生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育：交叉學(xué)科的對(duì)話(huà)

柴佳彤 湯力

基金項(xiàng)目：本論文為2023年度遼寧師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目“生態(tài)紡織藝術(shù)：基于可持續(xù)發(fā)展原則的紡織藝術(shù)研究與探索”成果，項(xiàng)目編號(hào)：202310165004

摘要：目的：文章旨在探索生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育融合的可能性，探討如何將傳統(tǒng)與現(xiàn)代學(xué)科相結(jié)合，從而為學(xué)生提供更全面、創(chuàng)新且實(shí)用的教育經(jīng)驗(yàn)。方法：文章對(duì)生態(tài)紡織藝術(shù)的發(fā)展史以及STEM教育的核心理念和方法進(jìn)行梳理，設(shè)計(jì)實(shí)施一個(gè)名為“從農(nóng)田到時(shí)裝秀”的跨學(xué)科項(xiàng)目。該項(xiàng)目鼓勵(lì)學(xué)生深入農(nóng)田，選擇和采集生態(tài)紡織材料，利用STEM原則和方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，最終完成一個(gè)環(huán)保時(shí)裝作品，并在時(shí)裝秀中展示。結(jié)果：生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育的融合為學(xué)生提供了一個(gè)獨(dú)特的學(xué)習(xí)平臺(tái)，使學(xué)生能夠從多個(gè)角度認(rèn)識(shí)和思考問(wèn)題，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和跨學(xué)科合作能力。學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目不僅能學(xué)到生態(tài)紡織的基本技能和知識(shí)，還能夠了解如何利用科學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。結(jié)論：將生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育相結(jié)合，可以為學(xué)生提供全面且實(shí)用的教育體驗(yàn)。這種跨學(xué)科的教學(xué)方法不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，還有助于他們建立一個(gè)更完整和系統(tǒng)的世界觀。隨著社會(huì)不斷發(fā)展，生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育的融合將給未來(lái)的教育帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)紡織藝術(shù)；STEM教育；交叉學(xué)科

中圖分類(lèi)號(hào)：TS10-4；G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2024）02-00-03

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，跨學(xué)科融合的重要性與必要性日益凸顯。隨著全球性生態(tài)問(wèn)題的持續(xù)加劇，傳統(tǒng)的單一學(xué)科已無(wú)法解決當(dāng)下的復(fù)雜問(wèn)題。在這樣的背景下，生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育之間的融合引起了廣泛關(guān)注，因?yàn)樗鼈兌甲⒅貙?shí)踐、創(chuàng)新和解決實(shí)際問(wèn)題。

1 生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育概述

1.1 生態(tài)紡織藝術(shù)的定義與歷史演變

生態(tài)紡織藝術(shù)在紡織領(lǐng)域中融合了環(huán)境可持續(xù)性與傳統(tǒng)技藝，與自然和諧共生［1］。隨著時(shí)間推移，其關(guān)注點(diǎn)從簡(jiǎn)單的共生轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)、使用可再生資源和低碳生產(chǎn)。工業(yè)革命加劇了紡織業(yè)對(duì)環(huán)境的沖擊，導(dǎo)致了資源過(guò)度消耗和環(huán)境污染。對(duì)此，生態(tài)紡織藝術(shù)倡導(dǎo)使用環(huán)保材料和低消耗生產(chǎn)方式，體現(xiàn)了其對(duì)自然的尊重和對(duì)人與服飾新型關(guān)系的哲學(xué)

思考［2］。

1.2 STEM教育的歷史背景與定義

STEM教育，代表科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的綜合體系［3］，是20世紀(jì)后期全球化和技術(shù)創(chuàng)新背景下的教育回應(yīng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科間的互聯(lián)性和實(shí)際應(yīng)用，著重培養(yǎng)學(xué)生的跨界思考、合作和創(chuàng)新能力。STEM教育旨在解決21世紀(jì)的復(fù)雜問(wèn)題，能為學(xué)生提供與真實(shí)世界相關(guān)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)其批判性思考的能力。與傳統(tǒng)學(xué)科教育相比，STEM教育不僅關(guān)注純學(xué)術(shù)培養(yǎng)，更重視為社會(huì)培養(yǎng)具備寬廣視野、多學(xué)科知識(shí)和技能的人才，確保他們不僅能適應(yīng)快速變化的現(xiàn)代社會(huì)，還能領(lǐng)導(dǎo)和創(chuàng)新，為應(yīng)對(duì)當(dāng)今社會(huì)的復(fù)雜挑戰(zhàn)提供了一個(gè)全新的教育框架［4］。

