建筑物理課程教學方法與教學手段的改革與實踐

楊春宇　梁樹英

摘要：長期以來，建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)的學生認為建筑物理課程較難學習，知識點難以掌握。為了提高學生的學習興趣，提升建筑物理課程的教學質量，通過將傳統(tǒng)課程與新型模塊式、數(shù)字技術結合的教學方法，理論教學與實踐實驗課程交融的教學手段，理論教學與科研課題結合的前沿講授方法三個方面相結合，對本科建筑物理課程進行了改革和實踐，解決了建筑物理課程教與學的矛盾，為同類課程的教學改革與實踐提供了借鑒。

關鍵詞：建筑物理；新型模塊式；數(shù)字技術；實踐實驗；科研前沿

中圖分類號：G642-0 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）01-0121-03

隨著中國城市化進程加快和城市規(guī)模不斷擴大，城市建筑密度增加，建筑功能更加復雜多樣，建筑熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境問題特別是建筑節(jié)能、舒適、安全等問題更加突出[1-2]，建筑物理課程教學方法與教學手段的改革與實踐顯得尤為重要。長期以來，建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)的學生認為建筑物理課程難學，并產(chǎn)生抵觸情緒。傳統(tǒng)建筑物理課程是按照全國統(tǒng)一的教學模式，即熱工、聲學、光學三部分各自獨立講授，不利于學生對課程的整體把握和學習。近幾年來研究團隊對建筑學專業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學專業(yè)（2007級、2008級、2009級）三屆本科生共610人講授了建筑物理課程以及城市環(huán)境物理、建筑環(huán)境控制課程，并進行了建筑光學實驗、環(huán)境控制實驗和城市環(huán)境物理實驗的教學，積累了相當豐富的教學經(jīng)驗。其中，建筑物理課程獲得了國家精品課程，“建筑技術系列課程”授課團隊獲得了國家教學團隊稱號，“建筑技術系列課程創(chuàng)新建設與實踐”獲得了重慶市優(yōu)秀教學成果獎一等獎等。指導建筑物理及拓展課程的教改作業(yè)參加全國大學生設計競賽、全國太陽能設計競賽、全國環(huán)藝光與空間設計競賽[3]、全國節(jié)能減排設計競賽等，五年共獲得金獎、銀獎、二等獎、銅獎等各種獎項共20余項，并出版了新編《建筑物理（圖解版）》[4]教材。

建筑物理課程是建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)的必修課程，文章重點探討如何在實驗教改的基礎上對教學方法和教學手段進行改革與實踐，主要包括以下三個方面：傳統(tǒng)建筑物理課程與新型模塊式、數(shù)字技術結合的教學方法，理論教學與實踐實驗課程交融的教學手段，理論教學與科研課題結合的前沿講授方法。

一、傳統(tǒng)課程與新型模塊式、數(shù)字技術結合的教學方法

傳統(tǒng)建筑物理課程教學將熱工、聲學、光學三部分各自獨立講授，知識點較為分散，學生普遍認為熱工、聲學、光學三部分是各自獨立、自成體系的課程，而沒有將三部分與建筑設計結合起來看成一個整體的知識體系，不便于學生學習和記憶，也不便于學生理解和掌握。研究團隊在實驗教改的基礎上對建筑物理課程教學體系進行了新型模塊式改革，按照更為合適的篇章分布進行講授。具體方法為：將傳統(tǒng)教學模式改革為模塊式教學，把熱工、聲學、光學三部分的基礎、應用和實驗部分分別整合，按照基礎篇（熱聲光基礎知識）、應用篇（熱聲光專業(yè)知識）和實驗篇（熱聲光應用實驗）進行模塊式集中講授，即在講授時將熱聲光的基礎知識先介紹給學生，使學生形成一個比較整體的知識框架，然后通過熱聲光專業(yè)知識的講授讓學生更深入地學習知識，最后通過熱聲光的應用實驗，加深學生對理論知識的理解。

