對建筑熱工學(xué)課程教學(xué)改革的思考

摘 ?要：本文通過對比國內(nèi)外建筑熱工學(xué)的教育現(xiàn)狀、教學(xué)內(nèi)容、授課方式等方面，結(jié)合內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院建筑熱工學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)基礎(chǔ)，提出了問題導(dǎo)入、理論講解、任務(wù)設(shè)定、實踐和熱環(huán)境設(shè)計為主線的教學(xué)方法，以提高教學(xué)質(zhì)量;建議結(jié)合前沿技術(shù)與研究進(jìn)行教學(xué)，使得理論知識與社會發(fā)展需求相對應(yīng)，避免教學(xué)與行業(yè)發(fā)展脫節(jié)。一方面，建筑熱工學(xué)與實際工程聯(lián)系密切，理論性也相對較強(qiáng)，因此在教學(xué)中加入實踐實驗，充實理論的講解十分必要。另一方面，本研究考慮到建筑熱工學(xué)課程的綜合性和課程之間的關(guān)聯(lián)性，將知識點梳理得更加系統(tǒng)化，以期獲得更好的教學(xué)成果。

關(guān)鍵詞：建筑熱工學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)模式

中圖分類號：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2021）09-0086-03

一、概述

近幾年來，我國高等教育逐步重視基礎(chǔ)教學(xué)，提倡多學(xué)科、多領(lǐng)域的交互，注重學(xué)科理論與實踐的結(jié)合，重視大學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)。而建筑熱工學(xué)作為高校建筑學(xué)專業(yè)本科必修課程，是一門工程技術(shù)類課程，其理論與實踐結(jié)合極為緊密。建筑熱工學(xué)課程的開設(shè)旨在使學(xué)生了解建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識與技術(shù)，了解建筑熱工學(xué)在建筑設(shè)計與實際工程中的應(yīng)用，為學(xué)生在建筑設(shè)計與工程項目中建筑熱工學(xué)的應(yīng)用與研究打下堅實基礎(chǔ) [1]。

對比國內(nèi)外建筑熱工學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，建筑熱工學(xué)的教學(xué)在不斷完善的過程中，已成為建筑學(xué)教學(xué)體系中的重要組成部分。然而，隨著建筑材料與技術(shù)的不斷革新，國內(nèi)相關(guān)教材的內(nèi)容更新相對比較滯后，學(xué)生自學(xué)外文文獻(xiàn)也有一定的困難。因此，為了在教學(xué)過程中讓學(xué)生及時了解建筑熱工學(xué)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與前沿技術(shù)的發(fā)展，節(jié)約外文文獻(xiàn)的轉(zhuǎn)譯時間、節(jié)約課時成本，在教學(xué)過程中適當(dāng)引入國內(nèi)外前沿教材與文獻(xiàn)是十分必要的，這也是建筑熱工學(xué)課程教學(xué)改革的必然選擇。

本文以內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院建筑熱工學(xué)課程為例，分析目前建筑熱工學(xué)國內(nèi)外課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)代綠色建筑發(fā)展需求，討論建筑熱工學(xué)課程改革方法 [2]，以提高建筑熱工學(xué)課程教學(xué)效果、提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、擴(kuò)展學(xué)生視野、加強(qiáng)建筑熱工學(xué)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用為目的，提出可行的課程教學(xué)改革方案。

二、國內(nèi)外建筑熱工學(xué)教育研究

在國外高校的建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)中，非常重視對建筑師熱工學(xué)知識的培養(yǎng)，建筑室內(nèi)外熱環(huán)境及建筑能耗的研究起步較早，通過早期的研究，目前已經(jīng)建立了較為完善的全年逐時模擬計算分析系統(tǒng)，并且在進(jìn)行熱工設(shè)計策略的同時也逐步重視對室內(nèi)熱環(huán)境舒適度的評價與研究。隨著近年來國外綠色建筑設(shè)計理論的發(fā)展和進(jìn)步，室內(nèi)熱環(huán)境舒適度評價也越來越多地被納入整個建筑節(jié)能系統(tǒng)中進(jìn)行研究和應(yīng)用?；诖?，國外高校的建筑熱工學(xué)教育也針對這些主題和技術(shù)更新設(shè)置中高級的課程，開設(shè)課程的時間比較靈活，可根據(jù)實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，并且在理論學(xué)習(xí)的同時也注重理論研究在實踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。

