模型模块化教学对空间表达的重要性研究

姜程

摘要：提升学生对空间架构和思维表达的能力。通过对环境设计课程内容的解析，结合数字及实物模型教学方法的研究，分模块导入相关课程，强调基础研究与应用，加深学生对空间形态过程演化的理解。学生能够较为系统的掌握本专业的设计方法。模型的模块化教学有助于学生对空间的理解，有效提升课堂效率。

关键词：空间表达 模块化 模型 参数化

中图分类号：J024 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）08-0106-03

引言

模型的模块化是指结合不同阶段课程内容，通过模型导入逐步深化学生对空间的理解，掌握空间设计方法及思维规律。本文中“空间表达”涵盖环境设计专业基础课程中的《造型基础》《形态构成》《名作建构与解析》以及后续环境设计的专业课程，具体如：《室内设计》《景观设计》等，是环境设计专业由基础课程向专业课程过度的纽带和桥梁。

项目课题以课程体系为载体，以模型导向的模块化切入，重视过程推演模型，而不仅仅是最终模型的完成。通过加强学生基础研究能力的培养，提高学生在推演较为复杂形态变化时的效率，为后续课程复杂空间中形态与功能组织，比例尺度，施工材料等内容打下基础。通过模型提供参数化依据，印证设计可行性，增强学生在项目中分析能力和对实际落地项目的严谨性。课程中我们借助软件但并不依附于软件，强调软件是用来表现想法的工具属性，而非设计的主导。根据学生作业特点分析学生的设计思维及架构体系，帮助学生积累属于自己的设计观。

一、目前课程中存在的问题分析

（一）现有课程中软件介入大多以结果为导向，不重视前期推演

过分看重软件的效果表现，不重视过程的推演积累和逻辑性，使得学生缺乏对空间的自主思考，更多是拿来主义。设计研究过程的不足，也导致知识的断层和碎片化，无法形成较为系统的空间架构，使得学生不能将相关思维方法应用到后续专业课程应用中去。

（二）设计方法不够系统，重形态而轻结构

现有课程重形态而轻结构，学生缺乏对事物内在结构及原理的理解，解决问题的能力较差。学生对设计方法的使用和理解过于片面，严重影响学生后学对结构的理解和对材料的把握，不利于学生对后续项目落地等实质性工作的开展。

（三）对动手能力培养的认知不足

模型制作大多会以小组为单位完成，旨在培养学生间相互协作的能力，但对模型制作动手能力的培养缺乏细节导入和内容匹配。现实中部分学生参与度不高，甚至出现网上找代工的情况，教师针对出现问题也缺乏有针对性地引导，对空间模型的制作及形成过程的演化指导相对薄弱，使得学生对空间的组织没有实质能力的提升，很难建立起属于自己的设计思维。

（四）缺少数字模型模块与实物模型模块相互转化和相互支撑的印证环节

模型的制作和生成是随课程内容的深化，互为基础和支撑的结果。单独看最终模型往往不具有太多代表意义，也看不到思维的延续，特别是在学习方法的推导上。教师在保证基础引导的前提下，强调课程每一环节结果的有效参考性，鼓励学生做多种可能性尝试，将数字模型的阶段结果拿来付之于实物模型的制作，再通过对实物模型的优缺点分析形成修改方案。将实物模型根据需要修改的位置再次拍照，生成二维图片并打印输出，完善修改方案，再次生成修改后三维模型，对空间尺度进行验证等，为达到理想效果，该過程往往会往复多次。

二、教学环节优化思路导出

现存问题直接影响到学生基础创新思维的培养，因此，探索具体、可行的改革方案便显得尤为重要。本项目结合课程内容设置，将模型模块化导入不同阶段课程，强调其在创新思维及空间形态表达重要性，使专业模型环节真正发挥应有的作用，具体优化思路如下：

（一）重视设计思维及分析方法的培养

项目课题不探讨软件自身的应用技法，而是结合课程内容需要适当导入相应软件来帮助学生更好理解教师所传达的信息。例如：在基础课程中，我们要培养学生的观察力和语言表达能力，而不强调事物的结构和模型的参数化。通过运用Photoshop中“液化”命令，将二维网格规律性的方向拉伸，再从中截取部分来研究和体会相邻网格在受到力作用下发生的一系列变化。再借助其他命令进行反选，滤色，简化，放大，拼贴之类得到被观察事物的形态特征，而其中每一步骤都需要手绘的临摹和抽象练习，并辅助于快速表达的实物草模，过程中强调语言的归纳和表达能力的培养。由于每位学生选择的事物具有一定的差异性（我们会指定某一类），经过演化后，结果的差异性会更加凸显，将不同同学的每一环节进行横向对比分析，极大丰富了学生认识事物的眼界。根据学生接受情况，可以导入其他环境因素，如时间、光照、气候等，通过条件设置和教师的方向引导，达到相关课程的教学目的。