另外，由于建筑物理環(huán)境（熱工、聲學、光學）的分析計算非常復雜，長期以來使建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)的學生覺得非常困難。因此，研究團隊將數(shù)字技術方法運用到本科生教學中，將復雜計算轉為簡單的數(shù)字運用。同時，首次在建筑物理課程教學中加入熱工、聲學、光學中常用且較為簡單易學的分析軟件，例如ECOTECT生態(tài)建筑設計軟件、RADIANCE建筑光環(huán)境分析軟件、DIALUX燈光照明設計軟件、EASE聲學設計軟件等，對建筑模型的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、日照等環(huán)境影響以及可見度幾個方面進行綜合的技術分析，計算過程簡單明了，計算結果準確直觀，非常適合建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)學生學習使用。

二、理論教學與實踐實驗課程交融的教學手段

傳統(tǒng)建筑物理課程設置是將理論課與實驗課分開進行教學，即理論課程全部講授完成后才進行實驗課程，或者僅進行理論講解而缺乏實驗課程部分，存在基礎理論與實際應用脫節(jié)的情況，不利于學生對理論知識的理解和掌握，也不利于培養(yǎng)學生的科研實驗實踐動手能力。研究團隊運用理論課與實驗課交融的教學手段，在進行理論講授的同時，加入實驗課程環(huán)節(jié)，使學生在剛學到理論知識時就進行實驗，進一步加深對理論知識的理解，同時鞏固學生所學理論知識。另外，通過實驗，學生掌握了熱工、聲學、光學各種測量儀器的使用，掌握了城市噪聲監(jiān)測、光污染及亮度照度測量以及熱工的各項檢測，培養(yǎng)了學生的科學實驗動手能力。

同時，在課程教學中研究團隊引入了重慶大學創(chuàng)新實驗——城市環(huán)境物理綜合實驗，使學生能將基礎理論綜合應用于實踐中。選擇重慶學林雅園居住小區(qū)、磁器口傳統(tǒng)街區(qū)、三峽廣場、重慶大學建筑設計院大樓、重慶大學建筑系館進行現(xiàn)場實驗教學，學生將課堂上學到的熱工、聲學、光學理論知識綜合運用到城市規(guī)劃與建筑設計之中。通過對重慶學林雅園居住小區(qū)和磁器口傳統(tǒng)街區(qū)光環(huán)境的調研，使學生懂得了城市光環(huán)境理論在實際中的應用；通過對三峽廣場城市中心區(qū)城市噪聲的測量，使學生掌握了在規(guī)劃中如何避免噪聲污染；通過對重慶大學建筑設計院大樓和重慶大學建筑系館熱工性能的檢測，使學生掌握了保溫隔熱等節(jié)能知識。通過理論教學與設計實踐的結合，使抽象的概念和理論簡單化、形象化、直觀化，加深了學生對理論知識的理解，使學生能將理論知識應用于設計當中，提高了課堂教學質量。

三、理論教學與科研課題結合的前沿講授方法

傳統(tǒng)教學中，本科生僅對建筑物理基本理論和基礎實驗進行學習，無法接觸更前沿的科研。研究團隊將主講教師承擔的國家、市級科研課題與建筑物理課程教學相結合，在進行相關理論課程講授的同時拓展知識范圍，加入課題的研究內容和最新研究動向，啟發(fā)學生對科學研究的興趣，并鼓勵學生參加國家級大學生創(chuàng)新訓練和相關設計競賽，使建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)學生認識到建筑物理課程的廣泛科學研究前景和重要性，是一種前沿性的講授方法。隨著信息時代和城市化高潮的到來，建筑技術得到了飛速的發(fā)展，研究團隊重視自身學術水平的提高，始終把握學術前沿技術，對建筑色彩、光生物效應、中間視覺、視覺功效理論、光環(huán)境控制、建筑綠化隔熱和生態(tài)建筑等方面進行了研究，并將相關科研課題應用到建筑物理課程教學中。

