基于“CPS+智慧技能”模型的建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)淺析

摘要：建筑設計涉及因素具有復雜性和矛盾性，建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)模式與純工科、純理科、純文科、純藝術等專業(yè)都有所不同，對以應用型人才培養(yǎng)為基本目標的地方建筑高校來說，設計能力是建筑學專業(yè)培養(yǎng)的核心，設計系列課程是設計能力培養(yǎng)的主線課程。在學生設計能力培養(yǎng)過程中，利用“創(chuàng)造性問題解決模型”結(jié)合“智慧技能模型”，即“CPS +智慧技能”模型教學思路和方法，創(chuàng)設“學習共同體”情境，實現(xiàn)教師引導下的“做中學”“主動學”“自主學”，讓學生自主發(fā)現(xiàn)新知識，可起到事半功倍的教學效果。

關鍵詞：設計能力;建筑學;智慧技能模型;CPS模型

中圖分類號：G642.0 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2020）04-0032-07

美國教育家約翰·杜威說：“如果我們按昨天的方式教今天的學生，就等于掠奪了他們的明天”[1]。近年來，受全球經(jīng)濟下行壓力的影響，中國經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展步入新常態(tài)。在新常態(tài)和國家振興本科一流專業(yè)建設“雙萬計劃”的背景下，建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)模式需要適應新需求，對以往的教學模式作出相應調(diào)整。

建筑學專業(yè)特點要求建筑教育注重培養(yǎng)學生的設計能力。設計能力是一種能將堅實的理論基礎、良好的專業(yè)素養(yǎng)、敏銳的靈感捕捉能力綜合在一起，對設計中各種復雜要素進行優(yōu)化處理，并應用于處理實際復雜、綜合問題的能力，是一種能將少量啟發(fā)信息的“星星之火”多向拓展為設計靈感的能力。利用“CPS 模型”和“智慧技能模型”的教學思路、方法培養(yǎng)設計能力，是一種可借鑒的人才培養(yǎng)思路和模式。

一、“CPS”模型對建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)的啟發(fā)

（一）建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)的特殊性

建筑設計的相關因素構(gòu)成了一個復雜的巨系統(tǒng)，涉及經(jīng)濟因素、地域文化、社會地理、基地環(huán)境、建造體系、使用功能、空間要素、美學因素、技術條件等多方面內(nèi)容，既受制于功能、技術、形態(tài)等內(nèi)部系統(tǒng)要素，也受制于場地、社會、文化、風俗等外部系統(tǒng)要素，還受時代背景、地域特征、自然狀況、科技水平等資源環(huán)境要素的制約。同時，建筑在矛盾中誕生，建筑設計從開始到結(jié)束需綜合平衡多種價值和矛盾，這些矛盾多樣而復雜，有諸如全球與地方、物質(zhì)和精神、技術和情感、保護與更新、傳統(tǒng)與現(xiàn)代等宏觀層面的矛盾;也有諸如開窗形式與節(jié)能要求、結(jié)構(gòu)選型與空間需求、造價制約與功能需求等中觀層面的矛盾，還有具體手法中主與從、虛與實、上與下、大與小、內(nèi)與外等微觀層面的矛盾[2]。

由于建筑設計涉及因素的復雜性和矛盾性，建筑學專業(yè)能力培養(yǎng)的模式與純工科、純理科、純文科、純藝術等專業(yè)都有所不同，單純灌輸式教學和單純讓學生自主學習都存在弊端，需要探索師生共導機制下的有效教學思路和模型，利用“CPS 模型”的教學思路和方法，讓學生自主發(fā)現(xiàn)新知識，可起到事半功倍的效果。

（二）CPS 模型在建筑學人才培養(yǎng)過程中的應用

CPS模型（Creative Problem Solving Model，即創(chuàng)造性問題解決模型）始于1963年奧斯本（Osborn）和帕尼斯（Parnes）提出的創(chuàng)造性解決問題的培養(yǎng)思路。1994年，特芬格（Gettlefinger）等對CPS模型進一步完善，形成“三成分六階段”模型，即發(fā)現(xiàn)困惑、創(chuàng)意構(gòu)思、行動規(guī)劃3個主成分[3]，如圖1所示。CPS 模型強調(diào)在教學中要以知識點為核心，充分挖掘知識點的發(fā)展歷程。林崇德等[4]學者將CPS 模型教學方法進行了調(diào)整，如圖2 所示。