引导学生重视对事物特征及规律的观察环节，并深化和提炼有代表性的设计元素。通过研究其内在生理结构特点及外在表象关系，提高自己对事物形态理解及表现的驾驭能力，结合模型导入环节，为后续抽象的形态的应用提供理论分析基础。

（二）强调过程的延展断口逻辑性

延展性指的是设计过程中重要环节的横向延展分析，突出设计过程的可能性;逻辑性是指在横向延展分析基础上的结果论证研究，突出设计结果的可行性。在设计基础与理论方法讲解的基础上，突出因人而异的差异化教学，避免结果趋同性;重视学生失败案例的分析交流，利于课堂的开放性和公正性。强调建筑与空间的关系，环境设计涉及到的空间是基于建筑存在的，使学生了解建筑形态及设计原理是做好空间设计的基础。

（三）重视以实体模型为导向的验证模块

从完成情况及可行性分析的角度，建立模型评价体系，强调建构原理及放样比例、节点支撑等，突出功能组织与空间形态的匹配关系，避免学生设计思维的“碎片化”以及一味从视觉角度过分强调“酷炫”为导向的形态至上的标准，重视学生的基础研究能力培养，杜绝学生抄袭的可能性。

（四）重视研究能力培养，项目以数字模型为核心基础模块

借助SKETCHUP、3D MAX、RHINO及BIM软件，强调课程分析及推演的过程导向，增强学生基础形态及空间推演的系统性和逻辑性。具体如：二维图形形态演化，网格的受力过程分析，空间的组织推演，不规则形态的优化分析等;以实体模型的完成情况及可行性分析为结果导向模块，强调建构原理及放样比例，突出功能组织与空间形态的匹配关系，重视学生的基础研究能力培养。提升课堂效率，以模型导向的模块化切入，提升学生解决问题的能力，强调数字模型与实体模型的支撑和印证关系。同时，数字化模型模块的导入，为学生提供较为直观的参数参照，大大提高学生在推演较为复杂形态变化的效率。

（五）强调动手能力的培养

数字模型和实物模型的制作，不仅仅是最终模型的呈现，而是为得到最终模型而进行大量分析和数据演化而来的过程模型，从教学效果上讲，学生对通过自己动手得来的结果会更加认可。在制作的过程中，除了能够让学生多角度印证自己的想法，更多的是旨在培养学生自我纠错自我学习的能力。学生任何环节实物模型的制作都需要演算和实际放样，再加之随机出现的意外因素，极大地扩充了学生的想象力，同时也利于学生间的交流。

（六）將软件学习分模块植入专业课程中

本专业现有计算机辅助课程共计112课时，为大一学生课程。内容涵盖Photoshop，AUTO CAD和Sketch up三个软件，就软件课程自身而言，教师在课程中会讲得较为深入和全面，但就教学效果而言并不理想。学生在大一的课程中只用到软件的基础部分，很多专业性较强的内容学生也认识不到其重要性。后续课程中在这三款软件基础上穿插多个三维软件，由于缺乏实际应用导入，导致学生先前学到的内容很快被遗忘，无法建立与后续课程环节的联系，很难达到预期效果。如将现有课时量以16课时为单位进行划分，根据课程需要，导入相关软件内容支撑，反而会对教学效率的提升有很大帮助。

（七）结合课程内容开展上下年级学生课程联展

根据课程内容尽量做到上下年级学生课程联展，不仅仅是课程结课作业展，更多强调课程每一环节的过程展。通过展示学生更加重视平时作业质量，各班的横向对比使得学生相互学习和借鉴，极大提高学生的积极性和被认可程度;通过上下年级的纵向对比，了解和学习模型在后续专业课程中的呈现深化程度，明确各阶段模型导入环节的要点。组织教师进行综合点评，对部分优秀学生作品予以表扬和鼓励。

