模型模塊化教學對空間表達的重要性研究

姜程

摘要：提升學生對空間架構和思維表達的能力。通過對環境設計課程內容的解析，結合數字及實物模型教學方法的研究，分模塊導入相關課程，強調基礎研究與應用，加深學生對空間形態過程演化的理解。學生能夠較為系統的掌握本專業的設計方法。模型的模塊化教學有助于學生對空間的理解，有效提升課堂效率。

關鍵詞：空間表達 模塊化 模型 參數化

中圖分類號：J024 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）08-0106-03

引言

模型的模塊化是指結合不同階段課程內容，通過模型導入逐步深化學生對空間的理解，掌握空間設計方法及思維規律。本文中“空間表達”涵蓋環境設計專業基礎課程中的《造型基礎》《形態構成》《名作建構與解析》以及后續環境設計的專業課程，具體如：《室內設計》《景觀設計》等，是環境設計專業由基礎課程向專業課程過度的紐帶和橋梁。

項目課題以課程體系為載體，以模型導向的模塊化切入，重視過程推演模型，而不僅僅是最終模型的完成。通過加強學生基礎研究能力的培養，提高學生在推演較為復雜形態變化時的效率，為后續課程復雜空間中形態與功能組織，比例尺度，施工材料等內容打下基礎。通過模型提供參數化依據，印證設計可行性，增強學生在項目中分析能力和對實際落地項目的嚴謹性。課程中我們借助軟件但并不依附于軟件，強調軟件是用來表現想法的工具屬性，而非設計的主導。根據學生作業特點分析學生的設計思維及架構體系，幫助學生積累屬于自己的設計觀。

一、目前課程中存在的問題分析

（一）現有課程中軟件介入大多以結果為導向，不重視前期推演

過分看重軟件的效果表現，不重視過程的推演積累和邏輯性，使得學生缺乏對空間的自主思考，更多是拿來主義。設計研究過程的不足，也導致知識的斷層和碎片化，無法形成較為系統的空間架構，使得學生不能將相關思維方法應用到后續專業課程應用中去。

（二）設計方法不夠系統，重形態而輕結構

現有課程重形態而輕結構，學生缺乏對事物內在結構及原理的理解，解決問題的能力較差。學生對設計方法的使用和理解過于片面，嚴重影響學生后學對結構的理解和對材料的把握，不利于學生對后續項目落地等實質性工作的開展。

（三）對動手能力培養的認知不足

模型制作大多會以小組為單位完成，旨在培養學生間相互協作的能力，但對模型制作動手能力的培養缺乏細節導入和內容匹配。現實中部分學生參與度不高，甚至出現網上找代工的情況，教師針對出現問題也缺乏有針對性地引導，對空間模型的制作及形成過程的演化指導相對薄弱，使得學生對空間的組織沒有實質能力的提升，很難建立起屬于自己的設計思維。

（四）缺少數字模型模塊與實物模型模塊相互轉化和相互支撐的印證環節

模型的制作和生成是隨課程內容的深化，互為基礎和支撐的結果。單獨看最終模型往往不具有太多代表意義，也看不到思維的延續，特別是在學習方法的推導上。教師在保證基礎引導的前提下，強調課程每一環節結果的有效參考性，鼓勵學生做多種可能性嘗試，將數字模型的階段結果拿來付之于實物模型的制作，再通過對實物模型的優缺點分析形成修改方案。將實物模型根據需要修改的位置再次拍照，生成二維圖片并打印輸出，完善修改方案，再次生成修改后三維模型，對空間尺度進行驗證等，為達到理想效果，該過程往往會往復多次。

二、教學環節優化思路導出

現存問題直接影響到學生基礎創新思維的培養，因此，探索具體、可行的改革方案便顯得尤為重要。本項目結合課程內容設置，將模型模塊化導入不同階段課程，強調其在創新思維及空間形態表達重要性，使專業模型環節真正發揮應有的作用，具體優化思路如下：

（一）重視設計思維及分析方法的培養

項目課題不探討軟件自身的應用技法，而是結合課程內容需要適當導入相應軟件來幫助學生更好理解教師所傳達的信息。例如：在基礎課程中，我們要培養學生的觀察力和語言表達能力，而不強調事物的結構和模型的參數化。通過運用Photoshop中“液化”命令，將二維網格規律性的方向拉伸，再從中截取部分來研究和體會相鄰網格在受到力作用下發生的一系列變化。再借助其他命令進行反選，濾色，簡化，放大，拼貼之類得到被觀察事物的形態特征，而其中每一步驟都需要手繪的臨摹和抽象練習，并輔助于快速表達的實物草模，過程中強調語言的歸納和表達能力的培養。由于每位學生選擇的事物具有一定的差異性（我們會指定某一類），經過演化后，結果的差異性會更加凸顯，將不同同學的每一環節進行橫向對比分析，極大豐富了學生認識事物的眼界。根據學生接受情況，可以導入其他環境因素，如時間、光照、氣候等，通過條件設置和教師的方向引導，達到相關課程的教學目的。

