UC Berkeley能源與環(huán)境課程教學(xué)觀察與感悟

摘要：美國UCBerkeley能源與環(huán)境課程從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目的看，類似于中國建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)的建筑環(huán)境學(xué)課程?；谡n程的網(wǎng)站信息和筆者30余學(xué)時(shí)的課程旁聽記錄，介紹該課程的定位、課程結(jié)構(gòu)、課堂教學(xué)狀況以及筆者的感悟和體會(huì)，旨在讓國內(nèi)同行對(duì)國際一流大學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段有更多的了解和認(rèn)識(shí)，為中國同類課程的教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：能源與環(huán)境；UCBerkeley；課程結(jié)構(gòu)；課堂教學(xué)

中圖分類號(hào)：X24；G640文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2012）060051042011年初，筆者作為國家公派訪問學(xué)者來到美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory），開始為期一年的工作和學(xué)習(xí)，該國家實(shí)驗(yàn)室隸屬美國能源部，由美國加州大學(xué)伯克利分校（UCBerkeley）負(fù)責(zé)具體運(yùn)行。在研究工作的間歇，筆者參觀了加州大學(xué)伯克利分校環(huán)境設(shè)計(jì)學(xué)院建筑系的建筑物理實(shí)驗(yàn)室，旁聽了建筑系為建筑學(xué)本科生開設(shè)的能源與環(huán)境（EnergyandEnvironment）課程，并通過課程網(wǎng)站全面深入地了解了課程的基本結(jié)構(gòu)以及教學(xué)方法和手段。

一、課程定位

能源與環(huán)境課程是在學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物理或相關(guān)基礎(chǔ)課程后，為建筑系本科生開設(shè)的關(guān)于建筑物理性能優(yōu)化的基礎(chǔ)入門課程。

以人體對(duì)室內(nèi)環(huán)境需求及滿足需求的采暖、制冷和照明的能源消耗為著眼點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容包括室內(nèi)環(huán)境特性及人體的熱舒適響應(yīng)、建筑的能量傳遞、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料的熱工性能、日照幾何學(xué)、遮陽設(shè)計(jì)、被動(dòng)式采暖和制冷、自然采光和人工照明等基本概念、原理及其應(yīng)用。

以上述教學(xué)內(nèi)容為載體，課程教學(xué)目的在于讓學(xué)生掌握與建筑物理特性相關(guān)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)熱傳遞、自然采光以及太陽能控制等基本原理和方法；認(rèn)識(shí)與節(jié)能、生態(tài)以及可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)相關(guān)的建筑技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程；熟悉和掌握建筑熱環(huán)境和光環(huán)境模擬軟件的使用方法。能夠運(yùn)用上述基本原理和方法，對(duì)建筑物理性能做到合理分析評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以正確掌握有關(guān)建筑影響室內(nèi)熱環(huán)境和光環(huán)境的基本概念和原理，掌握構(gòu)建、分析、評(píng)價(jià)建筑環(huán)境的基本理論與方法，掌握運(yùn)用模擬軟件優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，改善或控制建筑室內(nèi)環(huán)境的基本理論和方法。

因此，從課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目的看，UCBerkeley的能源與環(huán)境課程類似于中國建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)的建筑環(huán)境學(xué)課程，但其所涉及的內(nèi)容在廣度和深度上超過建筑環(huán)境學(xué)課程。

二、課程結(jié)構(gòu)

所謂課程結(jié)構(gòu)是指課程目標(biāo)轉(zhuǎn)化為教育成果的紐帶，是課程實(shí)施活動(dòng)順利開展的依據(jù)。以下從7個(gè)方面對(duì)UCBerkeley的能源與環(huán)境課程加以概括介紹。

（一）教學(xué)模式

12高等建筑教育2012年第21卷第6期

簡毅文UCBerkeley能源與環(huán)境課程教學(xué)觀察與感悟

教學(xué)模式是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。UCBerkeley的能源與環(huán)境課程采用了課堂理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)多種方式相互作用、共同并存的教學(xué)模式。

