《Digital》：A Teaching Framework for Integrating Computational Design and Lighting Design Learning in Architectural Education
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本研究基于研究人员作为建筑系本科生照明课程授课教师的教学经验开展。模拟软件常被用于向学习者传授照明知识，然而在实践中，许多本科生仅关注最终的视觉化结果，而未深入理解其内涵。本研究旨在评估一种结合理论、模拟与原型制作的整合式照明教学方法的有效性，并考察学习者
本研究基于研究人员作为建筑系本科生照明课程授课教师的教学经验开展。模拟软件常被用于向学习者传授照明知识，然而在实践中，许多本科生仅关注最终的视觉化结果，而未深入理解其内涵。本研究旨在评估一种结合理论、模拟与原型制作的整合式照明教学方法的有效性，并考察学习者对计算性照明分析的学习体验、挑战与认知。本研究中仅开展了一次授课，并邀请来自另一所大学的教师作为对照，就自然采光基础知识提供见解。此外，高年级学生（四年级）对低年级学生的作业进行了评估。研究人员在研讨会前后分别评估了客观知识与作业完成情况，以确定该教学框架的影响。结果表明，尽管研讨会前的初步调查显示，此前仅有30%的学生进行过建筑模拟，但72%的学生成功完成了作业。此外，100%的学生对研讨会表示满意，81%的学生表示希望深入学习并在未来工作中应用所学内容。
## 论文解读
**一、研究背景与问题**
印度尼西亚地处热带气候区，全年阳光充沛，但照明在建筑能耗中占比最大，不当的照明设计还会影响视觉舒适度、健康及室内环境质量。在建筑教育中，这些议题通常在建筑物理课程中讲授，学生需学习照度、亮度、采光系数等基本概念，但理解概念并不等于能将其转化为建筑设计能力。已有研究指出照明教育存在多重挑战：其一，照明课程仅注重理论与光照计算，未与建筑设计过程整合，学生难以将量化指标与空间体验相联系；其二，Velux、Relux、Dialux等模拟软件虽常用于教学，但学生往往只关注可视化效果，而忽视视觉舒适度、健康与美学因素，难以将计算结果应用于设计；其三，计算性与参数化设计在建筑教育中日渐重要，但将其整合进现有课程存在困难。印尼多所高校以不同方式引入计算设计教学，但缺乏标准化课程，且学生的计算思维基础参差不齐。过早引入参数化工具可能造成学习障碍，因此关键问题不仅在于何时引入，更在于如何向缺乏计算思维基础的学生逐步传授这一方法。既往研究多关注软件应用本身，较少关注如何将计算设计循序渐进地整合到学习过程中。
**二、研究目的与总体结论**
针对上述问题，研究人员设计了一种将计算设计整合进建筑照明教育的教学框架，并在印度尼西亚三宝垄迪波内戈罗大学建筑物理课程中实施，共计106名二年级建筑学学生参与。该课程采用理论讲授、实地测量、软件模拟、参数化建模与原型制作相结合的整合式教学方式。结果显示，72%的学生成功完成作业，100%的学生对教学表示满意，81%的学生希望深入学习并在未来工作中应用。研究表明，计算、实验与模拟相结合的采光设计教学对学生满意度具有直接且积极的影响。
**三、主要技术方法**
研究人员通过文献综述与研讨会前调查构建教学框架，并在迪波内戈罗大学建筑物理课程中实施，共106名二年级学生，分两组授课（第一组55人、16周；第二组51人、17周）。由一位讲师授课，另邀请一所外校教师提供自然采光基础教学作为对照，并由四年级学生评估低年级作业。数据通过研讨会前后问卷（李克特量表与开放式问题）及作业评分收集，采用描述性统计分析。教学工具包括Velux Daylight Visualizer、Relux education、Dialux pro、Rhinoceros-Grasshopper（含Honeybee插件）、照度计与热成像仪等。
**四、研究结果**
（一）研讨会前调查
研讨会前调查显示，仅25%的学生了解并尝试过建筑模拟，其余学生完全不了解；在建筑性能模拟（Building Performance Simulation, BPS）理解方面，49%的学生没有或仅有有限理解，20%具有一般理解，31%具有具体理解。这表明大多数学生缺乏BPS相关认知，需在建筑教育中系统整合相关教学。
（二）各课程阶段采用新方法的讨论
项目1（场地分析）：学生学习使用Climate Consultant软件分析气象数据，计算水平遮阳角（Horizontal Shading Angle, HSA）与垂直遮阳角（Vertical Shading Angle, VSA），并与Andrew Marsh太阳路径图进行验证。36%的学生以优异成绩完成，49%仅能完成气候软件计算。
项目2（实地测量）：学生学习使用照度计与热成像仪测量照度与温度，并练习VELUX模拟软件及印尼照明标准SNI 6197:2020。54%的学生以优异成绩完成，24%分析不完整。
项目3（参数化设计）：学生从绘制简单房间模型开始学习Grasshopper，逐步加入Honeybee插件进行采光分析，并学习传感器网格与能源气象数据（EnergyPlus Weather, EPW）的调用。初期仅20%的学生能完整跟从指导，经多轮反馈与修正后，51%的学生以优异成绩完成。常见错误包括从SketchUp导入模型、变量连接错误等。
项目4（原型制作）：学生制作1:200比例模型以验证模拟结果。55%的学生以优异成绩完成，36%达到平均成绩，9%未能正确完成。学生通过实验发现色彩对lux值有显著影响，并可利用开窗光线分析指导家具布置。
项目5（人工照明设计）：学生学习使用RELUX或DIALUX进行人工照明设计与计算，71%的学生获得良好成绩。最终3分钟汇报（3M）环节中78%表现优异，但书面报告中仅3%能撰写完整研究论文。
（三）研讨会后调查
研讨会后调查显示，学生理解程度平均评分为2.44/4，表明建立了基础至中等的Rhino与Grasshopper采光分析能力；学生认为Grasshopper脚本难度较高（4.14/5），脚本修改能力平均评分仅2.4/5。34%的学生认为获得了新软件技能，28%表示对采光分析理解更深入。81%的学生愿意再次参加相关培训，72%计划在未来工作中使用该软件。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，学生面临的困难主要源于计算设计的复杂度与前期经验缺失，而非动机不足。对比Rhinoceros-Grasshopper与RELUX、DIALUX的使用效果，后者因无需理解参数依赖关系，显著提升了作业质量。学习困难反而激发了学生的好奇心与参与热情。研究结论强调，将Grasshopper作为环境模拟的首次接触并非教学上的最佳选择，应推荐分阶段课程设计：先以易用的直觉化工具建立采光指标与环境逻辑的基本素养，再逐步引入参数化与算法环境，以减轻认知负荷，并将Grasshopper定位为高级探索平台。建筑模拟课程可弥合理论知识与实际实践的鸿沟，将学生从被动学习者转变为主动的知识创造者。后续研究计划纳入第二、三年级学生，采用统计检验与比较研究设计系统考察学习成果。
