建筑與科教融合 讓學(xué)生成為城市導(dǎo)覽員

陳染 毛澄潔 馬亮

漫步在城市中，我們看到一座座樣式不同的建筑出現(xiàn)在身邊，有的高大雄偉，有的優(yōu)美秀麗，有的莊嚴(yán)肅穆，有的充滿(mǎn)生活氣息。建筑被稱(chēng)為“第三藝術(shù)”，其意義不僅是遮風(fēng)避雨，更是科學(xué)、工程和人文藝術(shù)的結(jié)合，它為城市賦予了不同的風(fēng)格。建筑是城市的靈魂，它讓城市更有特色，更有味道。

對(duì)于教師而言，建筑更為科技教育提供了取之不盡的題材。在中小學(xué)階段，關(guān)于建筑的內(nèi)容被分散到語(yǔ)文、美術(shù)、地理、物理等學(xué)科中，學(xué)生對(duì)于建筑的認(rèn)識(shí)是分散的，不夠深入的。而科技教育為我們提供了跨學(xué)科整合的機(jī)會(huì)，通過(guò)探究和創(chuàng)造，學(xué)生能夠更深入探索建筑中的科學(xué)和技術(shù)，感悟建筑中的藝術(shù)和人文。

建筑作為科技教育的主題優(yōu)勢(shì)有很多。首先是建筑資源豐富，各地科技教師都可以開(kāi)發(fā)出具有當(dāng)?shù)靥厣恼n程;其次，建筑探索的切入點(diǎn)非常多，即使同一個(gè)建筑也可以通過(guò)不同角度認(rèn)識(shí);第三，建筑本身就融合了科學(xué)技術(shù)、人文和藝術(shù)，為我們?cè)O(shè)計(jì)跨學(xué)科活動(dòng)提供了天然的條件;最后，建筑課程的開(kāi)展組織形式豐富，可以到建筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行外出探索，也可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)展開(kāi)研究。

中國(guó)具有豐富的建筑資源，這為我們?cè)O(shè)計(jì)課程提供了數(shù)不勝數(shù)的題材。中國(guó)幅員遼闊，歷史悠久，每個(gè)地方都有不同的自然條件和人文傳統(tǒng)，從而造就了獨(dú)具特色的中國(guó)傳統(tǒng)建筑體系。從恢弘大氣的紫禁城，到優(yōu)雅婉約的蘇州園林;從烈烈寒風(fēng)的蒙古包，到淅淅細(xì)雨的吊腳樓;從莊嚴(yán)肅穆的布達(dá)拉宮，到喧囂熱鬧的福建土樓;從樸實(shí)無(wú)華的西北窯洞，到雕龍畫(huà)鳳的廣式民居，中國(guó)傳統(tǒng)建筑有太多值得我們了解和探究的地方。隨著這幾十年來(lái)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛，中國(guó)也成為偉大建筑師揮灑創(chuàng)意的地方，一批現(xiàn)代的、先鋒的、實(shí)驗(yàn)的建筑出現(xiàn)在我們的城市中，鳥(niǎo)巢、廣州塔、東方明珠、蘇州博物館、大興機(jī)場(chǎng)……這些知名的建筑更是體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑的頂尖水平，也很值得科技教師組織開(kāi)展探究活動(dòng)。各地的科技教師可以因地制宜，選擇當(dāng)?shù)靥厣慕ㄖ鳛檎n程探究的主題。

除了有豐富的建筑資源，建筑主題科技教育課程的探究切入點(diǎn)同樣非常豐富。建筑不僅僅是一項(xiàng)工程本身，更融合了科學(xué)、技術(shù)、人文、數(shù)學(xué)等學(xué)科，我們可以從中選取某個(gè)有特色的角度切入，設(shè)計(jì)切合主題的探究課程。以天壇作為對(duì)象，我們可以將回音壁作為切入點(diǎn)，探究回音壁的傳聲原理;以故宮作為對(duì)象，我們可以將斗拱結(jié)構(gòu)作為切入點(diǎn)，探究故宮抗震的原理;以廣州塔作為對(duì)象，我們可以將雙曲面外觀作為切入點(diǎn)，探素?cái)?shù)學(xué)在設(shè)計(jì)工程建設(shè)中的應(yīng)用;以上海環(huán)球金融中心作為對(duì)象，我們可以將“上海之眼”作為切入點(diǎn)，探索高層建筑如何抗擊臺(tái)風(fēng)。

