建筑物理課程教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革與實踐

楊春宇　梁樹英

摘要：長期以來，建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)的學(xué)生認(rèn)為建筑物理課程較難學(xué)習(xí)，知識點難以掌握。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升建筑物理課程的教學(xué)質(zhì)量，通過將傳統(tǒng)課程與新型模塊式、數(shù)字技術(shù)結(jié)合的教學(xué)方法，理論教學(xué)與實踐實驗課程交融的教學(xué)手段，理論教學(xué)與科研課題結(jié)合的前沿講授方法三個方面相結(jié)合，對本科建筑物理課程進(jìn)行了改革和實踐，解決了建筑物理課程教與學(xué)的矛盾，為同類課程的教學(xué)改革與實踐提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑物理；新型模塊式；數(shù)字技術(shù)；實踐實驗；科研前沿

中圖分類號：G642-0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）01-0121-03

隨著中國城市化進(jìn)程加快和城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市建筑密度增加，建筑功能更加復(fù)雜多樣，建筑熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境問題特別是建筑節(jié)能、舒適、安全等問題更加突出[1-2]，建筑物理課程教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革與實踐顯得尤為重要。長期以來，建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)的學(xué)生認(rèn)為建筑物理課程難學(xué)，并產(chǎn)生抵觸情緒。傳統(tǒng)建筑物理課程是按照全國統(tǒng)一的教學(xué)模式，即熱工、聲學(xué)、光學(xué)三部分各自獨(dú)立講授，不利于學(xué)生對課程的整體把握和學(xué)習(xí)。近幾年來研究團(tuán)隊對建筑學(xué)專業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)專業(yè)（2007級、2008級、2009級）三屆本科生共610人講授了建筑物理課程以及城市環(huán)境物理、建筑環(huán)境控制課程，并進(jìn)行了建筑光學(xué)實驗、環(huán)境控制實驗和城市環(huán)境物理實驗的教學(xué)，積累了相當(dāng)豐富的教學(xué)經(jīng)驗。其中，建筑物理課程獲得了國家精品課程，“建筑技術(shù)系列課程”授課團(tuán)隊獲得了國家教學(xué)團(tuán)隊稱號，“建筑技術(shù)系列課程創(chuàng)新建設(shè)與實踐”獲得了重慶市優(yōu)秀教學(xué)成果獎一等獎等。指導(dǎo)建筑物理及拓展課程的教改作業(yè)參加全國大學(xué)生設(shè)計競賽、全國太陽能設(shè)計競賽、全國環(huán)藝光與空間設(shè)計競賽[3]、全國節(jié)能減排設(shè)計競賽等，五年共獲得金獎、銀獎、二等獎、銅獎等各種獎項共20余項，并出版了新編《建筑物理（圖解版）》[4]教材。

建筑物理課程是建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)的必修課程，文章重點探討如何在實驗教改的基礎(chǔ)上對教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革與實踐，主要包括以下三個方面：傳統(tǒng)建筑物理課程與新型模塊式、數(shù)字技術(shù)結(jié)合的教學(xué)方法，理論教學(xué)與實踐實驗課程交融的教學(xué)手段，理論教學(xué)與科研課題結(jié)合的前沿講授方法。

一、傳統(tǒng)課程與新型模塊式、數(shù)字技術(shù)結(jié)合的教學(xué)方法

傳統(tǒng)建筑物理課程教學(xué)將熱工、聲學(xué)、光學(xué)三部分各自獨(dú)立講授，知識點較為分散，學(xué)生普遍認(rèn)為熱工、聲學(xué)、光學(xué)三部分是各自獨(dú)立、自成體系的課程，而沒有將三部分與建筑設(shè)計結(jié)合起來看成一個整體的知識體系，不便于學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶，也不便于學(xué)生理解和掌握。研究團(tuán)隊在實驗教改的基礎(chǔ)上對建筑物理課程教學(xué)體系進(jìn)行了新型模塊式改革，按照更為合適的篇章分布進(jìn)行講授。具體方法為：將傳統(tǒng)教學(xué)模式改革為模塊式教學(xué)，把熱工、聲學(xué)、光學(xué)三部分的基礎(chǔ)、應(yīng)用和實驗部分分別整合，按照基礎(chǔ)篇（熱聲光基礎(chǔ)知識）、應(yīng)用篇（熱聲光專業(yè)知識）和實驗篇（熱聲光應(yīng)用實驗）進(jìn)行模塊式集中講授，即在講授時將熱聲光的基礎(chǔ)知識先介紹給學(xué)生，使學(xué)生形成一個比較整體的知識框架，然后通過熱聲光專業(yè)知識的講授讓學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)知識，最后通過熱聲光的應(yīng)用實驗，加深學(xué)生對理論知識的理解。

