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摘要：探索建立環境設計專業數字化設計教學體系。在對國內環境設計專業數字化設計教學的現狀進行調查的基礎上，總結了在教學環節中的不足，探討了環境設計專業未來的發展方向，提出了環境設計專業數字化設計教學體系的構建方法。建立環境設計專業數字化設計教學體系的框架。該方法可以為國內環境設計專業數字化轉型提供參考。

關鍵詞：環境設計專業數字化設計參數化設計設計方法教學方法

引言

隨著信息時代的到來，各種數字化技術由于其自由、高效、精確等優點被廣泛地應用于設計行業中。由此，設計專業也迎來了一場空前的技術革命。但由于國內環境設計教育大多借鑒“布扎”和包豪斯教育體系，并不完全“包容”以數字技術作為設計工具和教學載體的數字化設計教學。加之很多高校對數字技術的理解存在誤區，導致目前國內環境設計專業數字化設計教學體系相對單一化且缺乏系統性。在這樣的背景下，探討環境設計專業數字化設計教學體系便具有了現實意義。

一、國內環境設計專業數字化設計教學的現狀

環境設計是一門新興的學科專業，經過近70年的發展，已經成為涵括建筑設計、景觀設計、室內設計等許多方面；設計對象涉及自然生態環境與人文社會環境各個領域的綜合學科。但其教學體系大多依托于建筑學基礎而展開，同時將藝術學、風景園林學等學科理論“拿來主義”式的應用，一直沒有形成系統的專業教學理論。面對當前新的數字化浪潮，環境設計學科的發展面臨前所未有的機遇與挑戰，國內設計院校紛紛行動起來，相繼開展了數字化設計教學的實踐。如：清華大學美術學院是國內最早開展數字化設計教學的高校。2006年左右由徐衛國教授開始嘗試在建筑學專業開設參數化非線性建筑設計課程，隨后環境設計專業也開設了數字設計思維等課程，經過多年的教學實踐，已經取得了豐碩的理論和教學成果。于此同時，同濟大學在數字設計和建造方面開始了教學嘗試，開設有開源硬件與編程、數字化環境等課程，并且每年舉辦一屆DigitalFUTURES工作營，十分注重與國際專業前沿的交流；南京藝術學院開展數字化設計教學始于2010年，采用中荷聯合教學的方式開設了實驗性設計、畢業設計——參數化設計，注重從設計到建造的全過程教學，在國內外各類設計競賽中成果斐然；江南大學將算機輔助設計作為專業選修課，并設有虛擬現實實驗室、交互設計實驗室、先進制造實驗室等數字實驗平臺，把虛擬現實技術與設計教學進行了深度融合。這些院校的共同特點是在數字化設計教學活動中都以參數化建模、生成設計、算法、數控建造、虛擬現實等“數據編譯”內容為教學核心。還有一部分如：蘇州大學、浙江大學、湖南大學、北京服裝學院等代表了國內絕大部分環境設計專業的數字化設計教學內容，即以常規的CAD、Sketchup、photoshop等“圖形表達”內容為教學核心。最后還有個別院校如中國美術學院等，在本科教學期間不開設數字化設計的課程，相關的知識主要靠學生在課下自行學習。

二、存在的不足

（一）數字化設計教學方式單一化

從以上國內環境設計專業數字化設計教學的內容可以看出，在數字技術的使用上有單一化的現象。例如，清華大學、同濟大學等以參數化建模、算法設計等數字技術為核心的設計教學過程中，幾乎都排除了對常規計算機輔助繪圖軟件的教學。而國內大多數院校的數字化設計教學還是圍繞對CAD、Sketchup等軟件的操作方法的討論，甚少將“算法設計”類技術作為設計手段。這使得與參數化設計等數字技術有關的教學具有明顯的精英化教育的傾向。雖然某一時期內，參數化建模、算法、數控建造等數字技術不是多數高校環境設計專業學生必須掌握的基本技能，但是長遠來看，缺失以上幾個部分的數字化設計教學，將使得數字技術之于環境設計教學的作用容易停留在表達層面，不僅無法讓數字技術在設計教學中真正發揮出自身的潛力，也無法拓展本專業在教學內容方面的深度。

