理論與實踐相結合的建筑物理課程教學方法探討★

張 毅 鄭利軍 趙立志

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

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理論與實踐相結合的建筑物理課程教學方法探討★

張 毅 鄭利軍 趙立志

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

簡述了建筑物理課程的性質、內容及教學目標，針對該課程理論性強、實踐性強、綜合性強的特點，分析了其在教學過程中存在的問題，并提出了相應的解決策略，從而提升該課程的教學質量。

建筑物理課程，實踐教學，理論知識，建筑設計

建筑物理課程是建筑學、城市規劃與設計、風景園林等專業的一門重要的專業基礎課程和技術課程，同時也是建筑設計的重要組成部分，在實際的社會實踐應用中也具有非常重要的作用[1]。

隨著人類文明程度的不斷提升和社會生產力的不斷發展，中國城市化進程不斷加快、規模不斷擴大，尤其是大中型城市的建筑密度不斷增加，建筑功能也更加趨向于復雜化和多樣化，人們對建筑各方面的要求也隨之不斷提高[2，3]。特別是近年來，綠色、環保、節能、舒適、安全、可持續發展、低碳等理念不斷融入到人們的生活中來，傳統建筑學教育的關注重點放在培養學生對建筑功能、建筑空間以及建筑形式上的把握，已經遠遠不能滿足社會實際應用的要求，建筑若要實現可持續化、綠色化、生態化、環保化，建筑物理的知識掌握是必不可少的[4]。

建筑物理課程是一門綜合性、理論性、實踐性較強的專業基礎課，在教學過程中一般都要分為課堂理論教學與實驗室實踐教學兩大部分[5]。它既是一門理論課，也是一門技術課[6]。

1 課程性質、內容及目的

《建筑物理》是建筑學專業不可或缺的一門專業基礎理論課程，體現了建筑設計學科技術科學的屬性，在建筑材料選擇、建筑構造設計、建筑空間設計、建筑群體布置、城市規劃設計，以及施工技術與管理中都將涉及到建筑物理課程知識的應用，所以建筑設計人員必須牢牢掌握建筑物理的知識，并達到靈活運用的程度，才能保障現代建筑的設計質量，在體現建筑設計之美的同時滿足建筑設計的要求[7]。

《建筑物理》課程內容分為建筑熱環境、建筑光環境、建筑聲環境三大篇章，包括室內外熱環境、建筑傳熱與傳濕、建筑保溫與節能、建筑隔熱與通風、建筑日照與遮陽、建筑光學基礎知識、天然采光、建筑照明、聲音的物理性質、建筑吸聲、建筑擴散反射、建筑隔聲、聲環境規劃與噪聲控制和室內音質設計等方面的基本理論和方法[8]。

《建筑物理》課程的目的在于使學生牢固掌握建筑物理熱環境、光環境、聲環境的基本理論、基本知識和基本技能，豐富建筑設計的熱、光、聲等理論知識，并在實踐和設計中自主運用這些理論知識，為進一步提高建筑物理的功能和使用質量提供有力保證。作為一名優秀的建筑設計師，要全面掌握建筑物理課程知識，才能有效地解決建筑設計中遇到的物理環境問題，創造出高品質的建筑作品[9]。

2 課程特點

《建筑物理》課程不同于基礎課程及其他的專業課程，它兼具理論性與實踐性的特點。

第一，理論性強。《建筑物理》課程是建筑學專業的學科基礎，是奠定建筑學學科發展的基石，更是推動建筑學學科向前發展的支撐體系[10]。傳統的物理學研究的是物質運動的客觀規律，與人的感受無關，而建筑物理與之不同，它研究的是物理學的熱、光、聲在建筑中的應用，而且與人的感受密切相關[11]，尤其是作為未來建筑設計發展方向的綠色建筑[12]、生態建筑和可持續發展建筑[13]等，都是必不可少的理論手段，對學生理論知識的掌握和靈活性運用要求更高。每一篇章中均有幾個課程的理論核心知識點，如建筑熱環境中的穩態傳熱、建筑聲環境中的光度學基本知識、建筑聲環境中的聲音的物理性質等，學生必須牢固掌握才能靈活運用。因此，在《建筑物理》課程教學過程中，必須提醒學生重視這些理論知識，并且作為重點講授。