能源與環(huán)境課程教學(xué)包括課堂理論教學(xué)和各種教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。課堂理論教學(xué)，每周2次，每次1.5小時(shí)，教師以多媒體課件的形式向?qū)W生傳授基本知識(shí)和方法。教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)內(nèi)涵豐富，包括習(xí)題討論、考前復(fù)習(xí)、實(shí)習(xí)基地的訪問參觀，以及課程實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研和課程設(shè)計(jì)等，每周1次，每次3小時(shí)。如：組織學(xué)生參觀位于舊金山的太平洋能源研究咨詢中心；設(shè)計(jì)特定實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生分析研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能以及保溫性能對(duì)室溫的影響等；開展對(duì)實(shí)際使用建筑室內(nèi)環(huán)境的分析調(diào)查，等等。實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的開展主要在課程責(zé)任教師指導(dǎo)下，由助教負(fù)責(zé)具體完成，將選課學(xué)生分成若干個(gè)小組，每個(gè)助教負(fù)責(zé)10～15名學(xué)生。

（二）教學(xué)材料

該課程采用G.Z.Brown和MarkDeKay教授編著的《Sun，Wind&Light》第二版為教材，此外，教師還列出了如《ThermalDelightinArchitecture，Heating，Cooling，Lighting》《MechanicalandElectricalEquipmentforBuildings》等其他教學(xué)參考書。

鑒于能源與環(huán)境課程所涉及內(nèi)容的廣泛性和該學(xué)科發(fā)展的持續(xù)性，教師對(duì)每一次課堂教學(xué)還指定了大量的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)材料，推薦了如Wikipedia等與能源和環(huán)境相關(guān)的知名網(wǎng)站，目的在于拓展學(xué)生對(duì)能源與環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識(shí)視野，了解能源與環(huán)境學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。

在提煉和濃縮上述教學(xué)材料的基礎(chǔ)上，教師還以pdf文件形式編寫了多媒體教學(xué)課件和教學(xué)講義。雖然有指定的教材和大量的參考材料，但教師講課的順序并不等同于教材的編排順序，學(xué)生課堂所攜帶的材料包括課件、教學(xué)講義、教師指定范圍的教材和參考資料。

（三）課程網(wǎng)站

課程網(wǎng)站是與課程教學(xué)活動(dòng)有關(guān)的所有信息的集中地，UCBerkeley的教學(xué)活動(dòng)是以課程網(wǎng)站為載體開展的。學(xué)校統(tǒng)一編排和管理課程網(wǎng)站，課程責(zé)任教師需按照網(wǎng)站要求輸入相關(guān)教學(xué)信息，選課學(xué)生根據(jù)學(xué)號(hào)和設(shè)定的密碼進(jìn)入課程網(wǎng)站，獲得所需信息。

能源與環(huán)境課程網(wǎng)站內(nèi)容豐富，信息量大，主頁和課程大綱是其中最主要的部分。網(wǎng)站編排樸實(shí)，信息描述具體。主頁內(nèi)容包括課程描述、上課時(shí)間和地點(diǎn)、主講教師簡介及聯(lián)系方式、助教聯(lián)系方式、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、教材名稱、提交作業(yè)時(shí)間以及教師上傳課件時(shí)間等基本課程信息。課程大綱的內(nèi)容包含每一次課堂教學(xué)的時(shí)間、教學(xué)主題、教學(xué)材料、課后作業(yè)以及每周教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)安排，同時(shí)還上傳有課程講義、習(xí)題解答、往年考試試卷、附錄等信息。

（四）學(xué)分及課時(shí)分配

UCBerkeley的能源與環(huán)境課程計(jì)4學(xué)分，課程教學(xué)共16周，包括期中和期末考試，相當(dāng)于國內(nèi)96學(xué)時(shí)的大課，“教”和“學(xué)”的工作量都很大。

伯克利的教學(xué)體系中，每門課程的教學(xué)時(shí)數(shù)都很大，所以，學(xué)生每個(gè)學(xué)期一般只選3～4門課程，超過4門課程的選課會(huì)讓多數(shù)學(xué)生感到吃力。

（五）教學(xué)師資

UCBerkeley的課程通常由兩名教師擔(dān)任主講，但并不分班授課，而是在課堂教學(xué)時(shí)，兩名主講教師同時(shí)到堂，一名教師授課，另外一名教師旁聽并作記錄。

