生态纺织艺术与STEM教育：交叉学科的对话

2024-02-26柴佳彤汤力

艺术科技 2024年2期

柴佳彤汤力

基金项目：本论文为2023年度辽宁师范大学大学生创新训练计划资助项目“生态纺织艺术：基于可持续发展原则的纺织艺术研究与探索”成果，项目编号：202310165004

摘要：目的：文章旨在探索生态纺织艺术与STEM教育融合的可能性，探讨如何将传统与现代学科相结合，从而为学生提供更全面、创新且实用的教育经验。方法：文章对生态纺织艺术的发展史以及STEM教育的核心理念和方法进行梳理，设计实施一个名为“从农田到时装秀”的跨学科项目。该项目鼓励学生深入农田，选择和采集生态纺织材料，利用STEM原则和方法进行分析和设计，最终完成一个环保时装作品，并在时装秀中展示。结果：生态纺织艺术与STEM教育的融合为学生提供了一个独特的学习平台，使学生能够从多个角度认识和思考问题，培养他们的创新思维和跨学科合作能力。学生通过项目不仅能学到生态纺织的基本技能和知识，还能够了解如何利用科学的方法进行设计和制作。结论：将生态纺织艺术与STEM教育相结合，可以为学生提供全面且实用的教育体验。这种跨学科的教学方法不仅有助于培养学生的创新思维，还有助于他们建立一个更完整和系统的世界观。随着社会不断发展，生态纺织艺术与STEM教育的融合将给未来的教育带来新的机遇和挑战。

关键词：生态纺织艺术；STEM教育；交叉学科

中图分类号：TS10-4；G434 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2024）02-00-03

0 引言

进入21世纪，跨学科融合的重要性与必要性日益凸显。随着全球性生态问题的持续加剧，传统的单一学科已无法解决当下的复杂问题。在这样的背景下，生态纺织艺术与STEM教育之间的融合引起了广泛关注，因为它们都注重实践、创新和解决实际问题。

1 生态纺织艺术与STEM教育概述

1.1 生态纺织艺术的定义与历史演变

生态纺织艺术在纺织领域中融合了环境可持续性与传统技艺，与自然和谐共生［1］。随着时间推移，其关注点从简单的共生转向强调环境保护、使用可再生资源和低碳生产。工业革命加剧了纺织业对环境的冲击，导致了资源过度消耗和环境污染。对此，生态纺织艺术倡导使用环保材料和低消耗生产方式，体现了其对自然的尊重和对人与服饰新型关系的哲学

思考［2］。

1.2 STEM教育的历史背景与定义

STEM教育，代表科学、技术、工程和数学领域的综合体系［3］，是20世纪后期全球化和技术创新背景下的教育回应，强调学科间的互联性和实际应用，着重培养学生的跨界思考、合作和创新能力。STEM教育旨在解决21世纪的复杂问题，能为学生提供与真实世界相关的学习经验，培养其批判性思考的能力。与传统学科教育相比，STEM教育不仅关注纯学术培养，更重视为社会培养具备宽广视野、多学科知识和技能的人才，确保他们不仅能适应快速变化的现代社会，还能领导和创新，为应对当今社会的复杂挑战提供了一个全新的教育框架［4］。

2 交叉学科的探索：生态纺织与STEM的交汇点

2.1 技术在生态纺织设计与制作中的作用

技术在生态纺织设计与制造中桥接了传统工艺与现代可持续观念。通过数字化和自动化建设，设计师能够模拟材料性能和优化纺织结构，而智能制造技术则确保了能源的高效使用。生物技术和纳米技术为纺织材料带来了更多环保选择，不仅推进了设计与生产的创新，还将纺织的功能与环保理念结合起来［5］。

2.2 工程方法在生态纺织材料与技术选择中的应用

工程方法的应用增强了生态纺织材料与技术选择的科学性与精确性，推动了对材料性能的定量分析、生命周期评估以及外部环境因子的系统考虑。计算机模拟和有限元分析等先进技术能模拟纺织材料在各种环境下的行为，从而为设计师提供有关材料应用和改进的深入信息。同时，工程方法也为纺织材料与技术的可持续性构建了一种量化评估框架，通过工程经济学、风险评估和供应链管理，确保纺织的生产和使用在经济、社会和环境三个维度都达到最佳状态，从而为纺织产业的可持续发展打下坚实的技术基础［6］。