在我國高校的建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)中，建筑熱工學(xué)知識的講授主要以教材為主，結(jié)合實際案例分析與實踐課程設(shè)計開展建筑熱工學(xué)課程較少，開設(shè)學(xué)時一般在24—32學(xué)時不等，開課方式方面，有些學(xué)校采取建筑熱工學(xué)單獨開課，有些學(xué)校則將建筑熱工學(xué)作為建筑物理課程的一部分進(jìn)行授課 [2]，上課時間集中，利用短時間集中授課的方式以講解建筑熱工學(xué)理論知識。考核方式在結(jié)合實踐與設(shè)計方面還存在一定的不足，并且教學(xué)方式、理論教材與考查方式都較為單一，因此學(xué)生在完成理論知識的學(xué)習(xí)后并不能將知識應(yīng)用到建筑設(shè)計課程和實踐中，理論知識與課程實踐等教學(xué)環(huán)節(jié)無法銜接。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，也直接導(dǎo)致建筑熱工學(xué)教學(xué)在長時間內(nèi)沒有新的教學(xué)方法的探索和突破。因此，將建筑熱工學(xué)結(jié)合我國綠色建筑發(fā)展理念，引導(dǎo)學(xué)生從熱工學(xué)角度進(jìn)行綠色建筑和低能耗設(shè)計，可以作為該課程教學(xué)改革的一大方向。

三、建筑熱工學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

建筑熱工學(xué)課程是我國高校建筑學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在教材選擇方面，多數(shù)高校主要以劉加平主編的《建筑物理》與柳孝圖主編的《建筑物理》教材中的建筑熱工學(xué)部分為主 [3]，依據(jù)這兩本書的內(nèi)容，從建筑物室內(nèi)外熱濕作用對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)熱環(huán)境的影響等方面 [4]，主要闡述室內(nèi)熱環(huán)境、傳熱基本知識、建筑保溫、防熱、日照與遮陽等內(nèi)容，向?qū)W生講授建筑熱工學(xué)以及建筑室內(nèi)外熱環(huán)境的基本知識 [5]。下圖1為建筑熱工學(xué)室內(nèi)熱環(huán)境部分課程的講解設(shè)計圖。

建筑熱工學(xué)課程有較多的建筑材料和案例可以參考，能產(chǎn)生較直觀的主觀感受，并且在熱工學(xué)測算方面有豐富的模擬軟件可以提供客觀的參數(shù)數(shù)據(jù)，現(xiàn)有的熱工學(xué)軟件模擬也可以準(zhǔn)確地模擬出室內(nèi)的熱環(huán)境的指標(biāo)和參數(shù)，其豐富的主觀評價手段及客觀測算方法在一定程度上有助于學(xué)生對建筑熱工學(xué)知識的理解。但建筑熱工學(xué)課程中也涉及復(fù)雜的建筑熱工的公式計算與主觀評價方法，相關(guān)軟件模擬也要求學(xué)生對基礎(chǔ)參數(shù)有一定了解和敏感度，短時間內(nèi)的聽課與記憶很難讓學(xué)生對建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)的變化有相應(yīng)的理解，理論知識無法和建筑設(shè)計課程與實踐環(huán)節(jié)較好地銜接，這就導(dǎo)致建筑熱工學(xué)課程與主干設(shè)計課程聯(lián)系不緊密，進(jìn)而不能充分發(fā)揮建筑熱工學(xué)在設(shè)計實踐中應(yīng)有的作用，也使建筑熱工學(xué)課程的考查方式不能與主干設(shè)計課程結(jié)合。

對比國內(nèi)外建筑熱工學(xué)的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，國外建筑熱工學(xué)研究起步較早，現(xiàn)階段其對建筑熱工學(xué)的教學(xué)已經(jīng)能夠較好地結(jié)合建筑節(jié)能等技術(shù)的研究 [6]，這也是近年來國內(nèi)建筑熱工學(xué)研究的發(fā)展趨勢，但國內(nèi)的教材卻很少有這部分的內(nèi)容，教材中還是以基礎(chǔ)的理論講解為主，并且更新速度很慢，對技術(shù)部分的講解難以滿足建筑熱工學(xué)的發(fā)展需要，進(jìn)而造成所學(xué)知識與技術(shù)發(fā)展、社會需求的不對等。而且，國際前沿技術(shù)相關(guān)的文獻(xiàn)短時期內(nèi)沒有官方的譯制版本，學(xué)生私下學(xué)習(xí)也會對外文教材與教材的理解有不可預(yù)知的偏差。因此課程適當(dāng)引入國內(nèi)外前沿技術(shù)文獻(xiàn)，有利于學(xué)生準(zhǔn)確了解先進(jìn)的材料與熱工技術(shù)，為今后建筑設(shè)計中創(chuàng)新性的應(yīng)用與研究提供支撐。

四、建筑熱工學(xué)課程教學(xué)方法研究

針對以上課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)薄弱以及前沿技術(shù)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)困難的問題，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院建筑熱工學(xué)課程主要通過以下幾個方面進(jìn)行課程改革。

（一）教材建設(shè)