能源與環(huán)境的主講教師分別為GailBrager教授和StefanoSchiavon助理教授。Brager教授作為能源與環(huán)境課程的總負(fù)責(zé)人，全面負(fù)責(zé)指導(dǎo)完成教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)材料的選擇、教學(xué)方式的設(shè)計(jì)以及與學(xué)生的溝通交流、信息發(fā)布。

基于能源與環(huán)境課程教學(xué)內(nèi)容的寬泛性以及主講教師研究方向的專一性，課程負(fù)責(zé)人還邀請(qǐng)了4名在自然采光和暖通空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域的專家，分別講授與各自研究方向相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。此外，博士研究生作為課程助教，在作業(yè)收集、批改、習(xí)題輔導(dǎo)、課程實(shí)驗(yàn)、參觀實(shí)習(xí)以及課堂教學(xué)演示等方面協(xié)助主講教師完成教學(xué)活動(dòng)。

（六）課外作業(yè)

該課程設(shè)有6次常規(guī)形式的作業(yè)，第1次的作業(yè)內(nèi)容要求學(xué)生以文字描述的形式，根據(jù)以往的知識(shí)結(jié)構(gòu)和生活經(jīng)驗(yàn)，介紹對(duì)建筑設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑性能影響狀況的理解和認(rèn)識(shí)。其余5次作業(yè)涵蓋了室外氣候分析、蓄熱、傳熱、建筑能源消耗、采光及日照分析等教學(xué)內(nèi)容，作業(yè)量很大，形式主要為計(jì)算題，還有少量以靈活應(yīng)用基本概念和原理的理論分析題。

學(xué)生可在課程網(wǎng)站下載課后作業(yè)，教師要求學(xué)生在一周內(nèi)完成作業(yè)并將其提交助教，作業(yè)的答案將在一周后公布網(wǎng)上。

除去上述常規(guī)形式的作業(yè)外，學(xué)生還要求以3～4人課后小組的形式，在助教的幫助和指導(dǎo)下，根據(jù)課堂所學(xué)的理論知識(shí)，在第8周后的7周時(shí)間內(nèi)，共同完成博物館建筑立面的遮陽和采光設(shè)計(jì)。教師對(duì)學(xué)生每周的工作任務(wù)和成果表述形式有明確要求，包括數(shù)據(jù)采集、模擬計(jì)算分析、方案分析比較、計(jì)算機(jī)繪圖、撰寫研究報(bào)告、準(zhǔn)備匯報(bào)文件等。

（七）考核評(píng)價(jià)

教師建立了以課后作業(yè)、課程設(shè)計(jì)、期中考試、期末考試、實(shí)驗(yàn)、出勤率、討論課學(xué)生表現(xiàn)等多種形式的評(píng)價(jià)考核手段，以此全面考察學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解和掌握程度。以上各項(xiàng)在最終成績?cè)u(píng)定中的權(quán)重分別為20%、20%、20%、25%、10%、2.5%和2.5%。

各種考核評(píng)價(jià)手段中，期中和期末考試仍采用閉卷形式。研究課程網(wǎng)站上發(fā)布的期中和期末考試樣卷發(fā)現(xiàn)，試卷題量大，涉及內(nèi)容廣泛，考題形式多樣。如2011年期中考試試卷主要由10道對(duì)錯(cuò)判斷題、6道選擇題、2道需通過計(jì)算給出結(jié)果的選擇題、5道簡答題和3道大的計(jì)算題構(gòu)成。期末考試的題量和難度進(jìn)一步加大。如2002年期末考試試卷主要由15道對(duì)錯(cuò)判斷題、15道選擇題、9道簡答題（部分題需要通過計(jì)算才能給出結(jié)果）和3道大的計(jì)算題構(gòu)成。

各種考核評(píng)價(jià)手段中，課程設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)最為靈活，但其所涉及的工作量也最大。通常根據(jù)各個(gè)小組的中期和后期研究報(bào)告、成果匯報(bào)狀況以及整個(gè)小組在設(shè)計(jì)過程中的表現(xiàn)給出小組平均分，再根據(jù)組內(nèi)各個(gè)成員在設(shè)計(jì)中所承擔(dān)的工作給出具體分?jǐn)?shù)。