通過主講教師承擔的國家自然科學基金面上項目“日光光譜與大氣衰減影響下的建筑色彩控制研究”，進行建筑物理課程中有關建筑色彩部分的講授時率先在全國高校中加入課題的最新研究成果，使學生了解到建筑色彩并非一層不變，而是在城市空間中呈現(xiàn)出來，其會受到日光光譜、日光色溫、大氣衰減、觀測距離和外飾面材料光反射特性等因素的影響，從而學生在進行建筑色彩設計時能掌握建筑色彩在實際空間中的變化情況，保證設計色彩與實際建成的色彩一致，提高了學生的實際設計能力。通過主講教師承擔的國家自然科學基金面上項目“基于光氣候分區(qū)的高校教室照明與大學生抑郁情緒的光生物效應”，在建筑物理課程中有關光氣候分區(qū)部分，用詳細的調查研究數(shù)據(jù)形象地講述了我國不同光氣候區(qū)日照的差異，同時還對課程中有關人眼視覺特征部分進行了擴展講解，介紹了世界10大發(fā)現(xiàn)之一的視覺第三類感光細胞——視經(jīng)結細胞，及其對抑郁情緒進行調節(jié)的光生物效應。通過目前這一國際前沿研究成果的介紹，讓學生了解到與自己密切相關的教室空間中照明的重要性及其與抑郁情緒之間的關系，豐富和擴展了課程的教學內容。通過主講教師承擔的國家自然科學基金面上項目“用中間視覺理論研究道路照明安全”，在講授建筑物理課程中有關中間視覺知識時加入了課題的研究成果，例如道路、隧道結合區(qū)域照明存在安全隱患，啟發(fā)了學生對科學研究的興趣，部分同學根據(jù)課題思路申請了國家級大學生創(chuàng)新訓練項目“基于視覺功效理論的城市隧道出入口段照明研究”，經(jīng)教師進一步指導已完成任務結題，這不僅使學生掌握了城市道路與隧道出入口的光環(huán)境知識，還鍛煉了學生在本科階段的科研能力。通過主講教師承擔的重慶市科技攻關項目“山地城鎮(zhèn)光環(huán)境控制關鍵技術研究”，在建筑物理課程中引入光環(huán)境控制的最新成果，指導學生在設計作品中加入采光照明的專項設計，參加全國環(huán)藝光與空間設計競賽，并獲得了銀獎1名、銅獎1名、優(yōu)秀獎3名的好成績。通過國家自然科學基金面上項目“建筑綠化隔熱技術研究”和“南方地區(qū)被動生態(tài)室內熱環(huán)境研究”，在建筑物理課程中引入熱工方面的最新研究成果，指導學生參加第二屆、第五屆“全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”，均獲得了二等獎。通過在建筑物理課程教學中理論與科研課題相結合的前沿講授方法，學生能更好地了解建筑物理環(huán)境，并能將建筑采光照明、熱環(huán)境、聲環(huán)境等方面的知識融入到實際之中，豐富了建筑物理課程的教學內容。

四、結語

總體而言，通過傳統(tǒng)課程與新型模塊式、數(shù)字技術結合的教學方法，理論教學與實踐實驗課程交融的教學手段，理論教學與科研課題結合的前沿講授方法三個方面，對本科建筑物理課程教學方法與教學手段進行改革和實踐，學生能很好地掌握課程內容，并能將課內知識應用到實際的設計作業(yè)中，極大地提高了學生的學習興趣，在教學實踐工作中取得了較好的效果。隨著建筑物理課程改革和實踐的推進，建筑學、城鄉(xiāng)規(guī)劃學、風景園林學專業(yè)的學生增強了對建筑物理課程的學習積極性，同時認識到在實際中的重要性，解決了建筑物理課程教與學的矛盾。隨著生態(tài)節(jié)能技術的科技進步加快，新技術、新方法逐年更新，因此本課程每年均進行教學內容、教學方法和手段的更新，獲得學生的好評。

參考文獻：

[1]楊春宇，吳靜，梁樹英，等.建筑環(huán)境控制課程教學改革研究[J].高等建筑教育，2013，22（6）：75-77.

[2] 楊春宇，陳仲林，唐鳴放，等.建筑物理課程教學改革研究[J].高等建筑教育，2009，18（2）：57-59.

[3] 中國環(huán)境藝術設計學年獎組委會.中國環(huán)境藝術設計學年獎：第九屆全國高校環(huán)境藝術設計專業(yè)畢業(yè)設計競賽獲獎作品集[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] 陳仲林，唐鳴放.建筑物理（圖解版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

（編輯 胡 玥）