（二）對數字技術的理解存在誤區

從上世紀80年代開始，計算機輔助設計技術（CAAD）開始廣泛地應用于國內的設計行業和高校的教學之中。現今，對CAD、sketchup等軟件的使用和掌握已經成為環境設計專業學生的必備技能。這也導致絕大多數院校的師生對數字化設計的認識也停留在采用各種圖形技術，以傳統的平、立、剖面圖或效果圖來表達設計造型的階段。但隨著人工智能、大數據等新技術的蓬勃發展，以及數字化設計的理論體系的逐漸成熟，其智能化、高精度、自組織、以及設計過程與生產過程相關聯等特性，使數字技術開始在各個設計領域中嶄露頭角。在這種情況下，如果仍將數字技術單純地視為是輔助繪圖的工具，那么這樣的認識不僅不能使數字技術真正融入以建造為目的的環境設計核心，也難以發揮數字技術作為設計工具和思維方式的強大作用。

（三）缺少與學科內部及外部的聯系

數字化設計課程的教學不能完全脫離環境設計專業其他課程而獨立純在，且與相關學科有著密不可分的聯系。國內大多數院校都會在大二至大三學年開設獨立的計算機輔助設計類課程，固然有助于推動高校數字化設計教學的開展。但在課程性質上，大多屬于設計基礎課類中的專業選修課，內容上與其他主干設計課程也缺少教學內容上的連貫性。尤其是部分院校禁止或者不提倡學生在學習設計之初便接觸電腦，擔心學生因為電腦繪圖的便捷而忽略手工制圖的表達，這無疑會對數字技術在學科內的推廣和應用造成了較大阻力。此外，當代數字化設計是一種自下而上式的思維模式，強調設計結果與環境變量之間的響應與互動，其設計過程往往涉及到數學算法和計算機編程語言的相關知識。這對于當前的環境設計教學體系無疑提出了很大的挑戰，一方面優秀的數字化設計教學師資緊缺，無法對以上課程提供有針對性的前導教學；另一方面，環境藝術專業的學生長期受到藝術、哲學、歷史等人文學科的熏陶，對于這類偏理工思維的跨學科知識往往抱有敬而遠之的態度。以上種種無疑增加了學生掌握數字化設計方法的難度。

三、環境設計專業數字化設計的發展方向

雖然在國內環境設計專業的數字化設計教學推進中遇到了各樣的阻力，但在“實踐先行、理論跟上”的學科指導思想下，近年來，數字化建筑設計教學已經呈現出了多種層面的教學轉向。

（一）從表達工具到設計方法

目前，國內大多數環境設計專業的數字化設計教學是講授CAD、Sketchup、photoshop等軟件知識為主，其優點是：簡單易學、繪圖效率較高、有助于學生完成各種課程設計的表達，且其在環境設計專業的課程體系中相對獨立，便于靈活的采用選修課或自學的形式完成知識的積累，堪稱普及程度最高的數字化設計表達“工具”。而與之相對應的，國內如清華大學、同濟大學、南京藝術學院等學校開設了以運用算法生成、結構找形、數控建造等數字技術為主的數字化設計教學。這種伴隨著計算機技術發展而來的新設計方法，誕生于上世紀90年代哥倫比亞大學的“無紙化”教學中，其設計理論受到了法國后現代哲學家吉爾．德勒茲提出的“游牧政治學”、“莖塊”理論、“生成”理論等概念的影響。在工作中設計師借助Grasshopper、processing等編程工具，制定算法和生成邏輯，通過對功能、環境影響、經濟制約等客觀因素的分析，可以量化事物之間的設計邏輯，通過參數的改變來控制設計形態的產生、發展、變化、修改，從而獲得自由、動態、復雜、多解的形態，為設計者提供解決問題的新方法。其不同于傳統基于歐幾里得幾何空間的空間思維方式和非線性的思考方式，使得數字技術不再作為單純的設計圖像表達工具，而是可以作為一種設計方法被越來越多的設計師所認識。

