建筑光学启蒙教育的探索——MIT建筑系“荧光闪烁”工作坊的启示

翟会芳，严永红

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆 400030；2.教育部山地城镇新技术重点实验室，重庆 400030)

引言

建筑光学作为建筑技术科学的重要组成部分，对于推动实现绿色照明工程，建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义[1]。吴硕贤院士在《重视发展现代建筑技术科学》中指出，要改革建筑学教育，促进建筑技术科学人才的培养[2]。在建筑光学教学方面，各建筑院校进行了诸多努力与尝试，取得丰硕成果。但按照《高等学校建筑学本科指导性专业规范(2013年版)》的要求，建筑光学课程参考分配的总学时为28，其中知识单元24学时、实验单元4学时[3]。面对快速更新的技术信息、丰富驳杂的媒体来源，有限的课时越来越难以满足大信息量的需求。在课程时间安排上，根据对建筑“老八校”的调研，除同济大学安排在第四学期外，其他院校均在第五或第六学期开设，这在一定程度上造成建筑光学技术与建筑设计之间的整合直到高年级阶段才能正式展开。因此，在低年级阶段开展建筑光学启蒙教育，对于弥补现有课时量不足，强化建筑光学技术在设计实践中的应用具有重要意义。

但在现有的建筑学本科课程教学体系下，低年级阶段额外加入建筑光学启蒙课程的难度较大，其中，课程时间设置是制约建筑光学启蒙教育实施的瓶颈；同时，低年级阶段学生的建筑理论及设计实践相对薄弱，在这种情况下启蒙教育开展的形式、授课内容等也有待商榷。而纵观英美知名院校建筑学本科的建筑光学教育，如麻省理工学院(MIT)、康奈尔大学、谢菲尔德大学等，均在一年级阶段便开设了建筑光学相关课程，在教学上积累了丰富的经验，值得学习和借鉴。因此，在厘清现阶段影响建筑光学启蒙教育实施的主要因素后，本文选择了与国内建筑院校在低年级阶段开展建筑光学启蒙教育的需求有相通之处，由MIT建筑系在2017年独立活动月(Independent Activities Period，IAP)期间开设的“4.100 建筑工作坊：制造的作用——荧光闪烁”( 4.100 Architecture Workshop: Fabricating Function——Lumos Maxima，以下简称荧光闪烁)项目[4]作为介绍对象。笔者与该课程的主讲教师Paul Pettigrew进行了深入的交流与探讨后，对该门课程的组织形式、教学理念和教学思路等有了较为清晰的了解。通过借鉴和参考MIT以实践为导向的工作坊课程教学，探索在我国建筑学专业本科低年级阶段引入建筑光学启蒙教育的可行性，力求在培养学生实践动手能力的基础上，激发学习兴趣，并为后续开展建筑光学系统化理论教学打下基础。

1 IAP与“荧光闪烁”工作坊项目概述

IAP是MIT在一月份开展的，介于春季与秋季学期之间为期4周的特别活动期。IAP提供了一系列正式课程以外的专业小课题，学生可根据各自的兴趣自由选择，并接受校外导师的指导[5]。在过去的四十年里，IAP为MIT的学生、教师、职员和校友提供了组织、主办和参与各种活动的机会[6]。

“荧光闪烁”项目(图1)是MIT建筑系在2017年IAP期间，面向一年级新生开设的工作坊项目，采用讲座、实验和作业相结合的方式展开，要求每位学生利用项目所提供的LED灯来完成灯具的设计和制造，学生需要自行编写程序并使用手机来控制，最后通过演示来感受不同光环境所带来的建筑空间体验的变化。由于参加本次项目的学生刚开始接触建筑理论、建筑设计和建筑光学知识，所以教学中涉及到的建筑光学理论较浅显，而更侧重于对灯具从概念设计到模型制作的全流程的学习。

主讲老师Paul Pettigrew是MIT建筑系本科项目协调员和特别项目管理人(Coordinator of Undergraduate Initiatives & Manager of Special Projects)，在产品设计与制作以及教学方面有着丰富的经验。他所创立的Paul Pettigrew Architect & Products in Space已有28年的历史，长期从事城市、建筑的设计和功能性产品的制造。从2000年到2016年，他在伊利诺伊斯理工大学建筑学本科一年级的设计工作室课程中，讲授建筑设计、功能性产品设计和制造[7]。

