新工科背景下綠色建筑課程建設與教學探索

［摘 要］ 全球氣候變化和環境污染問題日益嚴重，建筑行業面臨嚴峻挑戰。為培養具備綠色建筑意識和技能的素質人才，以“建成環境科學”課程為例，探討在新工科背景下提升建筑學本科生研究思維和能力的策略與方法。該課程緊密結合建成環境科學前沿研究熱點，以研究方法論和范式為教學內容，通過案例互動和研究實踐培養學生的專業研究興趣和學習思維，為其進一步深入學習和研究奠定基礎。所做探討以期為綠色建筑教育指明新的發展方向。

［關鍵詞］ 綠色建筑；建筑技術；新工科；教學改革

［基金項目］ 2023年度南京大學首批教師跨學科教學研究與實踐項目“‘新工科’理念下碳中和技術的跨學科教學研究實踐”

［作者簡介］ 施珊珊（1989—），女，江蘇南京人，工學博士，南京大學建筑與城市規劃學院副教授（通信作者），碩士生導師，主要從事建成環境污染研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）28-0067-05 ［收稿日期］ 2023-06-16

引言

近年來，我國的建筑工業正面臨著能源短缺、氣候變化、城市化等多重嚴峻挑戰。此外，建筑行業在國家的“雙碳”目標、鄉村振興及健康中國建設等重大戰略規劃中扮演著重要角色。根據《中國建筑能耗研究報告（2020）》［1］，2018年全國建筑全過程碳排放量占全國碳排放總量的51.3%。黨的十八屆五中全會明確提出推進健康中國建設的目標，而營建健康的建筑環境是促進人民群眾身心健康和助力健康中國建設的重要途徑。2021年6月，住房和城鄉建設部、農業農村部、國家鄉村振興局聯合印發《關于加快農房和村莊建設現代化的指導意見》，對農房的設計標準、建造水平和生態宜居都提出了具體要求。2022年3月，住房和城鄉建設部印發了《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》，明確到2025年城鎮新建建筑必須全面實現綠色建筑的要求［2］。因此，在多重挑戰和政策需求下，采用可持續發展路徑，探索綠色低碳的發展模式是有效應對建筑能耗高、資源浪費大、環境污染重等建筑行業發展中瓶頸問題的重要方向，發展以綠色為主導的建筑設計理論以及建成環境領域前沿技術逐漸成為建筑行業發展的必然趨勢。

2018年10月，教育部、工業和信息化部、中國工程院發布的《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》指出，以新工科建設為重要抓手，持續深化工程教育改革，加快培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程科技人才，打造世界工程創新中心和人才高地，提升國家硬實力和國際競爭力。其中，深入開展新工科研究與實踐是改革的重點任務之一，要求以產業需求為導向，對催生新技術發揮引領作用。因此，全面掌握建成環境領域發展前沿，深入理解建成環境領域研究方法，培養以綠色為主導的設計科學研究性思維方式，是新工科背景下對建筑學專業教育提出的全新要求。然而，傳統建筑學專業的培養方案中并不包括研究方法論的有關內容，這已成為建筑學專業本科生從以教師為中心的授課型課堂轉向以學生為中心的研究性學習模式的主要阻礙，各大高校在建筑學專業教學中應如何具體應對這一問題還沒有形成廣泛共識。本文將從新時代建筑專業人才的培養目標出發，以“建成環境科學”課程建設為案例，探討新工科背景下提升建筑學專業本科生研究思維和研究性學習能力的應對策略及其實施方法。

一、綠色建筑理念教學模式探索

（一）背景與意義

當前，城市化進程的快速推進和全球對經濟脫碳的追求日益迫切，給建筑行業帶來了一系列新問題。城市化進程的加劇導致了土地資源的緊缺和分配壓力增大。根據世界銀行的估計，目前全球約有56%的人口居住在城市中，而這一比例預計到2050年將增加至70%［3］。這就要求建筑師在有限的空間內創造出高效、宜居的人居環境，以滿足人們的居住需求。此外，低碳、節能和可持續發展已經成為全球的發展新趨勢，而建筑行業是涉及能源消耗和碳排放的重要行業。建筑能源的使用目前占我國能源消耗總量的20%，相關排放占全球能源相關二氧化碳（CO2）排放總量的5%。未來，隨著城市化快速持續增長，建筑行業面臨著建筑面積不斷擴張和對能源服務需求不斷增長的雙重影響，可能會成為我國甚至全球碳排放的重要來源［4］。不良的建筑環境還會帶來其他環境負面影響，例如空氣污染、水和土地污染以及資源枯竭等。實現建筑的可持續發展對于實現全球經濟脫碳的重大變革至關重要。然而，傳統的建筑行業發展模式已經無法滿足行業的新需求，迫切需要在新工科教育背景下探索建筑學專業人才培養的新模式，以培養能夠適應這些挑戰的新一代建筑專業人才。