2 交叉學(xué)科的探索：生態(tài)紡織與STEM的交匯點(diǎn)

2.1 技術(shù)在生態(tài)紡織設(shè)計(jì)與制作中的作用

技術(shù)在生態(tài)紡織設(shè)計(jì)與制造中橋接了傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代可持續(xù)觀念。通過(guò)數(shù)字化和自動(dòng)化建設(shè)，設(shè)計(jì)師能夠模擬材料性能和優(yōu)化紡織結(jié)構(gòu)，而智能制造技術(shù)則確保了能源的高效使用。生物技術(shù)和納米技術(shù)為紡織材料帶來(lái)了更多環(huán)保選擇，不僅推進(jìn)了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的創(chuàng)新，還將紡織的功能與環(huán)保理念結(jié)合起來(lái)［5］。

2.2 工程方法在生態(tài)紡織材料與技術(shù)選擇中的應(yīng)用

工程方法的應(yīng)用增強(qiáng)了生態(tài)紡織材料與技術(shù)選擇的科學(xué)性與精確性，推動(dòng)了對(duì)材料性能的定量分析、生命周期評(píng)估以及外部環(huán)境因子的系統(tǒng)考慮。計(jì)算機(jī)模擬和有限元分析等先進(jìn)技術(shù)能模擬紡織材料在各種環(huán)境下的行為，從而為設(shè)計(jì)師提供有關(guān)材料應(yīng)用和改進(jìn)的深入信息。同時(shí)，工程方法也為紡織材料與技術(shù)的可持續(xù)性構(gòu)建了一種量化評(píng)估框架，通過(guò)工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和供應(yīng)鏈管理，確保紡織的生產(chǎn)和使用在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三個(gè)維度都達(dá)到最佳狀態(tài)，從而為紡織產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)［6］。

2.3 生態(tài)紡織中的數(shù)學(xué)模型與結(jié)構(gòu)邏輯

生態(tài)紡織中的數(shù)學(xué)模型與結(jié)構(gòu)邏輯的結(jié)合反映了從抽象數(shù)學(xué)概念到紡織實(shí)踐的深入探索。紡織材料的微觀性能和宏觀功能都可以通過(guò)數(shù)學(xué)模型精確描述出來(lái)［7］，如利用偏微分方程描述纖維的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，預(yù)測(cè)其在不同環(huán)境中的行為。同時(shí)，結(jié)構(gòu)邏輯著重于紡織品的宏觀設(shè)計(jì)，如怎樣滿(mǎn)足保溫、吸濕或抗菌等特定需求。隨著計(jì)算技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，現(xiàn)在可以模擬并優(yōu)化復(fù)雜的紡織結(jié)構(gòu)，為紡織品的生態(tài)優(yōu)化帶來(lái)了更多可能，在傳統(tǒng)紡織工藝和現(xiàn)代科技之間架起了一座橋梁，為未來(lái)的生態(tài)紡織設(shè)計(jì)和制造提供了新的思路［8］。

2.4 科學(xué)原理與生態(tài)紡織材料的兼容與選擇

科學(xué)原理與生態(tài)紡織材料的兼容與選擇之間存在一種微妙的關(guān)聯(lián)。從原子結(jié)構(gòu)到宏觀屬性，科學(xué)原理解碼了紡織材料內(nèi)在的物理和化學(xué)性質(zhì)，為其環(huán)境響應(yīng)性、持久性及功能性提供了理論支持。例如，纖維的分子排列、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的性質(zhì)決定了材料的強(qiáng)度、伸縮性和吸濕性。同時(shí)，隨著納米技術(shù)、生物合成技術(shù)等的發(fā)展，不僅能在現(xiàn)有材料庫(kù)中選擇材料，還能設(shè)計(jì)出全新的生態(tài)紡織材料。這些創(chuàng)新材料具有更強(qiáng)的循環(huán)利用能力、更快的降解速度和更高的能源使用效率。可見(jiàn)，科學(xué)原理為生態(tài)紡織材料的選擇提供了一個(gè)多維度、深層次的篩選和優(yōu)化平臺(tái)，確保所選材料在環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)維度上具有真正的可持續(xù)性。