另外，由于建筑物理環(huán)境（熱工、聲學(xué)、光學(xué)）的分析計算非常復(fù)雜，長期以來使建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)的學(xué)生覺得非常困難。因此，研究團(tuán)隊將數(shù)字技術(shù)方法運(yùn)用到本科生教學(xué)中，將復(fù)雜計算轉(zhuǎn)為簡單的數(shù)字運(yùn)用。同時，首次在建筑物理課程教學(xué)中加入熱工、聲學(xué)、光學(xué)中常用且較為簡單易學(xué)的分析軟件，例如ECOTECT生態(tài)建筑設(shè)計軟件、RADIANCE建筑光環(huán)境分析軟件、DIALUX燈光照明設(shè)計軟件、EASE聲學(xué)設(shè)計軟件等，對建筑模型的熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、日照等環(huán)境影響以及可見度幾個方面進(jìn)行綜合的技術(shù)分析，計算過程簡單明了，計算結(jié)果準(zhǔn)確直觀，非常適合建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)使用。

二、理論教學(xué)與實踐實驗課程交融的教學(xué)手段

傳統(tǒng)建筑物理課程設(shè)置是將理論課與實驗課分開進(jìn)行教學(xué)，即理論課程全部講授完成后才進(jìn)行實驗課程，或者僅進(jìn)行理論講解而缺乏實驗課程部分，存在基礎(chǔ)理論與實際應(yīng)用脫節(jié)的情況，不利于學(xué)生對理論知識的理解和掌握，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的科研實驗實踐動手能力。研究團(tuán)隊運(yùn)用理論課與實驗課交融的教學(xué)手段，在進(jìn)行理論講授的同時，加入實驗課程環(huán)節(jié)，使學(xué)生在剛學(xué)到理論知識時就進(jìn)行實驗，進(jìn)一步加深對理論知識的理解，同時鞏固學(xué)生所學(xué)理論知識。另外，通過實驗，學(xué)生掌握了熱工、聲學(xué)、光學(xué)各種測量儀器的使用，掌握了城市噪聲監(jiān)測、光污染及亮度照度測量以及熱工的各項檢測，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)實驗動手能力。

同時，在課程教學(xué)中研究團(tuán)隊引入了重慶大學(xué)創(chuàng)新實驗——城市環(huán)境物理綜合實驗，使學(xué)生能將基礎(chǔ)理論綜合應(yīng)用于實踐中。選擇重慶學(xué)林雅園居住小區(qū)、磁器口傳統(tǒng)街區(qū)、三峽廣場、重慶大學(xué)建筑設(shè)計院大樓、重慶大學(xué)建筑系館進(jìn)行現(xiàn)場實驗教學(xué)，學(xué)生將課堂上學(xué)到的熱工、聲學(xué)、光學(xué)理論知識綜合運(yùn)用到城市規(guī)劃與建筑設(shè)計之中。通過對重慶學(xué)林雅園居住小區(qū)和磁器口傳統(tǒng)街區(qū)光環(huán)境的調(diào)研，使學(xué)生懂得了城市光環(huán)境理論在實際中的應(yīng)用；通過對三峽廣場城市中心區(qū)城市噪聲的測量，使學(xué)生掌握了在規(guī)劃中如何避免噪聲污染；通過對重慶大學(xué)建筑設(shè)計院大樓和重慶大學(xué)建筑系館熱工性能的檢測，使學(xué)生掌握了保溫隔熱等節(jié)能知識。通過理論教學(xué)與設(shè)計實踐的結(jié)合，使抽象的概念和理論簡單化、形象化、直觀化，加深了學(xué)生對理論知識的理解，使學(xué)生能將理論知識應(yīng)用于設(shè)計當(dāng)中，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量。

三、理論教學(xué)與科研課題結(jié)合的前沿講授方法

傳統(tǒng)教學(xué)中，本科生僅對建筑物理基本理論和基礎(chǔ)實驗進(jìn)行學(xué)習(xí)，無法接觸更前沿的科研。研究團(tuán)隊將主講教師承擔(dān)的國家、市級科研課題與建筑物理課程教學(xué)相結(jié)合，在進(jìn)行相關(guān)理論課程講授的同時拓展知識范圍，加入課題的研究內(nèi)容和最新研究動向，啟發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，并鼓勵學(xué)生參加國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和相關(guān)設(shè)計競賽，使建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)學(xué)生認(rèn)識到建筑物理課程的廣泛科學(xué)研究前景和重要性，是一種前沿性的講授方法。隨著信息時代和城市化高潮的到來，建筑技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，研究團(tuán)隊重視自身學(xué)術(shù)水平的提高，始終把握學(xué)術(shù)前沿技術(shù)，對建筑色彩、光生物效應(yīng)、中間視覺、視覺功效理論、光環(huán)境控制、建筑綠化隔熱和生態(tài)建筑等方面進(jìn)行了研究，并將相關(guān)科研課題應(yīng)用到建筑物理課程教學(xué)中。