2.3 生态纺织中的数学模型与结构逻辑

生态纺织中的数学模型与结构逻辑的结合反映了从抽象数学概念到纺织实践的深入探索。纺织材料的微观性能和宏观功能都可以通过数学模型精确描述出来［7］，如利用偏微分方程描述纤维的应力—应变关系，预测其在不同环境中的行为。同时，结构逻辑着重于纺织品的宏观设计，如怎样满足保温、吸湿或抗菌等特定需求。随着计算技术和机器学习的发展，现在可以模拟并优化复杂的纺织结构，为纺织品的生态优化带来了更多可能，在传统纺织工艺和现代科技之间架起了一座桥梁，为未来的生态纺织设计和制造提供了新的思路［8］。

2.4 科学原理与生态纺织材料的兼容与选择

科学原理与生态纺织材料的兼容与选择之间存在一种微妙的关联。从原子结构到宏观属性，科学原理解码了纺织材料内在的物理和化学性质，为其环境响应性、持久性及功能性提供了理论支持。例如，纤维的分子排列、晶体结构和化学键的性质决定了材料的强度、伸缩性和吸湿性。同时，随着纳米技术、生物合成技術等的发展，不仅能在现有材料库中选择材料，还能设计出全新的生态纺织材料。这些创新材料具有更强的循环利用能力、更快的降解速度和更高的能源使用效率。可见，科学原理为生态纺织材料的选择提供了一个多维度、深层次的筛选和优化平台，确保所选材料在环境、社会和经济三个维度上具有真正的可持续性。

3 将生态纺织艺术融入STEM课程的途径

将生态纺织艺术融入STEM课程不仅是打破学科壁垒的一次尝试［9］，更为学生开辟了一个探寻自然、科技和艺术交集的新世界。其具体有两大核心思路指引融合过程：内容交融和教学方法创新。从内容角度看，生态纺织涉及的材料选择、生产流程及环境考量是生物、化学和物理的教学内容［10］。在教学方法上，强调艺术的感性和STEM的理性相结合。可开展项目式学习，让学生设计一个美观且环保的纺织品，并运用所学知识优化其功能。将生态纺织艺术融入STEM课程，能够培养学生的批判性思维和跨学科协作能力，为他们应对未来的挑战打好基础。

4 教育实践：案例设计“从农田到时装秀”

4.1 农田实践

学生被带到当地的生态农田中，亲身参与生态纺织原材料的种植与收获，并进行土壤质量和水质的科学测试，引导学生利用化学和生物学知识分析数据，了解农田生态平衡的重要性［11］。

4.2 材料科学与艺术性探索

为了确保所选材料符合生态和可持续性标准，学生会深入研究各种材料，如有机棉、麻、竹纤维和再生纤维，研究其生产过程、碳足迹和最终产物的耐用性。同时对材料生命周期进行评估，从原材料的种植、采集，到纤维的制备、染色、织造，再到最终产品的使用和回收，都应被纳入考虑范围。

在艺术性方面，学生应在设计中融入个人理念。通过材料科学的前期研究，学生了解到不同的纤维或处理方式适合不同的艺术表达。在染色方法的选择上，采用天然染料不仅更环保，还能使布料具有独特的质感，同时与生态主题相呼应。学生应探索如何将传统工艺与现代设计相结合，设计出具有文化内涵的作品。学生需要深入研究各种技术，以保持材料的原生态特性，并达到想要的艺术效果，如使用低温染色技术以减少能源消耗，或采用水性印花材料来减少化学污染。

为了培养学生的创新思维和跨学科合作能力，可以举办相关研讨会，使学生有机会与科学家和艺术家交流，共同探讨如何将材料科学与艺术性相结合，创造出既美观又环保的作品［12］。

