理論與實踐相結(jié)合的建筑物理課程教學(xué)方法探討★

張 毅 鄭利軍 趙立志

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

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理論與實踐相結(jié)合的建筑物理課程教學(xué)方法探討★

張 毅 鄭利軍 趙立志

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

簡述了建筑物理課程的性質(zhì)、內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)，針對該課程理論性強(qiáng)、實踐性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)的特點，分析了其在教學(xué)過程中存在的問題，并提出了相應(yīng)的解決策略，從而提升該課程的教學(xué)質(zhì)量。

建筑物理課程，實踐教學(xué)，理論知識，建筑設(shè)計

建筑物理課程是建筑學(xué)、城市規(guī)劃與設(shè)計、風(fēng)景園林等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程和技術(shù)課程，同時也是建筑設(shè)計的重要組成部分，在實際的社會實踐應(yīng)用中也具有非常重要的作用[1]。

隨著人類文明程度的不斷提升和社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，中國城市化進(jìn)程不斷加快、規(guī)模不斷擴(kuò)大，尤其是大中型城市的建筑密度不斷增加，建筑功能也更加趨向于復(fù)雜化和多樣化，人們對建筑各方面的要求也隨之不斷提高[2，3]。特別是近年來，綠色、環(huán)保、節(jié)能、舒適、安全、可持續(xù)發(fā)展、低碳等理念不斷融入到人們的生活中來，傳統(tǒng)建筑學(xué)教育的關(guān)注重點放在培養(yǎng)學(xué)生對建筑功能、建筑空間以及建筑形式上的把握，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會實際應(yīng)用的要求，建筑若要實現(xiàn)可持續(xù)化、綠色化、生態(tài)化、環(huán)?；?，建筑物理的知識掌握是必不可少的[4]。

建筑物理課程是一門綜合性、理論性、實踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)過程中一般都要分為課堂理論教學(xué)與實驗室實踐教學(xué)兩大部分[5]。它既是一門理論課，也是一門技術(shù)課[6]。

1 課程性質(zhì)、內(nèi)容及目的

《建筑物理》是建筑學(xué)專業(yè)不可或缺的一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，體現(xiàn)了建筑設(shè)計學(xué)科技術(shù)科學(xué)的屬性，在建筑材料選擇、建筑構(gòu)造設(shè)計、建筑空間設(shè)計、建筑群體布置、城市規(guī)劃設(shè)計，以及施工技術(shù)與管理中都將涉及到建筑物理課程知識的應(yīng)用，所以建筑設(shè)計人員必須牢牢掌握建筑物理的知識，并達(dá)到靈活運用的程度，才能保障現(xiàn)代建筑的設(shè)計質(zhì)量，在體現(xiàn)建筑設(shè)計之美的同時滿足建筑設(shè)計的要求[7]。

《建筑物理》課程內(nèi)容分為建筑熱環(huán)境、建筑光環(huán)境、建筑聲環(huán)境三大篇章，包括室內(nèi)外熱環(huán)境、建筑傳熱與傳濕、建筑保溫與節(jié)能、建筑隔熱與通風(fēng)、建筑日照與遮陽、建筑光學(xué)基礎(chǔ)知識、天然采光、建筑照明、聲音的物理性質(zhì)、建筑吸聲、建筑擴(kuò)散反射、建筑隔聲、聲環(huán)境規(guī)劃與噪聲控制和室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計等方面的基本理論和方法[8]。

《建筑物理》課程的目的在于使學(xué)生牢固掌握建筑物理熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境的基本理論、基本知識和基本技能，豐富建筑設(shè)計的熱、光、聲等理論知識，并在實踐和設(shè)計中自主運用這些理論知識，為進(jìn)一步提高建筑物理的功能和使用質(zhì)量提供有力保證。作為一名優(yōu)秀的建筑設(shè)計師，要全面掌握建筑物理課程知識，才能有效地解決建筑設(shè)計中遇到的物理環(huán)境問題，創(chuàng)造出高品質(zhì)的建筑作品[9]。

