基于开放实验的建筑空间重构教学设计与实践

杨荣彬，谢再新，段卓琦，郑晓虹，胡永茂，李筱琪

（大理大学工程学院，云南大理 671003）

实验教学是高校教学的重要组成部分，即学生在稳定的实验环境中，在教师指导下通过自身努力完成教学目标的过程〔1〕。实验教学培养学生实际动手能力，锻炼学生自主学习、发现问题、分析问题和解决问题的综合能力〔2〕。开放实验教学是从目标、主题、方式、内容和资源都保持开放的一种教学模式，将实验室有限的实验资源、教学空间以及教学计划有限的内容和时间进行拓展延伸。在开放实验环境中，学生根据自己的能力、专业、兴趣和学习风格等选择实验内容，激发学生的学习主动性和积极性〔3〕，培养学生的创新能力。开放实验促进创新教育与实践教育、科研与教学、跨学科知识交叉融合，促进人才培养质量整体提升〔4〕。关于开放实验教学研究主要从教学模式改革、学生创新能力培养、教学方式拓展和教学资源开放等展开，并逐渐向不同学科实验教学设计与实践研究转变〔5-7〕。

本研究以高校建筑学专业〔8〕学生创新能力培养为目的，以开放实验教学为平台，开展建筑空间重构开放实验教学设计与实践。建筑空间重构开放实验包括手工模型与计算机模型两个教学模块，以学生的前期课程学习为基础，针对不同年级阶段的学生进行分组训练。以学生主动报名参加实验项目为前提，通过与科研项目相结合开展实验。在整个实验过程中以学生的兴趣为出发点，充分发挥学生的自主性，通过对不同专题的训练以提高学生的动手能力，拓展学生的知识面，培养学生的实际动手能力与创新能力。

1 教学模块设计

空间认知〔9〕作为建筑学专业学习的重要内容，贯穿于整个设计能力的培养过程。开放实验教学以学生具备一定的空间认知能力为基础，结合不同年级学生进行相应的教学模块设计，有针对性地培养学生的建筑空间重构能力。教学模块设计分为手工模型教学模块和计算机模型教学模块，见图1。

图1 基于开放实验的建筑空间重构教学模块设计技术流程分析

1.1 手工模型教学模块手工模型教学模块主要针对建筑学专业大一年级学生开设，通过前期专业的平面构成、色彩构成和空间构成的学习，基本掌握构成要素，具备平面组合和色彩搭配能力。该模块包括建筑空间原型、建筑空间重构和特色建筑空间创新性构成，重点加强学生手工模型制作能力和建筑空间重构创新性能力。见表1。

表1 手工模型教学模块开放实验教学设计

1.1.1 建筑空间原型 建筑空间原型训练以建筑单体为主，包括房间的墙体、门、窗、梁、板、柱、楼梯等结构构件。通过搭建一个或多个房间模型，限定房间比例尺度、色彩、材质，使学生深入理解建筑空间原型中使用功能与结构要素，能够熟练运用工具和材料制作模型。掌握各构件之间的连接关系、房间组合方式与建筑空间构成。该训练既对前期基础知识加强巩固，也为下一阶段建筑空间重构练习打下坚实的基础。

1.1.2 建筑空间重构 建筑空间重构练习由学生结合自己的兴趣选取一个或多个建筑空间，运用不同的材料根据需求确定使用功能、空间形式等重构建筑空间。训练过程突出学生对建筑空间原型的理解，进一步完成多个建筑空间的组合重构。包括功能、材料、空间尺度与组合方式等多方面要素的掌握，作为承上启下的实验训练阶段，强调手工模型制作与建筑空间重构创新能力的培养。

1.1.3 特色建筑空间创新性构成 该练习结合实际科研项目，以真实的建筑空间为主。通过实地调研搜集基础数据，包括建筑的占地面积、边界、使用功能、建筑造型、空间组合等实际尺寸，在建筑空间重构的基础之上按照需求对特色建筑空间展开创新性构成练习。该练习以培养学生的创新性能力为主，通过分组建模与自主性空间重构，旨在提高学生创新、合作、自主学习的综合能力，有利于学生在下一阶段的学习。

开放实验教学中手工模型教学模块的设计，以加强学生的动手能力为主，通过对建筑空间原型、重构和创新性构成的训练，提高学生的自主学习、合作与创新性能力。作为整个教学模块中的重要组成部分，手工模型教学模块学习有助于学生的后续课程学习和计算机模型教学模块学习。

1.2 计算机模型教学模块计算机模型教学模块主要针对建筑学专业大二、大三年级学生开设，要求学生已经掌握手工制作建筑空间模型，并具备运用计算机软件构建建筑空间模型的能力。该模块包括3 个训练环节：计算机软件建模、参数化模型构建、数字化场景模拟与动画设计。通过计算机模型教学模块学习，以提高学生计算机建模能力、虚拟空间创新性设计与表达能力。见表2。