（二）從自上而下到生成設計思維

設計者對于設計的理解及其思維意識對設計成果有決定性的作用，因此在設計教學中培養學生的設計思維至關重要。目前的環境設計教學體系長久以來受到“布扎”體系的影響，形成了一套以設計者為主體，基于設計者主觀判斷定制設計決策的設計思維培養方式。隨著時代的發展，設計者所要處理的設計信息愈加的復雜化和多元化，這種“自上而下”的設計思維的局限性也逐漸顯露出來：設計過程在大腦這個“黑箱”中的推導過程具有強烈的個性特征，對于設計上的交流有一定的障礙；基于個人經驗判斷的設計過程在設計精度上也存在局限；最終設計方案的修改和存儲也繁瑣且耗時。因此，隨著數字技術的發展，國內外很多高校開始嘗試由建筑形態基層構成要素出發，基于建筑性能變化規律，以自組織方式自下而上地生成設計結果的研究。比如哈爾濱工業大學與Hperbody研究組合作開展了基于風環境模擬數據的非標準建筑形態生成設計探索就充分發揮了數字技術的復雜數據計算優勢。生成設計思維引領了設計領域的新趨向，其具有的邏輯性、創造性、開放性、動態性、交互性等特點，為環境設計課程體系中的設計思維教學提供了新的思路。

（三）從數字化表達到數字化建構

環境設計專業的培養體系強調學生的動手能力和社會實踐能力，把工藝技術放到與視覺藝術平等的位置。因此，環境設計專業的高年級教學中常常會引入結構、材料、構造等與建造相關的工程知識。它要求學生拋開形體、空間的外部形式，轉而去思考形體、空間的內部所應具備的結構邏輯、構造邏輯和材料邏輯。其中所蘊含的設計理性既是建筑得以物質化呈現的關鍵，又是建筑得以抵抗圖像化的一種方法。但在實際的教學中，以表現建筑形式、空間為主要功能的數字技術的廣泛使用一定程度上削弱了學生對建造知識的關注。普遍開展的模型制作教學雖然能夠讓學生通過實體模型完善形體推敲、空間組織、空間造型、結構體系甚至材質肌理的訓練，但由于材料和加工方式的限制，往往建筑模型無法模擬實際建造中可能出現的施工及建造難題，建造知識的學習面臨與實際操作脫節的困境。基于參數化設計的數字技術很好地彌補了設計與實際建造之間的縫隙。借助Rhino、Grasshopper等參數化設計工具，復雜建筑形式及其節點都可以借助計算機的算法轉化為“數據鏈”，并由激光雕刻機、數控機床、三維打印等設備輸出精確的“隨機構件”，并可以讓學生親手搭建起來，如圖1。這樣由學生掌控設計、加工、建造全過程的“建構訓練”，更有機會加深對他們材料性能、建造技藝、材料工藝、建筑生產模式的理解。

