生態紡織藝術與STEM教育：交叉學科的對話

柴佳彤 湯力

基金項目：本論文為2023年度遼寧師范大學大學生創新訓練計劃資助項目“生態紡織藝術：基于可持續發展原則的紡織藝術研究與探索”成果，項目編號：202310165004

摘要：目的：文章旨在探索生態紡織藝術與STEM教育融合的可能性，探討如何將傳統與現代學科相結合，從而為學生提供更全面、創新且實用的教育經驗。方法：文章對生態紡織藝術的發展史以及STEM教育的核心理念和方法進行梳理，設計實施一個名為“從農田到時裝秀”的跨學科項目。該項目鼓勵學生深入農田，選擇和采集生態紡織材料，利用STEM原則和方法進行分析和設計，最終完成一個環保時裝作品，并在時裝秀中展示。結果：生態紡織藝術與STEM教育的融合為學生提供了一個獨特的學習平臺，使學生能夠從多個角度認識和思考問題，培養他們的創新思維和跨學科合作能力。學生通過項目不僅能學到生態紡織的基本技能和知識，還能夠了解如何利用科學的方法進行設計和制作。結論：將生態紡織藝術與STEM教育相結合，可以為學生提供全面且實用的教育體驗。這種跨學科的教學方法不僅有助于培養學生的創新思維，還有助于他們建立一個更完整和系統的世界觀。隨著社會不斷發展，生態紡織藝術與STEM教育的融合將給未來的教育帶來新的機遇和挑戰。

關鍵詞：生態紡織藝術；STEM教育；交叉學科

中圖分類號：TS10-4；G434 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）02-00-03

0 引言

進入21世紀，跨學科融合的重要性與必要性日益凸顯。隨著全球性生態問題的持續加劇，傳統的單一學科已無法解決當下的復雜問題。在這樣的背景下，生態紡織藝術與STEM教育之間的融合引起了廣泛關注，因為它們都注重實踐、創新和解決實際問題。

1 生態紡織藝術與STEM教育概述

1.1 生態紡織藝術的定義與歷史演變

生態紡織藝術在紡織領域中融合了環境可持續性與傳統技藝，與自然和諧共生［1］。隨著時間推移，其關注點從簡單的共生轉向強調環境保護、使用可再生資源和低碳生產。工業革命加劇了紡織業對環境的沖擊，導致了資源過度消耗和環境污染。對此，生態紡織藝術倡導使用環保材料和低消耗生產方式，體現了其對自然的尊重和對人與服飾新型關系的哲學

思考［2］。

1.2 STEM教育的歷史背景與定義

STEM教育，代表科學、技術、工程和數學領域的綜合體系［3］，是20世紀后期全球化和技術創新背景下的教育回應，強調學科間的互聯性和實際應用，著重培養學生的跨界思考、合作和創新能力。STEM教育旨在解決21世紀的復雜問題，能為學生提供與真實世界相關的學習經驗，培養其批判性思考的能力。與傳統學科教育相比，STEM教育不僅關注純學術培養，更重視為社會培養具備寬廣視野、多學科知識和技能的人才，確保他們不僅能適應快速變化的現代社會，還能領導和創新，為應對當今社會的復雜挑戰提供了一個全新的教育框架［4］。

2 交叉學科的探索：生態紡織與STEM的交匯點

2.1 技術在生態紡織設計與制作中的作用

技術在生態紡織設計與制造中橋接了傳統工藝與現代可持續觀念。通過數字化和自動化建設，設計師能夠模擬材料性能和優化紡織結構，而智能制造技術則確保了能源的高效使用。生物技術和納米技術為紡織材料帶來了更多環保選擇，不僅推進了設計與生產的創新，還將紡織的功能與環保理念結合起來［5］。

