建筑物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

摘要：根據(jù)高職教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，分析建設(shè)類專業(yè)建筑物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)、探索低成本實(shí)驗(yàn)、改革演示實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)、加強(qiáng)模擬軟件的操作實(shí)驗(yàn)等方法，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與崗位銜接及改革實(shí)驗(yàn)考核的重要性。

關(guān)鍵詞：高職教育；建筑物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)探索；能力培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2013）02-0151-04

物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)可以鞏固和加深對(duì)概念、規(guī)律、理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。建筑物理是物理學(xué)在建筑中的具體運(yùn)用，與應(yīng)用技術(shù)緊密結(jié)合。因此，建筑物理實(shí)驗(yàn)是建筑物理教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。作為建設(shè)類專業(yè)的專業(yè)課程，如何在高職教育理論的指導(dǎo)下，開(kāi)設(shè)具有高職特色、符合高職院校建設(shè)現(xiàn)狀、適合學(xué)生職業(yè)發(fā)展要求的建筑物理實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，大多數(shù)高職院校在建筑物理課程的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容存在“走過(guò)場(chǎng)”，甚至不開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)象。作者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，對(duì)高職院校建筑物理實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)提出了如下建議。

一、存在的主要問(wèn)題

（一）教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施陳舊、短缺

按照本科院校建設(shè)類專業(yè)建筑物理課程設(shè)置的要求，在實(shí)驗(yàn)方面需投入大量實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這對(duì)于開(kāi)設(shè)該課程的高職院校難度較大，由于自身經(jīng)費(fèi)有限，而建筑物理在大多數(shù)建設(shè)類專業(yè)的課程體系中處于專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)拓展課程的位置，學(xué)校難以投入大量經(jīng)費(fèi)。因此，大多數(shù)高職院校實(shí)驗(yàn)設(shè)施嚴(yán)重不足，甚至沒(méi)有。在這種情況下，許多高職院校根本無(wú)法正常開(kāi)設(shè)建筑物理實(shí)驗(yàn)課程。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與崗位需求脫離

現(xiàn)有高職建筑物理教材，實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容或照搬本科教材，或取消實(shí)驗(yàn)部分。而本科教材建筑物理實(shí)驗(yàn)大部分是驗(yàn)證原理性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更適用于本科及研究生畢業(yè)后的崗位需求，與高職畢業(yè)生職業(yè)崗位要求脫節(jié)。

（三）教學(xué)、考核方法單一

注重考評(píng)學(xué)生的技術(shù)水平、技能水平及實(shí)踐能力是高職教育與其他層次高教育的顯著區(qū)別，也是高職教育培養(yǎng)目標(biāo)的必然要求。建筑物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過(guò)程，通常是預(yù)習(xí)—實(shí)驗(yàn)—寫報(bào)告。預(yù)習(xí)時(shí)，教師將實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)，甚至是實(shí)驗(yàn)結(jié)果一一講述。實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師按前期講授要求布置任務(wù)，學(xué)生按照要求被動(dòng)實(shí)施，整個(gè)過(guò)程按部就班。考核通常也只是通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)判成績(jī)，很難考察學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，學(xué)生通過(guò)探究性和研究性所取得的收獲，無(wú)法在考試成績(jī)上體現(xiàn)，無(wú)形中抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

基于上述問(wèn)題，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為可以采取以下幾種方式彌補(bǔ)和改進(jìn)高職建筑物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的問(wèn)題。

二、建筑物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)探索

（一）轉(zhuǎn)換思路，改革物理實(shí)驗(yàn)方法

1.開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)

