建筑環(huán)境學(xué)自主研究進(jìn)階與能力培養(yǎng)提升

摘要：建筑環(huán)境學(xué)課程在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)培養(yǎng)方案中占據(jù)重要地位。大連理工大學(xué)建筑環(huán)境學(xué)課程以教學(xué)改革為突破口，從“以教為中心”向“學(xué)以致用”轉(zhuǎn)變。通過歸納近20年學(xué)生自主選題情況、研究對(duì)象類型、相應(yīng)研究方法、實(shí)驗(yàn)儀器分配與更新變化等，評(píng)估學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)分析問題、解決問題等綜合能力的提升情況，發(fā)現(xiàn)隨著實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)試參數(shù)及記錄功能的完善，自主實(shí)驗(yàn)研究的選題范圍逐漸擴(kuò)大，50%以上的學(xué)生選擇探究不同使用功能建筑的綜合環(huán)境變化特征，并給出原因解析；100%的學(xué)生采用非單一研究方法開展課程自主研究。該研究過程有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)室內(nèi)外環(huán)境調(diào)控的機(jī)理、目的和手段，培養(yǎng)了學(xué)生以正確的價(jià)值觀從事工程和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)的能力。因此，在授課過程中，需深度挖掘課程內(nèi)容，突破習(xí)慣性認(rèn)知模式，優(yōu)化各章課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，提升自主實(shí)踐研究過程考核的挑戰(zhàn)度，繼續(xù)推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)過程的深度融合，強(qiáng)化課程思政建設(shè)，堅(jiān)持知識(shí)、能力、專業(yè)素養(yǎng)的有機(jī)融合，使學(xué)生成為具有獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新協(xié)作精神和社會(huì)擔(dān)當(dāng)?shù)暮细袢瞬拧?/p>

關(guān)鍵詞：建筑環(huán)境學(xué)；自主研究；實(shí)驗(yàn)研究；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2024）05-0149-06

基金項(xiàng)目：大連理工大學(xué)教育教學(xué)改革基金面上項(xiàng)目“以立德樹人為根本、深入開展社會(huì)主義核心價(jià)值觀教育的建筑環(huán)境學(xué)課程思政建設(shè)”（YB2024058）

建筑環(huán)境學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的核心理論必修課程，是涉及建筑室內(nèi)外環(huán)境分析的基礎(chǔ)理論課程，是專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的重要基礎(chǔ)[1]。建筑環(huán)境學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際生活息息相關(guān)，具備跨學(xué)科綜合性、前沿性等特點(diǎn)，在該門課程中開展自主選題研究，可充分利用課程自身優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生提供綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)的平臺(tái)。

一、建筑環(huán)境學(xué)課程改革研究現(xiàn)狀

近年來，建筑環(huán)境學(xué)課程內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，教師在教學(xué)模式優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用、課程思政建設(shè)、教學(xué)效果評(píng)價(jià)與考核等方面分別進(jìn)行了不同程度的改革[2-5]。趙穎杰等[6]認(rèn)為在新工科理念[7]下建筑環(huán)境學(xué)教學(xué)應(yīng)注重項(xiàng)目導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并與企業(yè)合作，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)。徐珊珊等[8]探討了基于OBE理念（Outcome based education）的建筑環(huán)境學(xué)教學(xué)模式，認(rèn)為以成果為導(dǎo)向準(zhǔn)備課堂教學(xué)素材與內(nèi)容，適當(dāng)采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，加入實(shí)踐內(nèi)容，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，達(dá)到更好的教學(xué)效果。王麗芳等[9]提出建筑環(huán)境學(xué)課程應(yīng)加強(qiáng)課上課下的師生互動(dòng)，安排討論課、實(shí)踐課等，以激發(fā)學(xué)生的興趣與創(chuàng)造力。郭鐵明[10]探討了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，提出了以熱舒適、室內(nèi)空氣質(zhì)量、室內(nèi)照明、噪聲四個(gè)方面為結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)。賈永英[11]研究了討論式教學(xué)法在建筑環(huán)境學(xué)課堂中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)討論過程既能讓學(xué)生獲得理論知識(shí)，又能提高學(xué)生表達(dá)、協(xié)作和創(chuàng)新的能力。杜傳梅等[12]探討了采用MOOC（Massive Open Online Course）技術(shù)構(gòu)建建筑環(huán)境學(xué)課程體系的方法，對(duì)課程目標(biāo)、特色、模式、內(nèi)容、安排、難點(diǎn)進(jìn)行了闡述，強(qiáng)調(diào)注重課程的完整性與教學(xué)效果等。李翠等[13]探討了基于BIM技術(shù)的虛擬教學(xué)平臺(tái)在建筑環(huán)境學(xué)課堂中的應(yīng)用，認(rèn)為虛擬教學(xué)平臺(tái)可直觀、生動(dòng)地展現(xiàn)文字知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)。王麗娟等[14-15]對(duì)現(xiàn)有課程進(jìn)行了科研化改革，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行專利作品撰寫。通過對(duì)學(xué)生的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為專利寫作有利于收獲更多知識(shí)。雖然這種方式可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、篩選具有科研潛力的人才，但是實(shí)施過程較耗時(shí)費(fèi)力，部分學(xué)生缺少繪圖和說明書撰寫的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法完整表達(dá)自己的想法。張祖敬等[16]嘗試加入階段性考試、實(shí)踐報(bào)告等過程考核，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了全方位評(píng)價(jià)。李志偉等[17]在課程中引入實(shí)踐任務(wù)，在項(xiàng)目實(shí)踐中對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析解決問題的能力。此外，相關(guān)教師討論了課程思政模式下的建筑環(huán)境學(xué)教學(xué)改革思路[18-20]，指出在理工科知識(shí)的講授過程中穿插人文、德育等內(nèi)容對(duì)學(xué)生的思想發(fā)展具有重要意義。

