新工科教育背景下建筑物理課程教學(xué)改革探討

王曉亮 麥賢敏 毛 剛

（西南民族大學(xué)建筑學(xué)院，四川 成都 610225）

0 引言

為適應(yīng)新工業(yè)革命的時(shí)代需求，教育部推出的新工科計(jì)劃已經(jīng)在工程教育領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注[1]。 新工科不僅針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的重構(gòu)，也體現(xiàn)在對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)的革新，其核心是培養(yǎng)新的多元化、創(chuàng)造性的卓越科技人才。 從建設(shè)路線看，新工科教育需要重新構(gòu)建工科教育新結(jié)構(gòu)、更新工程人才培養(yǎng)新模式，創(chuàng)造工程教育新生態(tài)[2]。

建筑學(xué)作為一門古老而傳統(tǒng)的工程學(xué)科，長期的教育教學(xué)實(shí)踐形成了相對(duì)固定的教學(xué)模式。 然而，隨著建筑工業(yè)4.0、裝配式建筑、智能制造等新型產(chǎn)業(yè)的興起，改變了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式，出現(xiàn)了多學(xué)科的相互交叉融合，對(duì)建筑類專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求[3]。 傳統(tǒng)的教學(xué)模式已難以滿足新工業(yè)建設(shè)對(duì)于人才培養(yǎng)的要求，亟需探索適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的建筑類課程教育教學(xué)模式。

本文基于新工科教育的時(shí)代背景，以筆者長期從事教學(xué)的建筑物理課程為例，試圖從教學(xué)理念、知識(shí)結(jié)構(gòu)體系和教學(xué)方法等方面，分析現(xiàn)階段建筑物理課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，并提出適應(yīng)新工科建設(shè)的教學(xué)改革措施，以期為建筑類理論課程的教學(xué)改革提供參考。

1 建筑物理課程簡介

建筑物理是建筑學(xué)專業(yè)必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程主要內(nèi)容分為建筑熱工學(xué)、建筑光學(xué)和建筑聲學(xué)三大篇章[4]。 建筑物理課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握建筑熱環(huán)境、光環(huán)境和聲環(huán)境的基本理論知識(shí)和技能，并能夠在建筑設(shè)計(jì)和實(shí)踐中靈活應(yīng)用這些理論知識(shí)，從而提升建筑的物理環(huán)境性能，營造良好的建筑品質(zhì)[5]。

2 建筑物理課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題

2.1 教學(xué)理念陳舊

傳統(tǒng)的建筑物理課程教學(xué)大多采用 “填鴨式”的知識(shí)灌輸模式，這種模式雖然能夠讓學(xué)生快速了解并掌握某一方面的知識(shí)和技能，但所學(xué)的知識(shí)之間相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生很難建立起對(duì)事物的全方位宏觀認(rèn)識(shí)[6]。 如建筑熱工學(xué)、 光學(xué)和聲學(xué)按不同的章節(jié)獨(dú)立授課，學(xué)生對(duì)這3 部內(nèi)容的認(rèn)識(shí)相對(duì)零散，很難對(duì)建筑物理環(huán)境形成整體的認(rèn)識(shí)和理解。

2.2 知識(shí)結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)度低

建筑物理作為一門建筑類專業(yè)基礎(chǔ)課，其基本原理和方法理應(yīng)貫穿于建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐當(dāng)中。 然而，現(xiàn)階段的教學(xué)現(xiàn)狀表明， 建筑物理課程由于理論性強(qiáng)、公式計(jì)算多、課程內(nèi)容枯燥等原因，在實(shí)際教學(xué)中缺乏與建筑設(shè)計(jì)課程之間的聯(lián)系，學(xué)生往往將其看作一門獨(dú)立的課程來對(duì)待，從而使理論課教學(xué)與設(shè)計(jì)課脫節(jié)，最終導(dǎo)致建筑物理課程中所學(xué)的諸多理論知識(shí)很難在建筑設(shè)計(jì)過程中得到應(yīng)用。

2.3 教學(xué)過程中學(xué)生參與度差

現(xiàn)階段建筑物理的教學(xué)主要依賴于課堂講授、PPT 演示和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式開展。 教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)以教師為中心，學(xué)生在教學(xué)過程中通常以被動(dòng)接受知識(shí)為主，獨(dú)立思考和自由探索的時(shí)間較少。 同時(shí)，建筑物理課程因其具有理論邏輯性強(qiáng)、公式推導(dǎo)多、內(nèi)容繁雜等特點(diǎn)， 使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在畏難情緒，積極性不高，課堂參與度差，使教學(xué)環(huán)節(jié)難以達(dá)到預(yù)期的效果。 另外，實(shí)驗(yàn)課程基本以驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)為主，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐探索意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3 建筑物理課程改革措施