4.3 技术与工艺的创新实践

从初步的想法到最终的成品，每一个步骤都体现了对新技术的尝试和对传统工艺的创新。为了使纺织品具有更好的生态属性，本次设计引入了数字化织造技术。这种技术可以准确控制纱线的张力，使布料在没有任何化学添加剂的情况下拥有最佳的质地。同时，这种技术还为学生提供了更高的设计自由度，有助于他们创造出更复杂、细致的图案。为了最大限度地保留天然纤维的环保特性，设计还采用了最新的生物酶处理技术。与传统的化学处理相比，生物酶处理不仅对环境无害，还能够提高纤维的柔软性和强度，更适合高品质的服装制作。在染色过程中，为了避免化学染料对环境造成影响，本次设计采用植物和微生物染料，并利用3D打印技术实现精细的局部染色［13］。这一技术的运用使染色过程更为环保，同时也为服装提供了独特的色彩和质感。与此同时，学生还对传统工艺进行了深入的探索和创新。引入了手工刺绣、手工编织和手工打结等传统工艺，将其与现代设计理念相结合，创造出既具有传统文化底蕴、又符合现代审美的艺术品。这一探索不仅提升了服装的艺术价值，还为传统工艺的传承和发展提供了新的可能［14］。

4.4 时装秀的策划与实施

时装秀的策划与实施是整个项目的高潮。学生充分理解了生态纺织艺术的核心理念，并以此为出发点，设计了一个既具有艺术性、又强调可持续性的主题，即“自然的脉络”。整场秀的灯光、音乐和布景都围绕这一主题展开，营造出了一个让人仿佛置身自然之中的梦幻场景。为了更好地呈现服装与自然的和谐关系，时装秀选择室外的草坪作为秀场，并在草坪上投影出一片“动态的农田”，模拟农作物的生长过程。这种布置不仅增强了观众的沉浸感，还为模特们提供了一个独特的展示空间。

在项目实施过程中，学生团队注重每一个细节，从模特的走位、灯光的变化到背景音乐的律动，都经过了精心设计与调试，确保整场秀的流畅与高潮迭起。“从农田到时装秀”项目完美地展现了生态纺织艺术与STEM教育的交融与创新，为行业发展提供了一个全新的视角［15］。

5 结语

生态纺织艺术与STEM教育体现了当代学术与工业界追求多学科整合与应用的重要趋势。“从农田到时装秀”这一项目作为研究的核心案例，彰显了生态纺织在科技、工程和数学领域的创新应用，及其在可持续教育中扮演的关键角色。此项目的每一个环节都凸显了交叉学科的重要意义，证明了技术和艺术可以交叉相融，从而为教育界和纺织行业发展提供新的视角。未来的研究和实践应该进一步深化，以推动生态纺织与STEM教育在全球范围内的广泛交融。

参考文献：

［1］王芸芸.生态文明发展下的现代服装设计：评《生态纺织服装绿色设计》［J］.环境工程，2020，38（7）：147.

［2］赵林.生态纺织体系对可持续发展的影响［J］.纺织科学研究，2020（7）：74-76.

［3］张娜钰，赵慧臣.艺术与STEM课程融合的方法和路径：促进STEAM教育的实现［J］.中国教育信息化，2020（14）：1-6.

［4］徐土根，许嘉盈，陆吉健. STEM视角下中国和南非初中科学教材的比较研究［J］.比较教育学报，2023（5）：160-172.

［5］郑晓敏.生态纺织材料在现代服装中的应用及趋势研究［J］.黑龙江纺织，2021（1）：12-14.

［6］王大鹏.生态纺织材料在现代服装中的应用［J］.化纤与纺织技术，2021，50（3）：56-57.

［7］李璇. STEM视角下艺术教育和小学数学融合分析［J］.华夏教师，2022（9）：94-96.

［8］翟敬群.科技与艺术在STEM课程中的再解构［J］.中国教育学刊，2020（S2）：116-117.

［9］周文娟，陈彪. STEM教育理念融于小学美术课堂教学的实践研究［J］.安徽教育科研，2023（26）：83-85.

［10］杨家权.基于STEM教育理念的初中生物教学模式［J］.亚太教育，2023（16）：16-18.

［11］黃喆瑾. STEM教育理念下以儿童为主的“微农场”园本课程建设［J］.华人时刊（校长），2023（8）：68-69.