第二，實踐性強。《建筑物理》課程是一門實踐性很強的學科。2012年，教育部為了進一步貫徹落實《關于全面提高高等教育質量的若干意見》與《關于實施高等學校創新能力提升計劃的意見》，其中指出：要大力提升人才培養的水平、增強科學研究的能力、服務經濟社會的發展、推進文化傳承的創新。袁貴仁部長就如何提高教育質量提出幾點意見：要創新人才培養的模式，把社會責任感、創新精神和實踐能力的培養貫穿于人才培養的全過程中來。引導學生轉變學習方式，構建學生學習的主動性、積極性和創造性，強化實踐環節，強調練習和實習，知行統一，使學生真正學會學習[14]。學生在課堂上學到的知識必然會在未來的建筑設計中大量運用，如窗墻比、窗地比、建筑材料的選擇、導風板的設計、吸聲材料(構造)的選擇與設計等，都是學生將來在建筑設計中必須面對的問題。因此，要為學生提供必要的實踐機會，讓學生鞏固所學理論知識，為將來靈活運用打好基礎。

第三，綜合性強。《建筑物理》課程是培養學生自主地將所學的建筑物理知識應用到建筑設計中，對建筑進行精致化和細節化的設計，能夠具體地解決環境舒適、節能、環保等問題，而不是僅停留在對建筑的形體及空間等大模塊的處理上[15]。

那么，怎么才能保證《建筑物理》課程的教學效果，下面就自己在本門課程方面的實踐與教學經驗來膚淺探討與研究如何教好《建筑物理》課程。

3 教學過程中存在的問題

3.1 學生對所學理論知識理解不夠深入

對于理工科底子薄的建筑專業學生而言，建筑物理課程理論較難、公式計算較多、物理概念難懂是不爭的事實[16]，若再受限制于實驗設備條件等，無法開展直觀化的實驗課程，學生動手的機會少，就更難激發學生的學習興趣[17]。另外，建筑學專業的學生往往認為“建筑是藝術”，在這一主導思想的影響下，相當一部分學生重視設計類課程，而忽略建筑物理等技術類課程[18]。

3.2 學生對所學實踐性知識缺少操作空間

建筑學專業的學生課程設計任務重，加之傳統的建筑物理實驗課多為驗證性和演示性的，教師實驗前把實驗原理、實驗目的、實驗材料、實驗儀器、實驗步驟，甚至是實驗計算公式都為學生準備好了，學生僅根據實驗指導書，在老師的講解和示范下完成實驗任務，學生甚至不用提前預習就可以完成實驗，這背離了開展實驗的初衷，起不到很好的效果，故傳統的實驗教學成為應用型人才培養的薄弱環節[5]。

3.3 課本內容分篇編寫，知識體系分散

目前，國內建筑物理教材主要是柳孝圖主編的《建筑物理》(第3版)和劉加平主編的《建筑物理》(第4版)。內容主要包括建筑熱工學、建筑光學和建筑聲學三個篇章，各自獨立成篇，獨立講授，知識前后聯系不夠密切，不利于學生對課程的整體把握和學習[3]。