縱觀以往與建筑環(huán)境學(xué)課程相關(guān)的教學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)改革方式致力于教學(xué)模式與實(shí)踐環(huán)節(jié)的融合設(shè)計(jì)，或利用線上資源科學(xué)靈活地提升教學(xué)效果，然而，結(jié)合長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐過程，客觀評(píng)價(jià)自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的研究較少，未能針對(duì)不同層級(jí)的學(xué)生給予不同深度的指導(dǎo)與訓(xùn)練。本文基于大連理工大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)建筑環(huán)境學(xué)課內(nèi)自主實(shí)驗(yàn)研究開展情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，客觀評(píng)估各階段學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)團(tuán)隊(duì)教師進(jìn)一步強(qiáng)化課程理論應(yīng)用和創(chuàng)新研究思維訓(xùn)練提出了更高要求。

二、自主實(shí)驗(yàn)研究選題分類

為了提高學(xué)生應(yīng)用基本原理和科學(xué)方法解決建筑室內(nèi)外實(shí)際問題的能力，大連理工大學(xué)建筑環(huán)境學(xué)課程自2002年起，針對(duì)1999級(jí)學(xué)生，將課堂教學(xué)與自主實(shí)驗(yàn)研究緊密結(jié)合，傳統(tǒng)的“教-學(xué)-考”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖?學(xué)-用-考”模式，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下思考知識(shí)點(diǎn)與日常生活問題的聯(lián)系，撰寫實(shí)驗(yàn)研究計(jì)劃，研究計(jì)劃審核通過后則進(jìn)行環(huán)境參數(shù)測(cè)量，如風(fēng)速、溫濕度、照度、聲級(jí)等，定量描述某一特定環(huán)境的客觀特征，并分析產(chǎn)生這種特征的原因。自主實(shí)驗(yàn)研究有利于學(xué)生采用主觀思考與客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的分析方法，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解與應(yīng)用。該階段的重點(diǎn)是確定各組研究選題，撰寫研究計(jì)劃。

確定研究選題是自主實(shí)驗(yàn)研究的首要環(huán)節(jié)，決定了研究工作的深度和廣度。1999—2020級(jí)學(xué)生中參加建筑環(huán)境學(xué)課程的總數(shù)為866人，共完成自主實(shí)驗(yàn)研究451組，學(xué)生的選題主要圍繞建筑熱濕環(huán)境、室內(nèi)空氣質(zhì)量，或綜合幾方面的研究方向開展，如圖1所示。隨著大連理工大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)招生人數(shù)的增加，選題數(shù)量也相應(yīng)增加。學(xué)生不再局限于建筑室內(nèi)空氣質(zhì)量的測(cè)試分析研究，亦發(fā)散思維，開始將自己感興趣的問題作為自主研究選題。在研究過程中，通過文獻(xiàn)調(diào)研開闊了科研視野。另外，許多思維活躍的學(xué)生脫穎而出，說明自主實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目培養(yǎng)和激發(fā)了學(xué)生們的創(chuàng)新思維與能力。2008級(jí)后，綜合類選題的數(shù)量明顯增加，說明學(xué)生更愿意也更有能力承擔(dān)更為全面、系統(tǒng)性的研究選題。