（八）逐步建立基于模块化的评价体系

模型的导入贯穿了整个环境设计专业的课程，但针对课程体系如何细化评价指标，引导学生重视前期研究方法等环节做得还不够。不管是二维还是三维模型，其建立的逻辑都是比较严谨的，结合模块化教改的尝试，落实思维导图及结果模式，为学生学习提供参照。同时，课程采用多元化评价指标，突出了考核内容的系统性、设计性和可操作性。

三、实践教学中课程内容模块化的分解

对空间表达的研究都需要建立在大量的数字模型和实体模型推演和制作基础之上，特别是基础课程部分，其中二维模块：网格参照导入、自然形态研究、几何图形组合，具体应用多以铺装，图案和色彩的形式出现：三维模块：空间框架、空间结构、空间功能、空间形态、空间界面、材料肌理，多用于商业空间设计。而我们强调的思维逻辑和整体性时，导入综合的设计方法理论，借助于二维网格参照推演，仿生图形形态演化，空间功能及界面的组织研究，主题化的设计体系理论等。模型的导入学习要从二维系统的重新认知开始，细化课程内容，强调逻辑的严谨性，具体在课程中的应用大致如下：

（一）静态网格在课程中的基础参照作用

比例和尺度关系的掌握是学生在空间设计前期课程中的重难点，空间尺度比较抽象，小的室内空间可以借助铺装尺寸去建立空间尺度认知。但是，在《景观设计》课程中，室外的规划就必须要借助于数字网格的参照，按比例对场地进行规划，明确坐标和相对距离，如何放线施工，绘制等高线等，通过比例的差异化或位置的特殊性形成特别的视觉效果。在明确比例与尺度关系后，在方案细化过程中也大量地用到了数字网格的参照作用，特别是铺装的设计。另外，模型的比例决定了模型的简化程度，同时也是模型表现与材质选择的关键性要素。

如在《景观设计》课程中，铺装图案形状的排布;不同材质的选择使用;色调的不同搭配;光影的相互关系等。学生借助计算机完成较为复杂的铺装排布，以及为呈现良好效果而在最终方案中采用的规格、数量等，可为后续成本核算提供必要参照依据，结合材料调研有针对性地补强实践部分。另外，可以利用网格的变形或重组，与其他底形态的相交相切形成多种可用图案，也突显了数字网格带来的可能性和创造性。

此外，我们在研究和学习传统园林时，也是通过二维网格去梳理园林平面布局的占比和尺度关系。在专门开设中国古典园林设计课程的部分院校中，虽将手工模型的制作作为课程作业，但未对手工模型的制作方法进行详细阐述，而通过模型的分层归类，在确定尺度关系的基础上梳理其中主要呈现材质及色彩，结合数字建模推敲，为实物建模打下基础。

（二）网格的动态参照作用以及在对空间依附性和趋动性研究

设计表达中的节奏和秩序是建立在对网格熟练架构的基础上。造型课程中，二维到三维的推演过程，通过“力”的模拟，研究相邻格子间的受力变形关系。根据需要对格子进行组织，逐步明确空间基于功能所需的形式感，由网格作参照，方便学生了解和掌握空间组织的设计方法。在二维网格基础上将其部分形态向上拉伸使之脱离原有基面，受力点及周边形态因受力程度的递减其高度成缓坡状，将受力点进行支持固定，便形成了简单的三维空间。同样方法，如果在此基础上将受力点向下拖拽，以基面为参照，便形成了一个内嵌式的，向下的空间。学生通过这样的练习能够较快建立空间理念，对后续复杂空间的理解打下了基础。

（三）借助数字化推演完成复杂结构搭建和异形建模

由于设计需要，特别是在概念设计中，我们经常会碰到一些异形或不规则的空间形态表达，那么过程如何去推敲，如何拆解各个空间节点，完成有效衔接，都必须借助于数字模型的参数化设计。另外，科学的将影响空间的各种因素，植入到设计初期的参数模型中，对生成的结构形态进行调控，是教师在专业课程中需要把控的重要环节。通常面对复杂形态我们用软件Grasshopper或者BIM，Grasshopper参数化模型可以完整记录起始模型和最终模型的建模过程，每一环节都可单独生成独立模型成品，且每一阶段的变量参数都可以控制和更改，从而达到通过简单改变模型或相关变量就能改变空间模型最终形态的效果。而BIM建模不仅支持建筑几何图形建模，还能为其赋予建筑构造属性，使其具有材料、构造等参数特性，并将构造属性与几何形状信息关联，可有效支持建筑设计建模过程，为学生理解空间提供可视化信息。通过该环节推敲，结合实物模型的制作，确定最终尺寸和施工图，完成较為复杂方案验证。

