美感與設計課程

書擋結構設計

核心概念
  • 結構構面的概念
  • 合宜的結構美感
  • 結合結構的書擋設計
美感知能
  • 桁架結構、拱形結構
  • 薄殼結構、結構美感
  • 結構應用、程式設計

課程概說

以智高積木進行結構(桁架、拱形、薄殼)的積木練習,而後應用於書擋設計。
在兩節前導課程的從「支撐人體」活動認識結構力學、輔具於肢體上的應用及問題思考後,讓學生找出增加斜撐以強化框架結構,而後才帶入第一階段桁架結構的類型、橋梁的應用與設計練習。
第二階段則從石頭堆疊而成的拱形結構,認識重力傳遞的方式,理解拱形結構是以拱心石形成穩定結構的關鍵,再進一步從穹頂的加厚支撐、交叉式穹頂的傳導力、不同建材的拱形結構設計方式、操作上承式拱橋練習來建立拱形結構的相關概念。
第三階段則由「弧面」的角度帶入薄殼結構,在觀察雞蛋實驗影片後,帶入菱形網格於建築上的應用,並比較麻省理工學院禮堂和阿利耶夫文化中心,理解薄殼與空間桁架的差異。而後以台中花博「聆聽花開的聲音」提問,澄清觀念並賞析在地文化。
綜合運用前述三大項結構之一,以智高元件組裝應用於輔具設計,並將輔具實裝於肢體部位,測試並調整結構強度。
最後由書擋設計的生活應用進行發想,結合結構美感特點,將「實用」與「美感」結合於結構構面上。

美感預期成果

1. 學生針對固定傷肢的輔具進行設計思考,使其在關心傷者需求的同時,也建立透過結構美感協助其解決問題的思考模式。

2. 綜合應用三種結構形式,操作練習框架斜撐、曲線成形、曲面空間後,理解智高零件從「直線」到「曲面」組建的可能性,再進行輔具支撐的結構設計。

3. 透過自然結構材料的觀察分析,發現結構的美感形式特點,找到平衡穩定的配置,進一步運用均衡的結構設計,學習到結構設計的系列概念與生活應用。

教師課後省思

自106-2期的美感計畫執行至今,每在撰寫計畫前,都會回想高嘉宏老師曾給的大方向提點:「為什麼要做這樣的kit?前後課程的關係是什麼?」,運用這樣的思考模式來檢視自己的課程設計後,就會很容易發現天馬行空的想法下所隱藏的種種問題。

原先的課程規劃是以輔具及程式驅動為應用成果,但執行到初次輔具設計時,發現學生多半將結構體視為「包覆肢體」的外殼,缺乏支撐重量的功能,僅有少數應用桁架概念組裝輔具,如此一來結構之美又該如何應用在生活中呢?因此,在利用桌遊「海霸」建立程式認知並發表基本概念後,取消原本的程式驅動輔具階段,改向美感網站取經,整理出「師法自然」、「平衡穩定」、「輕巧反重」、「交織形抗」等結構美感特點,我想,這些都是因應人們在生活環境的觀察及心理上的需求所衍生而出的特點,輔以書擋的實例相互對照,可以將「實用」與「美感」結合於結構構面上。於是,學生的書擋設計不再是雜亂的智高元件組合,開始嘗試最少支撐點的輕巧感、注意對稱、反覆的視覺原則,結構因此和生活產生了美的聯結。

參加21世紀核心素養命題工作坊時,看見李政軒教授提到的:「If you can’t measure it, you can’t improve it.(Lord Kelvin)」,「前後測」雖不是美感的本質,但若將前測視為了解「起點行為」的方式,便可進一步引導學生「發現問題」。

因此,學校於今年寒假為小六生舉辦的資優領袖營時,首次為孩子們開設與美感相關的桁架結構課,我修正了原先課程中,讓學生從智高元件的方形框架結構找出強化的方式,改以原始人的角度去思考:「如何以最少的結構物支撐起這鍋湯?」同樣是增加斜撐讓結構穩固的目的,但有了這樣的前測練習,可以讓學生在動手操作過程中,自然而然地發現:組合結構可以有哪些方式?如何讓結構更精簡?支點的位置對整體結構有何影響?斜撐的應用也因此有了更多樣化的結果。經由這次的短時段課程實驗,也讓我發現:「桁架」不論是在平面或立體空間上,都有豐富的結構形式,日後在進行相關課程時,會是很好的發展主題。

課程規劃
  • 01
    人體支點活動與設計思考

    1. 觀看「吉娃斯愛科學5-結構力學」影片後,透過提問回顧重點。而後小組合力撐起一名組員,嘗試省力又能支撐組員重量的方式,分享活動相關想法。 2. 以18歲斷臂少年:樂高手臂引起動機,小組針對輔具設計思考,觀察輔具的支撐方式、肢體部位的需求差異、環境的可能阻礙,整理可供小組參考應用的輔具想法,並記錄於學習單上。

  • 02
    桁架結構與桁架設計

    1. 桁架結構:以莫斯科馬術學校體育館觀察「交撐型桁架」,介紹斜撐結構、種類、空間特性、華倫桁架於鐵橋的應用與生物結構的關聯、屏東社福館遊具的八面桁架,並以智高元件操作桁架結構。 2. 桁架設計:介紹桁架橋的基本結構,及桁架類型:長形(如:華倫式)、三角形(如:雙柱式)於不同建築的應用,操作桁架橋設計練習。

  • 03
    拱形結構與薄殼結構

    1. 拱形結構:介紹「組積樣式」,觀察羅馬水道橋的用途、拱心石堆疊過程、穹頂的推力作用、羅馬萬神廟圓頂建造動畫、聖母百花大教堂穹頂設計動畫、木造拱形橋之拱形結構、Garabit高架橋鋼結構,操作上承式拱橋練習。 2. 薄殼結構:觀察蛋殼承受重力實驗影片,介紹薄殼結構按曲面生成的形式類型、推力網格法,認識菱形網格於建築上的應用,並比較麻省理工學院禮堂和阿利耶夫文化中心,理解薄殼與空間桁架的差異。而後以台中花博「聆聽花開的聲音」澄清觀念。

  • 04
    輔具設計與實作

    1. 輔具設計:運用桁架、拱形、薄殼結構之一的形式,小組討論肢體部位的個別需求、關節與智高元件長度關係、因應服貼程度的曲面設計,應用於輔具設計並記錄繪製於學習單上。 2.輔具實作:將輔具以智高元件組建完成後,實裝於肢體部位,測試並調整結構強度。

  • 05
    程式概念、結構美感觀念建立

    1. 程式概念:自學「海霸」桌遊,透過操作建立程式邏輯(變數、迴圈、條件式、順序性)概念,小組分享增進理解。 2.結構美感:透過美感電子書的結構單元之範例,介紹「師法自然」、「平衡穩定」、「輕巧反重」、「交織形抗」等結構美感特點,理解人們在生活環境中,對結構平衡所產生心理上的需求及應用。

  • 06
    書擋組裝製作、分享

    1. 書擋設計:賞析坊間書擋設計,以結構美感特點進行對照解說,之後將初步想法繪製於學習單上。 2. 書擋組裝:將設計好的書擋以智高元件進行組裝,調整並強化結構後,置入五本課本測試承重力,與同學分享並闡述各自觀察到的結構美感。

徐韻琴
臺中市立居仁國民中學 教師

任教於臺中市立居仁國民中學

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