新工科視域下“建筑物理”課程的教學(xué)改革研究

黃嵐，嚴(yán)敏嘉，宋妮欣，譚思蓉

[摘 要] 探討在新工科建設(shè)背景下的建筑物理課程教學(xué)改革。總體思路圍繞“三全育人”的要求，面向培養(yǎng)全面發(fā)展的“復(fù)合型人才”，提升學(xué)生的綜合能力。并根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，以“綠色建筑設(shè)計能力”培養(yǎng)為導(dǎo)向，以“項目化教學(xué)”為切入點，以“素質(zhì)拓展”為依托，充分考慮“建筑物理”課程與多學(xué)科課程的交叉融合點，以信息化手段創(chuàng)新教學(xué)模式，以學(xué)生為中心改革教學(xué)方法。教學(xué)改革的優(yōu)化方式，可為“建筑物理”課程教學(xué)改革提供新的思路。

[關(guān)鍵詞] 新工科;建筑物理;教學(xué)改革

[基金項目] 2020年度廣西民族大學(xué)校級高等教育教學(xué)改革工程立項項目“‘新工科’視閾下建筑物理課程教學(xué)改革研究與實踐”（2020XJGY38）

[作者簡介] 黃 嵐（1988—），女（壯族），廣西百色人，建筑學(xué)碩士，廣西民族大學(xué)建筑工程學(xué)院講師，主要從事建筑技術(shù)科學(xué)研究;嚴(yán)敏嘉（1991—），女，湖北宜昌人，土木工程博士，廣西民族大學(xué)建筑工程學(xué)院講師（通信作者），主要從事建筑技術(shù)科學(xué)研究;宋妮欣（1989—），女，陜西西安人，建筑學(xué)碩士，廣西民族大學(xué)建筑工程學(xué)院教師，工程師，主要從事建筑技術(shù)科學(xué)研究。

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）07-0105-04 [收稿日期] 2021-10-22

引言

“建筑物理”是建筑學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，是綜合性很強的課程，是將物理學(xué)中的熱工學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)的理論與技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計中形成的一門建筑技術(shù)類課程。其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生認(rèn)識到建筑物理環(huán)境對人們身心舒適性的影響，以及建筑節(jié)能技術(shù)對環(huán)境保護的重要作用，學(xué)會在建筑設(shè)計中應(yīng)用相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)建筑節(jié)能，提高建筑內(nèi)外環(huán)境的舒適度[1]。

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設(shè)，新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國現(xiàn)代工程教育改革。新工科的建設(shè)包括兩個方面內(nèi)涵，一方面是建設(shè)發(fā)展新興工科專業(yè);另一方面是將現(xiàn)有工科專業(yè)改革創(chuàng)新，探索符合發(fā)展特征的新人才培養(yǎng)模式，即針對傳統(tǒng)的、現(xiàn)有的工科專業(yè)，面向產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展需要，通過信息化、智能化或其他學(xué)科的滲透而轉(zhuǎn)型、改造和升級完成的。

“建筑物理”理論知識是構(gòu)建適宜人居環(huán)境、發(fā)展綠色建筑的基礎(chǔ)，在我國新發(fā)展理念和碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的指導(dǎo)下，目前建筑行業(yè)正向著智能化、信息化、節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)發(fā)展。因此，結(jié)合新工科建設(shè)要求對其進行轉(zhuǎn)型、改造和升級，對我國建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、培養(yǎng)新時代建筑行業(yè)復(fù)合型人才都具有重要意義。

一、“建筑物理”課程教學(xué)存在的問題

1.教學(xué)模式單一。傳統(tǒng)教學(xué)模式主要以課堂教師程式化的講授為主，單向灌輸造成學(xué)生被動學(xué)習(xí)。而“建筑物理”的理論知識深奧難懂，公式計算復(fù)雜，易導(dǎo)致學(xué)生對其缺乏學(xué)習(xí)興趣。此外傳統(tǒng)“建筑物理”課程教學(xué)往往只注重理論概念、公式的講解，而忽略了實際工程思維灌輸和實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致理論知識和實際工程應(yīng)用脫節(jié)，進而讓學(xué)生陷入了只會理論計算而不會實際應(yīng)用的境地。

2.教學(xué)資源滯后。在科學(xué)技術(shù)日新月異的背景下，新型建筑材料、建筑技術(shù)發(fā)展迅猛，而教材內(nèi)容陳舊，缺乏及時更新。滯后的教學(xué)資源加上學(xué)生無法掌握建筑行業(yè)新技術(shù)，一定程度上影響了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)，使教學(xué)內(nèi)容緊跟新規(guī)范、新材料、新工藝、新技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，是“建筑物理”課程升級改造的重要內(nèi)容之一。