引導學生重視對事物特征及規律的觀察環節，并深化和提煉有代表性的設計元素。通過研究其內在生理結構特點及外在表象關系，提高自己對事物形態理解及表現的駕馭能力，結合模型導入環節，為后續抽象的形態的應用提供理論分析基礎。

（二）強調過程的延展斷口邏輯性

延展性指的是設計過程中重要環節的橫向延展分析，突出設計過程的可能性;邏輯性是指在橫向延展分析基礎上的結果論證研究，突出設計結果的可行性。在設計基礎與理論方法講解的基礎上，突出因人而異的差異化教學，避免結果趨同性;重視學生失敗案例的分析交流，利于課堂的開放性和公正性。強調建筑與空間的關系，環境設計涉及到的空間是基于建筑存在的，使學生了解建筑形態及設計原理是做好空間設計的基礎。

（三）重視以實體模型為導向的驗證模塊

從完成情況及可行性分析的角度，建立模型評價體系，強調建構原理及放樣比例、節點支撐等，突出功能組織與空間形態的匹配關系，避免學生設計思維的“碎片化”以及一味從視覺角度過分強調“酷炫”為導向的形態至上的標準，重視學生的基礎研究能力培養，杜絕學生抄襲的可能性。

（四）重視研究能力培養，項目以數字模型為核心基礎模塊

借助SKETCHUP、3D MAX、RHINO及BIM軟件，強調課程分析及推演的過程導向，增強學生基礎形態及空間推演的系統性和邏輯性。具體如：二維圖形形態演化，網格的受力過程分析，空間的組織推演，不規則形態的優化分析等;以實體模型的完成情況及可行性分析為結果導向模塊，強調建構原理及放樣比例，突出功能組織與空間形態的匹配關系，重視學生的基礎研究能力培養。提升課堂效率，以模型導向的模塊化切入，提升學生解決問題的能力，強調數字模型與實體模型的支撐和印證關系。同時，數字化模型模塊的導入，為學生提供較為直觀的參數參照，大大提高學生在推演較為復雜形態變化的效率。

（五）強調動手能力的培養

數字模型和實物模型的制作，不僅僅是最終模型的呈現，而是為得到最終模型而進行大量分析和數據演化而來的過程模型，從教學效果上講，學生對通過自己動手得來的結果會更加認可。在制作的過程中，除了能夠讓學生多角度印證自己的想法，更多的是旨在培養學生自我糾錯自我學習的能力。學生任何環節實物模型的制作都需要演算和實際放樣，再加之隨機出現的意外因素，極大地擴充了學生的想象力，同時也利于學生間的交流。

（六）將軟件學習分模塊植入專業課程中

本專業現有計算機輔助課程共計112課時，為大一學生課程。內容涵蓋Photoshop，AUTO CAD和Sketch up三個軟件，就軟件課程自身而言，教師在課程中會講得較為深入和全面，但就教學效果而言并不理想。學生在大一的課程中只用到軟件的基礎部分，很多專業性較強的內容學生也認識不到其重要性。后續課程中在這三款軟件基礎上穿插多個三維軟件，由于缺乏實際應用導入，導致學生先前學到的內容很快被遺忘，無法建立與后續課程環節的聯系，很難達到預期效果。如將現有課時量以16課時為單位進行劃分，根據課程需要，導入相關軟件內容支撐，反而會對教學效率的提升有很大幫助。

（七）結合課程內容開展上下年級學生課程聯展

根據課程內容盡量做到上下年級學生課程聯展，不僅僅是課程結課作業展，更多強調課程每一環節的過程展。通過展示學生更加重視平時作業質量，各班的橫向對比使得學生相互學習和借鑒，極大提高學生的積極性和被認可程度;通過上下年級的縱向對比，了解和學習模型在后續專業課程中的呈現深化程度，明確各階段模型導入環節的要點。組織教師進行綜合點評，對部分優秀學生作品予以表揚和鼓勵。