CPS 模型教學的關注點、思路和過程與建筑學設計能力的關注點、思路和過程相吻合，CPS模型強調(diào)分階段解決開放性問題，其思路模型很適用于建筑學專業(yè)設計能力的培養(yǎng)，其原因是建筑設計所面臨的問題大多是開放性問題，在解決建筑設計面臨問題的每一個階段都需要“發(fā)散性思維”（divergent thinking）的支撐，充分發(fā)揮學生創(chuàng)造力，不遺漏任何解決問題的可能策略;也需要“收斂性思維”（ convergent thinking）的支撐，通過學生的理性思考評估，從諸多方案中找出最佳策略。借鑒上述思路，建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)可通過3個“主成分”及其包含的10個環(huán)節(jié)（階段）來進行，如圖3所示。

1.主成分一：理解問題 （Understanding the problem）

理解問題包括3個階段或者稱為3個環(huán)節(jié)。（1）構(gòu)建問題：定位并找出目標、任務或問題，教師首先針對某知識點，充分挖掘其歷史背景和現(xiàn)實應用。（2）提出任務：發(fā)展、精煉、厘清問題的敘述，并決定焦點所在。教師在課堂中針對設計任務書涉及的多種矛盾和問題，解釋設計任務相關的背景和核心知識點等，精心完成問題的構(gòu)建。（3）收集資料：教師給學生布置任務，讓學生利用多種資源搜集與問題相關的資料，引導學生多維度探索問題。

2.主成分二：產(chǎn)生構(gòu)想 （Generating ideas）

在CPS模型中，產(chǎn)生構(gòu)想是激發(fā)設計靈感的過程，包括1個階段，即：發(fā)現(xiàn)靈感（ idea-finding，IF），其目的是找出可解決問題的多種想法。這個階段可分解為4個環(huán)節(jié)來完成，即在建筑設計課課堂上，教師將學生分成3～6人的討論小組，引導學生提出問題解決方案，組織學生進行設計方案的思路和概念評價，發(fā)現(xiàn)方案深化可能存在的深層問題（困境），關鍵環(huán)節(jié)是要激發(fā)學生主動發(fā)現(xiàn)問題的關鍵——新知識點。該部分的主體是學生，教師主要起組織和引導作用。

3.主成分三：行動計劃 （Planning for action）

在CPS模型中，該成分主要包括2個階段。（1）發(fā)現(xiàn)解答（ solution-finding，SF），發(fā)展評價標準進行評估。（2）尋求解答（ acceptance finding，AF），確定特定的設計思路進行深化設計。對上述主成分進行改善，其任務的完成包括3個環(huán)節(jié)：新知識點學習、確定深化方案、知識點總結(jié)。新知識點學習階段是銜接“產(chǎn)生構(gòu)想”主成分中的問題解決困境，在解決問題時必須要引入新知識點。在建筑設計課程教學中的確定深化方案階段，教師應組織學生應用所學新知識點以小組討論的形式確定深化方案，例如，師生共同總結(jié)深化方案的優(yōu)缺點、可行性、注意事項等。

需要說明的是，上述10個環(huán)節(jié)（階段）在實際解決問題時并非線性，而是實現(xiàn)靈活交替運用。實際教學中，也不是每一個主成分、每個階段都是必要的，但在需要時應充分評估任務及方案的可行性，每個階段都要作“任務評價（task appraisal）”。

二、建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)對“智慧技能”模型的應用

（一）建筑學專業(yè)需培養(yǎng)的學習性能

美國教育心理學家R.M.加涅在《教學設計原理》一書中提出學習的5種性能：智慧技能、認知策略、言語信息、動作技能、態(tài)度[5]，這是對于一般知識學習而言的。對于以設計能力培養(yǎng)為主的建筑學專業(yè)來說，這5種性能的邏輯順序應該是：態(tài)度→原理知識→認知策略→設計方法→智慧技能。加涅提出解決智慧技能問題的三角形模型，將智慧技能的學習分為4個層次，上一層次的學習以下一層次問題的解決為前提和基礎，問題難度逐步提升。該模型類似金字塔結(jié)構(gòu)，最底層為辨別，往上依次為概念（包括具體概念和定義性概念）、規(guī)則或原理、問題解決。該模型對建筑學專業(yè)設計能力的培養(yǎng)具有重要啟示作用，如圖4所示。