學(xué)校在教材方面，更改了原來使用單一教材的方式，啟用了一本核心、多本參考的教材系統(tǒng)，旨在使學(xué)生了解更多國內(nèi)外前沿技術(shù)的發(fā)展和研究，了解實際項目中建筑熱工學(xué)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用，解決學(xué)生熱工知識與課程設(shè)計脫節(jié)，理論知識與社會需求不對等問題。教材的使用過程，主要是在多媒體教學(xué)的備課過程和講課的過程中融合多個教材以及各方面科研成果的內(nèi)容。其中，教學(xué)核心教材《建筑物理》主要用于掌握建筑熱工學(xué)的核心內(nèi)容，參考教材主要用于知識的補(bǔ)充延伸和前沿材料與技術(shù)的了解。課程以國內(nèi)《建筑物理》（四校合編）為核心，參考教材包括《照明工程學(xué)報》《建筑節(jié)能》《建筑科學(xué)》《低溫建筑技術(shù)》，Low-energy building design，Construction and Building Materials，Energy and buildings。除此之外，學(xué)校還可以讓學(xué)生自主選擇感興趣的建筑熱工學(xué)研究方向進(jìn)行課上以及課后的學(xué)習(xí)，并鼓勵學(xué)生以核心教材與參考教材為主結(jié)合檢索文獻(xiàn)進(jìn)行階段性的課程匯報與交流 [7]。

（二）授課方式

在授課方式上，學(xué)校通過以下幾個方面對課程的講授方式進(jìn)行改革。

1. 教學(xué)方法手段與過程

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院結(jié)合建筑熱工學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)基礎(chǔ)，運(yùn)用問題導(dǎo)入、理論講解、任務(wù)設(shè)定、實踐和熱環(huán)境設(shè)計為主線的教學(xué)方法 [2]，通過對建筑熱工學(xué)課程進(jìn)行交叉式、復(fù)合化的教學(xué)改革，發(fā)揮“線上+線下”式教學(xué)模式的資源優(yōu)勢，充分調(diào)動學(xué)生在建筑熱工學(xué)課程中的學(xué)習(xí)積極主動性與自主探索性，在提升學(xué)生專業(yè)技能的同時也更注重學(xué)生全方位學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，形成網(wǎng)絡(luò)與實際資源綜合利用的教學(xué)方法，“課上+課下”持續(xù)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)風(fēng)氣。

2. 增強(qiáng)案例分析與建筑設(shè)計環(huán)節(jié)

建筑熱工學(xué)有較強(qiáng)的主觀體驗性，通過案例分析，可以幫助學(xué)生增進(jìn)對建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識作用于建筑的理解，并且可以通過案例分析完成對建筑熱環(huán)境的主觀評價，相較于直接講解建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識，案例分析可以將書本的內(nèi)容結(jié)合實際案例進(jìn)行講解，讓學(xué)生更容易理解，同時也可以為后續(xù)建筑設(shè)計環(huán)節(jié)提供支撐。

目前，該校的建筑熱工學(xué)課程沒有相應(yīng)的建筑設(shè)計環(huán)節(jié)，建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識與實驗環(huán)節(jié)與建筑設(shè)計結(jié)合不緊密，致使學(xué)生學(xué)習(xí)的建筑熱工學(xué)知識不能很好地應(yīng)用于建筑設(shè)計當(dāng)中 [8]。因此在基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)與實踐環(huán)節(jié)之后，教師要主動引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)熱工學(xué)知識用于建筑設(shè)計，同時將課程設(shè)計專題結(jié)合現(xiàn)代綠色建筑發(fā)展理念，以個人或小組合作的形式，讓學(xué)生完成對課程專題設(shè)計方案的室內(nèi)外熱環(huán)境的初步設(shè)計，完成由理論到實踐轉(zhuǎn)化的過程，幫助學(xué)生真正完成一個建筑熱工學(xué)單元的學(xué)習(xí)。