2.2 工程方法在生態紡織材料與技術選擇中的應用

工程方法的應用增強了生態紡織材料與技術選擇的科學性與精確性，推動了對材料性能的定量分析、生命周期評估以及外部環境因子的系統考慮。計算機模擬和有限元分析等先進技術能模擬紡織材料在各種環境下的行為，從而為設計師提供有關材料應用和改進的深入信息。同時，工程方法也為紡織材料與技術的可持續性構建了一種量化評估框架，通過工程經濟學、風險評估和供應鏈管理，確保紡織的生產和使用在經濟、社會和環境三個維度都達到最佳狀態，從而為紡織產業的可持續發展打下堅實的技術基礎［6］。

2.3 生態紡織中的數學模型與結構邏輯

生態紡織中的數學模型與結構邏輯的結合反映了從抽象數學概念到紡織實踐的深入探索。紡織材料的微觀性能和宏觀功能都可以通過數學模型精確描述出來［7］，如利用偏微分方程描述纖維的應力—應變關系，預測其在不同環境中的行為。同時，結構邏輯著重于紡織品的宏觀設計，如怎樣滿足保溫、吸濕或抗菌等特定需求。隨著計算技術和機器學習的發展，現在可以模擬并優化復雜的紡織結構，為紡織品的生態優化帶來了更多可能，在傳統紡織工藝和現代科技之間架起了一座橋梁，為未來的生態紡織設計和制造提供了新的思路［8］。

2.4 科學原理與生態紡織材料的兼容與選擇

科學原理與生態紡織材料的兼容與選擇之間存在一種微妙的關聯。從原子結構到宏觀屬性，科學原理解碼了紡織材料內在的物理和化學性質，為其環境響應性、持久性及功能性提供了理論支持。例如，纖維的分子排列、晶體結構和化學鍵的性質決定了材料的強度、伸縮性和吸濕性。同時，隨著納米技術、生物合成技術等的發展，不僅能在現有材料庫中選擇材料，還能設計出全新的生態紡織材料。這些創新材料具有更強的循環利用能力、更快的降解速度和更高的能源使用效率。可見，科學原理為生態紡織材料的選擇提供了一個多維度、深層次的篩選和優化平臺，確保所選材料在環境、社會和經濟三個維度上具有真正的可持續性。

3 將生態紡織藝術融入STEM課程的途徑

將生態紡織藝術融入STEM課程不僅是打破學科壁壘的一次嘗試［9］，更為學生開辟了一個探尋自然、科技和藝術交集的新世界。其具體有兩大核心思路指引融合過程：內容交融和教學方法創新。從內容角度看，生態紡織涉及的材料選擇、生產流程及環境考量是生物、化學和物理的教學內容［10］。在教學方法上，強調藝術的感性和STEM的理性相結合。可開展項目式學習，讓學生設計一個美觀且環保的紡織品，并運用所學知識優化其功能。將生態紡織藝術融入STEM課程，能夠培養學生的批判性思維和跨學科協作能力，為他們應對未來的挑戰打好基礎。

4 教育實踐：案例設計“從農田到時裝秀”

4.1 農田實踐

學生被帶到當地的生態農田中，親身參與生態紡織原材料的種植與收獲，并進行土壤質量和水質的科學測試，引導學生利用化學和生物學知識分析數據，了解農田生態平衡的重要性［11］。

4.2 材料科學與藝術性探索

為了確保所選材料符合生態和可持續性標準，學生會深入研究各種材料，如有機棉、麻、竹纖維和再生纖維，研究其生產過程、碳足跡和最終產物的耐用性。同時對材料生命周期進行評估，從原材料的種植、采集，到纖維的制備、染色、織造，再到最終產品的使用和回收，都應被納入考慮范圍。

在藝術性方面，學生應在設計中融入個人理念。通過材料科學的前期研究，學生了解到不同的纖維或處理方式適合不同的藝術表達。在染色方法的選擇上，采用天然染料不僅更環保，還能使布料具有獨特的質感，同時與生態主題相呼應。學生應探索如何將傳統工藝與現代設計相結合，設計出具有文化內涵的作品。學生需要深入研究各種技術，以保持材料的原生態特性，并達到想要的藝術效果，如使用低溫染色技術以減少能源消耗，或采用水性印花材料來減少化學污染。