（八）逐步建立基于模塊化的評價體系

模型的導入貫穿了整個環境設計專業的課程，但針對課程體系如何細化評價指標，引導學生重視前期研究方法等環節做得還不夠。不管是二維還是三維模型，其建立的邏輯都是比較嚴謹的，結合模塊化教改的嘗試，落實思維導圖及結果模式，為學生學習提供參照。同時，課程采用多元化評價指標，突出了考核內容的系統性、設計性和可操作性。

三、實踐教學中課程內容模塊化的分解

對空間表達的研究都需要建立在大量的數字模型和實體模型推演和制作基礎之上，特別是基礎課程部分，其中二維模塊：網格參照導入、自然形態研究、幾何圖形組合，具體應用多以鋪裝，圖案和色彩的形式出現：三維模塊：空間框架、空間結構、空間功能、空間形態、空間界面、材料肌理，多用于商業空間設計。而我們強調的思維邏輯和整體性時，導入綜合的設計方法理論，借助于二維網格參照推演，仿生圖形形態演化，空間功能及界面的組織研究，主題化的設計體系理論等。模型的導入學習要從二維系統的重新認知開始，細化課程內容，強調邏輯的嚴謹性，具體在課程中的應用大致如下：

（一）靜態網格在課程中的基礎參照作用

比例和尺度關系的掌握是學生在空間設計前期課程中的重難點，空間尺度比較抽象，小的室內空間可以借助鋪裝尺寸去建立空間尺度認知。但是，在《景觀設計》課程中，室外的規劃就必須要借助于數字網格的參照，按比例對場地進行規劃，明確坐標和相對距離，如何放線施工，繪制等高線等，通過比例的差異化或位置的特殊性形成特別的視覺效果。在明確比例與尺度關系后，在方案細化過程中也大量地用到了數字網格的參照作用，特別是鋪裝的設計。另外，模型的比例決定了模型的簡化程度，同時也是模型表現與材質選擇的關鍵性要素。

如在《景觀設計》課程中，鋪裝圖案形狀的排布;不同材質的選擇使用;色調的不同搭配;光影的相互關系等。學生借助計算機完成較為復雜的鋪裝排布，以及為呈現良好效果而在最終方案中采用的規格、數量等，可為后續成本核算提供必要參照依據，結合材料調研有針對性地補強實踐部分。另外，可以利用網格的變形或重組，與其他底形態的相交相切形成多種可用圖案，也突顯了數字網格帶來的可能性和創造性。

此外，我們在研究和學習傳統園林時，也是通過二維網格去梳理園林平面布局的占比和尺度關系。在專門開設中國古典園林設計課程的部分院校中，雖將手工模型的制作作為課程作業，但未對手工模型的制作方法進行詳細闡述，而通過模型的分層歸類，在確定尺度關系的基礎上梳理其中主要呈現材質及色彩，結合數字建模推敲，為實物建模打下基礎。

（二）網格的動態參照作用以及在對空間依附性和趨動性研究

設計表達中的節奏和秩序是建立在對網格熟練架構的基礎上。造型課程中，二維到三維的推演過程，通過“力”的模擬，研究相鄰格子間的受力變形關系。根據需要對格子進行組織，逐步明確空間基于功能所需的形式感，由網格作參照，方便學生了解和掌握空間組織的設計方法。在二維網格基礎上將其部分形態向上拉伸使之脫離原有基面，受力點及周邊形態因受力程度的遞減其高度成緩坡狀，將受力點進行支持固定，便形成了簡單的三維空間。同樣方法，如果在此基礎上將受力點向下拖拽，以基面為參照，便形成了一個內嵌式的，向下的空間。學生通過這樣的練習能夠較快建立空間理念，對后續復雜空間的理解打下了基礎。

（三）借助數字化推演完成復雜結構搭建和異形建模

由于設計需要，特別是在概念設計中，我們經常會碰到一些異形或不規則的空間形態表達，那么過程如何去推敲，如何拆解各個空間節點，完成有效銜接，都必須借助于數字模型的參數化設計。另外，科學的將影響空間的各種因素，植入到設計初期的參數模型中，對生成的結構形態進行調控，是教師在專業課程中需要把控的重要環節。通常面對復雜形態我們用軟件Grasshopper或者BIM，Grasshopper參數化模型可以完整記錄起始模型和最終模型的建模過程，每一環節都可單獨生成獨立模型成品，且每一階段的變量參數都可以控制和更改，從而達到通過簡單改變模型或相關變量就能改變空間模型最終形態的效果。而BIM建模不僅支持建筑幾何圖形建模，還能為其賦予建筑構造屬性，使其具有材料、構造等參數特性，并將構造屬性與幾何形狀信息關聯，可有效支持建筑設計建模過程，為學生理解空間提供可視化信息。通過該環節推敲，結合實物模型的制作，確定最終尺寸和施工圖，完成較為復雜方案驗證。