2 課程特點

《建筑物理》課程不同于基礎(chǔ)課程及其他的專業(yè)課程，它兼具理論性與實踐性的特點。

第一，理論性強(qiáng)?！督ㄖ锢怼氛n程是建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)，是奠定建筑學(xué)學(xué)科發(fā)展的基石，更是推動建筑學(xué)學(xué)科向前發(fā)展的支撐體系[10]。傳統(tǒng)的物理學(xué)研究的是物質(zhì)運動的客觀規(guī)律，與人的感受無關(guān)，而建筑物理與之不同，它研究的是物理學(xué)的熱、光、聲在建筑中的應(yīng)用，而且與人的感受密切相關(guān)[11]，尤其是作為未來建筑設(shè)計發(fā)展方向的綠色建筑[12]、生態(tài)建筑和可持續(xù)發(fā)展建筑[13]等，都是必不可少的理論手段，對學(xué)生理論知識的掌握和靈活性運用要求更高。每一篇章中均有幾個課程的理論核心知識點，如建筑熱環(huán)境中的穩(wěn)態(tài)傳熱、建筑聲環(huán)境中的光度學(xué)基本知識、建筑聲環(huán)境中的聲音的物理性質(zhì)等，學(xué)生必須牢固掌握才能靈活運用。因此，在《建筑物理》課程教學(xué)過程中，必須提醒學(xué)生重視這些理論知識，并且作為重點講授。

第二，實踐性強(qiáng)?！督ㄖ锢怼氛n程是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。2012年，教育部為了進(jìn)一步貫徹落實《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》與《關(guān)于實施高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃的意見》，其中指出：要大力提升人才培養(yǎng)的水平、增強(qiáng)科學(xué)研究的能力、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展、推進(jìn)文化傳承的創(chuàng)新。袁貴仁部長就如何提高教育質(zhì)量提出幾點意見：要創(chuàng)新人才培養(yǎng)的模式，把社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的全過程中來。引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性，強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)練習(xí)和實習(xí)，知行統(tǒng)一，使學(xué)生真正學(xué)會學(xué)習(xí)[14]。學(xué)生在課堂上學(xué)到的知識必然會在未來的建筑設(shè)計中大量運用，如窗墻比、窗地比、建筑材料的選擇、導(dǎo)風(fēng)板的設(shè)計、吸聲材料(構(gòu)造)的選擇與設(shè)計等，都是學(xué)生將來在建筑設(shè)計中必須面對的問題。因此，要為學(xué)生提供必要的實踐機(jī)會，讓學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識，為將來靈活運用打好基礎(chǔ)。

第三，綜合性強(qiáng)?！督ㄖ锢怼氛n程是培養(yǎng)學(xué)生自主地將所學(xué)的建筑物理知識應(yīng)用到建筑設(shè)計中，對建筑進(jìn)行精致化和細(xì)節(jié)化的設(shè)計，能夠具體地解決環(huán)境舒適、節(jié)能、環(huán)保等問題，而不是僅停留在對建筑的形體及空間等大模塊的處理上[15]。

那么，怎么才能保證《建筑物理》課程的教學(xué)效果，下面就自己在本門課程方面的實踐與教學(xué)經(jīng)驗來膚淺探討與研究如何教好《建筑物理》課程。

3 教學(xué)過程中存在的問題

3.1 學(xué)生對所學(xué)理論知識理解不夠深入

對于理工科底子薄的建筑專業(yè)學(xué)生而言，建筑物理課程理論較難、公式計算較多、物理概念難懂是不爭的事實[16]，若再受限制于實驗設(shè)備條件等，無法開展直觀化的實驗課程，學(xué)生動手的機(jī)會少，就更難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[17]。另外，建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往認(rèn)為“建筑是藝術(shù)”，在這一主導(dǎo)思想的影響下，相當(dāng)一部分學(xué)生重視設(shè)計類課程，而忽略建筑物理等技術(shù)類課程[18]。

