Digital fabrication and digital design: learning by making in architectural education

Abstract

This PhD thesis aims to illuminate contemporary praxis in the intersection of architecture, digital media (CAD/CAE/CAM) and education. It examines the role of computation and technology in the current architectural milieu. Following an overview and classification of currently available technologies for design and fabrication, the dissertation examines their level of integration in contemporary education and praxis. Extending the research into learning theories and analyzing the established practice of teaching digital technologies in architectural education the PhD thesis suggests that there are great benefits, but also risks and misconceptions that may jeopardize creative thinking and innovation. In accordance to established learning theories that involve the student’s active participation and hands-on experimentation, the dissertation seeks to highlight paradigms of good practice, and suggests ways of integrating the use of digital media with the design and construction of actual prototypes and not as a disconnected computer class, that only teaches students “how to use the tools”. The design-build studios established in numerous universities provide a fertile ground for integrated design experimentation.This research is motivated by two main questions: a) Why is it important to introduce a learning by making approach in the teaching of digital fabrication and design and what is the current practice of learning by making in contemporary architectural education? b) How could the field research, teaching experiments and learning outcomes presented in this dissertation improve the practice of learning by making with the use of digital media?The literature review focuses on two main topics, on one hand on the available digital technologies (CAD/CAE/CAM) and particularly those applicable in architecture and on the other hand on architectural education and its prevailing theories and models, with a particular focus on theories of active learning, hypothesizing that learning by making can prove effective for the integration of digital technologies in architecture. The literature review indicates that a significant number of schools have integrated digital technologies for the development design-built projects, and a survey of 120 educational construction across different academic institutions aims to identify current trends revealing information about their morphology, materials and technology used. However what is left unanswered by the literature review and survey is what happens “behind the scenes”. Though most of the schools present design-built projects in papers and online media, very little has been said about the teaching process, the construction logistics and educational aspects.Synthesizing existing research methodologies and contemporary approaches to design research in particular, a theoretical model of “research by making” connects tacit knowledge and experiential learning with the actual task of research in architecture. Having identified the gaps in the bibliography this PhD thesis employs a variety of methods that cross-inform each other. The bibliography review and survey are followed by a semi-structured interview to one of the protagonists of the contemporary design-build scene in Europe. To gain an insight into the processes of such projects a series of educational design-make experiments in the form of case studies are carried out, analyzed and evaluated through questionnaires. The findings confirm the initial hypothesis, suggesting the learning by making approach as an effective method for integrating digital fabrication and digital design in the architecture