建筑技術(shù)系列課程教學(xué)改革探索與研究
——以綠色建筑教育為導(dǎo)向

文／王江麗 河南科技大學(xué)建筑學(xué)院建筑技術(shù)與建筑基礎(chǔ)教研室 主 任 副教授

劉豐軍 河南科技大學(xué)建筑學(xué)院 副院長 副教授

王燕飛 河南科技大學(xué)建筑學(xué)院 院 長 教 授

引言

2020 年9 月22 日， 習(xí) 近 平 主 席 在 第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上講話時(shí)鄭重承諾，中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力量，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。從那時(shí)開始到2021 年1 月，習(xí)主席7 次在重大國際場合就“中國力爭于2030 年前CO2排放達(dá)到峰值”和“2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”發(fā)表重要講話。超低能耗建筑是實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ)和必要條件[1]。

我國對(duì)綠色建筑最早的探索始于1997 年籌建的清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院辦公樓，其后經(jīng)歷了2003 年《綠色奧運(yùn)建筑評(píng)估體系》研究，到2006 年全國推行《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，至今近零能耗建筑廣泛推行。在短短的20 余年期間，綠色建筑經(jīng)歷了從最初的被動(dòng)式設(shè)計(jì)到如今“被動(dòng)優(yōu)先、主動(dòng)優(yōu)化”的飛躍發(fā)展。綠色建筑設(shè)計(jì)不再單單是建筑師能夠獨(dú)立完成的工作，而是規(guī)劃師、建筑師、結(jié)構(gòu)師、機(jī)電工程師多專業(yè)相互配合的復(fù)雜工程。

然而，高校建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)體系設(shè)置仍以設(shè)計(jì)課為主，貫穿五年的設(shè)計(jì)課意在培養(yǎng)學(xué)生處理形式與功能的關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容依據(jù)建筑規(guī)模、功能、交通流線等方面由簡至難，著重訓(xùn)練學(xué)生空間組織及造型處理能力，而建筑的其他性能尤其是綠色建筑指標(biāo)基本不涉及。與綠色建筑相關(guān)的理論課程僅有《建筑物理》，卻與設(shè)計(jì)課完全脫離，最終導(dǎo)致一種相互矛盾的現(xiàn)象：高年級(jí)涉及綠色建筑的設(shè)計(jì)課或畢業(yè)設(shè)計(jì)，仍將處理功能與造型作為首要任務(wù)，對(duì)場地物理環(huán)境及氣候條件的分析流于形式，將綠色性能模擬作為裝飾品，對(duì)方案并無幫助。對(duì)于綠色建筑教育的探索，國內(nèi)均處于初級(jí)階段，發(fā)散性設(shè)計(jì)思維與嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)精神的培養(yǎng)，正如建筑中藝術(shù)性與技術(shù)性的矛盾一樣，貫穿建筑教育始終。在校重點(diǎn)教改課題支持下，對(duì)建筑學(xué)專業(yè)建筑技術(shù)課程進(jìn)行了改革，初步探索以綠色建筑為導(dǎo)向的建筑技術(shù)課程體系研究。

1 系列課程應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目的

建筑技術(shù)系列課程是針對(duì)二、三、四年級(jí)學(xué)生開設(shè)的課程，知識(shí)點(diǎn)分散，涉及的相關(guān)專業(yè)眾多。為了增加課程間的系統(tǒng)性及連貫性，除了常規(guī)知識(shí)點(diǎn)的教授外，在綠色建筑主線上的知識(shí)點(diǎn)根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律做了相關(guān)整合，制定了各門課程應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目的，使這七門課相互間具有較好的銜接。

綠色建筑課程的理論框架如圖1 所示。

圖1 生態(tài)可持續(xù)建筑理論框架圖（圖片來源：作者自繪）

2 以綠色建筑為導(dǎo)向的技術(shù)系列課程教學(xué)模式探索

課題組嘗試探索從綠色建筑本質(zhì)出發(fā)，在環(huán)境中分析建筑功能，充分利用環(huán)境及氣候條件，通過構(gòu)造實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的利用，然后利用數(shù)值模擬軟件定量分析建筑對(duì)可再生能源的利用率，并進(jìn)行相應(yīng)的雙向互動(dòng)調(diào)整，直至滿足功能、形態(tài)及節(jié)能要求。