（四）结合物性实验与数字建模参照，完成空间界面肌理感表现。

物性试验是我们对材料特性及肌理表现研究的重要环节，实验的随机性可以为我们的后续创作提供了可能，特别是结合材质自身属性实现“刚”、“柔”转换等情况，比如：将纸结合折痕设计使其呈现出较为刚性的“特点”;将石膏或水泥结合柔性模板制作出衣服褶皱之类的“柔和”形态。但基础的记录、测算、表现和复原肌理形态等都必须借助数字模型环节。在《商业空间设计》及《会展设计》等课程中，基于商业项目特点，我们除了对空间功能及布局的合理规划，还要根据商业主题，突出空间的呈现形式感。通过将界面间的协调，导入空间的色彩比例和明暗关系，结合灯光照明，实现材料肌理的综合呈现等。经过大量前期推敲，将设定的材质和肌理感与空间主题相匹配，得到方案最终的优化效果。

（五）通过数字模型提升空间体验感受。

《名作解构与分析》和《中国传统民居》课程中，我们大多情况无法对实地进行考察，但通过对代表建筑的数字模型复建，可以了解相关尺寸和空间布局关系，较为直观地将建筑以三维的形式呈现，并且可以实现各个剖面的获取，为学生提供有效参考和经验学习，避免了以往该课程产生的不确定性。以萨伏依别墅为例，通过草图大师将模型进行横截面和剖面显示，提升了学生的接受度和学习效率，如图1。

在《人体工程学》和《室内设计》课程中，通过三维软件模拟人的行为尺度和探讨空间组织的有效性等，加深学生对空间的理解。

（六）提升造型基础研究中的图形采集和数据整理的有效性。

《设计基础》和《造型基础》是本专业核心基础课，涵盖形态造型、色彩呈现以及材质实验等内容。在观察事物特征并进行抽象处理的基础上通过扩印进行大量的临摹练习，提升其对细微特征的敏感度，掌握形态基本特征和规律。建筑大师弗兰克.盖里曾提到“将那些概念转化为素描和积木模型，是我创作过程中的关键，透过那些模型来进行思考，可以更有效地解决设计过程中所遇到问题，引领我找到了自己的表达方式”。通过古根海姆博物馆的设计，我们可以体会弗兰克.盖里在对事物特征和规律很好把握的情况下，将元素抽象重组给我们带来的视觉震撼。好的作品建立在细微观察基础之上，对学生强调生活中观察习惯的养成，重视身边的点滴积累和数据整理。例如：当我们在树荫下，观察到枝干在地面上呈现出的二维投影，随着外力作用发生一定的有规律性的变化，观察和理解三维物体（空间）在光的作用下投射到二维平面的情况。又如水面上的睡莲，随着水流动的方向产生随机的组合排列，而这些排列直接影响莲叶下光透过水产生的效果，进而影响水面下的空间等。通过这一环节的练习，使学生通过对二维“动态”的观察研究，逐步理解在“力”作用下，三维空间变化关系的多种可能性。

自然形态的物理构造是空间构造合理性的重要参考，对人们建造和设计空间有着重要的启示。在对形态特征有一定了解后进行叠加或交错等处理，在得到的二维图样基础上强化或者简化特征的这种交集，将现有形态进行抽象分解和形态上的重新组合，使之得到我们想要的设计元素，而这些都要借助数字模型来搭建和完成。通过获取基本特征的构成数据和该类事物中具有代表性的其他事物的横向对比和数据采集，做好形态分类和共通性研究，不断补充和完善现有设计方法，进一步提升课堂教学质量。

结语

通过数字模型及实物模型模块的导入，加强学生基础研究能力的培养，提升学生的创新思维和解决问题的能力，不仅为后续课程复杂空间内容打下基础，也为融合学科提供了多种可能。在本专业的应用上，学生通过对事物特征的积累和学习，明确形态及材料机理在空间组织中的呈现方式，使学生逐步建立自己对于空间表达的特别语言和审美秩序。在后续的课程中我们会继续探讨研究相关教学方法，以更多实例和数据充实本项目，进一步提升本专业教学质量。