我國高校建筑學專業長期以來一直以現代建筑設計理論為基礎，這一理論以“形式與功能”的關系為核心，注重培養學生在“功能、空間與形態”相關職業技能方面的能力，忽視了學生對建筑的技術要素的掌握［5］。這種教學模式的培養成果難以應對建筑可持續發展的行業趨勢和社會需求。具體而言，一方面，建筑技術指標的可持續性并未被納入建筑設計課程目標中，導致學生難以形成以綠色建筑為導向的整體設計思維；另一方面，傳統的教學模式注重知識傳授和技能培養，卻忽略了對學生自主學習和創新能力的培養。而研究性學習的思維與方法對于培養學生的創新能力至關重要，相關內容的缺失會使學生在面對融合“設計要求”與“綠色要求”的復雜問題時缺乏獨立思考和解決問題的能力。因此，在新工科背景下探索融入綠色建筑理念的建筑學專業創新教學模式具有重要的意義。

（二）教學模式探索

近20年來，我國不同高校的建筑學專業一直在探索融入綠色建筑理念的建筑學專業人才培養模式。其中，一些高校以建筑設計課程為核心，通過多專業融合，教授綠色建筑的關鍵要素理論和分析工具，引導學生形成將技術融入設計的設計科學思維，幫助學生掌握以綠色為導向、技術與藝術并重的建筑設計方法。例如，南京大學建筑與城市規劃學院將性能模擬、智能優化等技術融入學生的高層建筑設計教學實踐中，通過文獻和理論學習、模擬實驗操作以及設計比較分析與優化三個方面，幫助學生掌握與綠色建筑理念相關的知識和技能［6］。重慶大學建筑城規學院在建筑學本科階段通過案例分析、軟件學習和專題講課的方式，針對不同主題的綠色建筑設計課題，引入建筑性能理論知識及模擬軟件，運用建筑性能模擬技術輔助綠色建筑設計教學［7］。其他高校以建筑技術類課程為主要陣地，基于綠色建筑不同分支，設置與建筑技術相關的基礎課程，通過課堂講授，幫助學生系統掌握綠色建筑理論知識［8］。這些高校依托專業平臺和專業融合能力，在建筑學本科階段開設“綠色建筑技術”“生態建筑”“可持續建筑”等深化理論課程，鞏固學生在綠色建筑領域的理論基礎，提升學生的生態意識，為他們將技術知識轉化為設計能力打下扎實的基礎。

然而，隨著社會需求的不斷推動，綠色建筑領域正以驚人的速度發展，技術不斷迭代升級。傳統的課程內容設置無法適應這種發展，教師難以及時更新教學內容，導致學生難以了解學科的發展動態和前沿，進一步加劇了教學與實踐之間的脫節現象。此外，綠色建筑理論教學過于側重理論知識的傳授，無法彌補學習和創新實踐之間的認知空白，面對復雜問題時，學生難以基于純粹的理論知識去激發創新實踐能力。因此，在推進融入綠色建筑理念的建筑學專業教學過程中，亟須創新教學模式去解決這些問題。

二、“建成環境科學”課程實踐路徑

如圖1所示，“建成環境科學”課程屬于南京大學建筑與城市規劃學院建筑學本科專業培養方案中的可持續設計能力課程群，作為本碩貫通課程，面向本科四年級和研究生一年級學生進行授課。該課程提出了以學科前沿和研究方法相結合的綠色建筑教學實踐路徑，緊密結合建成環境科學領域的前沿研究熱點，以研究方法論和研究范式為主要教學載體，系統地講授了建成環境科學領域的科學問題及其研究方法，旨在培養學生的專業研究興趣及研究性學習思維，幫助學生掌握基本的研究方法，為他們進一步進行專業的深入學習和研究奠定基礎。