在碳中和的國際環(huán)境下，需深刻思考建筑的基本要求：功能、形式、經(jīng)濟(jì)及綠色之間的相互關(guān)系及制約，打破傳統(tǒng)功能形式的教育理念；建立綠色建筑設(shè)計(jì)理論與方法；探索綠色建筑導(dǎo)向下的技術(shù)類課程的教學(xué)活動(dòng)體系；培養(yǎng)綠色建筑設(shè)計(jì)綜合能力。

（1）基礎(chǔ)理論階段強(qiáng)調(diào)基本知識(shí)掌握

低、中年級(jí)的技術(shù)課程如《建筑力學(xué)》《建筑物理》以基礎(chǔ)理論為主，學(xué)習(xí)方法與設(shè)計(jì)課截然不同。我校建筑學(xué)培養(yǎng)方案遵行“一軸兩翼”的教育理念，以設(shè)計(jì)課為軸心，美術(shù)課、技術(shù)課兩翼并行發(fā)展。從低年級(jí)就糾正學(xué)生重視美術(shù)課、設(shè)計(jì)課，輕視技術(shù)課的態(tài)度；教學(xué)方法上延續(xù)高中的教學(xué)方法，以教師講授為主，增加學(xué)生練習(xí)任務(wù)；教學(xué)內(nèi)容以基本知識(shí)為主，適當(dāng)補(bǔ)充數(shù)學(xué)計(jì)算內(nèi)容。以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度及科研基礎(chǔ)為主要教學(xué)目的。

（2）專業(yè)教育階段強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的整體把握

高年級(jí)的技術(shù)課程如《建筑結(jié)構(gòu)》《建筑設(shè)備》強(qiáng)度對(duì)知識(shí)的整體把握。這些課程不是建筑學(xué)的主干課程，但是為專業(yè)交流、配合需求又要求學(xué)生學(xué)習(xí)這些課程。教學(xué)目標(biāo)是抓大放小，強(qiáng)調(diào)對(duì)相關(guān)專業(yè)的認(rèn)識(shí)、了解，對(duì)專業(yè)性強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)不過多講解；教學(xué)方法采取理論教學(xué)、現(xiàn)場參觀及抄繪圖紙相結(jié)合的方法；教學(xué)內(nèi)容以系統(tǒng)組成為主。

（3）實(shí)踐拓展階段強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的靈活應(yīng)用

實(shí)踐拓展階段以《生態(tài)與可持續(xù)建筑》課程為核心，改革后該課程內(nèi)容包括理論講授與設(shè)計(jì)輔導(dǎo)：理論講授以專題討論的形式展開，任課教師給出相關(guān)專題，并介紹相關(guān)背景知識(shí)，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，探索專題內(nèi)容，最后通過課堂交流完成整個(gè)教學(xué)過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)學(xué)科、與時(shí)俱進(jìn)的特性和自主學(xué)習(xí)的能力；設(shè)計(jì)課強(qiáng)調(diào)建筑“綠色”性能是建筑基本屬性，與“功能形式”同等重要，改變對(duì)其標(biāo)簽化、裝飾性的認(rèn)知。設(shè)計(jì)題目根植于豫西傳統(tǒng)民居的擴(kuò)建，引導(dǎo)學(xué)生分析本地傳統(tǒng)民居對(duì)環(huán)境及氣候的適應(yīng)性。擴(kuò)建應(yīng)尊重傳統(tǒng)，在方案階段考慮環(huán)境物理參數(shù)及氣候條件，培養(yǎng)其在設(shè)計(jì)肇始考慮“綠色”的意識(shí)，訓(xùn)練其對(duì)綠色建筑整體把控的能力，最終形成較高的綠色建筑專業(yè)素養(yǎng)。在教學(xué)工作步驟上，對(duì)應(yīng)用課程體系中涉及到的知識(shí)點(diǎn)，建立和完善作業(yè)分步評(píng)價(jià)體系，采用定量評(píng)價(jià)循環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，采用過程控制達(dá)到分步教學(xué)目的。