如圖2所示，課程自主研究選題涉及多類建筑，校內(nèi)篇研究對(duì)象主要包括教學(xué)樓、辦公樓、圖書館、寢室、食堂、實(shí)驗(yàn)室等；校外篇實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象主要包括醫(yī)院、酒店、居住建筑、網(wǎng)吧等；拓展的研究對(duì)象主要包括影院、幼兒園、火車站、打印室、地鐵站、養(yǎng)老院。研究對(duì)象的多元化說明建筑環(huán)境學(xué)課程知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用范圍較廣。另外，根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，學(xué)生較為關(guān)心教學(xué)樓、寢室、居住建筑的室內(nèi)熱、濕、聲、光環(huán)境，以及周邊風(fēng)環(huán)境狀況，這幾類建筑皆是學(xué)生最常接觸的建筑類型，說明學(xué)生在選題過程中更加注重實(shí)際。

三、自主實(shí)驗(yàn)研究方法選擇

學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)所用的研究方法統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示，可以看出校內(nèi)各類功能建筑是基礎(chǔ)研究對(duì)象，而校外各類建筑研究對(duì)象呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)。由于測(cè)試儀器數(shù)量和功能的限制，2001級(jí)之前的多數(shù)學(xué)生傾向于使用調(diào)查與模擬的研究方法，2008級(jí)以后，添置與更新了實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器，學(xué)生選擇實(shí)測(cè)調(diào)查作為主要研究方法。同時(shí)，學(xué)生選擇的研究對(duì)象更加靈活多樣，其建筑環(huán)境影響因素也更為復(fù)雜，學(xué)生傾向于同時(shí)使用多種研究方法，從多角度綜合分析解決實(shí)際問題。通過學(xué)習(xí)外部自然環(huán)境的特點(diǎn)和氣象參數(shù)的變化規(guī)律，有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)外部因素對(duì)建筑環(huán)境參數(shù)的影響。

在第二章至第八章的研究?jī)?nèi)容中，利用實(shí)測(cè)調(diào)查方法的比例超過80%，針對(duì)校外不同類型建筑進(jìn)行實(shí)測(cè)調(diào)查的比例為20%～60%，其中比例較高的是室內(nèi)空氣質(zhì)量和綜合類研究，如圖4所示。建筑環(huán)境學(xué)是一門強(qiáng)調(diào)分析解決實(shí)際問題的學(xué)科，僅憑文獻(xiàn)調(diào)研數(shù)據(jù)分析和模擬仿真無(wú)法直觀、準(zhǔn)確地了解建筑環(huán)境現(xiàn)狀及其影響因素，因此，需借助現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)過程增加體驗(yàn)感。在未來的課程建設(shè)中，可進(jìn)一步推行先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方法，鼓勵(lì)結(jié)合信息技術(shù)搭建實(shí)際模型。目前，具有創(chuàng)新意識(shí)和能力的學(xué)生會(huì)嘗試使用TRNSYS、DeST和Fluent等軟件進(jìn)行性能仿真模擬，預(yù)測(cè)方案效果。

四、實(shí)驗(yàn)儀器分配與更新

建筑環(huán)境學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)量及種類呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，新增了便攜式二氧化碳測(cè)試儀、顆粒物實(shí)時(shí)檢測(cè)儀、手持式PM2.5速測(cè)儀和空氣污染物檢測(cè)儀等，同時(shí)，單功能儀器正向多功能儀器發(fā)展，測(cè)試儀器更加便攜，如圖5所示。學(xué)生可進(jìn)行更多樣、更完整、更精確的實(shí)驗(yàn)，不僅可以測(cè)量建筑室內(nèi)外環(huán)境中的多種參數(shù)，而且可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的自動(dòng)記錄，方便數(shù)據(jù)采集。

各種儀器的規(guī)范操作視頻均上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，方便學(xué)生學(xué)習(xí)正確的使用方法，為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提供參考。此外，實(shí)驗(yàn)儀器的借還管理方法由Word表格人工統(tǒng)計(jì)法轉(zhuǎn)變?yōu)镋xcel表格人工協(xié)調(diào)統(tǒng)計(jì)法，最終發(fā)展為在線共享文檔實(shí)時(shí)跟蹤統(tǒng)計(jì)法。信息化技術(shù)為自主實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)提供了便利，教師能夠更好地對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器資源進(jìn)行系統(tǒng)的綜合管理，提高了儀器管理、調(diào)配、使用、歸還的效率。今后的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，可以針對(duì)學(xué)生的意見和建議，結(jié)合課程內(nèi)容、新技術(shù)趨勢(shì)和經(jīng)費(fèi)預(yù)算，適量增補(bǔ)新儀器、替換老舊儀器，更好地保障實(shí)驗(yàn)研究效果。