3.教學(xué)內(nèi)容封閉。建筑學(xué)教學(xué)往往比較重視空間組織與美學(xué)形式的訓(xùn)練，相對輕視建筑技術(shù)的培養(yǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)“建筑物理”課程與建筑設(shè)計課程間存在隔閡，“建筑物理”教學(xué)與建筑設(shè)計教學(xué)脫節(jié)，表現(xiàn)為學(xué)生在進行建筑設(shè)計創(chuàng)作中缺乏主動運用建筑技術(shù)的能力，缺乏綠色節(jié)能意識，缺乏對建筑室內(nèi)外人體舒適度的考慮等。此外，“建筑物理”課程的教學(xué)一般由專業(yè)背景為建筑技術(shù)科學(xué)的教師擔(dān)任，由于“建筑物理”課程任課教師不是從建筑設(shè)計角度看待課程教學(xué)，缺乏與設(shè)計的融合意識，在教學(xué)實施過程中往往只注重把建筑物理理論、公式計算、實驗方法講授完成，與建筑設(shè)計主干課程沒有滲透，更沒有融合，使得教學(xué)內(nèi)容封閉單一，因而“建筑物理”課程往往得不到學(xué)生的足夠重視。

4.德育元素欠缺。傳統(tǒng)的“建筑物理”課程教學(xué)往往只注重理論知識的講授，而忽視學(xué)生的思想政治教育，導(dǎo)致學(xué)生對建筑學(xué)專業(yè)的認(rèn)知只限于知識體系、工作范疇，對職業(yè)道德規(guī)范認(rèn)識欠缺，并沒有形成建筑專業(yè)社會責(zé)任感，這些都將對學(xué)生后續(xù)的發(fā)展產(chǎn)生不利的影響。

二、教學(xué)改革探索與嘗試

筆者認(rèn)為，新工科背景下的“建筑物理”教學(xué)改革總體思路應(yīng)圍繞“三全育人”的要求，面向培養(yǎng)全面發(fā)展的復(fù)合型人才，提升學(xué)生的綜合能力。根據(jù)國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，結(jié)合新發(fā)展理念，“建筑物理”課程的教學(xué)改革應(yīng)以“綠色建筑設(shè)計能力”培養(yǎng)為導(dǎo)向，以“項目化教學(xué)”為切入點，以“素質(zhì)拓展”為依托，充分考慮“建筑物理”課程與多學(xué)科課程的交叉融合點，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以信息化教學(xué)為手段創(chuàng)新教學(xué)模式，以學(xué)生為中心革新教學(xué)方法。筆者根據(jù)新工科的內(nèi)涵和建設(shè)要求，對“建筑物理”課程的改革嘗試主要從以下幾個方面進行。

（一）教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)——多學(xué)科交叉融合

1.“建筑物理”課程與建筑設(shè)計課程交叉融合。建筑學(xué)專業(yè)的教學(xué)核心是建筑設(shè)計，隨著建筑行業(yè)逐步向著綠色節(jié)能發(fā)展，這就要求學(xué)生學(xué)會將建筑物理學(xué)知識應(yīng)用到建筑設(shè)計創(chuàng)作中。然而目前“建筑物理”課程教學(xué)普遍注重理論知識滿堂灌輸，與建筑設(shè)計課程存在分離隔閡的現(xiàn)象，教師在課堂中注重理論概念與量化計算的教學(xué)，卻沒有將建筑物理在建筑設(shè)計中是如何應(yīng)用教授給學(xué)生，導(dǎo)致學(xué)生在建筑設(shè)計中缺乏綠色節(jié)能概念，與實際脫節(jié)[1]。

這就需要改革傳統(tǒng)“建筑物理”課程教學(xué)理念和教學(xué)方式，將“建筑物理”與建筑設(shè)計課程交叉融合，實現(xiàn)理論與實踐結(jié)合，由知識傳授為主轉(zhuǎn)向以能力培養(yǎng)為主，從建筑物理基本分析能力培養(yǎng)，轉(zhuǎn)向建筑物理綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)。在建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的本科學(xué)習(xí)階段，“建筑物理”是與綠色建筑設(shè)計最密切和最直接相關(guān)的基礎(chǔ)課程，可布置綠色建筑設(shè)計任務(wù)，使學(xué)生系統(tǒng)地、深入地理解“建筑物理”的各知識點，并能主動運用于建筑設(shè)計中，從技術(shù)的角度營造建筑的舒適性、可持續(xù)性。

