數(shù)字技術(shù)下綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)模式研究

（湖北工程學(xué)院建筑學(xué)院，湖北 孝感 432000）

20世紀(jì)中后半葉，在環(huán)境污染與能源危機(jī)紛紛爆發(fā)的社會(huì)背景下，綠色概念開始滲透到各行各業(yè)，并逐漸得到建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重視。所謂綠色建筑設(shè)計(jì)，即在不破壞環(huán)境生態(tài)平衡的前提下建立建筑空間體系。在構(gòu)思方案的過程中，設(shè)計(jì)者不僅要關(guān)注建筑形式美和功能空間布局合理性等基本要求，還要不斷審視建筑是否能夠融入生態(tài)環(huán)境之中，是否對(duì)環(huán)境無害，是否能有效利用大自然賦予人類的自然資源等相關(guān)問題。綠色設(shè)計(jì)方法的提出，既能引入跨學(xué)科知識(shí)以推動(dòng)建筑技術(shù)的發(fā)展，又能通過設(shè)計(jì)策略來盡量平衡人類建造活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境維持之間的矛盾，對(duì)于建筑業(yè)的未來發(fā)展和科學(xué)研究具有重大意義。

近年來，各建筑院校紛紛開設(shè)與之相關(guān)的跨學(xué)科專業(yè)課及設(shè)計(jì)實(shí)踐，力求突破過于偏重形式美學(xué)和空間形態(tài)研究的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)模式，幫助學(xué)生從全新角度尋求靈感與創(chuàng)意，以增加設(shè)計(jì)內(nèi)涵的深度和廣度。然而，僅用常規(guī)分析圖或計(jì)算結(jié)果的展示來評(píng)定建筑是否生態(tài)是十分困難的，學(xué)生難以通過常規(guī)方式直觀判斷設(shè)計(jì)成果的“綠色水平”，所謂的綠色設(shè)計(jì)常為各種技術(shù)的生搬硬套。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，除繪圖及建模軟件外，如Ecotect、Fluent和Airpak等一批可將環(huán)境物理性能指標(biāo)數(shù)據(jù)化、圖像化和直觀化的軟件被逐漸應(yīng)用于綠色建筑分析與設(shè)計(jì)過程［1］。采用適宜的數(shù)字化手段優(yōu)化教學(xué)過程，能對(duì)聲光熱等物理性能狀態(tài)做可視化程度高的模擬分析，為學(xué)生進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)提供參考，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)建筑觀具有重要的指導(dǎo)意義。

一、存在的問題

國內(nèi)高校通常以開設(shè)軟件教學(xué)和增設(shè)技術(shù)課等方式打造綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)體系，這在一定程度上加深了學(xué)生對(duì)綠色生態(tài)概念的認(rèn)知，但因課程設(shè)置維持傳統(tǒng)教學(xué)模式等原因，這種方式嚴(yán)重阻礙了對(duì)學(xué)生綠色思維的訓(xùn)練與培養(yǎng)，其主要存在以下問題。

1.設(shè)計(jì)課的課題主要依據(jù)建筑類型來分類，從低年級(jí)的小茶室設(shè)計(jì)、住宅設(shè)計(jì)過渡到高年級(jí)的公共建筑設(shè)計(jì)，在對(duì)建筑的體量、面積和功能布局的考察上逐漸提高要求。這種方式有利于學(xué)生集中掌握各類型建筑的設(shè)計(jì)原理及方法，但節(jié)奏慢且效率較低，不同設(shè)計(jì)單元之間的重復(fù)性工作多。再加上教學(xué)過程與其他課程聯(lián)系不夠緊密，對(duì)技術(shù)問題的討論主要基于已有設(shè)計(jì)成果中存在的問題展開，對(duì)學(xué)生在實(shí)踐中是否及如何應(yīng)用綠色生態(tài)策略和數(shù)字技術(shù)基本不做規(guī)定，從而導(dǎo)致“形式化操作”及“過分重視表現(xiàn)效果”等現(xiàn)象［2］。