3 教學(xué)實(shí)踐

為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“德才兼?zhèn)?、基礎(chǔ)扎實(shí)、善于實(shí)踐、勇于創(chuàng)新、社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)”的應(yīng)用研究型專業(yè)人才的建筑學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，建筑學(xué)專業(yè)緊緊圍繞“基礎(chǔ)知識(shí)強(qiáng)化、創(chuàng)新思維培養(yǎng)和實(shí)踐能力提升”三個(gè)主題，構(gòu)建起“課程關(guān)聯(lián)度強(qiáng)、知識(shí)覆蓋面廣、理論聯(lián)系實(shí)際”的“一軸兩翼四環(huán)節(jié)”的完善立體整合的課程體系。建筑技術(shù)課程體系作為其中重要的組成部分，重點(diǎn)探索以科學(xué)研究為主的培養(yǎng)模式，補(bǔ)充建筑學(xué)學(xué)生缺乏科研思維、理論基礎(chǔ)薄弱等短板，努力培養(yǎng)出符合時(shí)代要求的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用研究型專業(yè)人才。

3.1 基礎(chǔ)理論階段、專業(yè)教育階段的教學(xué)實(shí)踐

建筑技術(shù)課程教師多數(shù)為非建筑學(xué)專業(yè)出身，工科的線性思維和建筑學(xué)的發(fā)散思維相互矛盾，造成課堂教學(xué)學(xué)生積極性不高，教學(xué)效果較差。本次課程改革目的仍然是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性和科研思維，但是尊重建筑學(xué)科特點(diǎn)，將基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)相融合，采用繪圖的作業(yè)形式，利于學(xué)生理解接受，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，取得了較好的教學(xué)效果。部分課程作業(yè)如圖2、圖3 所示。

圖2 《建筑物理》作業(yè)展示（圖片來源：學(xué)生作業(yè)）

圖3 《建筑設(shè)備》作業(yè)展示（圖片來源：學(xué)生作業(yè)）

3.2 實(shí)踐拓展階段教學(xué)實(shí)踐

2021 年《生態(tài)與可持續(xù)建筑》的設(shè)計(jì)題目選取實(shí)際工程項(xiàng)目命題，是一個(gè)地坑院的擴(kuò)建工程。項(xiàng)目基地位于河南省鞏義市一村莊，業(yè)主原有三孔土窯，現(xiàn)欲部分留用，并在院落中加蓋建筑，滿足現(xiàn)代生活需求。作為背景材料，給出基地的總平面圖、鞏義市的氣象參數(shù)。要求學(xué)生對(duì)洛陽附近的地坑院進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，分析該種傳統(tǒng)民居形式的優(yōu)缺點(diǎn)，加建改造后保留地坑院的優(yōu)點(diǎn)、改善其缺點(diǎn)，形成符合現(xiàn)代生活需要的居住空間。

組織學(xué)生現(xiàn)場調(diào)研后，引導(dǎo)學(xué)生分析窯洞的優(yōu)點(diǎn)：冬暖夏涼、節(jié)約土地；缺點(diǎn)：通風(fēng)不力、缺乏采光。建立總體設(shè)計(jì)思路：新建建筑采用部分覆土形式，并通過設(shè)計(jì)手法改善留用窯洞的通風(fēng)、采光問題。采用氣候分析軟件、風(fēng)熱環(huán)境模擬軟件及理論計(jì)算，輔助設(shè)計(jì)形成既改善居住環(huán)境又節(jié)能節(jié)地的綠色建筑方案，如圖4所示。

圖4 《生態(tài)與可持續(xù)建筑》作業(yè)展示（圖片來源：學(xué)生作業(yè)）

本次實(shí)踐拓展教學(xué)探索實(shí)踐的關(guān)鍵內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：

（1）培養(yǎng)科學(xué)研究思維

目前國內(nèi)建筑學(xué)教學(xué)體系延續(xù)自歐洲建筑學(xué)體系，注重構(gòu)成訓(xùn)練，著重訓(xùn)練學(xué)生空間、形式、造型能力，學(xué)生普遍沒有科研思維。與歐洲建筑學(xué)科偏向藝術(shù)學(xué)科不同，國內(nèi)仍將建筑學(xué)劃為自然科學(xué)門類，學(xué)生就業(yè)后除了進(jìn)行設(shè)計(jì)工作外，有可能從事科學(xué)研究，因此，訓(xùn)練科研思維有利于學(xué)生多方面發(fā)展。這一培養(yǎng)任務(wù)毋庸置疑的由技術(shù)類學(xué)科承擔(dān)起來。