如結(jié)合“建筑設(shè)計”課程中的教學(xué)樓設(shè)計任務(wù)，可先帶學(xué)生到相應(yīng)場地參觀體驗，測量分析教學(xué)樓的聲光熱環(huán)境，隨后進行設(shè)計任務(wù)，以綠色建筑為標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計中應(yīng)用相關(guān)建筑物理理論知識，如教室開窗面積與燈光布置對閱讀的影響、報告廳聲環(huán)境的營造、教學(xué)樓建筑墻體保溫措施等。通過這樣的實例現(xiàn)場教學(xué)、實際項目的設(shè)計任務(wù)多方面的訓(xùn)練，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撀?lián)系實際，真正做到將知識傳授轉(zhuǎn)向以能力培養(yǎng)。

2.“建筑物理”課程與材料學(xué)科交叉融合。“建筑物理”課程與材料學(xué)科有密切關(guān)系，建筑物理實驗測試結(jié)果是建筑聲、光、熱環(huán)境的數(shù)據(jù)表達(dá)，同時能夠與材料學(xué)科相關(guān)聯(lián)，例如熱工學(xué)實驗項目——建筑圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的測量，就是對材料性能的測試實驗。在綠色建筑設(shè)計中，建筑材料的選擇對物理性能分析至關(guān)重要，因此，可將材料學(xué)科與建筑物理交叉融合，對材料性能熟悉可更準(zhǔn)確地選擇合適的建筑材料。材料學(xué)科的發(fā)展會推進建筑技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)耗能更低的綠色建筑。

3.“建筑物理”課程與環(huán)境保護學(xué)科交叉融合。建筑物理研究建筑聲學(xué)、光學(xué)、熱工學(xué)，其研究的最終目標(biāo)是實現(xiàn)建筑的節(jié)能環(huán)保。建筑物理理論研究、實驗和性能分析都與建筑所處的氣候環(huán)境密切相關(guān)。氣候環(huán)境是建筑性能分析的基礎(chǔ)，而建筑能耗情況會影響城市氣候環(huán)境，因此，將建筑物理與環(huán)境保護交叉融合，學(xué)生在做建筑設(shè)計時可從環(huán)境保護這一更高層面對建筑技術(shù)進行合理選擇。

4.“建筑物理”課程與醫(yī)學(xué)學(xué)科交叉融合。“建筑物理”是一門與日常生活密切相關(guān)的學(xué)科課程，是從生理、心理的角度，分析人們對房屋建筑內(nèi)外環(huán)境的舒適度和精神要求，并將科學(xué)的工程技術(shù)手段應(yīng)用在建筑設(shè)計中，為人們創(chuàng)造適宜的物理環(huán)境的學(xué)科。良好的建筑物理環(huán)境對人體身心健康至關(guān)重要，因此，學(xué)生掌握身心健康影響因素和要求，有利于更好地進行以人為本的建筑創(chuàng)作設(shè)計。

（二）教學(xué)模式重構(gòu)——采用混合式教學(xué)模式

新工科背景下的“建筑物理”課程教學(xué)可采用混合式教學(xué)模式，混合式教學(xué)不應(yīng)當(dāng)只是線下面授教學(xué)與線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的混合，而是混合多種新技術(shù)、多種教學(xué)環(huán)境、多種教學(xué)方法、多種教學(xué)資源和多種教學(xué)評價的教學(xué)模式，而不僅僅是將傳統(tǒng)“建筑物理”課程搬到線上教學(xué)。

線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。課前可以給學(xué)生布置自主學(xué)習(xí)任務(wù)，對于簡單的“建筑物理”理論知識點，學(xué)生可利用網(wǎng)絡(luò)在線開放課程完成自學(xué)，完成課前任務(wù)。面授課堂中，教師主要進行答疑解惑、復(fù)雜公式計算講解，以及“建筑物理”理論在建筑設(shè)計中的實踐應(yīng)用講解。面授課堂中還可以利用微課、視頻、動畫、BIM等信息化技術(shù)輔助講授，以活躍課堂氣氛，幫助學(xué)生更易于理解。

（三）教學(xué)手段重構(gòu)——融合學(xué)科前沿技術(shù)