curriculum, illustrating how different media for design thinking and making cross-inform each other. The thesis contributes to the epistemology of learning by making in architectural education by providing the conceptual framework for this practice. The main contribution to knowledge is the linking of learning theories and available digital technologies in order to construct efficient teaching agendas that encourage creativity and innovation. This study advances our understanding of design-built projects, not merely by studying the end result, but by delving into the actual process, from design to construction, and evaluating its educational benefits. The PhD thesis aspires to shed light upon how learning by making cultivates creative thinking and innovation in architectural education.Concluding the thesis, the results and implications for architects and educators are discussed, giving rise to new questions for future research. The PhD thesis supports the model of learning by making for the seamless integration of digital fabrication and design thinking in architectural education. It examines processes of thinking and making, encouraging design research by making and exploiting the great potential of digital craftsmanship. The findings prompt a re-thinking of contemporary architectural education, suggesting experiential learning models that integrate knowledge from different fields and disciplines and the actual construction of prototypes as a vehicle for creativity and innovation.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει στόχο να φωτίσει τη σύγχρονη πρακτική στη θεματική περιοχή όπου αλληλοτέμνονται η αρχιτεκτονική, τα ψηφιακών μέσα (CAD/CAE/CAM) και η εκπαίδευση. Εξετάζει το ρόλο της υπολογιστικής λογικής και της τεχνολογίας στο σημερινό αρχιτεκτονικό γίγνεσθαι. Kατόπιν επισκόπησης και ταξινόμησης των διαθέσιμων τεχνολογιών για το σχεδιασμό και την κατασκευή, η διατριβή εξετάζει το επίπεδο ενσωμάτωσης αυτών στη σύγχρονη εκπαίδευση και πράξη. Η έρευνα επεκτείνεται σε θεωρίες της μάθησης και ανάλυση της καθιερωμένης πρακτικής διδασκαλίας των ψηφιακών τεχνολογιών στην αρχιτεκτονική εκπαίδευση καταδεικνύοντας ότι υπάρχουν μεγάλα οφέλη, αλλά ταυτόχρονα ελοχεύουν κινδύνοι και παρανοήσεις που μπορεί να λειτουργήσουν ως τροχοπέδη στη δημιουργική σκέψη και την καινοτομία. Σύμφωνα με τις καθιερωμένες θεωρίες μάθησης που απαιτούν την ενεργό συμμετοχή του μαθητευόμενου και τον έμπρακτο πειραματισμό, η διατριβή επιχειρεί να αναδείξει παραδείγματα καλών πρακτικών, και να προτείνει τρόπους για την ενσωμάτωση της χρήσης των ψηφιακών εργαλείων μέσω του σχεδιασμού και της κατασκευής πραγματικών πρωτοτύπων και όχι ως ασύνδετο και μεμονωμένο μάθημα στην αίθουσα υπολογιστών, που διδάσκει στους φοιτητές μόνον "πώς να χρησιμοποιούν τα εργαλεία". Τα στούντιο σχεδιασμού-κατασκευής που εγκαθιδρύθηκαν σε πολλά πανεπιστήμια παρέχουν ένα γόνιμο έδαφος για έναν ολοκληρωμένο σχεδιαστικό πειραματισμό.Η έρευνα αυτή υπαγορεύεται από δύο βασικά ερωτήματα: α) Γιατί είναι σημαντικό να εισαχθεί μια προσέγγιση μάθησης δια της πράξης στη διδασκαλία της ψηφιακής κατασκευής και του σχεδιασμού και ποιά είναι η τρέχουσα πρακτική αυτής στη σύγχρονη αρχιτεκτονική εκπαίδευση; β) Πώς θα μπορούσαν οι έρευνες πεδίου, τα εκπαιδευτικά πειράματα και μαθησιακά αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην παρούσα διατριβή να βελτιώσουν την πρακτική της μάθησης δια της πράξης κάνοντας χρήση των ψηφιακών μέσων; Η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας επικεντρώνεται σε δύο βασικά θέματα, αφενός στις διαθέσιμες ψηφιακές τεχνολογίες (CAD / CAE / CAM) και ιδιαίτερα εκείνες που εφαρμόζονται στην αρχιτεκτονική και αφετέρου στην αρχιτεκτονική εκπαίδευση και τις επικρατούσες θεωρίες και μοντέλα, με