秉承“發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題”的科研思維，帶領(lǐng)學(xué)生分析窯洞通風(fēng)不利、采光不足的缺點(diǎn)，分析保留窯洞和加建建筑空間聯(lián)系、通風(fēng)采光需求的矛盾，運(yùn)用建筑設(shè)計(jì)手法解決相應(yīng)問題。通過這一訓(xùn)練過程，讓學(xué)生直觀感受科研思維，加強(qiáng)思路的邏輯性，大幅度提高解決問題的能力，達(dá)到創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目的。

（2）訓(xùn)練綠色建筑設(shè)計(jì)方法

本題目需要解決的主要難題有：①保留窯洞和加建建筑既要有方便的交通聯(lián)系，又不能影響保留窯洞的采光通風(fēng)；②促進(jìn)保留窯洞和新建建筑的通風(fēng)；③新建建筑冬季室內(nèi)熱環(huán)境較差。針對(duì)第一個(gè)問題，通過課堂討論，得出解決方案：在窯洞和新建建筑之間加入過渡空間，可以是采光井、樓梯間、或者就是留有通道，頂部利用天窗滿足窯洞的采光；針對(duì)第二個(gè)問題，在采用軟件對(duì)基地日照、風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)由于基地周邊土坡的圍合，場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境較差，同時(shí)由于窯洞和新建建筑均為單側(cè)開口，建筑形式不利于風(fēng)壓通風(fēng)，采用拔風(fēng)筒、導(dǎo)風(fēng)板等設(shè)計(jì)手法改善建筑內(nèi)通風(fēng)；針對(duì)第三個(gè)問題，對(duì)于新建建筑采用加保溫板或者覆土的方式，改善室內(nèi)熱環(huán)境。

（3）強(qiáng)化建筑技術(shù)系列課程知識(shí)

設(shè)計(jì)過程中涉及前期技術(shù)課程學(xué)到的眾多知識(shí)點(diǎn)，如：建筑通風(fēng)、建筑日照、建筑采光、建筑保溫、墻體構(gòu)造、天窗構(gòu)造、建筑結(jié)構(gòu)選型等。在設(shè)計(jì)需求下重新拿起課本，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。通過翻閱課本、查找資料、相互交流，在解決問題的同時(shí)，復(fù)習(xí)、深化了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

經(jīng)過本次改革，同學(xué)們反映無論是思維方式、設(shè)計(jì)方法和知識(shí)點(diǎn)的理解均得到了普遍提高，對(duì)教學(xué)改革非常滿意。

結(jié)語

通過綠色建筑教育的視角，對(duì)原有建筑技術(shù)類課程體系和內(nèi)容進(jìn)行整合，明確了各門課程的教學(xué)重點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)，增加了課程間的連貫性及系統(tǒng)性。主要目的是加強(qiáng)綠色建筑設(shè)計(jì)理念，將發(fā)散性設(shè)計(jì)思維與嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)精神結(jié)合起來，使建筑學(xué)專業(yè)畢業(yè)生不僅具有綠色建筑的理念和知識(shí)，而且具備綠色建筑的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和實(shí)踐能力，在畢業(yè)后成為實(shí)現(xiàn)我國早日達(dá)到碳排放峰值及碳中和目標(biāo)的重要力量。

通過近3 年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的教學(xué)體系上，還存在需要完善和改進(jìn)的空間，需要建筑技術(shù)教研室和建筑學(xué)系的同事們共同努力，將建筑技術(shù)課程與建筑設(shè)計(jì)課程相結(jié)合，讓學(xué)生們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)訓(xùn)練中理解綠色建筑設(shè)計(jì)方法。由于教師教育背景所限，對(duì)我們而言還是一個(gè)全新的嘗試，需要教師間充分交流磨合，探索綠色建筑教育方法，從而實(shí)現(xiàn)建筑教育方法的轉(zhuǎn)變，將綠色建筑貫穿于整個(gè)教學(xué)、科研、實(shí)踐的全過程，以期建立更為完善的綠色建筑教育體系。