隨著BIM信息化技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，建筑行業(yè)對于專業(yè)人才的BIM技術(shù)水平要求也持續(xù)提高，但目前掌握BIM技術(shù)的專業(yè)人才還很缺乏，因此，各高校也將建筑信息人才的培養(yǎng)提上了日程。目前，高校BIM教學(xué)主要有兩種方式：一是開設(shè)專門課程，比如BIM原理、BIM建模等;二是將BIM技術(shù)融入傳統(tǒng)課程，比如建筑數(shù)字技術(shù)、建筑構(gòu)造、建筑設(shè)計等。但目前將BIM技術(shù)融入“建筑物理”課程教學(xué)的研究與實踐較少。

建筑物理性能分析是BIM技術(shù)的重要應(yīng)用之一，建筑物理性能分析的最大特點就是通過BIM技術(shù)建立建筑信息模型，以模型為基礎(chǔ)，通過計算機技術(shù)的應(yīng)用，開展性能分析。建筑信息模型不單只是一個三維模型，其核心在于“信息”，包括材質(zhì)物理參數(shù)、熱學(xué)參數(shù)等，這是進行建筑物理分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此可將BIM技術(shù)融入“建筑物理”教學(xué)中，布置基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計任務(wù)，不僅使學(xué)生在傳統(tǒng)課程中學(xué)到行業(yè)新技術(shù)，也有助于學(xué)生理解枯燥的理論知識。

（四）教學(xué)方法重構(gòu)——以項目引導(dǎo)教學(xué)

新工科背景下的“建筑物理”課程教學(xué)，應(yīng)強調(diào)以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)內(nèi)容，把學(xué)生真正置于工程教育活動的中心，因此，可采用項目教學(xué)法進行教學(xué)。

“建筑物理”的教學(xué)目標(biāo)在于將物理知識應(yīng)用于建筑設(shè)計，將綠色建筑理念融入“建筑物理”教學(xué)，可布置“基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計”“建筑的物理性能研究分析”“老舊小區(qū)建筑綠色改造”等任務(wù)，任務(wù)充分考慮到建筑聲學(xué)、采光和熱工學(xué)三大部分教學(xué)內(nèi)容與建筑設(shè)計各個環(huán)節(jié)的容易滲透和結(jié)合，讓學(xué)生面臨一個需要立即去解決的現(xiàn)實問題。以此對學(xué)生進行項目化訓(xùn)練，任務(wù)的解決促使學(xué)生更主動、更廣泛地搜集資料和開展團隊討論，去理解、分析并解決問題，既鞏固了“建筑物理”課程的理論知識，又為建筑設(shè)計創(chuàng)作提供了有關(guān)技術(shù)支持，學(xué)習(xí)從建筑技術(shù)角度解決建筑設(shè)計問題的方法。這是技術(shù)知識與設(shè)計實踐相結(jié)合的重要途徑，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，從而實現(xiàn)學(xué)以致用的目的。

（五）教學(xué)背景重構(gòu)——融入思想政治教育

結(jié)合“三全育人”的要求，在“建筑物理”課程中以相關(guān)思想政治教育元素為背景，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生政治素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)，領(lǐng)悟科技創(chuàng)新服務(wù)于民生工程的道理。在將建筑熱工學(xué)時，節(jié)能建筑的案例選取我國具有代表性的傳統(tǒng)及現(xiàn)代建筑為案例，使學(xué)生了解中國歷史建筑的瑰寶價值及現(xiàn)代建造技術(shù)的巨大進步，深挖我國建筑物理技術(shù)所蘊含的科技創(chuàng)新，讓學(xué)生深刻理解我國科學(xué)技術(shù)進步，從專業(yè)發(fā)展角度增強學(xué)生的“四個自信”，激發(fā)學(xué)生熱愛祖國、熱愛專業(yè)，增強責(zé)任擔(dān)當(dāng)、創(chuàng)新意識。

此外，以“全面推進鄉(xiāng)村振興”為背景，設(shè)計鄉(xiāng)村綠色建筑設(shè)計、鄉(xiāng)村聲景觀保護研究、鄉(xiāng)村傳統(tǒng)建筑物理性能分析等項目任務(wù)，讓學(xué)生從自己的家鄉(xiāng)入手，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟ㄖ问脚c當(dāng)?shù)貧夂蚝妥匀画h(huán)境之間的關(guān)系，從建筑物理的角度了解家鄉(xiāng)建筑特色和適宜性設(shè)計技術(shù)，并應(yīng)用與家鄉(xiāng)建筑設(shè)計創(chuàng)作，這樣不但使學(xué)生更深刻認(rèn)識建筑物理與建筑設(shè)計的聯(lián)系，還有助于培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)到的適宜性設(shè)計技術(shù)應(yīng)用到家鄉(xiāng)建設(shè)中，引導(dǎo)學(xué)生更好地了解鄉(xiāng)村、研究鄉(xiāng)村、熱愛鄉(xiāng)村、建設(shè)鄉(xiāng)村，助力鄉(xiāng)村振興。