ιδιαίτερη έμφαση στην θεωρίες της ενεργητικής μάθησης, διατυπώνοντας την υπόθεση ότι η μάθηση δια της πράξης μπορεί να αποδειχθεί αποτελεσματική για την ενσωμάτωση των ψηφιακών τεχνολογιών στην αρχιτεκτονική. Η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας δείχνει ότι ένας σημαντικός αριθμός των σχολών έχουν ενσωματώσει τις ψηφιακές τεχνολογίες σε στούντιο σχεδιασμού-κατασκευής, και μια επισκόπηση 120 εκπαιδευτικών περιπτέρων από διάφορα ακαδημαϊκά ιδρύματα έχει ως στόχο να εντοπίσει τις τρέχουσες τάσεις, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με τη μορφολογία, τα υλικά και την τεχνολογία που χρησιμοποιούν. Ωστόσο, αυτό που μένει αναπάντητο από την βιβλιογραφική ανασκόπηση και έρευνα είναι το τι συμβαίνει "πίσω από τα παρασκήνια". Παρά το γεγονός ότι πολλά από τα εκπαιδευτικά περίπτερα έχουν δημοσιευθεί τόσο σε έντυπα όσο και σε διαδικτυακά μέσα, πολύ λίγα έχουν ειπωθεί για την εκπαιδευτική διαδικασία, τη διαχείριση της κατασκευής και τις εκπαιδευτικές πτυχές. Συνθέτοντας τις υπάρχουσες ερευνητικές μεθοδολογίες και ιδιαίτερα τις σύγχρονες προσεγγίσεις για την έρευνα στο σχεδιασμό, ένα θεωρητικό μοντέλο "έρευνας δια της πράξης" συνδέει την άρρητη γνώση και την βιωματική μάθηση με το καθεαυτό έργο της έρευνας στον τομέα της αρχιτεκτονικής. Έχοντας εντοπίσει τα κενά στη βιβλιογραφία η διδακτορική διατριβή χρησιμοποιεί μια ποικιλία μεθόδων που αλληλοσυμπληρώνονται. Η βιβλιογραφική έρευνα και η επισκόπηση ακολουθούνται από μια συνέντευξη με έναν από τους πρωταγωνιστές της σύγχρονης σκηνής σχεδιασμoύ-κατασκευής στην Ευρώπη. Προκειμένου να επιτευχθεί μια πληρέστερη εικόνα για την ίδια τη διαδικασία, διεξάγονται μια σειρά από εκπαιδευτικά πειράματα σχεδιασμού-κατασκευής με τη μορφή μελετών περίπτωσης, τα οποία εν συνεχεία αναλύονται και αξιολογούνται μέσω ερωτηματολογίων. Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν την αρχική υπόθεση, γεγονός που θέτει την μάθηση δια της πράξης ως μια αποτελεσματική μέθοδο για την ενσωμάτωση της ψηφιακής κατασκευής και ψηφιακή σχεδίαση στο πρόγραμμα σπουδών της αρχιτεκτονικής, καταδεικνύοντας το πώς διαφορετικά μέσα για τον σχεδιασμό, την σκέψη και την πράξη αλληλοτροφοδοτούν το ένα τον άλλο.Η διατριβή συμβάλλει στην επιστημολογία της μάθησης δια της πράξης στην αρχιτεκτονική εκπαίδευση, παρέχοντας το εννοιολογικό πλαίσιο για την πρακτική αυτή. Η κύρια συνεισφορά στη γνώση είναι η σύνδεση των μαθησιακών θεωριών και των διαθέσιμων ψηφιακών τεχνολογιών, προκειμένου να κατασκευάσουν αποτελεσματικά πρωτόκολλα διδασκαλίας που ενθαρρύνουν τη δημιουργικότητα και την καινοτομία. Η μελέτη αυτή προωθεί την κατανόηση του στούντιο σχεδιασμού-κατασκευής, όχι απλώς μελετώντας το τελικό αποτέλεσμα, αλλά διερευνώντας την πραγματική διαδικασία, από το σχεδιασμό μέχρι την κατασκευή, και την αξιολόγηση των εκπαιδευτικών οφελών. Η διδακτορική διατριβή φιλοδοξεί να ρίξει φως στο πώς η μάθηση δια της πράξης καλλιεργεί τη δημιουργική σκέψη και την καινοτομία στην αρχιτεκτονική εκπαίδευση.Καταλήγοντας, συζητώνται τα αποτελέσματα και οι επιπτώσεις για τους αρχιτέκτονες και τους εκπαιδευτικούς, δίνοντας αφορμή για νέα ερωτήματα και μελλοντική έρευνα. Η διδακτορική διατριβή υποστηρίζει το μοντέλο της μάθησης δια της πράξης για την απρόσκοπτη ενσωμάτωση της ψηφιακής κατασκευής και σχεδιαστικής σκέψης στην αρχιτεκτονική εκπαίδευση. Eξετάζει διαδικασίες σκέψης και πράξης, ενθαρρύνοντας την έρευνα δια της πράξης, και αξιοποιώντας τις δυνατότητες της ψηφιακής τεχνικής. Τα ευρήματα προτρέπουν σε μια εκ νέου θεώρηση της σύγχρονης αρχιτεκτονικής εκπαίδευσης, προτείνοντας μοντέλα βιωματικής μάθησης που ενσωματώνουν γνώσεις από διαφορετικά γνωστικά πεδία και κλάδους και την εν τη πράξει κατασκευή πρωτοτύπων ως όχημα για τη δημιουργικότητα και την καινοτομία.