注重實(shí)踐性與開放性的建筑物理課程改革

金樾 熊宇 姚斌 陶燕

摘要：本文針對建筑領(lǐng)域?qū)?jié)能建筑這一課題的提出，由此帶來的新的設(shè)計(jì)方式、材料、技術(shù)的變革，使得傳統(tǒng)建筑基礎(chǔ)課程，尤其是《建筑物理》在教學(xué)內(nèi)容和知識體系上有所缺失，提出具有實(shí)踐性和開放性特點(diǎn)的課程改革方法，結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)踐和反饋調(diào)查發(fā)現(xiàn)，改革后的課程體系能更有效地激勵學(xué)生創(chuàng)造性地解決建筑設(shè)計(jì)課程中的實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐性；開放性；《建筑物理》；課程改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）22-0104-02

一、前言

《建筑物理》是建筑學(xué)專業(yè)教育中的基礎(chǔ)課程，同時也是支撐和銜接建筑設(shè)計(jì)課程的重要課程。建筑學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)學(xué)生利用基礎(chǔ)理論分析和解決工程問題能力的課程，是貫穿基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用的鏈條，在整個人才培養(yǎng)過程中起到不可替代的作用[1]。傳統(tǒng)的《建筑物理》課程僅專注于知識體系構(gòu)建，但隨著建筑領(lǐng)域新技術(shù)、新材料的不斷出現(xiàn)，尤其是節(jié)能建筑對建筑學(xué)提出了更高要求[2]，原有的課程體系不能滿足持續(xù)變化的建筑學(xué)范疇；以往的教育模式主要以理論授課為主，強(qiáng)調(diào)建筑物理學(xué)中的原理及計(jì)算方法，課程安排往往是固定的，易于導(dǎo)致學(xué)生感覺學(xué)習(xí)枯燥，對書本知識難以消化，上課效率低下；然而，《建筑物理》作為建筑設(shè)計(jì)課程的重要技術(shù)類支撐課程，對于學(xué)生在理解建筑的隔熱、保溫、自然通風(fēng)、采光、建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)等實(shí)際工程問題有著重要的知識輔助作用，同時也為《建筑構(gòu)造》、《建筑材料》等課程的奠定理論基礎(chǔ)，因此，《建筑物理》的學(xué)習(xí)對于理解建筑構(gòu)造的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)應(yīng)用等知識起著非常重要的理論作用。但根據(jù)作者在實(shí)際教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)，《建筑物理》課程從教學(xué)內(nèi)容、課程設(shè)置、教學(xué)方法上還存在較多問題。

1.教學(xué)內(nèi)容單一。首先，根據(jù)《建筑物理》教學(xué)大綱要求，課程內(nèi)容分為3大部分，即建筑熱學(xué)、建筑光學(xué)和建筑聲學(xué)。具體包括承擔(dān)了建筑保溫、隔熱、防潮、遮陽的原理、計(jì)算及設(shè)計(jì)；同時建筑光學(xué)和聲學(xué)也包含了光學(xué)基本原理、建筑自然采光、人工照明及其設(shè)計(jì)；建筑聲學(xué)則重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)聲學(xué)原理及現(xiàn)象、聲學(xué)設(shè)計(jì)；知識點(diǎn)繁多、涉及面廣，而學(xué)生由于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，對其中的原理及公式很難理解，進(jìn)而對課程的內(nèi)容沒有興趣，甚至排斥，只是勉強(qiáng)記住公式原理應(yīng)付考試，而對應(yīng)設(shè)計(jì)課程卻無法進(jìn)行熱工設(shè)計(jì)、自然采光和聲學(xué)設(shè)計(jì)。

其次，現(xiàn)代建筑技術(shù)和輔助軟件可以使設(shè)計(jì)手段更加多樣，例如建筑的自然采光和熱環(huán)境可以通過Ecotect軟件進(jìn)行模擬，而建筑風(fēng)環(huán)境模擬可以通過Phoenics進(jìn)行，目前在許多建筑設(shè)計(jì)公司和科研院所已普遍使用，而學(xué)生恰好在這類知識上有所欠缺。