三、課堂教學(xué)狀況

從“教”的方面看，首先課堂教學(xué)信息量大。以該課程的Themalcomfort&Psychrometric一章為例，關(guān)于熱舒適基本原理、熱舒適評(píng)價(jià)以及熱舒適研究進(jìn)展等內(nèi)容在2個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)講授完成，筆者對(duì)比中國建筑環(huán)境學(xué)課程教學(xué)大綱發(fā)現(xiàn)，此部分內(nèi)容在中國通常需要4個(gè)學(xué)時(shí)完成。

其次，課堂教學(xué)方式靈活。針對(duì)建筑系學(xué)生從未接受過傳熱學(xué)、流體力學(xué)等系統(tǒng)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，主講教師在教學(xué)中，通過助教豐富的肢體表現(xiàn)，將導(dǎo)熱、對(duì)流換熱以及熱輻射的換熱特性以生動(dòng)有趣的形式向?qū)W生展述。同時(shí)，課堂教學(xué)不失嚴(yán)謹(jǐn)，盡管授課對(duì)象為建筑系本科生，但在與傳熱系數(shù)、散熱量、太陽位置等相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)上始終貫穿數(shù)學(xué)公式的詳細(xì)推導(dǎo)，甚至包括細(xì)致的單位換算。

最后，課前準(zhǔn)備充分。從課件內(nèi)容講授速度快慢的變化可以看出，主講教師課前準(zhǔn)備充分，能夠很好地把握課堂教學(xué)節(jié)奏，整個(gè)課堂呈現(xiàn)出較為輕松的狀態(tài)而又不失嚴(yán)謹(jǐn)。

從“學(xué)”的方面看，學(xué)生在課堂教學(xué)活動(dòng)中表現(xiàn)出很好的學(xué)習(xí)狀態(tài)，能容納90人的階梯教室?guī)缀踝鶡o虛席，學(xué)生坐姿規(guī)范；偶爾遲到的學(xué)生從前門或后門安靜地進(jìn)入教室，在座的其他學(xué)生并不因此而轉(zhuǎn)移注意力；課堂安靜，沒有出現(xiàn)交頭接耳或看其他與該課程無關(guān)書籍的情況；學(xué)生回答問題踴躍，教師與學(xué)生互動(dòng)良好。

四、感悟與體會(huì)

通過30余學(xué)時(shí)的課程旁聽以及對(duì)課程網(wǎng)站信息的仔細(xì)探究，筆者對(duì)美國的高等教育、UCBerkeley的能源與環(huán)境課程有了更真實(shí)和深刻的體會(huì)。對(duì)比在國內(nèi)從事建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，感悟如下。

UCBerkeley能源與環(huán)境課程從理論到實(shí)踐建立了系統(tǒng)完整的課程教學(xué)體系以及相對(duì)規(guī)范的教學(xué)模式和方法。相比之下，中國在課程體系的設(shè)置上是課程數(shù)目多、課時(shí)少，而且理論和實(shí)踐教學(xué)在一定程度上存在分離和脫節(jié)的現(xiàn)象，系統(tǒng)性和完整性欠缺。其結(jié)果是學(xué)生看起來什么都學(xué)了，但學(xué)得不夠扎實(shí)。

目前，中國對(duì)創(chuàng)新人才的教育和培養(yǎng)高度重視，各個(gè)高等院校也采取多種不同的形式和手段，如各類科技競賽等，積極培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力。然而，從多年實(shí)施效果看，這種方式所惠及的學(xué)生面較窄。創(chuàng)新的本質(zhì)在于質(zhì)疑，而質(zhì)疑要有事實(shí)和思考的根據(jù)，要對(duì)前人研究成就有足夠的理解和認(rèn)識(shí)，因此，創(chuàng)新的基礎(chǔ)在于對(duì)基本原理和概念的充分認(rèn)識(shí)和掌握，對(duì)分析和解決問題基本能力的鍛煉和培養(yǎng)。對(duì)比UCBerkeley能源與環(huán)境課程的教育，我們?cè)趧?chuàng)新能力的培養(yǎng)上，從學(xué)校和教師“教”的方面看，還缺乏完整系統(tǒng)的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練模式，從學(xué)生“學(xué)”的角度看，還缺乏平和踏實(shí)的學(xué)習(xí)心態(tài)，甚至勤奮努力的學(xué)習(xí)精神。

參考文獻(xiàn)：

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