（一）以價值引領塑造專業自信

近年來，在經濟增長放緩、對房地產開發的更嚴格監管，以及疫情防控的綜合影響下，我國建筑業總產值增長速率逐步放緩，這對建筑學專業就業市場造成了一定沖擊。根據中國國家統計局的數據，2022年我國房地產企業從業人員數量相比2020年下降了15.6%［9］，這導致部分學生對建筑項目需求的下降和就業機會的減少產生了擔憂，對行業前景失去了信心。“建成環境科學”課程通過系統介紹建成環境科學的領域前沿和核心熱點，以期引導學生形成與時代背景相契合的先進思想觀念，培養學生的專業前瞻意識和創新思維，以價值引領塑造專業自信。首先，本課程以培養人才為重要目標，通過系統介紹建成環境的領域前沿和核心熱點，引導學生形成與時代背景相契合的主流價值觀體系。通過介紹行業前沿的研究熱點，幫助學生發散思維，提前結合行業動態進行遠期職業規劃，提升學生對專業的認同感。其次，本課程積極干預學生的未來職業選擇和人生規劃，旨在激發學生對建筑行業的興趣和熱情。最后，本課程以系統和規范的方式介紹建成環境領域的研究方向和方法，并采用先進而豐富的教學方法和技術。通過引導學生形成與時代背景相契合的先進思想觀念，培養學生的專業前瞻意識和創新思維，促使學生學習到領先的研究方法，以及了解如何運用這些方法解決當今建筑行業面臨的挑戰，幫助學生重新樹立專業自信。

（二）課程實施方案

1.創新教學思路與方法。在綠色建筑導向的教學探索中，傳統的課程往往以建筑技術要素分類或案例分析為主導，缺乏對主要方法的系統教授與訓練。相比之下，“建成環境科學”課程基于成果導向教學（outcome-based education， OBE）方法。首先，明確課程學習目標與預期學習成果，以學生掌握科研思維和研究方法為主要目標，以常用研究范式作為內容綱要，進行課程內容設計。該課程詳細介紹了包括在自然科學和人文社會科學中常見的文獻綜述研究、現場實驗研究、實驗室實驗研究、定性研究和定量研究等在內的研究范式。每個研究范式介紹包含基本定義與概念、研究設計策略、研究分類和數據處理等要點。通過學習這些研究范式，能夠培養建筑學專業學生提出科學問題、設計和執行研究方案、分析研究結果，以及進行綜合研究成果表達的能力。此外，課程結合了具體的研究案例，詳細講解了相關范式在建成環境領域的應用實例及應用方法。通過這種方式，學生能夠更直觀地了解綠色建筑理念在實踐中的融入方式和實施路徑，從而促進自己形成以綠色為主導的設計科學研究性思維。除了教學思路的創新以外，該課程還在教學方法上進行了精心設計。特別是在研究案例介紹板塊，設置了豐富多元的互動環節，包括情境互動、引導互動、歸納互動和研究實踐等，以促進師生之間和學生之間的教學互動。在各案例中，關于“問題提出”“方案設計”“研究不足”等問題的設置，能引導學生沉浸式感受各個案例的研究過程和研究特點。這種互動式的教學方法有助于學生熟練掌握各種研究方法及其在建成環境領域的應用模式，從而推動學生以綠色思維為導向進行實踐探索，并提升他們在后續研究性學習中的創新實踐能力。

2.緊扣前沿的教學資料。“建成環境科學”課程旨在培養學生的科研思維和科研能力，以了解和掌握建成環境領域的前沿發展方向為主導，并以學生為中心，將教學資料與教學目標相匹配。為此，選擇采用建成環境領域前沿研究案例進行研究范式的輔助講解。在課程開始前，教師首先進行基于基礎研究范式的建成環境領域案例調研，并結合建筑節能與降碳、室內空氣污染、建筑人行為、建筑熱舒適、建筑環境與健康等發展方向選擇前沿研究案例。在課程初期，進行與學生研究興趣相關的課堂調研，以選擇符合學生研究興趣方向的研究案例。在課程后期，以研究方法論為主要內容，在講解研究范式的基礎上，對采用相關研究范式的前沿研究案例進行詳細解析，包括研究背景、研究方法、研究結果和研究意義。這種教學方式能夠鼓勵學生在學習過程中積極參與和投入。通過案例的選擇和學習，能夠幫助學生充分了解他們所需達到的學習目標，激發學生的積極參與感，提升其學習體驗，彌補固定教材中內容陳舊、缺乏靈活性、單一視角等缺點，提高教學資料的實效性、創新性和前沿性，開拓學生的專業視野。