2.技術(shù)類課程注重對(duì)概念和原理的闡述，與設(shè)計(jì)實(shí)踐基本處于分離狀態(tài)，教學(xué)中缺少“學(xué)以致用”的引導(dǎo)環(huán)節(jié)。由于在教學(xué)上缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，設(shè)計(jì)課主要針對(duì)建筑美學(xué)、形式結(jié)構(gòu)和功能布局等方面進(jìn)行考慮，導(dǎo)致學(xué)生忽視對(duì)建筑技術(shù)的應(yīng)用［3］。學(xué)生通過死記硬背來應(yīng)付作業(yè)和考試，難以將各種學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用于綠色設(shè)計(jì)實(shí)踐中。以建筑性能模擬軟件的課程為例，課程講解通常偏重對(duì)主要功能和命令的介紹，缺乏結(jié)合運(yùn)用建筑物理進(jìn)行分析的實(shí)踐環(huán)節(jié)，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)此類軟件的使用基本集中在設(shè)計(jì)后期的分析圖制作上，所謂數(shù)字技術(shù)不僅沒能輔助建筑設(shè)計(jì)，還淪為裝飾圖面效果的表現(xiàn)工具。

3.整個(gè)建筑教學(xué)課程體系常被分割成若干單元，教師按部就班講完教材上的主要內(nèi)容，各教學(xué)單位按期完成每學(xué)期的教學(xué)任務(wù)和考核任務(wù)。由于缺少有效的教學(xué)設(shè)計(jì)與交流，各學(xué)期的不同課程之間缺乏聯(lián)系。在“學(xué)以致用”不能實(shí)現(xiàn)的情況下，學(xué)生基本是學(xué)完一門忘一門。

4.受傳統(tǒng)教學(xué)體制的影響，我國高校建筑師基本素質(zhì)的訓(xùn)練中往往忽視對(duì)學(xué)生分析研究能力的培養(yǎng)，重實(shí)踐輕理論之風(fēng)盛行。學(xué)生為求設(shè)計(jì)高分而不斷追求建筑形式上的創(chuàng)新，卻忽視了現(xiàn)代建筑體系的大發(fā)展都是建立在建筑技術(shù)的新發(fā)展、新研究和新理論基礎(chǔ)上這一客觀事實(shí)。嚴(yán)重的偏科現(xiàn)象使得學(xué)生缺乏從建筑結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料到生態(tài)技術(shù)等各個(gè)層面的理論知識(shí)，從而直接影響到學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐水平的提高和突破，各種奇形怪狀卻不符合邏輯性和綠色標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)作業(yè)層出不窮。

5.綠色建筑理論課程教學(xué)只局限于上課周期內(nèi)，未能為學(xué)生打造課外再學(xué)習(xí)的氛圍。課程結(jié)束后，針對(duì)某些知識(shí)的探討便同時(shí)終結(jié)，學(xué)生對(duì)各綠色策略的研究浮于表面。由于綠色知識(shí)體系的復(fù)雜性，在缺少專業(yè)教師的指導(dǎo)和引導(dǎo)的情況下，學(xué)生若自主學(xué)習(xí)研究能力不足，便不能真正深入思考并建立完整的綠色知識(shí)體系，從而影響學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用水平。

二、實(shí)踐教學(xué)模式

綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)要突破原有格局，一是必須整合相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)并將之串聯(lián)成縱向培養(yǎng)目標(biāo)，建立階梯式的訓(xùn)練及實(shí)踐模塊，幫助學(xué)生逐步形成整體的生態(tài)設(shè)計(jì)觀；二是要打破設(shè)計(jì)課與理論課之間相互獨(dú)立設(shè)置的局面，充分挖掘數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以拓展生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐的范疇。因此，有必要以環(huán)境物理性能模擬分析的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用為核心，在現(xiàn)有的教育框架下增設(shè)以“學(xué)習(xí)—研究—設(shè)計(jì)”為主軸的立體式實(shí)踐教學(xué)模式（圖1）。教師根據(jù)各階段教學(xué)目標(biāo)設(shè)定若干研究主題和方向，整合相關(guān)課程形成系列課群，并設(shè)計(jì)合理的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在整個(gè)課程框架中由點(diǎn)及面地推進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