3 將生態(tài)紡織藝術(shù)融入STEM課程的途徑

將生態(tài)紡織藝術(shù)融入STEM課程不僅是打破學(xué)科壁壘的一次嘗試［9］，更為學(xué)生開(kāi)辟了一個(gè)探尋自然、科技和藝術(shù)交集的新世界。其具體有兩大核心思路指引融合過(guò)程：內(nèi)容交融和教學(xué)方法創(chuàng)新。從內(nèi)容角度看，生態(tài)紡織涉及的材料選擇、生產(chǎn)流程及環(huán)境考量是生物、化學(xué)和物理的教學(xué)內(nèi)容［10］。在教學(xué)方法上，強(qiáng)調(diào)藝術(shù)的感性和STEM的理性相結(jié)合?？砷_(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)美觀且環(huán)保的紡織品，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)優(yōu)化其功能。將生態(tài)紡織藝術(shù)融入STEM課程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和跨學(xué)科協(xié)作能力，為他們應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)打好基礎(chǔ)。

4 教育實(shí)踐：案例設(shè)計(jì)“從農(nóng)田到時(shí)裝秀”

4.1 農(nóng)田實(shí)踐

學(xué)生被帶到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)農(nóng)田中，親身參與生態(tài)紡織原材料的種植與收獲，并進(jìn)行土壤質(zhì)量和水質(zhì)的科學(xué)測(cè)試，引導(dǎo)學(xué)生利用化學(xué)和生物學(xué)知識(shí)分析數(shù)據(jù)，了解農(nóng)田生態(tài)平衡的重要性［11］。

4.2 材料科學(xué)與藝術(shù)性探索

為了確保所選材料符合生態(tài)和可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生會(huì)深入研究各種材料，如有機(jī)棉、麻、竹纖維和再生纖維，研究其生產(chǎn)過(guò)程、碳足跡和最終產(chǎn)物的耐用性。同時(shí)對(duì)材料生命周期進(jìn)行評(píng)估，從原材料的種植、采集，到纖維的制備、染色、織造，再到最終產(chǎn)品的使用和回收，都應(yīng)被納入考慮范圍。

在藝術(shù)性方面，學(xué)生應(yīng)在設(shè)計(jì)中融入個(gè)人理念。通過(guò)材料科學(xué)的前期研究，學(xué)生了解到不同的纖維或處理方式適合不同的藝術(shù)表達(dá)。在染色方法的選擇上，采用天然染料不僅更環(huán)保，還能使布料具有獨(dú)特的質(zhì)感，同時(shí)與生態(tài)主題相呼應(yīng)。學(xué)生應(yīng)探索如何將傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代設(shè)計(jì)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出具有文化內(nèi)涵的作品。學(xué)生需要深入研究各種技術(shù)，以保持材料的原生態(tài)特性，并達(dá)到想要的藝術(shù)效果，如使用低溫染色技術(shù)以減少能源消耗，或采用水性印花材料來(lái)減少化學(xué)污染。

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和跨學(xué)科合作能力，可以舉辦相關(guān)研討會(huì)，使學(xué)生有機(jī)會(huì)與科學(xué)家和藝術(shù)家交流，共同探討如何將材料科學(xué)與藝術(shù)性相結(jié)合，創(chuàng)造出既美觀又環(huán)保的作品［12］。