四、環境設計專業數字化設計教學體系構建

（一）漸進式的教學體系

在數字化建筑設計教學中，從表達層面到建構層面，其知識點的難度總體上呈現遞進關系，因此可以按照漸進式的方式在本科二年級到四年級分別鑲入數字化設計的教學內容，如圖2。在本科二年級，學生需要掌握表達層面的技法，軟件知識和數學、編程、數字化設計理論構成了數字化設計教學的基礎。其中的軟件知識主要是指CAD、sketchup、photoshop等以數字技術在電腦中生成設計形體，讓學生獲得最基本的數字化繪圖能力。同時，可以將數學、編程和數字化設計理論知識合并成一門“數字化設計概論”課程作為學科基礎課。設置這門課程的目的在于讓學生了解算法、數據分析、生成設計、參數化設計、機器人建造等方面的基本數理知識使學生對于數字化設計的發展過程、涉及的數字技術及其應用情況、相關理論與哲學思想均有一定了解，明確數字化設計與傳統設計在方法和思維上的差異和聯系，為后續數字化課程的學習做好前導知識的積累。環境設計專業在三年級的教學內容通常包括功能與空間的組合、建筑設計方法、室內設計、景觀設計、材料與技術的選擇運用等。教學目標通常強調環境、文化等與設計的聯系，注重學生思維能力的訓練、訓練學生解決設計問題的能力。在這個階段，數字化設計教學主要培養學生運用參數化設計工具解決造型與結構方面的實際問題的能力，使學生掌握一種非線性的設計思路。同時，由于本次設計的目的是以實施為前提的，所以在設計之初就要求學生將其他課程中所學習的結構、構造等知識融入到方案設計之中，因此，通過這個階段的訓練，能夠訓練學生多角度的方案構思能力、基于物質基礎的結構設計能力和復雜造型的表達能力。在課程的設置方面，以上內容中的軟件知識可以在獨立的“計算機輔助設計”課程中講授，而有關數字化設計與實施方面的教學內容可以根據各院校情況穿插在“家具設計”或“建筑設計”等設計主干課程之中。在本科四年級，在這個階段學生已經完成了支撐環境設計的關鍵能力訓練和理論儲備，解決設計問題的專業能力以及拓展設計的創新能力開始成為教學的重點。在這個階段的數字化設計課程也開始關注設計的深度問題，期望通過完整的“數據鏈”，完成從算法找形，數控加工到實體建造的過程，最終的設計作品會以實體模型或等比例構筑物的方式呈現。在這個過程中，除了材料的加工與連接方式，學生還需要深入到對于構造法則的了解，以便讓材料通過合理的組織、有序的加工、連接，來完成各個細部的組成并保證其所應有的功能性，如此能夠讓學生有機會從虛擬的設計“圖紙”到真實的實體建造的轉向，從而得到實體建造層面體驗，思考、檢驗和反思自己的設計的機會。以上教學內容可以用“數字建造”專題課程或結合畢業設計來開展。總體來說，上述以時間維度劃分的教學節點與數字化設計教學內容和學習難度存在著一定的漸進關系，即關注軟件操作學習的課程對應于設計表達層面，關注形態和結構問題的課程對應于實施層面，關注實體建造問題的課程對應于建構層面。

（二）多樣化的教學方式

對應以上三個時間維度的教學內容各有不同，采用的教學方式也可以結合各個學校的教學資源進行相應的調整。在低年級的軟件的學習上，知識點相對分散、網絡學習資源豐富、學習難度較低，教師可以采用課堂講授加學生自學的方式，結合網絡教學資源的學習，可以讓學生掌握基本的數字化圖形表現技法的前提下，個性化地學習其他相關的軟件知識，拓展數字化表達的多樣性。在三年級的數字化設計課程學習中，可以將虛擬現實技術和課堂教學聯系起來，充分發揮體驗式學習的優點，讓學生在虛擬現實空間中體驗空間與人的關系、參數與形態的互動、激發學生學習興趣。同時，在這個階段的軟件知識的學習上，會出現一個明顯的爬坡期，與數學、編程相關的知識點顯著增加。因此，在教學方法上更要發揮網絡教學與課堂教學相結合的授課模式，充分調動學生的課外時間，使數字化設計工具的運用和設計思維同步起來。在高年級的課程教學中，著重實施和建造層面的教學實踐，所有的教學環節都穿插在學生親自建構作品的過程中。在這種實踐性的要求下，相關設計教學可以采用產學合作的方式開展。通過這樣的方式，高校的教學資源能夠與行業的設計資源形成互動，從而讓學生能夠在學習中了解企業與市場的需求，熟悉設計行業的產業上下游關系，節省高校在培養環境設計專業數字化設計人才方面的開支。