圖1 基于數(shù)字技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)模式

1.在技術(shù)課中增設(shè)數(shù)字化實(shí)踐環(huán)節(jié)

（1）生動(dòng)直觀的教學(xué)演示。針對(duì)理論課中枯燥難懂的原理，教師可利用模擬軟件直觀表達(dá)的特點(diǎn)輔助課堂演示，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力，加深學(xué)生對(duì)各類技術(shù)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)。例如，在建筑設(shè)備課上，教師利用Ecotect具有的焓濕圖策略分析功能，對(duì)各種主動(dòng)式策略、被動(dòng)式策略及組合方式進(jìn)行模擬分析，結(jié)合圖例講解主被動(dòng)式的相關(guān)概念；在場(chǎng)地設(shè)計(jì)課中介紹用Weather Tool分析場(chǎng)地氣候條件的方法，通過生成的數(shù)據(jù)討論場(chǎng)所中生態(tài)設(shè)計(jì)策略的選擇；在建筑物理課中對(duì)某種特定環(huán)境進(jìn)行采光模擬分析，讓學(xué)生了解建筑外墻窗扇位置大小的變化對(duì)建筑室內(nèi)光環(huán)境的影響。

（2）形式多變的實(shí)踐練習(xí)。在布置課程練習(xí)時(shí)，教師應(yīng)將軟件學(xué)習(xí)與相關(guān)技術(shù)課配套，以案例分析、往年設(shè)計(jì)作業(yè)分析或環(huán)境改造設(shè)計(jì)等方式設(shè)置關(guān)于環(huán)境性能分析的作業(yè)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用軟件的制圖、建模、環(huán)境性能模擬和動(dòng)畫制作等功能完成任務(wù)。練習(xí)分散布局于原有教學(xué)體系的各門相關(guān)課程中，可有效避免額外增加實(shí)踐學(xué)時(shí)從而加大學(xué)生負(fù)擔(dān)的問題。作業(yè)形式要靈活多樣，難度則需逐步加大，從早期的“單一性能分析”與“單一策略應(yīng)用”過渡到后期的“綜合應(yīng)用”與“研究”階段，逐步提高對(duì)研究深度和實(shí)踐應(yīng)用水平的要求。例如，建筑物理課的光學(xué)環(huán)節(jié)可設(shè)置改造練習(xí)，教師提出教室采光與照明、辦公建筑中庭采光和宿舍樓外窗遮陽等改造設(shè)計(jì)選題，學(xué)生選擇一個(gè)研究方向，利用建模和環(huán)境性能模擬分析軟件的輔助，從構(gòu)造方式、材料選擇和形狀樣式等各方面探討改造策略，最后對(duì)設(shè)計(jì)研究成果做課堂匯報(bào)并撰寫論文。教師應(yīng)促進(jìn)及強(qiáng)化技術(shù)課、數(shù)字技術(shù)課和設(shè)計(jì)課之間的互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在循序漸進(jìn)中實(shí)現(xiàn)從利用軟件“分析數(shù)據(jù)”到“輔助設(shè)計(jì)”的過渡。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)課的實(shí)踐模式

（1）設(shè)置與技術(shù)課銜接的設(shè)計(jì)專題。可每學(xué)期開展一次概念設(shè)計(jì)，根據(jù)該學(xué)期技術(shù)課進(jìn)度及內(nèi)容要點(diǎn)來安排基于綠色生態(tài)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐教學(xué)。過程中適當(dāng)降低對(duì)圖面效果的要求，重點(diǎn)考察設(shè)計(jì)概念和技術(shù)應(yīng)用水平，引導(dǎo)學(xué)生更多地將注意力集中在技術(shù)應(yīng)用層面，輔助學(xué)生將在課程實(shí)踐中的研究成果應(yīng)用于設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)課與技術(shù)類課程在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐練習(xí)和分析研究上的真正接軌。

