活動，在形態設計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，在未來的建筑光學教學改革中會強化與“建造”活動的結合，將自然采光與照明系統設計納入到建造過程里面。

2)設計活動實戰化。課程圍繞燈具的設計和制造過程展開，采用以基本概念引導、草圖與軟件相結合的方式進行方案設計，使用激光切割機、數控機床等工具進行模型輸出。這種以實戰性為導向的課程教學，對于缺乏設計基礎、毫無實踐經驗的一年級新生來說，可以在短時間內熟悉整個流程，主動參與教學活動，自主建構知識體系，培養動手與解決實際問題的能力，從“被動學習”走向“能動學習”，有利于培養適應時代發展需要的“探究者”和“思考者”[9]。

3)專業交叉融合化。“熒光閃爍”工作坊項目涉及到了建筑光學、建筑設計、工業設計、草圖、犀牛軟件、程序設計、模型制作設備等相關專業知識，這種多專業交叉的課程教學有利于拓寬學生的知識面、培養實踐能力、激發創新思維，但對于授課教師來說卻是一個巨大的挑戰。在國內現階段的實際操作中，可采用各專業教師協同教學的方式。此外，教師要轉變傳統的單一傳授型角色，在課堂教學之外還要承擔設計顧問、技術指導的任務。在此基礎上可借鑒MIT校外導師指導的模式，嘗試教師資源共享，也可引入技術專家、照明工程師擔任技術顧問，活化課堂教學。

5 結語

在新能源革命與環境危機的大背景下，建筑功能日趨復雜，人們對建筑舒適度與空間體驗的要求不斷提高[10]，建筑光學技術在建筑設計中發揮的作用越來越舉足輕重。從職業發展的角度看，面對中國快速成長的建筑市場，國外建筑設計機構大量涌入，在日趨激烈的市場競爭背后實際是建筑教育的競爭。因此，以“他山之石”的視角，虛心學習國外知名院校在低年級階段開展建筑光學教育的經驗，順應建筑學教育的發展趨勢，不斷拓展建筑技術教育的深度，對提高我國建筑教育的國際競爭力具有重要意義。但在實際的課程改革中，各院校應根據學科發展在不同側面、不同層次上的差異性，采用多元化的課程教學模式，避免在實踐運用中的僵化和機械化。

致謝：感謝麻省理工學院建筑與規劃學院建筑系課程教師Paul Pettigrew對本文寫作所提供的幫助。