為了培養學生的創新思維和跨學科合作能力，可以舉辦相關研討會，使學生有機會與科學家和藝術家交流，共同探討如何將材料科學與藝術性相結合，創造出既美觀又環保的作品［12］。

4.3 技術與工藝的創新實踐

從初步的想法到最終的成品，每一個步驟都體現了對新技術的嘗試和對傳統工藝的創新。為了使紡織品具有更好的生態屬性，本次設計引入了數字化織造技術。這種技術可以準確控制紗線的張力，使布料在沒有任何化學添加劑的情況下擁有最佳的質地。同時，這種技術還為學生提供了更高的設計自由度，有助于他們創造出更復雜、細致的圖案。為了最大限度地保留天然纖維的環保特性，設計還采用了最新的生物酶處理技術。與傳統的化學處理相比，生物酶處理不僅對環境無害，還能夠提高纖維的柔軟性和強度，更適合高品質的服裝制作。在染色過程中，為了避免化學染料對環境造成影響，本次設計采用植物和微生物染料，并利用3D打印技術實現精細的局部染色［13］。這一技術的運用使染色過程更為環保，同時也為服裝提供了獨特的色彩和質感。與此同時，學生還對傳統工藝進行了深入的探索和創新。引入了手工刺繡、手工編織和手工打結等傳統工藝，將其與現代設計理念相結合，創造出既具有傳統文化底蘊、又符合現代審美的藝術品。這一探索不僅提升了服裝的藝術價值，還為傳統工藝的傳承和發展提供了新的可能［14］。

4.4 時裝秀的策劃與實施

時裝秀的策劃與實施是整個項目的高潮。學生充分理解了生態紡織藝術的核心理念，并以此為出發點，設計了一個既具有藝術性、又強調可持續性的主題，即“自然的脈絡”。整場秀的燈光、音樂和布景都圍繞這一主題展開，營造出了一個讓人仿佛置身自然之中的夢幻場景。為了更好地呈現服裝與自然的和諧關系，時裝秀選擇室外的草坪作為秀場，并在草坪上投影出一片“動態的農田”，模擬農作物的生長過程。這種布置不僅增強了觀眾的沉浸感，還為模特們提供了一個獨特的展示空間。

在項目實施過程中，學生團隊注重每一個細節，從模特的走位、燈光的變化到背景音樂的律動，都經過了精心設計與調試，確保整場秀的流暢與高潮迭起。“從農田到時裝秀”項目完美地展現了生態紡織藝術與STEM教育的交融與創新，為行業發展提供了一個全新的視角［15］。

5 結語

生態紡織藝術與STEM教育體現了當代學術與工業界追求多學科整合與應用的重要趨勢。“從農田到時裝秀”這一項目作為研究的核心案例，彰顯了生態紡織在科技、工程和數學領域的創新應用，及其在可持續教育中扮演的關鍵角色。此項目的每一個環節都凸顯了交叉學科的重要意義，證明了技術和藝術可以交叉相融，從而為教育界和紡織行業發展提供新的視角。未來的研究和實踐應該進一步深化，以推動生態紡織與STEM教育在全球范圍內的廣泛交融。

參考文獻：

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［14］ 張娜.以生態藝術教育重建兒童與自然的聯結［J］.河南農業，2021（6）：59-60.

［15］ 王淑花，史晟，郭紅，等.“雙碳”背景下“生態紡織”專業課實踐教學的探索［J］.紡織報告，2023，42（1）：94-96.

作者簡介：柴佳彤（2003—），女，遼寧沈陽人，本科在讀，研究方向：國畫藝術。

湯力（1982—），遼寧大連人，本科，講師，系本文通訊

作者，研究方向：視覺傳達設計。