2.課程設(shè)置不合理。目前，《建筑物理》課程安排在三年級，而該課程涉及的建筑構(gòu)造知識還未建立起來，如建筑保溫、隔熱、防潮構(gòu)造的原理需要依托建筑構(gòu)造、建筑材料等課程的支撐，但這些課程要么剛開始上，與物理課程同步，要么還未開設(shè)，導(dǎo)致知識點(diǎn)的斷層。因此，學(xué)生在上《建筑物理》課程時對構(gòu)造、材料、原理表現(xiàn)出的困惑就不難理解了。

3.教學(xué)方法落后。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，新的材料、新的構(gòu)造和計(jì)算機(jī)輔助手段使得課程中的一些計(jì)算方法和構(gòu)造原理趨于落后，且學(xué)生對復(fù)雜的計(jì)算公式缺乏興趣，容易導(dǎo)致他們對該課程其他內(nèi)容接受程度低。而目前的教學(xué)手段主要依靠PPT演示、知識點(diǎn)的講解及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的練習(xí)，面對現(xiàn)代建筑需要的熱環(huán)境、光環(huán)境優(yōu)化、聲學(xué)構(gòu)造及設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的案例支撐，實(shí)際工程中主要依靠計(jì)算機(jī)軟件模擬，但課程中未能與之相適應(yīng)，使得學(xué)生所學(xué)知識與設(shè)計(jì)行業(yè)實(shí)際要求脫節(jié)[3]。

二、《建筑物理》課程改革方法

針對以上所提出的問題，本課程在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容及考核方式上做出了相應(yīng)的改革和嘗試，并通過問卷的方式調(diào)查了學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)的效果和滿意度，從數(shù)據(jù)上顯示，改革后的《建筑物理》課程的教學(xué)效果和質(zhì)量得到了一定的提高。

1.注重教學(xué)模式多元化。在筆者所在高校，《建筑物理》整個課程分為兩部分，即建筑熱學(xué)部分和建筑光學(xué)、聲學(xué)部分，安排2個學(xué)期進(jìn)行。每個部分都僅24學(xué)時，時間緊迫，內(nèi)容繁多，對知識點(diǎn)的講解無法做到面面俱到，因此，抓住基本原理和設(shè)計(jì)方法是整個課程的關(guān)鍵。在教學(xué)過程中，不能簡單地對基本原理照本宣科，而是講清楚其中包含的物理含義以及它在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的用途，因?yàn)楸M管新工藝、新材料不斷更新，但其中所包含的原理是基本不變的。

注重課程內(nèi)容的多元化，包括與當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)、建筑構(gòu)造、建筑材料案例相結(jié)合[4]，例如在講解建筑熱學(xué)知識時，重點(diǎn)講清楚建筑傳熱的基本原理，尤其是穩(wěn)定傳熱和周期性穩(wěn)定傳熱過程所包含的熱學(xué)現(xiàn)象，同時為了鞏固知識點(diǎn)，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識改造校園內(nèi)熱環(huán)境較差的老舊建筑，以提高該建筑的熱穩(wěn)定性。學(xué)生通過實(shí)地調(diào)研，分析其熱環(huán)境差的原因，搜集相關(guān)保溫隔熱設(shè)計(jì)構(gòu)造和方法，并對其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，以多媒體形式對所做調(diào)研和改造設(shè)計(jì)進(jìn)行匯報，通過這樣的方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時對所學(xué)知識進(jìn)行了補(bǔ)充，提高了他們自主運(yùn)用知識的能力，使得其他同學(xué)愿意互相學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。