（四）結合物性實驗與數字建模參照，完成空間界面肌理感表現。

物性試驗是我們對材料特性及肌理表現研究的重要環節，實驗的隨機性可以為我們的后續創作提供了可能，特別是結合材質自身屬性實現“剛”、“柔”轉換等情況，比如：將紙結合折痕設計使其呈現出較為剛性的“特點”;將石膏或水泥結合柔性模板制作出衣服褶皺之類的“柔和”形態。但基礎的記錄、測算、表現和復原肌理形態等都必須借助數字模型環節。在《商業空間設計》及《會展設計》等課程中，基于商業項目特點，我們除了對空間功能及布局的合理規劃，還要根據商業主題，突出空間的呈現形式感。通過將界面間的協調，導入空間的色彩比例和明暗關系，結合燈光照明，實現材料肌理的綜合呈現等。經過大量前期推敲，將設定的材質和肌理感與空間主題相匹配，得到方案最終的優化效果。

（五）通過數字模型提升空間體驗感受。

《名作解構與分析》和《中國傳統民居》課程中，我們大多情況無法對實地進行考察，但通過對代表建筑的數字模型復建，可以了解相關尺寸和空間布局關系，較為直觀地將建筑以三維的形式呈現，并且可以實現各個剖面的獲取，為學生提供有效參考和經驗學習，避免了以往該課程產生的不確定性。以薩伏依別墅為例，通過草圖大師將模型進行橫截面和剖面顯示，提升了學生的接受度和學習效率，如圖1。

在《人體工程學》和《室內設計》課程中，通過三維軟件模擬人的行為尺度和探討空間組織的有效性等，加深學生對空間的理解。

（六）提升造型基礎研究中的圖形采集和數據整理的有效性。

《設計基礎》和《造型基礎》是本專業核心基礎課，涵蓋形態造型、色彩呈現以及材質實驗等內容。在觀察事物特征并進行抽象處理的基礎上通過擴印進行大量的臨摹練習，提升其對細微特征的敏感度，掌握形態基本特征和規律。建筑大師弗蘭克.蓋里曾提到“將那些概念轉化為素描和積木模型，是我創作過程中的關鍵，透過那些模型來進行思考，可以更有效地解決設計過程中所遇到問題，引領我找到了自己的表達方式”。通過古根海姆博物館的設計，我們可以體會弗蘭克.蓋里在對事物特征和規律很好把握的情況下，將元素抽象重組給我們帶來的視覺震撼。好的作品建立在細微觀察基礎之上，對學生強調生活中觀察習慣的養成，重視身邊的點滴積累和數據整理。例如：當我們在樹蔭下，觀察到枝干在地面上呈現出的二維投影，隨著外力作用發生一定的有規律性的變化，觀察和理解三維物體（空間）在光的作用下投射到二維平面的情況。又如水面上的睡蓮，隨著水流動的方向產生隨機的組合排列，而這些排列直接影響蓮葉下光透過水產生的效果，進而影響水面下的空間等。通過這一環節的練習，使學生通過對二維“動態”的觀察研究，逐步理解在“力”作用下，三維空間變化關系的多種可能性。

自然形態的物理構造是空間構造合理性的重要參考，對人們建造和設計空間有著重要的啟示。在對形態特征有一定了解后進行疊加或交錯等處理，在得到的二維圖樣基礎上強化或者簡化特征的這種交集，將現有形態進行抽象分解和形態上的重新組合，使之得到我們想要的設計元素，而這些都要借助數字模型來搭建和完成。通過獲取基本特征的構成數據和該類事物中具有代表性的其他事物的橫向對比和數據采集，做好形態分類和共通性研究，不斷補充和完善現有設計方法，進一步提升課堂教學質量。

結語

通過數字模型及實物模型模塊的導入，加強學生基礎研究能力的培養，提升學生的創新思維和解決問題的能力，不僅為后續課程復雜空間內容打下基礎，也為融合學科提供了多種可能。在本專業的應用上，學生通過對事物特征的積累和學習，明確形態及材料機理在空間組織中的呈現方式，使學生逐步建立自己對于空間表達的特別語言和審美秩序。在后續的課程中我們會繼續探討研究相關教學方法，以更多實例和數據充實本項目，進一步提升本專業教學質量。