（六）考核評價方式重構(gòu)——以復(fù)合型人才為考核依據(jù)

圍繞立德樹人、“三全育人”的要求，新工科背景下的人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)是專業(yè)知識和綜合能力同時具備的復(fù)合型人才。

課程考核是促進學(xué)生學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)習(xí)動力、促進學(xué)生進步和鼓勵學(xué)生創(chuàng)新的手段。而傳統(tǒng)“建筑物理”課程考核成績一般由實驗成績和期末閉卷考試成績兩部分組成，這種考核方式雖然可以反映出學(xué)生對理論概念、公式的掌握程度，但容易造成學(xué)生死記硬背的情況，難以訓(xùn)練和考查學(xué)生將所學(xué)知識綜合應(yīng)用于建筑設(shè)計的能力。

新工科背景下的“建筑物理”課程可采用多元化的考核方式，即過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合的方法。期末考試試題中可加入一定數(shù)量的開放式題目，比如闡述碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)下的城市建筑節(jié)能思路，以促進學(xué)生在建筑設(shè)計中有所思考。過程性考核的內(nèi)容除了實驗操作外，還可設(shè)置基于BIM技術(shù)的綠色建筑設(shè)計實踐項目、建筑物理環(huán)境調(diào)研任務(wù)、廳堂音質(zhì)設(shè)計等實踐性活動。此外，根據(jù)復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，過程性考核評價指標(biāo)不僅僅是專業(yè)知識掌握程度，還包括對學(xué)生思想品德素養(yǎng)、創(chuàng)新思維能力、多學(xué)科綜合知識運用能力、現(xiàn)代信息化技術(shù)使用能力等的綜合考核。

結(jié)語

在建筑行業(yè)日新月異的發(fā)展進程中，培養(yǎng)全面發(fā)展的建筑復(fù)合型人才，提升學(xué)生的綜合能力具有重要意義。“建筑物理”課程作為建筑學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，根據(jù)新工科建設(shè)要求進行優(yōu)化是培養(yǎng)建筑復(fù)合型人才的必然舉措。將“建筑物理”課程與多學(xué)科交叉融合，尤其是與建筑設(shè)計類課程融合，以實際設(shè)計項目引導(dǎo)教學(xué);以信息化手段創(chuàng)新教學(xué)模式，以學(xué)生為中心革新教學(xué)方法，在教學(xué)中融入建筑行業(yè)新技術(shù);融入思想政治教育，結(jié)合國家發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，以綠色建筑設(shè)計能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，這些教學(xué)改革措施都將有助于學(xué)生思想品德素養(yǎng)、創(chuàng)新思維能力、多學(xué)科綜合知識運用能力、現(xiàn)代信息化技術(shù)使用能力的培養(yǎng)。本次教學(xué)改革的優(yōu)化方式，可為“建筑物理”課程教學(xué)改革提供新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]李娟.建筑物理教學(xué)中引入綠色建筑理念的思考[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（6）：123-124.

Research on Teaching Reform of Architectural Physics in the Perspective of Emerging

Engineering Education

HUANG Lan1， YAN Min-jia1，2， SONG Ni-xin1， TAN Si-rong1，2

（1. School of Civil Engineering and Architecture， Guangxi University for Nationalities， Nanning， Guangxi 530006， China; 2. School of Civil and Architecture， Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070， China）

Abstract： This paper discusses the teaching reform of Architectural Physics under the background of Emerging Engineering Education construction. The general idea focuses on the requirements of “three complete educations”， faces the cultivation of “compound talents” with all-round development， and improves students’ comprehensive ability. According to the national development strategic objectives， we take the cultivation of “green building design ability” as the guidance， and “project-based teaching” as the starting point， rely on “quality development”， fully consider the intersection and integration point of Architectural Physics， innovate the teaching mode by means of information technology， and reform the teaching methods. The optimized way of teaching reform can provide new ideas for the teaching reform of Architectural physics.

Key words： Emerging Engineering Education; Architectural Physics; teaching reform