（三）數字化設計教學知識點與現有設計課程的融合

數字化設計教學的教學體系必須與現有的主流環境設計教學體系相互融合，其在設計方法、思維、手法的上的差異并不是對原有教學體系的顛覆，而是形成互為參照、互為補充的關系。環境設計專業在低年級大多會開設“工程制圖”、“環境設計初步”、“優秀設計作品鑒賞”等專業基礎課程。在授課內容上，會要求學生學習基本的工程作圖方法、空間組織的基本原理以及對經典的設計作品解讀和抄繪。在這些教學環節，可以將“軟件學習”與這些課程結合起來，在完成尺規作圖的之后，進一步采用設計軟件的數字建模能力可以讓學生更加直觀地體會二維到三維的“空間訓練”，強化學生對于環境空間的理解，同時也能夠促進他們應用數字技術的熟練程度。由于數字技術在設計領域的應用的深度和廣度逐年增加，所以在高年級的課程中，數字化設計教學與其他設計課程都有很好的契合度，比如家具設計、陳設設計、展示設計、建筑設計、景觀設計、城市設計、數據可視化設計等都能夠找到非常成功的教學案例，如圖3。同時，由于數字技術在設計思路、設計深度、可建造性等方面與傳統設計課程的明顯差異性，可以讓學生在親身參與的建構過程中接觸到課本中較少提及的“工序”與“合作”的概念，這可以為現有的環境設計教學體系提供教學內容方面的補充。

（四）優秀師資的培養

當下開展數字化設計課程教學的主要難點是數字化設計教學相關師資的缺乏。雖然國內開設數字化設計課程的時間較早，但由于數字化設計課程體系不夠健全，相關教材建設不夠完善，配套金費投入和實驗設施還有待加強，導致目前國內多數高校難以集中師資開展數字化的相關教學。很多院校想到了借助與國外前沿的設計院校聯合辦學的方式。比如、同濟大學與美國南加州大學（USC）合作，后來發展成為DigitalFuture工作營；南京藝術學院與荷蘭代爾夫特理工大學建筑學院采取聯合教學的方式完成實驗教學；其后如華南理工、華中科技大學、湖南大學、香港大學等也參與到這一行列中來。數字化設計工作營有效地促進了最新的設計思想及技術方法的交流，起到了數字設計啟蒙的作用。但要真正解決數字化設計教學所需的師資問題，不是靠某一種數字技術、某種數字化設計方法或某一門課程，而是需要一個能夠持續性地培養數字化設人才的教學體系。因此，在環境設計專業現有的培養體系內融入數字化設計相關教學內容，給學生建立清晰的數字化設計知識體系，建立完善的培養機制才是解決數字化設計教學落地的關鍵。

五、總結

數字技術的發展與應用不僅從根本上改變了當前設計的方式和手段，更是改變了設計的理念，設計過程不再是割裂的階段，而是在由“數據鏈”串聯起來的完整過程。但環境設計教學體系中，數字技術的應用任然停留在圖形表達層面，從設計工具到設計思維的滯后嚴重阻礙了環境設計專業的發展。論文研究國內環境設計專業數字化設計教學的現狀的基礎上，分析了數字化設計教學存在的問題，結合行業發展的趨勢，探討了數字化設計教學的發展方向，進而以建立環境設計專業數字化設計教學體系為導向，從教學內容的推進、教學方式的多樣化和學科內部和外部的融合三個層面分析了建立數字化設計教學體系的框架。其意義既可以指向未來的環境設計教育的需求，還在于拓展和豐富了環境設計專業的知識疆域和教學邊界。

作者:羅斌 單位:武漢科技大學藝術與設計學院