（2）加強(qiáng)設(shè)計(jì)教學(xué)單元之間的聯(lián)系性和相關(guān)性。為提高學(xué)生對(duì)綠色建筑的整體認(rèn)識(shí)水平，可以在不同階段的設(shè)計(jì)主題之間相互銜接，形成循序漸進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，并設(shè)定每個(gè)步驟的具體研究內(nèi)容和數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的要求（圖2）。例如，在若干連續(xù)的設(shè)計(jì)課題中均以某種氣候或地理環(huán)境作為特定研究對(duì)象進(jìn)行考察，形成“主題式”連續(xù)性研究；又如，將整個(gè)設(shè)計(jì)流程劃分為從城市規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)到建筑細(xì)部設(shè)計(jì)等不同尺度和不同研究主題的綠色設(shè)計(jì)實(shí)踐［4］，邀請(qǐng)其他相關(guān)專業(yè)師生參與設(shè)計(jì)過程，并請(qǐng)專業(yè)教師作相關(guān)策略及技術(shù)的講解等。

圖2 綠色建筑設(shè)計(jì)主要教學(xué)環(huán)節(jié)

（3）利用數(shù)字技術(shù)應(yīng)用串起設(shè)計(jì)課教學(xué)環(huán)節(jié)。鑒于數(shù)字技術(shù)輔助設(shè)計(jì)的強(qiáng)大功能，可考慮將原本獨(dú)立的軟件課課時(shí)分散置入到設(shè)計(jì)課教學(xué)的不同階段中。前期用少量課時(shí)集中講解軟件應(yīng)用的原理、方法和案例分析，中后期直接在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中有針對(duì)性地介紹各種命令的使用方法，讓學(xué)生在由簡入繁的設(shè)計(jì)過程中逐步學(xué)習(xí)軟件技術(shù)［5］。教師在設(shè)計(jì)課中要制定更為詳盡的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，除完成教學(xué)任務(wù)外，還可提供一些附加的思考題，鼓勵(lì)學(xué)生探索各類軟件的綜合應(yīng)用方法。例如，引導(dǎo)學(xué)生嘗試用數(shù)字手段“生成”綠色表皮，從日照、通風(fēng)或采光等環(huán)境因素出發(fā)，分析建筑表皮的“綠色水平”與這些元素之間的關(guān)系，利用數(shù)字技術(shù)的計(jì)算模擬和參數(shù)化設(shè)計(jì)等功能尋求綠色答案。

（4）讓綠色設(shè)計(jì)融入生活。在條件允許的前提下，可考慮將校園實(shí)際改造和新建項(xiàng)目納入綠色設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐中。如設(shè)置相關(guān)的課程設(shè)計(jì)，在建筑院系內(nèi)舉辦基于某些校園建筑的局部改造設(shè)計(jì)競(jìng)標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生開展實(shí)地調(diào)研，積極運(yùn)用數(shù)字技術(shù)模擬分析建筑環(huán)境和估量設(shè)計(jì)概念的有效性，結(jié)合平時(shí)對(duì)這些生活和學(xué)習(xí)場(chǎng)所的實(shí)際使用體驗(yàn)來提出更具合理性的改造計(jì)劃。課程后期邀請(qǐng)專家評(píng)判并展示優(yōu)秀設(shè)計(jì)作業(yè)，從采納設(shè)計(jì)者的概念到實(shí)際項(xiàng)目改造過程，將優(yōu)化校園建筑和環(huán)境的項(xiàng)目與綠色設(shè)計(jì)課的內(nèi)容相互結(jié)合。