2.注重課程實(shí)踐的多樣性。《建筑物理》作為建筑學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程和理論課程，它與建筑設(shè)計(jì)之間有著密切的聯(lián)系，是指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)中保溫、隔熱、自然采光、降噪等物理特性的重要指導(dǎo)課程，因此，不能夠?qū)ⅰ督ㄖ锢怼放c其他課程獨(dú)立開來，而是要使學(xué)生理解其在設(shè)計(jì)中的意義[5]。在課程學(xué)習(xí)中，以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的《建筑物理》學(xué)習(xí)是筆者所做的另一項(xiàng)改革。在每個重要的學(xué)習(xí)單元都安排一個小型設(shè)計(jì)，如對寒冷地區(qū)外墻進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，學(xué)生通過調(diào)研和搜集相關(guān)資料，提出各種不同的方案設(shè)想和構(gòu)造方式，包括利用當(dāng)?shù)卣惩梁粚?shí)成墻體來解決農(nóng)村住宅的保溫問題，既與地域性建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合，也體現(xiàn)了建筑的生態(tài)性；也有同學(xué)設(shè)計(jì)的雙層墻體，白天通過玻璃腔體加熱中間空氣層，并將熱量傳遞給內(nèi)層的蓄熱墻體，夜晚將熱量慢慢釋放到室內(nèi)，減少建筑對能源的依賴，體現(xiàn)了建筑的節(jié)能性；這些知識都是書本上所沒有包含的，而是學(xué)生通過設(shè)計(jì)去解決實(shí)際問題，從而提高了他們綜合運(yùn)用知識的能力。其次，在光學(xué)部分學(xué)習(xí)結(jié)束后，要求學(xué)生選擇一個自然采光的優(yōu)秀案例進(jìn)行采光分析和模擬，他們通過仔細(xì)地研究某一建筑的自然采光設(shè)計(jì)手法去學(xué)習(xí)大師們是如何運(yùn)用自然采光以達(dá)到技術(shù)與藝術(shù)的契合；同時利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助手段去驗(yàn)證該設(shè)計(jì)是否達(dá)到室內(nèi)所需要的照度要求。某學(xué)生學(xué)習(xí)了幾位博物館設(shè)計(jì)大師采光設(shè)計(jì)手法，并選擇其中一座由路易斯康設(shè)計(jì)的肯貝爾博物館進(jìn)行采光分析，既學(xué)習(xí)了博物館采光的設(shè)計(jì)知識，也掌握了目前普遍應(yīng)用的建筑采光模擬軟件Eco-tect，為學(xué)生以后的實(shí)際工作打下了良好的基礎(chǔ)。

3.注重開放的考核模式。以往的《建筑物理》考試按照選擇題、填空題、問答題、計(jì)算題的模式進(jìn)行，學(xué)生為了應(yīng)付考試，總是機(jī)械、被動地記憶所要考試的內(nèi)容，當(dāng)再次面臨需要依靠建筑物理的知識解決問題的時候，學(xué)生表現(xiàn)出來的運(yùn)用知識能力較差。為了達(dá)到真正運(yùn)用知識而不是記憶知識的目的，課程的考核改變了傳統(tǒng)的考查模式，而是通過小型的設(shè)計(jì)模塊來考查知識點(diǎn)，例如300座的小型報告廳設(shè)計(jì)、6個班級的幼兒園采光設(shè)計(jì)等等，采用開卷的方式使學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，用以考查學(xué)生理解和運(yùn)用知識的能力。

三、改革后教學(xué)情況對比

根據(jù)學(xué)校教務(wù)處對學(xué)生評價課程滿意度數(shù)據(jù)來看，往年常規(guī)教學(xué)模式下學(xué)生的滿意度基本處于35%左右，為了驗(yàn)證課程改革的效果，筆者選擇本校建筑學(xué)2012級進(jìn)行試點(diǎn)教學(xué)，第一學(xué)期采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，即知識點(diǎn)逐一講解，同時使用填空、選擇、判斷、問答和計(jì)算的考查模式；第二學(xué)期采用改革后的教學(xué)方法，采用開放的設(shè)計(jì)題進(jìn)行考核，并通過不記名的問卷調(diào)查模式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，總體滿意度達(dá)到86.11%，具體結(jié)果如圖1：

四、總結(jié)

由于現(xiàn)代建筑學(xué)教育在設(shè)計(jì)表達(dá)中逐漸呈現(xiàn)重藝術(shù)輕技術(shù)的趨勢，使得以往的《建筑物理》等理論課程地位較低，學(xué)生和教師都重視不足。通過對《建筑物理》課程從教學(xué)內(nèi)容實(shí)時性、教學(xué)手段多樣性和考核方式開放性進(jìn)行的一系列改革后，使得學(xué)生從以往的疲于應(yīng)付、流于形式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的主動探索，自主學(xué)習(xí)；同時也鼓勵了學(xué)生多去關(guān)注綠色建筑、綠色材料、可持續(xù)發(fā)展等建筑領(lǐng)域，提高了他們在今后的工作中解決實(shí)際工程問題的能力。

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