建筑學專業(yè)學生設計能力的培養(yǎng)，既不同于加涅提出的木瓦工挖掘機操作類的純粹動作技能，即口耳相傳、手手相授的培養(yǎng)方式，也不同于抽象的純粹智慧技能。但與二者有一定的相關性，需要同時提升學生的這兩類技能，在培養(yǎng)學生挖掘設計背景、資源環(huán)境、基本要求等條件信息的基礎上，利用自身知識結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的相關知識儲備提出設計方案，使學生具備相應的動手能力和表達手段，并對設計成果質(zhì)量有明確的目標和態(tài)度，目標和態(tài)度可分為滿足基本要求、某一方面有所突破、有較大的突破、取得創(chuàng)新性成果等幾個等級。

（二）“智慧技能”教學模型在建筑學教學中的應用

借鑒加涅在《教學設計原理》一書中提出的動作技能學習和智慧技能學習的思路[5]，在建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，教師要在外部條件創(chuàng)設上進行以下準備。即，教師需要把設計任務、目標、知識點等內(nèi)容描述清楚，讓學生熟悉設計任務，了解課程在課程體系中的位置坐標、課程對知識單元的建構(gòu)、知識體系的形成以及對今后實踐工作的作用;提供信息加工分析的思路，描述設計任務所需要的過程和步驟（圖4）;幫助學生進行學習任務分析和分解，描述每個步驟所需的知識點和方法;明確成果要求。在上述過程中，教師通過講解和引導學生自學、討論等形式進行辨別，分析概念，梳理規(guī)則或原理，直至問題解決。

1.層次一：辨別

辨別是一種非?；镜闹腔奂寄埽亲R別不同物體或不同感覺的性能。對于建筑學專業(yè)來說，辨別能力的培養(yǎng)在設計表達能力培養(yǎng)階段進行，主要是對空間和形體的感性認知能力培養(yǎng)，通過觀察事物的形狀、色彩、肌理、組織關系的相同與不同，引導學生去感覺事物和現(xiàn)象，探索事物和現(xiàn)象的邏輯和規(guī)律，從而培養(yǎng)感知能力。

在建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)過程中，從外部條件創(chuàng)設上，教師在課堂教學中可利用相近案例教學法，讓學生判斷案例與設計任務的相同和不同。該過程中，教師要利用語言、圖示和范例，提供有組織的知識“線索”或提綱，凝練知識遷移的“先行組織者”，幫助提取已有知識并提供環(huán)境讓學生盡量理解新知識。

2.層次二：概念

概念包括具體概念和定義性概念兩種類型。

（1）具體概念。辨別是對差異做出反應，具體概念是通過命名來對事物進行識別或分類，如：門是進出建筑的通道等。對建筑學專業(yè)來說，學生形成具體概念的能力是在設計表達能力培養(yǎng)階段和感性認知能力培養(yǎng)階段進行。通過觀察，引導學生對空間和形體進行思考、提煉和總結(jié)，然后通過草圖描繪所觀察事物的邏輯關系、尺度、比例等信息，這是建筑學專業(yè)建筑設計基礎類課程培養(yǎng)的重要內(nèi)容。

在建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)過程中，從外部條件創(chuàng)設上，教師在課堂教學中要引導學生自己建立概念，告知學生將要學習什么概念，強調(diào)相關特征，提供可能混淆的反例，以借鑒優(yōu)秀案例的方式讓學生練習概念應用，提供間隔練習以促進保持與遷移。

（2）定義性概念。定義性概念是對非直觀事物進行言語描述，如：臺階可定義為用于室內(nèi)外地平高差之間以及室內(nèi)不同標高處的階梯形踏步，供人上下使用。對于建筑學專業(yè)來說，形成定義性概念的能力是在感性思維能力培養(yǎng)階段進行，通過公共課程、系列專業(yè)理論基礎課等知識體系課程來進行培養(yǎng)，為進入創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)階段奠定基礎，從而提升學生理性思維能力。

在建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)過程中，從外部條件創(chuàng)設上，教師在課堂教學中引導學生從多角度理解概念，然后教師提供概念的定義，強調(diào)相關特征，提供優(yōu)秀案例和反面案例，讓學生對正例和反例進行分析，并給予矯正性反饋，以強化對概念的理解。