通過主講教師承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金面上項目“日光光譜與大氣衰減影響下的建筑色彩控制研究”，進(jìn)行建筑物理課程中有關(guān)建筑色彩部分的講授時率先在全國高校中加入課題的最新研究成果，使學(xué)生了解到建筑色彩并非一層不變，而是在城市空間中呈現(xiàn)出來，其會受到日光光譜、日光色溫、大氣衰減、觀測距離和外飾面材料光反射特性等因素的影響，從而學(xué)生在進(jìn)行建筑色彩設(shè)計時能掌握建筑色彩在實際空間中的變化情況，保證設(shè)計色彩與實際建成的色彩一致，提高了學(xué)生的實際設(shè)計能力。通過主講教師承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金面上項目“基于光氣候分區(qū)的高校教室照明與大學(xué)生抑郁情緒的光生物效應(yīng)”，在建筑物理課程中有關(guān)光氣候分區(qū)部分，用詳細(xì)的調(diào)查研究數(shù)據(jù)形象地講述了我國不同光氣候區(qū)日照的差異，同時還對課程中有關(guān)人眼視覺特征部分進(jìn)行了擴(kuò)展講解，介紹了世界10大發(fā)現(xiàn)之一的視覺第三類感光細(xì)胞——視經(jīng)結(jié)細(xì)胞，及其對抑郁情緒進(jìn)行調(diào)節(jié)的光生物效應(yīng)。通過目前這一國際前沿研究成果的介紹，讓學(xué)生了解到與自己密切相關(guān)的教室空間中照明的重要性及其與抑郁情緒之間的關(guān)系，豐富和擴(kuò)展了課程的教學(xué)內(nèi)容。通過主講教師承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金面上項目“用中間視覺理論研究道路照明安全”，在講授建筑物理課程中有關(guān)中間視覺知識時加入了課題的研究成果，例如道路、隧道結(jié)合區(qū)域照明存在安全隱患，啟發(fā)了學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，部分同學(xué)根據(jù)課題思路申請了國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目“基于視覺功效理論的城市隧道出入口段照明研究”，經(jīng)教師進(jìn)一步指導(dǎo)已完成任務(wù)結(jié)題，這不僅使學(xué)生掌握了城市道路與隧道出入口的光環(huán)境知識，還鍛煉了學(xué)生在本科階段的科研能力。通過主講教師承擔(dān)的重慶市科技攻關(guān)項目“山地城鎮(zhèn)光環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)研究”，在建筑物理課程中引入光環(huán)境控制的最新成果，指導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計作品中加入采光照明的專項設(shè)計，參加全國環(huán)藝光與空間設(shè)計競賽，并獲得了銀獎1名、銅獎1名、優(yōu)秀獎3名的好成績。通過國家自然科學(xué)基金面上項目“建筑綠化隔熱技術(shù)研究”和“南方地區(qū)被動生態(tài)室內(nèi)熱環(huán)境研究”，在建筑物理課程中引入熱工方面的最新研究成果，指導(dǎo)學(xué)生參加第二屆、第五屆“全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”，均獲得了二等獎。通過在建筑物理課程教學(xué)中理論與科研課題相結(jié)合的前沿講授方法，學(xué)生能更好地了解建筑物理環(huán)境，并能將建筑采光照明、熱環(huán)境、聲環(huán)境等方面的知識融入到實際之中，豐富了建筑物理課程的教學(xué)內(nèi)容。

四、結(jié)語

總體而言，通過傳統(tǒng)課程與新型模塊式、數(shù)字技術(shù)結(jié)合的教學(xué)方法，理論教學(xué)與實踐實驗課程交融的教學(xué)手段，理論教學(xué)與科研課題結(jié)合的前沿講授方法三個方面，對本科建筑物理課程教學(xué)方法與教學(xué)手段進(jìn)行改革和實踐，學(xué)生能很好地掌握課程內(nèi)容，并能將課內(nèi)知識應(yīng)用到實際的設(shè)計作業(yè)中，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)實踐工作中取得了較好的效果。隨著建筑物理課程改革和實踐的推進(jìn)，建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)的學(xué)生增強(qiáng)了對建筑物理課程的學(xué)習(xí)積極性，同時認(rèn)識到在實際中的重要性，解決了建筑物理課程教與學(xué)的矛盾。隨著生態(tài)節(jié)能技術(shù)的科技進(jìn)步加快，新技術(shù)、新方法逐年更新，因此本課程每年均進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段的更新，獲得學(xué)生的好評。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊春宇，吳靜，梁樹英，等.建筑環(huán)境控制課程教學(xué)改革研究[J].高等建筑教育，2013，22（6）：75-77.

[2] 楊春宇，陳仲林，唐鳴放，等.建筑物理課程教學(xué)改革研究[J].高等建筑教育，2009，18（2）：57-59.

[3] 中國環(huán)境藝術(shù)設(shè)計學(xué)年獎組委會.中國環(huán)境藝術(shù)設(shè)計學(xué)年獎：第九屆全國高校環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)畢業(yè)設(shè)計競賽獲獎作品集[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] 陳仲林，唐鳴放.建筑物理（圖解版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

（編輯 胡 玥）