3.2 學(xué)生對所學(xué)實踐性知識缺少操作空間

建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生課程設(shè)計任務(wù)重，加之傳統(tǒng)的建筑物理實驗課多為驗證性和演示性的，教師實驗前把實驗原理、實驗?zāi)康?、實驗材料、實驗儀器、實驗步驟，甚至是實驗計算公式都為學(xué)生準(zhǔn)備好了，學(xué)生僅根據(jù)實驗指導(dǎo)書，在老師的講解和示范下完成實驗任務(wù)，學(xué)生甚至不用提前預(yù)習(xí)就可以完成實驗，這背離了開展實驗的初衷，起不到很好的效果，故傳統(tǒng)的實驗教學(xué)成為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)[5]。

3.3 課本內(nèi)容分篇編寫，知識體系分散

目前，國內(nèi)建筑物理教材主要是柳孝圖主編的《建筑物理》(第3版)和劉加平主編的《建筑物理》(第4版)。內(nèi)容主要包括建筑熱工學(xué)、建筑光學(xué)和建筑聲學(xué)三個篇章，各自獨立成篇，獨立講授，知識前后聯(lián)系不夠密切，不利于學(xué)生對課程的整體把握和學(xué)習(xí)[3]。

4 教學(xué)中存在問題的解決方法

4.1 結(jié)合大量圖片與實例，讓學(xué)生切身體會

針對建筑物理課程理論較難、公式計算較多、物理概念難懂這一問題，就要求教師有針對性地尋找圖片、動態(tài)圖、小視頻以及身邊的例子，讓學(xué)生可以達(dá)到深入理解的目的。如熱舒適性四個客觀和兩個主觀影響因素講解時，可以以教室和學(xué)生自身為實例向?qū)W生提問，如夏天教室為什么開空調(diào)，為什么開電風(fēng)扇，為什么拉窗簾，如果運動后全身是汗，怎樣才能快速達(dá)到?jīng)鏊某潭?，冬天冷了為什么穿厚衣服，手冷了為什么要搓手，引?dǎo)學(xué)生主動思考，達(dá)到讓學(xué)生對六個影響因素有深刻印象的目的。如講授遮陽設(shè)施時，尋找大量內(nèi)遮陽、外遮陽和中間遮陽的圖片，講授屋頂和外墻等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱時，尋找大量現(xiàn)實生活中的圖片，讓學(xué)生感覺到身邊處處都是例子。如駐波講解時運用動態(tài)圖，從行波開始到形成駐波，讓學(xué)生一目了然地理解駐波。如講授光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照度和亮度這四個概念和相應(yīng)的公式時，講明白光通量這一概念，再按順序引出發(fā)光強(qiáng)度、照度和亮度這三個概念及相互之間的關(guān)系，環(huán)環(huán)相扣，并且在講授過程中時刻以教室的熒光燈為例引導(dǎo)學(xué)生積極思考，讓學(xué)生理解這四個概念形成的小的整體知識框架。

4.2 結(jié)合專業(yè)實驗室，讓學(xué)生親自操作

實驗教學(xué)是建筑物理課程又一重要環(huán)節(jié)，可以加深學(xué)生對課上所學(xué)理論知識的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力和觀察分析能力[13]。

帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入專業(yè)建筑物理實驗室，在正式實驗前不是向?qū)W生講解實驗原理及實驗過程，而是向?qū)W生發(fā)問，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，從而讓學(xué)生深入理解實驗原理，加深對相關(guān)專業(yè)知識的理解。如導(dǎo)熱系數(shù)測量實驗前，可以讓學(xué)生摸一摸實驗用的保溫材料(此前在講課過程中已看過圖片)，從質(zhì)地、密實度、重量各方面都有個直接的認(rèn)識，之后指導(dǎo)學(xué)生將此保溫材料放入儀器中，開機(jī)后問學(xué)生什么情況下導(dǎo)熱系數(shù)即被測量出來，讓學(xué)生認(rèn)真觀察實驗儀器電子面板，引導(dǎo)學(xué)生觀察冷板熱流值和熱板熱流值變化，學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)兩個熱流值在慢慢接近，再發(fā)問，從而進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生理解穩(wěn)態(tài)傳熱過程中各處熱流值相等這一概念。

另外，還可以讓學(xué)生把自己的設(shè)計作品帶進(jìn)實驗室，在日照模擬平臺上看不同地理位置、不同日期和不同時間下形成的陰影變化，從而加深學(xué)生對棒影日照圖的理解。也可以讓學(xué)生自己準(zhǔn)備海棉、毛氈，甚至是自己做的復(fù)合吸聲材料，用駐波管法分別測定材料的吸聲系數(shù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析理解不同密度、不同厚度、不同材質(zhì)吸聲材料吸聲系數(shù)的不同，加強(qiáng)理解影響材料吸聲性能的因素，并且可以在學(xué)生推動小車找最大值和最小值時，向?qū)W生發(fā)問，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步理解駐波形成的原理。還可以讓學(xué)生自主選擇室內(nèi)照明實驗的房間，引導(dǎo)學(xué)生通過所測量的實際照度數(shù)據(jù)分析室內(nèi)照明設(shè)計的優(yōu)缺點。

建筑物理實驗可以把理論和實踐結(jié)合起來，使學(xué)生更加深刻、更加透徹地理解和掌握建筑物理知識，實驗還可以分析現(xiàn)有建筑環(huán)境的不足之處，學(xué)生還可以通過專業(yè)知識提出改進(jìn)措施，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

此外，還可以結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目和其他相關(guān)科研項目，進(jìn)一步挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)的主動性和潛力。

4.3 教學(xué)過程中，注重前后知識的貫通

在教學(xué)過程中，有意地選擇一些三個篇章都會涉及到的一些材料或構(gòu)造，從而達(dá)到前后知識貫通的目的。如許多保溫材料同時也是吸聲材料，選擇軟木或加氣混凝土類保溫材料，在講授其保溫原理時，側(cè)重不貫通的空氣在其中的作用，為講授其吸聲原理時留下伏筆。如窗洞口的作用，將其隔熱、采光、通風(fēng)、隔聲作用在第一次遇到時都提及并簡單介紹，并在每一篇章涉及其某一特性時有側(cè)重地講授，到最后一次再提及時做總結(jié)，從而達(dá)到對這一構(gòu)造整體理解的目的。

5 結(jié)語

建筑物理課程在建筑學(xué)專業(yè)中的地位非常重要，它關(guān)系到學(xué)生將來作為建筑設(shè)計師或城市規(guī)劃師設(shè)計出來的作品或規(guī)劃出來的城市布局，是否能達(dá)到讓廣大人民群眾滿意的效果。怎樣才能搞好建筑物理的課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，任重而道遠(yuǎn)。

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On teaching methods of physics courses for architecture with integration of practice and theories★

Zhang Yi Zheng Lijun Zhao Lizhi

(SchoolofDynamicsandArchitecture,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China)

The paper indicates the properties, contents and teaching aims of physics courses of architecture, analyzes some problems in the teaching process from the features of the courses which are highly theoretic, practical and comprehensive, and points out respective strategies, so as to promote the teaching quality of the courses.

physics courses of architecture, practical teaching, theoretic knowledge, architectural design

1009-6825(2016)31-0235-03

2016-03-07 ★：《建筑物理》課程建設(shè)項目(項目編號：k150603)

張 毅(1977- )，女，副教授； 鄭利軍(1973- )，男，副教授； 趙立志(1969- )，女，教授

G642.0

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