3.開展以培養(yǎng)分析研究能力為導(dǎo)向的實(shí)踐活動(dòng)

針對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)過程的特點(diǎn)，教師要把與技術(shù)應(yīng)用緊密相關(guān)的分析研究能力作為重要的教學(xué)目標(biāo)，引入適宜的教學(xué)手段和方法，改善設(shè)計(jì)教學(xué)中過分偏重形式與功能的問題。

（1）在設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容的制定上可嘗試只給出研究的大方向，鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇設(shè)計(jì)研究場(chǎng)所、對(duì)象及具體內(nèi)容，通過調(diào)研、觀察和分析的鍛煉來強(qiáng)化學(xué)生自身的專業(yè)判斷能力、自主學(xué)習(xí)能力與分析研究能力。過程中利用“導(dǎo)疑、導(dǎo)思、導(dǎo)創(chuàng)、導(dǎo)用”的原則設(shè)置有趣的課題內(nèi)容［6］，讓學(xué)生產(chǎn)生好奇并主動(dòng)積極地調(diào)研和思考，從而為有效引導(dǎo)創(chuàng)造應(yīng)用做好準(zhǔn)備工作。

（2）通過第二課堂將科研與教學(xué)結(jié)合，通過啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計(jì)［7］，強(qiáng)調(diào)多問、多思、多試的重要性和必要性，組織學(xué)生參加各類相關(guān)科研活動(dòng)與學(xué)科競(jìng)賽等，鼓勵(lì)并輔導(dǎo)學(xué)生做更為深入的研究，在條件允許的情況下還應(yīng)積極開展跨學(xué)科跨專業(yè)的師生交流與合作。例如，從2016年起，筆者所在院校便結(jié)合“谷雨杯全國大學(xué)生可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)”等競(jìng)賽活動(dòng)進(jìn)行相關(guān)教學(xué)，一是用往年的競(jìng)賽要求開設(shè)具有針對(duì)性的綠色生態(tài)技術(shù)專題講座，二是在三至四年級(jí)的本科生之間舉行院系的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)競(jìng)賽，三是選取優(yōu)秀學(xué)生組隊(duì)參與全國大學(xué)生綠色設(shè)計(jì)競(jìng)賽。這一系列活動(dòng)很好地促進(jìn)了綠色概念、數(shù)字技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合，學(xué)生對(duì)生態(tài)設(shè)計(jì)研究的活躍性明顯提高，甚至開始在平時(shí)的建筑設(shè)計(jì)課程中展示自己對(duì)綠色策略的認(rèn)知與應(yīng)用，并積極運(yùn)用數(shù)字技術(shù)輔助表達(dá)自己的設(shè)計(jì)概念。

（3）加大校企合作力度以有效提高專業(yè)人才實(shí)踐能力和水平，通過實(shí)際工程和合作項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)研究興趣和主觀能動(dòng)性［8］，讓學(xué)生了解實(shí)際建設(shè)工程的基本流程、步驟和要求，認(rèn)識(shí)到技術(shù)知識(shí)在建設(shè)過程的重要性，并在過程中引導(dǎo)學(xué)生綜合應(yīng)用數(shù)字技術(shù)與綠色策略，促進(jìn)其完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

三、結(jié)語

“學(xué)—研—產(chǎn)”的實(shí)踐教學(xué)模式具備合理性、開放性、完整性和靈活性，將以環(huán)境物理性能模擬分析為主的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用融入建筑本科教學(xué)全過程，可以建立立體式交互網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的教學(xué)體系。在一系列實(shí)踐過程的訓(xùn)練和引導(dǎo)下，學(xué)生能夠逐漸掌握將相關(guān)綠色策略應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)的方法，在課上課下的活動(dòng)中鍛煉自主發(fā)現(xiàn)、分析、研究和改造問題的能力，不斷提高對(duì)可持續(xù)發(fā)展研究的認(rèn)識(shí)水平，從而形成全面而完善的綠色建筑觀。