科技教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的重要性，而在建筑中往往融合了多項(xiàng)學(xué)科，這也很值得讓我們從不同角度探索。例如，斗拱是中國(guó)傳統(tǒng)建筑中最有特色、最具標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)之一，從物理角度看，斗拱最基本的作用是承重，同時(shí)還兼有抗震的作用;從文化角度看，斗拱的大小、粗細(xì)都體現(xiàn)了森嚴(yán)的等級(jí)制度;從美術(shù)角度看，斗拱精美的雕花很好地裝飾了建筑;從生物角度看，斗拱為雨燕等生物提供了藏身之所，是人與自然和諧相處的典范。在設(shè)計(jì)建筑主題的課程中，我們一定要注意將各個(gè)學(xué)科整合起來(lái)，讓學(xué)生對(duì)建筑有更寬廣、更深刻的認(rèn)識(shí)。

開(kāi)展建筑類(lèi)主題科技教育的優(yōu)勢(shì)還在于活動(dòng)組織形式的多樣，既可以外出實(shí)踐參觀調(diào)查，也可以在課堂中組織探究。建筑就在我們身邊，我們可以把課堂搬到要探索的建筑中，通過(guò)講解員對(duì)建筑的歷史和故事的講解，對(duì)建筑形成基本的認(rèn)知。在課程開(kāi)展探究的過(guò)程中，我們還可以在主管單位的協(xié)調(diào)下，組織學(xué)生到實(shí)地對(duì)所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量。我們也可以把課堂搬到實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)模型的制作、測(cè)試和改進(jìn)，對(duì)建筑形成更深入的認(rèn)識(shí)。

現(xiàn)在，越來(lái)越多的教師探索如何將科技教育與建筑結(jié)合起來(lái)。近期“科技學(xué)堂”上線的微課“數(shù)碼探古建”正是一門(mén)專(zhuān)門(mén)探討傳統(tǒng)建筑主題科技教育設(shè)計(jì)思路的課程?！皵?shù)碼探古建”是數(shù)字科學(xué)家團(tuán)隊(duì)與北京市東城區(qū)青少年科技館共同開(kāi)發(fā)的課程，旨在引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)碼設(shè)備對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)建筑進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和整理分析，通過(guò)實(shí)物建模的方式體驗(yàn)中國(guó)傳統(tǒng)建筑中的科學(xué)問(wèn)題。課程通過(guò)問(wèn)題形成、證據(jù)獲取、科學(xué)人文解析、拓展反思的課程教學(xué)模式讓學(xué)生探索古建筑中的科學(xué)。下面我們簡(jiǎn)單介紹“數(shù)碼探古建”中的一個(gè)課例“古建窗牖與現(xiàn)代建筑采光對(duì)比測(cè)試”，了解如何開(kāi)展好建筑主題的科技教育課程。

“古建窗牖與現(xiàn)代建筑采光對(duì)比測(cè)試”課程通過(guò)光照強(qiáng)度測(cè)試儀等儀器探究紙、絹、帛、毛玻璃、玻璃等材質(zhì)的采光性，幫助學(xué)生了解和認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)四合院窗牖等傳統(tǒng)建筑元素知識(shí)及現(xiàn)代建筑的采光設(shè)計(jì)方法。

問(wèn)題形成階段，教師播放古建窗牖與現(xiàn)代建筑明窗的視頻，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到中國(guó)傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代建筑的區(qū)別。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生形成問(wèn)題“是什么原因造成東西方居住的巨大差異”，并討論可能的原因，形成初步假設(shè)。