3.優化全面的評價方法。在以綠色建筑理念為導向的教學探索中，對于以技術性能為驅動的建筑設計課程而言，通常以設計成果作為主要評價依據，但這種方式難以全面考查學生對建筑技術相關知識和技能的掌握程度。對于以技術課程為主的授課型課程而言，傳統的期末考核方式往往重視結果而忽視過程，易導致一些學生在平時參與度不高，卻在期末考核中取得優異成績［10］。“建成環境科學”課程針對其特點，采用全過程控制的學生成績考核方式，以全面考查學生對建成環境領域研究方法的掌握情況。評價方法由平時成績、期中文獻綜述以及期末的自主選題研究實踐三部分組成。其中，平時成績占最終成績的20%，主要由課堂出勤、課堂表現兩部分組成，對學生在課中討論、問答環節的參與度進行評分。文獻綜述是課程的期中作業，包括選題答辯和綜述報告兩個部分，選題答辯占10%，綜述報告占20%。通過這個環節，課程中期對學生的研究選題能力進行考查和評估，并及時給予反饋，以正向推動學生的課程學習。自主選題研究實踐作為課程的期末作業占最終成績的50%。要求學生2～3人為一組，自主選擇建成環境領域的研究問題，并采用課程介紹的研究范式進行研究實踐。學生須以研究報告的形式總結選題的研究過程和結果。這一部分作為總結性評估，旨在全面衡量學生的科研思維和科研能力。采用多元化的評價手段，可以更全面地考查學生的綜合能力，提升評價的準確性和客觀性，有助于培養具有綠色建筑意識和技能的高素質人才，推動綠色建筑教育的持續發展。

結語

綜上所述，“建成環境科學”課程在教學思路和方法上的創新為綠色建筑教育指明了新的發展方向。通過培養研究思維和教授研究方法，引導學生進行建成環境領域的研究實踐，從而培養學生的創新能力和研究能力。同時，通過案例互動和研究實踐環節的設置，促使學生將理論知識與實踐經驗相結合，提高解決實際問題的能力。這不僅為促進學生的綠色思維在設計實踐中的應用打下扎實的研究技能基礎，也為新工科背景下以綠色建筑理念為導向的教學創新提供寶貴的經驗和啟示。

參考文獻

［1］中國建筑節能協會能耗統計專委會.中國建筑能耗研究報告（2020）［R］.［出版地不詳：出版者不詳］，2020.

［2］住房和城鄉建設部.關于印發“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃的通知：建標〔2022〕24號［A/OL］.（2022-03-01）［2023-05-18］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-03/12/content_5678698.htm.

［3］WORLD BANK GROUP.Urban development overview ［EB/OL］.（發表日期不詳）［2023-05-18］.https：//www.worldbank.org/en/topic/urbandevelopment/overview.

［4］ZHOU N， KHANNA N， FENG W， et al. Scenarios of energy efficiency and CO2 emissions reduction potential in the buildings sector in china to year 2050［J］. Nature energy，2018（3）：978-984 .

［5］張群，王芳，成輝，等.綠色建筑設計教學的探索與實踐［J］.建筑學報，2014（8）：102-106.

［6］吉國華，王力凱，施珊珊，等.環境性能驅動的設計：南京大學本科高層建筑設計教學［J］.當代建筑教育，2022（1）：34-41.

［7］宗德新，曾旭東，王景陽.基于建筑性能模擬技術的綠色建筑設計教學實踐與思考［J］.室內設計，2012，27（4）：13-17.

［8］周嬙.綠色建筑理念融入的建筑學專業知識體系框架整合研究［D］.濟南：山東建筑大學，2014.

［9］國家統計局.中國統計年鑒2023［M］.北京：中國統計出版社，2023：611.

［10］葛堅，朱筆峰.以綠色建筑教育為導向的建筑技術課程教學改革初探［J］.高等建筑教育，2015，24（3）：83-86.

Exploration of Green Building Course Construction and Teaching under the New Engineering Background： Taking the Course of “Science in Built Environment” as an Example

SHI Shan-shan

（School of Architecture and Urban Planning， Nanjing University， Nanjing， Jiangsu 210093， China）

Abstract： The global climate change and environmental pollution are becoming increasingly serious， and the construction industry is facing severe challenges. In order to cultivate quality talents with green building awareness and skills， this paper takes the course “Science in Built Environment” as an example to discuss the strategies and methods to improve the research thinking and ability of architectural undergraduates under the background of new engineering. This course is closely integrated with the frontier research hotspot of built environment， with research methodology and paradigm as the teaching content， and cultivating students’ professional research interest and learning thinking through case interaction and research practice， laying a foundation for further in-depth study and research. The discussion of this paper brings a new development direction for green building education.

Key words： green building; building technology; new engineering; teaching reform