根據(jù)高職院校學(xué)生崗位需求，改革原先的基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)指對(duì)最有可能的或已知的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，是以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，掌握實(shí)驗(yàn)方法與技能為目的；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)，以培養(yǎng)學(xué)生靈活掌握所學(xué)知識(shí)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)。綜合性實(shí)驗(yàn)是以強(qiáng)化已學(xué)若干知識(shí)內(nèi)容的綜合系統(tǒng)應(yīng)用能力和綜合分析、解決較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的能力為目的^[2]。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，觀察分析一些典型的實(shí)際技術(shù)問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生積極思維，勇于創(chuàng)新，為日后的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師不但要準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容、目的，還要熟悉相關(guān)的專業(yè)課程，能對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效整合。例如：在建筑日照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上，筆者不僅要求學(xué)生根據(jù)建筑日照的相關(guān)知識(shí)繪出當(dāng)?shù)啬橙盏陌粲皥D，同時(shí)還要求學(xué)生利用前期學(xué)習(xí)的測(cè)繪知識(shí)，實(shí)地測(cè)量并繪制某建筑物陰影的變化情況，然后根據(jù)原理利用棒影圖繪出某建筑的陰影變化范圍，并與實(shí)測(cè)圖紙進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)訓(xùn)練學(xué)生不僅更好地理解了棒影原理及作用，同時(shí)對(duì)前期的制圖及測(cè)繪能力進(jìn)行了實(shí)踐鍛煉。

2.嘗試低成本實(shí)驗(yàn)

低成本物理實(shí)驗(yàn)是國(guó)際物理教學(xué)界倡導(dǎo)的一種物理教學(xué)工作行為，其宗旨是：一方面，通過(guò)利用生活中的廉價(jià)材料開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，解決或緩解實(shí)驗(yàn)器材短缺問(wèn)題；另一方面，利用身邊的材料做實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。當(dāng)今高職院校普遍存在經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題，本著開(kāi)源節(jié)流，在滿足實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯拢P者認(rèn)為可以開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)低成本建筑物理實(shí)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)原則應(yīng)堅(jiān)持科學(xué)性、簡(jiǎn)易性、直觀性和探索性。

由于高職教育中建筑物理的某些實(shí)驗(yàn)的主要目的是加深學(xué)生對(duì)基本原理知識(shí)的理解，而不是要求實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性。對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，可以積極鼓勵(lì)學(xué)生利用身邊的材料和工具，以及學(xué)校現(xiàn)有器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。例如：建筑日照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹皇歉玫乩斫馊照瞻粲皥D原理，而不是精確繪制某地、某日的棒影日照?qǐng)D。在教學(xué)資源允許的情況下，可以使用三參數(shù)日照儀較為精確地畫出當(dāng)?shù)亍?dāng)日的棒影軌跡，同樣可以利用全站儀、指南針、鉛垂線、量角器、直尺等日常工具和材料繪制棒影軌跡。通過(guò)做實(shí)驗(yàn)拓寬學(xué)生思維，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)有效緩解高職院校課程實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足的壓力。

3.改革演示實(shí)驗(yàn)

演示實(shí)驗(yàn)屬于直觀教學(xué)，其基本方式是教師演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。演示實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理教學(xué)具有非常重要的意義。在高職教育中，可以根據(jù)人才培養(yǎng)的需要進(jìn)行課程改革，如在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織中，進(jìn)行角色互換，學(xué)生成為主角，親自演示實(shí)驗(yàn)，近距離觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這一舉措有助于加深印象，鞏固記憶，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。對(duì)于已具備一定物理學(xué)基礎(chǔ)的高職學(xué)生，課程講述前，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，布置任務(wù)，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)，在課堂演示整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。如在聲音特性的學(xué)習(xí)中，要求學(xué)生利用各種材料、方法探究影響聲音音調(diào)的因素。在此實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生采用了橡皮筋、鋼尺、吸管、水杯等多種材料和方法，課堂氣氛活躍，討論認(rèn)真激烈，知識(shí)由點(diǎn)及面，充分激發(fā)了學(xué)生的探索精神。

4.加強(qiáng)模擬軟件的操作實(shí)驗(yàn)