3. 實現(xiàn)多元化教學(xué)模式的應(yīng)用

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)根據(jù)不同的課程教學(xué)內(nèi)容，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法。比較常見的可用教學(xué)方法有啟發(fā)式教學(xué)、分層教學(xué)法、多媒體工具輔助教學(xué)、實驗教學(xué)法。具體來講，啟發(fā)式教學(xué)法是指在教學(xué)中，教師結(jié)合具體的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生主觀上的自主思維為目標(biāo)，通過具體問題的引導(dǎo)和啟發(fā)為學(xué)生創(chuàng)造一個自主思考的空間，在這個過程中，為了提高教學(xué)流程推進(jìn)的生動性，教師可適當(dāng)融入相應(yīng)建筑設(shè)計實例，讓學(xué)生依托具體管理對建筑工學(xué)的相關(guān)原理進(jìn)行理解，有了實際的案例依托，學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的印象也會更加深刻。而對分層教學(xué)法的應(yīng)用而言，需要關(guān)注的重點在于不同學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力和理解能力。從本質(zhì)上來講，建筑熱工學(xué)課程的內(nèi)容隨著教學(xué)流程的推進(jìn)，在客觀難度上也是比較高的，在這種情況下，不同的學(xué)生之間就有可能存在知識掌握程度和理解程度上的差異，教師需要通過分層教學(xué)方法的實施，為不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生制定階段性的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并且適當(dāng)結(jié)合實際，轉(zhuǎn)變對不同學(xué)生的教育引導(dǎo)方式，從而滿足不同學(xué)生對于這門課程的主觀學(xué)習(xí)要求。對多媒體輔助教學(xué)方法的應(yīng)用來說，相關(guān)研究結(jié)果顯示，與建筑熱工學(xué)課程具匹配性的多媒體教學(xué)工具為CFD軟件，此軟件可以實現(xiàn)對部分實驗數(shù)據(jù)的模擬呈現(xiàn)，有了更加具象的模擬呈現(xiàn)效果，后續(xù)進(jìn)一步設(shè)計結(jié)果的預(yù)測在準(zhǔn)確度上就能夠得到更好地保障。

另外，基于現(xiàn)階段計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及和應(yīng)用，線上與線下結(jié)合的教學(xué)方式也成為多媒體工具應(yīng)用的一種新方式，可以打破客觀的課堂教學(xué)環(huán)境的束縛，教師還可以結(jié)合實際，按照線上線下的模式差異分配具體的課程教學(xué)內(nèi)容，例如，教師可在線上完成課程教學(xué)延伸階段的答疑解惑工作，并且進(jìn)一步建立師生交流的網(wǎng)絡(luò)平臺，提高教學(xué)工作的延續(xù)性。比較常見的在線教育平臺研究結(jié)果為熱工學(xué)模擬仿真演示系統(tǒng)。

最后，對實驗教學(xué)法而言，其主要特點是通過具體的模擬實驗讓學(xué)生對于建筑熱工學(xué)的作用發(fā)揮原理有更加直觀全面的認(rèn)識和了解。這就需要學(xué)校方面重視實驗基地的建設(shè)，并為優(yōu)化實驗基地的環(huán)境條件不斷引入新的資金與資源。只有教師結(jié)合實際運(yùn)用好上述的多元化教學(xué)方法，熱工學(xué)課程教學(xué)的工作開展才能取得更為切實的實際效果。

（三）教學(xué)目標(biāo)

高校應(yīng)通過該課程，讓大部分學(xué)生掌握建筑熱工學(xué)基本理論知識與實踐設(shè)計手法，并能夠結(jié)合綠色建筑、低能耗建筑等理念，將其應(yīng)用在相應(yīng)的案例分析與建筑設(shè)計中;開拓學(xué)生的國際視野，將行業(yè)內(nèi)前沿、實時的技術(shù)與科研動態(tài)通過課堂讓學(xué)生有一定的了解;提升學(xué)生團(tuán)隊合作能力，部分小組形成穩(wěn)定團(tuán)隊，在相關(guān)設(shè)計競賽中持續(xù)組隊;有效提高學(xué)生對建筑熱工學(xué)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)更多學(xué)生在課后進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和研究。

五、結(jié)語

營造舒適的建筑熱環(huán)境是建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計時必須重視的目標(biāo)之一，因此，高校應(yīng)結(jié)合教育的個人需求以及社會需求兩方面，提升建筑熱工學(xué)教學(xué)品質(zhì)與成效，開闊學(xué)生專業(yè)眼光。豐富的案例分析、實踐課程與熱環(huán)境設(shè)計環(huán)節(jié)能夠使學(xué)生加深對建筑熱工學(xué)知識的理解，為建筑設(shè)計以及理論研究提供一個全新的視角和方法，能夠為培養(yǎng)建筑學(xué)專業(yè)人才貢獻(xiàn)力量。這要求教師在組織和計劃教學(xué)活動之初就要充分考慮到教學(xué)內(nèi)容理論與實踐的銜接與創(chuàng)新性培養(yǎng)，要用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼n程設(shè)計邏輯與合理的教學(xué)手段，激發(fā)、培養(yǎng)學(xué)生對建筑熱工學(xué)課程的興趣。同時，高校應(yīng)在建筑熱工學(xué)教學(xué)過程中，使學(xué)生真正了解我國現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展情況，使學(xué)生有較強(qiáng)的綠色理念和可持續(xù)的設(shè)計思維，在今后的建筑設(shè)計中能夠較好地進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)用與研究，使建筑熱工學(xué)的教學(xué)取得一定的突破和良好的成效。

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（責(zé)任編輯：鄒宇銘）