2 从概念到制造的“荧光闪烁”工作坊项目教学

“荧光闪烁”工作坊项目共安排8次课，课程教学(包括讲座与实验)和作业时间各占21学时。课程设计基于从概念到模型制造的过程展开(表1)。

表1 “荧光闪烁”工作坊项目课程设计

“荧光闪烁”工作坊项目为建筑系一年级的新生创造了一个设计和制造灯具的机会，引导学生从文化、技术、社会和生态的角度出发来研究建筑环境，并通过照明设计改变原有的建筑空间体验。在项目初期，学生要制作一幅照片拼贴画，内容包含确定灯具所要放置的建筑空间，以及空间内部现有灯具的位置、形式和功能；灯具制作完成后，在选择的建筑空间中利用编写的手机应用程序进行演示，并依据由照明光环境的变化所产生的不同空间体验来重新创建拼贴画。

“荧光闪烁”工作室项目以实践为导向，讲座与实验室课程对其提供理论与技术支持。其中，讲座以基本理论认知和案例介绍为主，内容浅显易懂。如“人工照明发展简史”专题中，介绍了从旧石器时代的油灯到现代太阳能驱动的LED照明系统的人工照明发展历程，以及相关的建筑历史，并探讨了油灯、蜡烛、壁炉和电灯是如何改变人类的生活和工作方式的。在“批判性思维(speculative everything)”的讲座专题中，讲述概念设计是探索科学技术新发展和设计美学的重要媒介，也是实现社会梦想的催化剂，要求学生参考阅读Anthony Dunne和Fiona Raby所著的《Speculative Everything》一书，在书中给出的A和B两种截然不同的设计理念中(图2)[8]，学生可以选择其中一个作为自己的设计理念或进行参照后自行创建。而通过“基于设计过程的案例研究”专题，让学生了解了设计要经过概念构思、草图、3D软件模拟、设计图纸绘制等过程和步骤，并最终通过模型的制作、分析和反复调整来实现。实验室课程主要学习草图、软件和模型制作工具的使用，了解不同材料的性能，掌握模型切割和装配的方法，探索科学与工程设计、科学技术的发展与设计思维之间的关系。如在“模拟”工厂设备的实验课中，带领学生了解在激光切割机、数控机床、等离子切割机和机械手臂出现之前是如何进行产品制造的。

图1 “荧光闪烁”课程海报[4] Fig.1 “Lumos Maxima” Course Poster

在掌握了相关理论与技术后，学生在灯具制作环节中要完成从设计到制造全流程的实践。首先要进行概念草图的设计；其次，运用犀牛软件制作3D模型，在这一过程中，学生要确保模型中的每个3D组件件均可进行激光切割,并能组装成全尺寸模型；最后，选择适当的材料进行切割并组装。在制作过程中，教师会引导学生进行诸多探索和尝试，如在不使用胶水的情况下，在3D软件模型或由纸板、胶合板组成的实体模型中探索不同的装配方法如螺丝、绳索等，并与最初的想法、概念设计进行对照和思考[5]。在完成的灯具作品中(图3)，学生利用不同的材料如木材、不锈钢、亚克力等，采用不同的组装方法和出光方式，形成富有创意的造型设计，通过手机应用程序来控制光源亮度和色温的变化，营造出不同的空间氛围。

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

图3 学生作业(由Paul Pettigrew提供)Fig.3 Student assignments (provided by Paul Pettigrew)

3 “荧光闪烁”工作坊项目总结

“荧光闪烁”工作坊项目是建立在对照明发展历程的深刻思索，对现实问题的理性洞察，对未来发展趋势的科学预测基础上，通过建造把设计灵感进行实践转化。纵观整个“荧光闪烁”工作坊项目的课程设计，可以分为三个阶段:第一阶段——概念设计阶段，通过草图和犀牛软件来完成；第二阶段——模型制作阶段，通过数控机床、激光切割机切割纸板、胶合板等材料，并组装成模型；第三阶段——演示评价阶段，对灯具作品进行点评和展示。这种从概念到功能实体的构思设计与制作过程为学生积累了独特而宝贵的经验。

1)以实践为导向。实战性是“荧光闪烁”项目课的主要特征，它为学生提供了一次设计并制造灯具的机会，通过实地演示来体验光对空间的重塑。课程把研究、测试和实验紧密结合，并提供跨学科的工具和方法，通过工作坊的实践教学模式来表现、模拟、设计和制造灯具，让学生掌握灯具作品的研究—概念—表现—优化—制造全过程的设计和制造技能。