大學(xué)本科院校的建筑物理實(shí)驗(yàn)室常配有聲級(jí)計(jì)、溫濕度測(cè)試儀、人工天穹、熱舒適度儀、建筑聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng)、便攜式建筑室外氣象觀察儀等試驗(yàn)儀器設(shè)備。這些建筑環(huán)境實(shí)測(cè)硬件基本可以滿足建筑物理環(huán)境教學(xué)及科研需求。對(duì)于高職院校，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要投入大量經(jīng)費(fèi)，同時(shí)這些實(shí)測(cè)設(shè)備受到各種空間限制，很難應(yīng)用于輔助建筑設(shè)計(jì)。基于此，可將側(cè)重點(diǎn)放在模擬軟件的操作實(shí)驗(yàn)上，建筑環(huán)境模擬分析軟件可以通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法，模擬建筑的空間布局、建筑材料的熱學(xué)和光學(xué)屬性等建筑物理性能，可以比較精確地預(yù)測(cè)建筑方案設(shè)計(jì)完成后的建筑熱學(xué)、光學(xué)、日照等重要參數(shù)。隨著綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)以及生態(tài)設(shè)計(jì)理念的深入人心，如何設(shè)計(jì)出節(jié)能、環(huán)保宜居、舒適的建筑變得日益重要，其前期的評(píng)判工作，主要是通過(guò)軟件分析完成，故這些軟件的操作、運(yùn)用與學(xué)生日后的工作密切相關(guān)。院校應(yīng)根據(jù)學(xué)生的就業(yè)區(qū)域進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，選擇崗位適用軟件進(jìn)行模擬操作實(shí)驗(yàn)。如圖2即為該院學(xué)生利用鴻業(yè)日照分析軟件繪制的某小區(qū)日照分析圖。

5.應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可模擬真實(shí)環(huán)境完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于，甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)將有效緩解高職院校在經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開(kāi)展網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)能突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)“時(shí)間和時(shí)空”的限制，無(wú)論是學(xué)生還是教師，都可以自由、無(wú)顧慮地隨時(shí)隨地上網(wǎng)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室操作儀器，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充 ^[3]。網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將會(huì)對(duì)高職院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革產(chǎn)生變革性影響。

（二）結(jié)合崗位需求，確定實(shí)驗(yàn)任務(wù)

筆者認(rèn)為在采用更切合高職教育特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法的同時(shí)，還需在實(shí)驗(yàn)任務(wù)的確定上注重崗位與實(shí)驗(yàn)對(duì)接。在制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)結(jié)合日后工作崗位，以“必須、夠用”為準(zhǔn)則，以學(xué)生實(shí)際情況為基礎(chǔ)，以滿足專業(yè)需求為宗旨。如建筑熱工學(xué)，大多數(shù)從事建筑設(shè)計(jì)的學(xué)生日后會(huì)參與節(jié)能計(jì)算，因此，可以了解常用建筑材料的保溫性能，結(jié)合前期的構(gòu)造知識(shí)及建筑物理中圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱的基本知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握基本的建筑節(jié)能知識(shí)。

（三）巧妙安排教學(xué)時(shí)間

教學(xué)時(shí)間的安排與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法緊密結(jié)合，在有限的教學(xué)時(shí)間里，筆者認(rèn)為可以考慮以下兩點(diǎn)：首先精選實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，盡量設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)。其次，充分利用學(xué)生業(yè)余時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師是指導(dǎo)者與幫助者，學(xué)生是設(shè)計(jì)者和實(shí)施者，故大部分工作學(xué)生可利用業(yè)余時(shí)間完成。

（四）改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核方法

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核重結(jié)果、輕過(guò)程，一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)判斷學(xué)生對(duì)知識(shí)、技能的掌握程度。這既不能反映學(xué)生實(shí)際的實(shí)驗(yàn)技能，也不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。因此，筆者認(rèn)為應(yīng)將終結(jié)性考核轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)程考核，指導(dǎo)教師全程跟蹤，注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)、操作，以及在此過(guò)程中自我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，分階段進(jìn)行評(píng)定。

建筑物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究應(yīng)與課程教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，在實(shí)踐過(guò)程中，不斷研究，不斷探索，始終把培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力^[4]作為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)適應(yīng)崗位需求，符合職業(yè)發(fā)展要求的高端技能型專門人才。

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Exploration on architectural physical experiments teaching

JIN Wei

（Department of Architecture and Art， Shanxi Architectural College， Taiyuan 030006， P. R. China）

Abstract：According to talent training objectives in higher vocational education， the author analyzes problems in physical experimental teaching in architectural majors， provides advice for developing comprehensive experiments， exploring low-cost experiments， reforming demonstrating experiments， enhancing methods like operational experiments of virtual software and applying virtual experiments. It is important to combine the experimental content with the job and reform the experiment test .

Keywords：higher vocational education； architectural physical experiment； teaching exploration； ability training