4.3 技術(shù)與工藝的創(chuàng)新實(shí)踐

從初步的想法到最終的成品，每一個(gè)步驟都體現(xiàn)了對(duì)新技術(shù)的嘗試和對(duì)傳統(tǒng)工藝的創(chuàng)新。為了使紡織品具有更好的生態(tài)屬性，本次設(shè)計(jì)引入了數(shù)字化織造技術(shù)。這種技術(shù)可以準(zhǔn)確控制紗線(xiàn)的張力，使布料在沒(méi)有任何化學(xué)添加劑的情況下?lián)碛凶罴训馁|(zhì)地。同時(shí)，這種技術(shù)還為學(xué)生提供了更高的設(shè)計(jì)自由度，有助于他們創(chuàng)造出更復(fù)雜、細(xì)致的圖案。為了最大限度地保留天然纖維的環(huán)保特性，設(shè)計(jì)還采用了最新的生物酶處理技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)處理相比，生物酶處理不僅對(duì)環(huán)境無(wú)害，還能夠提高纖維的柔軟性和強(qiáng)度，更適合高品質(zhì)的服裝制作。在染色過(guò)程中，為了避免化學(xué)染料對(duì)環(huán)境造成影響，本次設(shè)計(jì)采用植物和微生物染料，并利用3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)的局部染色［13］。這一技術(shù)的運(yùn)用使染色過(guò)程更為環(huán)保，同時(shí)也為服裝提供了獨(dú)特的色彩和質(zhì)感。與此同時(shí)，學(xué)生還對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了深入的探索和創(chuàng)新。引入了手工刺繡、手工編織和手工打結(jié)等傳統(tǒng)工藝，將其與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，創(chuàng)造出既具有傳統(tǒng)文化底蘊(yùn)、又符合現(xiàn)代審美的藝術(shù)品。這一探索不僅提升了服裝的藝術(shù)價(jià)值，還為傳統(tǒng)工藝的傳承和發(fā)展提供了新的可能［14］。

4.4 時(shí)裝秀的策劃與實(shí)施

時(shí)裝秀的策劃與實(shí)施是整個(gè)項(xiàng)目的高潮。學(xué)生充分理解了生態(tài)紡織藝術(shù)的核心理念，并以此為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)既具有藝術(shù)性、又強(qiáng)調(diào)可持續(xù)性的主題，即“自然的脈絡(luò)”。整場(chǎng)秀的燈光、音樂(lè)和布景都圍繞這一主題展開(kāi)，營(yíng)造出了一個(gè)讓人仿佛置身自然之中的夢(mèng)幻場(chǎng)景。為了更好地呈現(xiàn)服裝與自然的和諧關(guān)系，時(shí)裝秀選擇室外的草坪作為秀場(chǎng)，并在草坪上投影出一片“動(dòng)態(tài)的農(nóng)田”，模擬農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程。這種布置不僅增強(qiáng)了觀眾的沉浸感，還為模特們提供了一個(gè)獨(dú)特的展示空間。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生團(tuán)隊(duì)注重每一個(gè)細(xì)節(jié)，從模特的走位、燈光的變化到背景音樂(lè)的律動(dòng)，都經(jīng)過(guò)了精心設(shè)計(jì)與調(diào)試，確保整場(chǎng)秀的流暢與高潮迭起。“從農(nóng)田到時(shí)裝秀”項(xiàng)目完美地展現(xiàn)了生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育的交融與創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展提供了一個(gè)全新的視角［15］。

5 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)紡織藝術(shù)與STEM教育體現(xiàn)了當(dāng)代學(xué)術(shù)與工業(yè)界追求多學(xué)科整合與應(yīng)用的重要趨勢(shì)?！皬霓r(nóng)田到時(shí)裝秀”這一項(xiàng)目作為研究的核心案例，彰顯了生態(tài)紡織在科技、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，及其在可持續(xù)教育中扮演的關(guān)鍵角色。此項(xiàng)目的每一個(gè)環(huán)節(jié)都凸顯了交叉學(xué)科的重要意義，證明了技術(shù)和藝術(shù)可以交叉相融，從而為教育界和紡織行業(yè)發(fā)展提供新的視角。未來(lái)的研究和實(shí)踐應(yīng)該進(jìn)一步深化，以推動(dòng)生態(tài)紡織與STEM教育在全球范圍內(nèi)的廣泛交融。

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作者簡(jiǎn)介：柴佳彤（2003—），女，遼寧沈陽(yáng)人，本科在讀，研究方向：國(guó)畫(huà)藝術(shù)。

湯力（1982—），遼寧大連人，本科，講師，系本文通訊

作者，研究方向：視覺(jué)傳達(dá)設(shè)計(jì)。