獲取證據(jù)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證假設(shè)。我們首先通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑和現(xiàn)代建筑的區(qū)別，學(xué)生使用米尺和測(cè)距儀測(cè)量出傳統(tǒng)建筑和現(xiàn)代建筑的空間高度，以及傳統(tǒng)建筑的窗牖和門(mén)戶(hù)的高度、寬度，以及現(xiàn)代建筑明窗設(shè)計(jì)的高度、寬度數(shù)據(jù)，并記錄在表格中。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代建筑的差別。

初步了解了傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代建筑的區(qū)別后，我們需要用光照強(qiáng)度測(cè)試儀、推拉力測(cè)試儀、壓力機(jī)壓差儀、紅外線測(cè)溫儀、便攜式溫度計(jì)、筆試溫度計(jì)等儀器獲取數(shù)據(jù)。需要測(cè)量的數(shù)據(jù)有：同一樣式窗牖的不同材質(zhì)（毛玻璃、玻璃、宣紙、毛邊紙、紗帛等材料）在同一光照下的光照數(shù)值，現(xiàn)代玻璃制品在同一光照下的光照數(shù)值，不同材料在同一風(fēng)力條件下的拉力和壓力系數(shù)，不同樣式的窗牖（工字格、步步高升、冰裂紋）在同一材質(zhì)下的光照數(shù)值，以及不同采光材質(zhì)在同一光照條件下的空氣氣溫、濕度數(shù)值。

完成了數(shù)據(jù)的測(cè)量，我們進(jìn)入科學(xué)及人文解析環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)建筑的窗牖和現(xiàn)代建筑的明窗采光的初步認(rèn)識(shí)，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑中窗犏材質(zhì)的光照系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)代玻璃材質(zhì)，這也是傳統(tǒng)建筑室內(nèi)昏暗的原因。我們還發(fā)現(xiàn)由于傳統(tǒng)建筑的受力所限，窗牖被設(shè)計(jì)成菱格狀，這一方面增加了建筑的美感，另一方面也影響了室內(nèi)采光。而東西方對(duì)于采光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想不同，傳統(tǒng)建筑的開(kāi)窗面積小于現(xiàn)代建筑，造成傳統(tǒng)建筑的室內(nèi)昏暗，空寂感強(qiáng)，現(xiàn)代建筑明亮，躍動(dòng)感強(qiáng)。東西方文化在處理人與自然的問(wèn)題和人居空間的關(guān)系上有著明顯的差異，也造成了東西方建筑采用了不同的采光方式。

最后一個(gè)環(huán)節(jié)是拓展反思。在這個(gè)環(huán)節(jié)，我們可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步反思課程，形成新的問(wèn)題。例如，我們可以請(qǐng)學(xué)生思考傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代建筑除了采光之外還有哪些新的值得探究的點(diǎn);可以思考傳統(tǒng)建筑室內(nèi)采光不好與建筑外形有哪些可能的關(guān)聯(lián);還可以讓學(xué)生查找相關(guān)的書(shū)籍或資料，看看傳統(tǒng)的窗牖還使用了哪些采光材料，如果能夠獲取材料，我們還可以進(jìn)一步測(cè)試它的采光度如何。如果條件允許，我們還可以讓學(xué)生攜帶相關(guān)儀器，到故宮、頤和園、北海公園等古建筑群里進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，也可以走訪民國(guó)時(shí)期的西式建筑，并進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，進(jìn)一步從窗牖的角度了解西式建筑對(duì)中國(guó)建筑的漸進(jìn)式影響。

在“數(shù)碼探古建”課程中，我們還可以看到更多將建筑與科技教育融合起來(lái)的案例，科技教師也要挖掘我國(guó)豐富的建筑資源，讓學(xué)生不再做城市的觀光客，而成為城市的導(dǎo)覽員。