表2 计算机模型教学模块开放实验教学设计

1.2.1 计算机软件建模 计算机软件建模以学生运用专业软件构建建筑模型为主，让学生进一步熟练运用建模软件命令，掌握虚拟空间的尺度、材质、色彩等，并对建筑室内空间的结构构件和室外空间的环境建构有深入的认知。该阶段要求学生能够熟练掌握AutoCAD、天正建筑、3DS MAX、SketchUP〔10〕、Photoshop 等专业软件，通过相关软件操作的强化训练，加强学生对空间设计表达的能力，拓展对建筑技术与室外环境的运用能力。

1.2.2 参数化模型构建 参数化模型构建训练以实地调研搜集的建筑空间与场景数据为基础，运用AutoCAD、天正建筑等专业软件构建建筑空间模型，将实际数据与计算机软件中的虚拟空间数据进行对比，并对不同建筑构件贴附不同材质；选取不同视点构建建筑空间场景，添加人、树、道路、车等配景，营造不同建筑单体或建筑群组的参数化模型，为数字化场景模拟与动画设计提供重要的空间场景素材。

1.2.3 数字化场景模拟与动画设计 数字化场景模拟与动画设计练习基于上述两个训练阶段基础之上，要求学生能够综合熟练地运用计算机软件构建建筑室内外空间，将多场景以数字化的方式组合并制作成动画，为人们提供在虚拟空间中游憩的体验感受。这一阶段要求学生具备扎实的专业能力，并能够熟练运用计算机软件创造出特色空间，是对学生综合性创新能力培养的重要训练环节。

通过对计算机模型教学模块的学习，使学生在原有计算机软件学习的基础之上，进一步掌握专业软件的运用。结合实例进行专业的建筑空间设计，构建不同主题的多场景数字化空间组合并进行动画设计。培养学生熟练运用专业软件建模的能力和综合性创新能力。

2 基于教学模块的实践

基于上述两个开放实验教学模块设计，以学生自主申报选题并结合具体建筑实例，利用学生课余时间分别开展了手工模型教学模块与计算机模型教学模块的实践教学。

2.1 手工模型教学模块实践该模块的教学实践以“美丽乡村建设下传统白族民居空间形态生态可持续发展研究”为主题，从建筑单体空间→民居院落空间→传统白族民居空间重构3 个环节贯穿整个开放实验教学。总共13 位建筑学专业大一年级学生参加该模块教学实践，具备一定的手工模型搭建建筑空间基础。教学过程以小组方式开展，分为3个小组，培养学生自主学习、相互合作与创新性的综合能力。

2.1.1 建筑单体空间练习 选择一个房间并限定尺寸，即开间4.2 m、进深6.6 m、层高3.0 m，墙厚0.24 m，按照1∶50 的比例制作空间模型；墙体设置入户门一扇，宽1.2 m、高2.4 m；墙上开窗，窗台高0.9 m，窗宽3.0 m、高1.8 m；房间四角设方柱，柱子尺寸为0.5 m×0.5 m；房间顶部为平屋面，板厚0.1 m，板下设梁。自行选择材料与工具建模，可加入色彩、家具等体现房间功能的设施。

2.1.2 民居院落空间练习 学生自主选择一栋民居建筑进行建模。首先查找民居建筑文献资料和图纸，按照平面图、立面图、剖面图、详图尺寸，选择材料和工具开始手工构建建筑模型；然后，将各个房间组合形成院落空间，熟悉民居建筑各房间的使用功能与内部联系；最后形成民居院落空间，分析民居院落的构成要素与空间特点。

2.1.3 传统白族民居空间重构练习 结合上述两个训练环节，学生结合自己的兴趣选择训练主题，并自由组合成建模小组，分为3 个组：“三坊一照壁”院落组、“四合五天井”（居住）组、“四合五天井”（商业）组。“三坊一照壁”院落组在满足传统白族民居建筑的空间构成基础之上，结合当代需求对建筑使用功能、照壁文化、建筑装饰等重构；“四合五天井”（居住）组以满足当地居民生活为主，延续传统白族建筑空间文化并融入当代发展需求；“四合五天井”（商业）组向外来游客展示白族传统文化，并设置商业空间。

建筑单体空间搭建使学生深入了解建筑空间构成要素，熟悉各构件之间的联系；民居院落空间体现居住建筑特点及其空间组合形式；在完成前两个空间练习的基础之上，以传统白族民居的“三坊一照壁”“四合五天井”空间院落为例，结合实际案例对传统白族民居空间进行重构。

该模块教学实践以学生为主体，通过手工模型制作演示强化模型构建流程；学生选择兴趣专题自由组合小组，准备工具并购买材料开展各环节专题练习；运用不同材料制作建筑构件并进行建筑空间原型练习；运用废旧纸箱按照比例搭建建筑空间进行建筑空间重构练习；结合收集数据制作传统白族民居建筑模型，并结合美丽乡村建设下的村民需求，尝试改善建筑内部空间功能与室外环境。

2.2 计算机模型教学模块实践该模块教学实践以“乡村振兴中传统村落空间形态参数化模型构建”为主题，从计算机软件建模→地域建筑参数化模型构建→传统村落数字化场景模拟与动画设计3个练习开展教学。总共12 位建筑学专业大二、大三年级学生参加该模块教学实践，学生按照不同主题选择分组，共3 个小组。学生已具备手工建模和建筑空间重构的能力，本模块训练提高学生虚拟空间建构能力和多场景动画设计，培养学生数字化建模的创新性设计能力。