3.層次三：規(guī)則或原理

規(guī)則是概念間關系的陳述，如廳堂式建筑、單元式建筑都是建筑空間的組織規(guī)則，是對建筑空間組織方式的分類規(guī)則。在對建筑學專業(yè)設計能力的培養(yǎng)過程中，學生對規(guī)則或原理的掌握是在創(chuàng)新思維能力和理性技術能力培養(yǎng)階段進行。通過知識體系、實踐體系、創(chuàng)新訓練等相關環(huán)節(jié)的學習和訓練，以及建筑設計主線課程、輔助知識、輔助訓練的相互支撐，同時借助設計表達、課程設計、專項訓練、特色拓展、實習實訓、創(chuàng)新實踐、快題設計7組教學模塊的相關課程，從而最終實現(xiàn)規(guī)劃或原理的掌握。其中，這7組模塊不單是圍繞課程設計主線課模塊進行設置，而是具有更深層次的耦合關系，如圖5所示。

在建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)過程中，從外部條件創(chuàng)設上，教師在課堂教學中要引導學生運用規(guī)則，概括陳述將要學習的內(nèi)容（做什么），以語言、圖紙或工作模型來現(xiàn)場演示需要習得的規(guī)則，分組演示規(guī)則的應用來實現(xiàn)互相學習，提供應用規(guī)則練習并進行反饋，提供在多種情況下規(guī)則應用的機會，以促進知識的遷移。

4層次四：問題解決

問題解決是教學的主要目的。為了幫助學生學會解決問題，可以讓學生在解決問題的過程中尋找規(guī)則并將其建筑語言化，實現(xiàn)活學活用。問題的解決最好讓學生通過真實情境實現(xiàn)，教師要為學生創(chuàng)設真實解決問題的學習情境，將教學集中于現(xiàn)實問題上，并使學習變成一種群體性行為，促進學生之間交流和互學。對于建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)來說，問題解決能力的培養(yǎng)是一個全方位、多渠道、多途徑的系統(tǒng)工程，需要每一個過程、每一個階段、每一門課程相互支撐，形成相互耦合的系統(tǒng)。

在建筑學專業(yè)設計能力培養(yǎng)過程中，從外部條件創(chuàng)設上，教師在課堂教學中要參與問題討論，引領學生學習解決問題的方法和策略。在分組討論和設計中，引導學生提出新問題，接受他人提出的新問題，討論并運用解決問題所需要的規(guī)則和子規(guī)則，并學會如何運用這些規(guī)則解決問題，提出問題解決策略，最終完成問題解決。在此過程中，教師要引導學生應用規(guī)則、接受反饋、鼓勵或修正細小錯誤，進而反思已完成的工作，促進新規(guī)則的產(chǎn)生，在相似問題上進行練習，促進遷移，由此引導學習者完善認知策略。

三、“CPS+智慧技能”模型的策略應用

（一）創(chuàng)設“學習共同體”情境

“萬物互為師學，天道也”。建筑學專業(yè)學生的學習過程應是在教師引導下的一種“自我?guī)椭焙汀盎ハ鄮椭笔降膶W習，學生不僅要在課堂上接受教師傳授的技能和知識，還應為創(chuàng)造新知識做準備，對知識點進行創(chuàng)新。教師要善于利用學生對問題的興趣和獵奇心理來引導學生探索所涉及的未知領域問題。“學習共同體（learning community）”是實現(xiàn)學生“自我?guī)椭焙汀盎ハ鄮椭钡挠行緩健?/p>

“學習共同體”是情境遷移理論提出的學習遷移提升策略。所謂“學習共同體”，即由學生、專家、教師、輔導者共同構(gòu)成的團體，在學習過程中各成員相互溝通，分享學習資源，共同完成一定的學習任務。對于建筑學專業(yè)的設計課教學，可根據(jù)具體情況，按不同設計階段，將教學班級分解成多個互助學習小組，實現(xiàn)分工明確，共同完成設計教學任務。創(chuàng)建“學習共同體”環(huán)境，是啟發(fā)培養(yǎng)學生自學和互學能力、激發(fā)學習興趣的重要有效途徑?！皩W習共同體”可以幫助學生快速進行思想交流和碰撞，進而加速學生間的“思維傳感”，達到“意識同步”的狀態(tài)?！皩W習共同體”是一種有利于提升學生學習積極性、主動性，培養(yǎng)學生批判性思維、創(chuàng)造性思維的學習團隊和教學組織單位，其規(guī)?？纱罂尚?，一般3～6人一組。

（二）“學習共同體”外部條件建構(gòu)