3.1 夯實(shí)基礎(chǔ)

改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方式，引入翻轉(zhuǎn)課堂和以問題為導(dǎo)向相結(jié)合的教學(xué)方式。 建筑物理課程涉及熱工學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行重構(gòu)。 所謂的翻轉(zhuǎn)課堂即教師上課前提前將知識(shí)點(diǎn)細(xì)分，并制作成微視頻，供學(xué)生在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)；課堂上通過師生互動(dòng)來完成對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入理解和有效輔導(dǎo)。 同時(shí)，課前根據(jù)微課中所涉及的知識(shí)點(diǎn)，以問題為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)難度適中的課程任務(wù)， 課堂上安排學(xué)生進(jìn)行分組討論，集中匯報(bào)和點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生整合并應(yīng)用自己所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，強(qiáng)化以學(xué)生為主體的深度參與式教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

3.2 強(qiáng)化能力

除了夯實(shí)基礎(chǔ)外，在新工科的教育背景下，教學(xué)過程需要不斷強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用、問題分析和實(shí)踐探索等方面的能力。

（1）在知識(shí)應(yīng)用方面，將一些建筑節(jié)能技術(shù)和綠色建筑理念融入課堂分組討論中。 如課程任務(wù)中設(shè)置特朗勃墻（Trombe Wall）這一種被動(dòng)建筑技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)分析其原理和技術(shù)措施。 同時(shí)，針對(duì)已建成的典型綠色建筑項(xiàng)目案例，開展分組討論，通過理論知識(shí)和實(shí)際項(xiàng)目的對(duì)比，讓學(xué)生體會(huì)理論和實(shí)踐之間的轉(zhuǎn)化應(yīng)用過程，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。

（2）在問題分析方面，由于建筑物理環(huán)境分析計(jì)算涉及公式多、計(jì)算非常復(fù)雜，長期以來對(duì)建筑類學(xué)生的學(xué)習(xí)造成一定困難。 但隨著建筑數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，使得原本復(fù)雜的分析工作也可以變得較為容易[7]。例如，引入Ecotect 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)軟件、Radiance 建筑光環(huán)境分析軟件、Ease 聲學(xué)設(shè)計(jì)軟件等， 對(duì)建筑模型的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境等問題進(jìn)行綜合的技術(shù)分析，計(jì)算過程方便簡單，結(jié)果準(zhǔn)確直觀，非常適合建筑類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)使用。

（3）在實(shí)踐探索方面，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程大多是演示性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，限制了學(xué)生對(duì)建筑物理環(huán)境的自主學(xué)習(xí)和探索[8]。 在對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革時(shí)，增設(shè)了探索型實(shí)驗(yàn)。 以熱工學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，筆者結(jié)合自身的科研項(xiàng)目，安排了“太陽能中空復(fù)合窗熱性能測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，目的在于使學(xué)生掌握建筑熱性能的測(cè)試原理和方法，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析。 這種探索型實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生通過實(shí)踐平臺(tái)進(jìn)行自由探索，在一定程度上可為學(xué)生開展科學(xué)研究起到啟蒙作用。

3.3 鼓勵(lì)創(chuàng)新

新工科背景下，越來越呈現(xiàn)“跨學(xué)科”的發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)科之間的不斷交叉融合，衍生出許多新興的研究領(lǐng)域和方向。 作為建筑類學(xué)生，在夯實(shí)基礎(chǔ)和強(qiáng)化能力的基礎(chǔ)上，還應(yīng)不斷培養(yǎng)自己的創(chuàng)新型思維。 如作為民族高校，建筑類學(xué)生經(jīng)常深入民族地區(qū)調(diào)研[9]，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)當(dāng)?shù)亟ㄖ螒B(tài)與氣候之間的關(guān)系，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能分析傳統(tǒng)民族地區(qū)的建造智慧，分析并提煉其中的生態(tài)綠色理念，并逐步應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐過程中。

4 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前新工科建設(shè)的教育背景，以建筑物理課程為例進(jìn)行了新一輪的教學(xué)改革與思考，以“夯實(shí)基礎(chǔ)、強(qiáng)化能力、鼓勵(lì)創(chuàng)新”為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理環(huán)境問題的分析和研究能力。 這不僅解決了建筑物理課程教學(xué)過程中存在的問題，而且翻轉(zhuǎn)課堂和以問題為導(dǎo)向相結(jié)合的教學(xué)模式可為同類理論課的多元化改革與實(shí)踐提供借鑒。