2)以配套式教学为核心。课程采用讲座、实验与实作相结合的方式，通过理论介绍、案例分析、项目设计与制作的流程展开。在讲座中引导学生进行职业定位、建立批判性思维，并对现实社会存在的问题进行思考，实验室课程则针对软件、材料、建模工具等进行学习，把与灯具制作相关的理论、技术等分解到每次课程讲座与实验室教学中，再通过后续的课程作业进行实践加以强化。

3)以科技为支撑。最终的灯具作品所呈现出的工业化产品级效果，依托MIT强大的科技和实验室资源，可以迅速将概念性设计与实验室先进技术设备，如激光切割机、数控机床等相结合，保障设计落地的可行性。通过可编程的应用程序对具有蓝牙功能的LED光源进行控制，也是建立在这一基础之上。

4 “荧光闪烁”工作坊项目对我国建筑光学启蒙教育的启示

“荧光闪烁”工作坊项目体现了MIT的开创性研究和创新性教学，以先进的科学技术为支撑，坚持“实践型学习”的教学理念[6]，通过灯具的设计和制造培养学生在照明设计的创作能力，引导学生思考光与建筑空间之间的关系。而我国建筑高校在课程设置、师资背景、硬件设备等主客观方面与MIT相比存在一定差距，“荧光闪烁”工作坊的教学方式也未必完全适合我国高校，但其中的教学理念和方法值得借鉴和参考。

1)课程时间灵活化。课程时间的设置是当前影响建筑光学启蒙教育开展的最重要因素。MIT的独立活动月(IAP)为我们提供了一种思路，即在低年级学期课程以外额外加入建筑光学启蒙课程单元。在此种方式实施困难的情况下，还可以考虑与已有的建筑实践活动相结合。如重庆大学从2011年开始便在一年级开展以“建造”为主题的教学实践活动，在形态设计阶段已考虑到采光因素，在建造表皮肌理的过程中也有体现，在未来的建筑光学教学改革中会强化与“建造”活动的结合，将自然采光与照明系统设计纳入到建造过程里面。

2)设计活动实战化。课程围绕灯具的设计和制造过程展开，采用以基本概念引导、草图与软件相结合的方式进行方案设计，使用激光切割机、数控机床等工具进行模型输出。这种以实战性为导向的课程教学，对于缺乏设计基础、毫无实践经验的一年级新生来说，可以在短时间内熟悉整个流程，主动参与教学活动，自主建构知识体系，培养动手与解决实际问题的能力，从“被动学习”走向“能动学习”，有利于培养适应时代发展需要的“探究者”和“思考者”[9]。

3)专业交叉融合化。“荧光闪烁”工作坊项目涉及到了建筑光学、建筑设计、工业设计、草图、犀牛软件、程序设计、模型制作设备等相关专业知识，这种多专业交叉的课程教学有利于拓宽学生的知识面、培养实践能力、激发创新思维，但对于授课教师来说却是一个巨大的挑战。在国内现阶段的实际操作中，可采用各专业教师协同教学的方式。此外，教师要转变传统的单一传授型角色，在课堂教学之外还要承担设计顾问、技术指导的任务。在此基础上可借鉴MIT校外导师指导的模式，尝试教师资源共享，也可引入技术专家、照明工程师担任技术顾问，活化课堂教学。

5 结语

在新能源革命与环境危机的大背景下，建筑功能日趋复杂，人们对建筑舒适度与空间体验的要求不断提高[10]，建筑光学技术在建筑设计中发挥的作用越来越举足轻重。从职业发展的角度看，面对中国快速成长的建筑市场，国外建筑设计机构大量涌入，在日趋激烈的市场竞争背后实际是建筑教育的竞争。因此，以“他山之石”的视角，虚心学习国外知名院校在低年级阶段开展建筑光学教育的经验，顺应建筑学教育的发展趋势，不断拓展建筑技术教育的深度，对提高我国建筑教育的国际竞争力具有重要意义。但在实际的课程改革中，各院校应根据学科发展在不同侧面、不同层次上的差异性，采用多元化的课程教学模式，避免在实践运用中的僵化和机械化。

致谢：感谢麻省理工学院建筑与规划学院建筑系课程教师Paul Pettigrew对本文写作所提供的帮助。