從建筑學專業(yè)教學角度創(chuàng)設“學習共同體”情境，其中，教師的主要任務或工作內(nèi)容為如下幾個方面。

1.在“學習共同體”中布置情境化任務

借鑒CPS模型和智慧技能模型思路，教師在布置設計任務時，需創(chuàng)設的外部條件要以實際地段的實際任務為基礎，教師可根據(jù)教學需要進行適當變化，以契合課程培養(yǎng)目標確定知識點，便于知識單元的建構(gòu)。為將學生引入問題情境，教學中要對知識點中涉及的概念進行范例化解析，可結(jié)合時地參觀、專家講座等方式實現(xiàn)鋪墊背景，激活知識儲備，誘發(fā)探究動機。學生以“學習共同體”為單位按所分配的任務搜尋相關資料，各負其責，進入探究問題狀態(tài)，在自我學習、小組討論基礎上，多角度思考問題，然后形成初步設計理念和深入方向概念草圖。由于實際項目制約因素復雜，要求學生從中梳理出需要解決的主次矛盾，建立解決問題的目標層級。

2.在“學習共同體”中創(chuàng)設情境化過程

借鑒CPS模型和智慧技能模型思路，此階段要求學生在“學習共同體”中實現(xiàn)角色扮演，在課堂上以“學習共同體”為單位，討論前期初步設計理念和深入方向概念草圖的利弊和改善思路，演示設計機構(gòu)真實的工作方式和解決問題的過程。設計任務的落實通常在“學習共同體”中通過交流互動完成，讓學生能完整地體驗解決問題的過程，激發(fā)學生的探索興趣，如指定個別學生專門搜集設計規(guī)范等規(guī)則性內(nèi)容，在討論過程中扮演設計院總工的身份，在教師的引導下對設計的技術問題提出質(zhì)疑，在“學習共同體”中合作互動，討論并運用解決問題所需要的規(guī)則和子規(guī)則，從而建立問題解決策略，通過協(xié)商、交流等方式促進能力的提升。

3.在“學習共同體”中實現(xiàn)情境化評價

借鑒CPS模型和智慧技能模型思路，在此環(huán)節(jié)，學生將自己或小組的設計成果進行歸納整理、總結(jié)提煉，形成書面材料、設計圖紙進行匯報，學生通過交流、研討與同學分享經(jīng)驗和思路。同時，模擬真實項目的投標、講標環(huán)節(jié)，從規(guī)劃、消防、甲方、施工等不同視角對設計結(jié)果進行評價，避免只關注建筑的概念性、藝術性和詩性，同時考慮建筑的經(jīng)濟性、可建性、實用性等制約因素，從而提升學生的綜合能力。

四、結(jié)語

建筑學專業(yè)涉及內(nèi)涵和外延的復雜性、矛盾性，以及專業(yè)屬性的特殊性，因此，需要采用適宜的培養(yǎng)模式。將“智慧技能模型”和“CPS教學模型”應用于建筑學專業(yè)人才培養(yǎng)過程，通過創(chuàng)設“學習共同體”情境，實現(xiàn)“任務情景化”“過程情景化”“評價情景化”，可以說是一種有益的摸索和嘗試，對培養(yǎng)建筑學專業(yè)學生的設計能力具有事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]鄭海永， 任新敏， 王楠， 等. 新工科背景下任務驅(qū)動式混合教學實踐[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備， 2019（5）： 92-94.

[2]王科奇.論建筑創(chuàng)作的系統(tǒng)思維觀[J].吉林建筑工程學院學報，2010，27（01）：97-100.

[3]張愛靜. 基于CPS模型的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式設計與應用[D]. 新鄉(xiāng)： 河南師范大學， 2017： 12.

[4]林崇德，胡衛(wèi)平.創(chuàng)造性人才的成長規(guī)律和培養(yǎng)模式[J].北京師范大學學報：社會科學版，2012（1）：36-42.

[5]R.M.加涅，W.W.韋杰，K.C.戈勒斯，J.M.凱勒著，王小明，龐維國，陳保華，汪亞利譯.教學設計原理[M].上海：華東師范大學出版社，2007：46-51;56-70.

Abstract：?Due to the complexity and contradiction of the involved factors of architecture design， it makes differences for architecture education from pure engineering， pure sciences， pure liberal， fine arts and so on. To the local universities with the basic goal of applied talents training， ?design ability is the core of architecture specialty training， design course is the main course to training the design ability. During the process of ?design ability training， using “creative problem solving model” combined with “ intellectual ?skills model” namely the teaching ideas and methods bases on “CPS + intellectual ?skills” model create ?a learning community situation to realize the ideas of active learning， learning through doing， autonomous learning ?under the guide of teacher， guiding students to discover new knowledge independently， then twice as much can be accomplished with half the effort.

Key words： design ability; architecture; intellectual skill model; CPS model

（責任編輯 胡 玥）