五、實(shí)踐效果與能力提升

國(guó)內(nèi)外工科專業(yè)教育質(zhì)量保障體系和認(rèn)證制度對(duì)工程素養(yǎng)提出了明確要求[21-22]，包括學(xué)生自我管理和終身學(xué)習(xí)的能力等。經(jīng)過建筑環(huán)境學(xué)課程的理論學(xué)習(xí)和自主研究環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，各年級(jí)學(xué)生能力提升情況如圖6所示，大部分學(xué)生認(rèn)為在工程知識(shí)、研究分析、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、有效溝通四方面進(jìn)步最大，認(rèn)為課程提升了終身學(xué)習(xí)能力和價(jià)值觀的學(xué)生較少，因此，在后續(xù)各個(gè)環(huán)節(jié)中應(yīng)融入課程思政內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

六、結(jié)語(yǔ)

建筑環(huán)境學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)理論課，在本專業(yè)培養(yǎng)方案中具有重要地位。自2002年起，大連理工大學(xué)建筑環(huán)境學(xué)堅(jiān)持實(shí)施自主實(shí)驗(yàn)研究，不斷更新實(shí)驗(yàn)儀器，促進(jìn)學(xué)生了解人類生活和生產(chǎn)過程中室內(nèi)外環(huán)境的客觀狀況，觀察各種內(nèi)外部因素是如何影響環(huán)境的，使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)有更深層次的理解，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。通過課程自主研究，還進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究的基本素質(zhì)、創(chuàng)新精神、專業(yè)素養(yǎng)，以及在未來行業(yè)發(fā)展中的競(jìng)爭(zhēng)能力，使學(xué)生懂得科學(xué)研究過程的嚴(yán)謹(jǐn)，理解團(tuán)隊(duì)合作的重要性，同時(shí)也學(xué)會(huì)如何與人友善溝通，進(jìn)而順利高效地完成研究任務(wù)。學(xué)生反復(fù)經(jīng)歷了“學(xué)-用-學(xué)”的過程，對(duì)建筑環(huán)境學(xué)的內(nèi)容有了全新的認(rèn)識(shí)和感悟。因此，在課程教學(xué)中強(qiáng)化實(shí)踐與理論的融合，鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)實(shí)際問題提出更多高階創(chuàng)新方案是提升學(xué)生綜合能力的關(guān)鍵。

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Independent research development and students’ ability improvements of built environment course

ZHANG Xueyan， CHEN Bin， WANG Jingkai， LV Yang， DU Jia

（School of Infrastructure Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， P. R. China）

Abstract： The course of built environment occupies an important position in the training program of built environment and energy application engineering. The course of built environment at Dalian University of Technology takes the teaching reform as a breakthrough point， shifting from “teaching centered” to “l(fā)earning for practical use”. By summarizing the situation of students’independent topic selection， research object types， corresponding research methods， and allocation and updating of experimental instruments in the past 20 years， and evaluating the improvement of students’comprehensive abilities in analyzing and solving problems using the knowledge they have learned， it is found that with the improvement of experimental instrument testing parameters and recording functions， the scope of independent experimental research topics gradually expands. More than 50% of students choose to explore the comprehensive environmental change characteristics of buildings with different functional uses， and provide analysis for reasons. 100% of students use non-single research methods to conduct independent research. This research process helps students deeply learn the mechanisms， objectives， and methods of indoor and outdoor environmental regulation， and cultivates their ability to engage in engineering and social practice activities with correct values. Therefore， in the teaching process， it is necessary to deeply explore the course content， break through habitual cognitive patterns， optimize the classroom teaching design of each chapter， enhance the challenge of independent practice and research process assessment， promote the deep integration of modern information technology and teaching process， strengthen the ideological and political construction of the curriculum， adhere to the organic integration of knowledge， ability， and professional literacy， and make students qualified talents with independent thinking ability， innovative cooperation spirit， and social responsibility.

Key words： built environment； independent research； information technology； teaching reform

（責(zé)任編輯 代小進(jìn)）