2.2.1 计算机软件建模练习 教师提供一栋公共建筑或居住建筑供学生自主选择，运用AutoCAD 或天正建筑软件绘制建筑平面、立面、剖面图等二维图样，以此为基础运用3DMAX、SketchUP 等软件构建三维建筑模型，包括建筑室内场景与室外环境，形成数字模型构建虚拟空间。该环节让学生进一步熟悉建筑虚拟空间建构方法与步骤，对建筑尺度、造型、材料等深入细化，为实际建筑空间虚拟重构打下基础。

2.2.2 参数化模型构建练习 结合实地调研收集数据，包括建筑类型、使用功能、面积、层数、建筑风格、材料、结构等，运用相关软件按照一定比例进行计算机建模，形成实际建筑空间向参数化模型构建转变。该环节需要学生掌握建筑虚拟空间的表达特点，并能完成多个建筑与场景的参数化模型构建。

2.2.3 数字化场景模拟与动画设计练习 该环节提供深江村、周城村、双阳村3 个传统村落供学生选择并形成小组，共同完成村落资料收集、模型制作、场景模拟和动画设计。资料收集包括村落区位、村落形态、边界、街巷、建筑等；模型制作为村落街巷、代表性建筑等；场景模拟以实景模拟与设计场景模拟为主，突出学生运用计算机软件表达建筑空间重构的能力；进行动画制作与设计以体现村落特点。

这一教学过程对学生专业基础和综合能力要求较高，小组成员相互协调与共同合作尤为重要。根据每位成员特点进行分工，分别完成各区块建模并最终合力形成数字化场景模拟与动画的设计。

3 教学效果分析

以开放实验教学为平台，通过教学模块设计有针对性地培养学生对建筑空间重构的综合能力。整个教学实验过程以学生为主体、教师辅导为辅的形式开展实践，教学过程呈现出以下特点：

3.1 学生自主性学习能力增强教学过程中学生自主选择学习模块，手工模型教学模块实践的13位学生均为大一年级，计算机模型教学模块实践的12 位学生，有10 位为大三年级、2 位为大二年级。每个小组4~5 人，每个教学模块3 个小组，共计6个组。结合每个模块开展不同主题训练，小组成员利用课余时间开展实验，通过查找资料、小组讨论、图纸绘制、制作模型等完成模块学习。整个教学过程中学生从课堂上的被动式学习转向主动性学习；在实验过程中结合每一个专题积极思考，并提出相关的问题进行讨论交流。如手工模型中构件节点连接方式、工具与不同材料运用等；计算机模型建构过程中对Rhino 等新软件运用交流与主动学习等。训练环节中学生能够主动发现问题，并与老师和学生及时进行讨论交流，尝试寻找解决问题的具体方法，并在实验报告中归纳总结。通过对主题模块的探索性学习，学生的自主性学习能力明显增强，学习效果明显改善，见图2~3。

图2 手工模型教学模块学生各实验阶段成绩分析图

图3 计算机模型教学模块学生各实验阶段成绩分析图

3.2 建筑空间重构创新能力提升手工模型教学模块的练习，使学生更加熟练地运用工具和材料制作建筑模型，并将自己的设计理念运用于建筑空间模型重构中，深入掌握建筑空间比例尺度、材料等，建筑空间构成能力明显提升；教学过程中学生对实体空间具体功能有进一步了解，对民居院落各功能空间按比例重构的方法深入掌握；将美丽乡村建设中居民与外来者需求融入建筑空间重构中，创新性地构建建筑空间。在计算机模型教学模块中学生对专业软件的灵活运用能力增强，运用专业软件与前期计算机建模基础，通过收集资料按照比例建模，提高了个人对虚拟空间的理解与认知；在虚拟空间主题场景训练中体现出学生对材料、色彩等综合表现的能力；动画设计过程中小组成员相互配合与对专业软件的综合运用能力明显提升。以村落为主题的场景动画设计令人在数字化模型中感受建筑室内外空间，为学生的建筑空间设计表现打下坚实的基础。通过两个教学模块的实践，学生的建筑空间重构创新能力明显提升。

3.3 教学模块得到改进与完善两个教学模块针对不同年级的学生，虽然以各自的兴趣点切入，但是由于学生的学习基础不同，包括手工模型制作技术、专业软件熟练程度等，使学生在实验训练过程中出现进度和深入度不同的特点；同时实验教学的开展以学生利用课余时间参加为主，学生对模型的完成进度也受到课程作业等因素的影响等。针对上述问题，结合每位学生的专业基础特点，及时改进各个环节的训练内容，有针对性地结合每位学生的特点以激发其优势，引导学生完成每一个环节的练习；在小组合作环节充分发挥每位学生的特长，加强学生间的合作，根据学生课程作业情况及时调整实验教学时间与进度。及时反馈学生在每个训练环节出现的问题，查找原因并深入分析，与学生之间进行讨论与交流，尝试对教学模块深入改进与完善，以期达到更好的实验效果。