4 教學中存在問題的解決方法

4.1 結合大量圖片與實例，讓學生切身體會

針對建筑物理課程理論較難、公式計算較多、物理概念難懂這一問題，就要求教師有針對性地尋找圖片、動態圖、小視頻以及身邊的例子，讓學生可以達到深入理解的目的。如熱舒適性四個客觀和兩個主觀影響因素講解時，可以以教室和學生自身為實例向學生提問，如夏天教室為什么開空調，為什么開電風扇，為什么拉窗簾，如果運動后全身是汗，怎樣才能快速達到涼爽的程度，冬天冷了為什么穿厚衣服，手冷了為什么要搓手，引導學生主動思考，達到讓學生對六個影響因素有深刻印象的目的。如講授遮陽設施時，尋找大量內遮陽、外遮陽和中間遮陽的圖片，講授屋頂和外墻等外圍護結構隔熱時，尋找大量現實生活中的圖片，讓學生感覺到身邊處處都是例子。如駐波講解時運用動態圖，從行波開始到形成駐波，讓學生一目了然地理解駐波。如講授光通量、發光強度、照度和亮度這四個概念和相應的公式時，講明白光通量這一概念，再按順序引出發光強度、照度和亮度這三個概念及相互之間的關系，環環相扣，并且在講授過程中時刻以教室的熒光燈為例引導學生積極思考，讓學生理解這四個概念形成的小的整體知識框架。

4.2 結合專業實驗室，讓學生親自操作

實驗教學是建筑物理課程又一重要環節，可以加深學生對課上所學理論知識的理解，還可以培養學生實際動手能力和觀察分析能力[13]。

帶領學生進入專業建筑物理實驗室，在正式實驗前不是向學生講解實驗原理及實驗過程，而是向學生發問，引導學生主動思考，從而讓學生深入理解實驗原理，加深對相關專業知識的理解。如導熱系數測量實驗前，可以讓學生摸一摸實驗用的保溫材料(此前在講課過程中已看過圖片)，從質地、密實度、重量各方面都有個直接的認識，之后指導學生將此保溫材料放入儀器中，開機后問學生什么情況下導熱系數即被測量出來，讓學生認真觀察實驗儀器電子面板，引導學生觀察冷板熱流值和熱板熱流值變化，學生觀察后發現兩個熱流值在慢慢接近，再發問，從而進一步引導學生理解穩態傳熱過程中各處熱流值相等這一概念。

另外，還可以讓學生把自己的設計作品帶進實驗室，在日照模擬平臺上看不同地理位置、不同日期和不同時間下形成的陰影變化，從而加深學生對棒影日照圖的理解。也可以讓學生自己準備海棉、毛氈，甚至是自己做的復合吸聲材料，用駐波管法分別測定材料的吸聲系數，根據實驗數據分析理解不同密度、不同厚度、不同材質吸聲材料吸聲系數的不同，加強理解影響材料吸聲性能的因素，并且可以在學生推動小車找最大值和最小值時，向學生發問，引導學生進一步理解駐波形成的原理。還可以讓學生自主選擇室內照明實驗的房間，引導學生通過所測量的實際照度數據分析室內照明設計的優缺點。

建筑物理實驗可以把理論和實踐結合起來，使學生更加深刻、更加透徹地理解和掌握建筑物理知識，實驗還可以分析現有建筑環境的不足之處，學生還可以通過專業知識提出改進措施，提高學生分析問題、解決問題的能力。

此外，還可以結合大學生創新訓練項目和其他相關科研項目，進一步挖掘學生學習的主動性和潛力。

4.3 教學過程中，注重前后知識的貫通

在教學過程中，有意地選擇一些三個篇章都會涉及到的一些材料或構造，從而達到前后知識貫通的目的。如許多保溫材料同時也是吸聲材料，選擇軟木或加氣混凝土類保溫材料，在講授其保溫原理時，側重不貫通的空氣在其中的作用，為講授其吸聲原理時留下伏筆。如窗洞口的作用，將其隔熱、采光、通風、隔聲作用在第一次遇到時都提及并簡單介紹，并在每一篇章涉及其某一特性時有側重地講授，到最后一次再提及時做總結，從而達到對這一構造整體理解的目的。

5 結語

建筑物理課程在建筑學專業中的地位非常重要，它關系到學生將來作為建筑設計師或城市規劃師設計出來的作品或規劃出來的城市布局，是否能達到讓廣大人民群眾滿意的效果。怎樣才能搞好建筑物理的課堂教學和實驗教學，任重而道遠。

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On teaching methods of physics courses for architecture with integration of practice and theories★

Zhang Yi Zheng Lijun Zhao Lizhi

(SchoolofDynamicsandArchitecture,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China)

The paper indicates the properties, contents and teaching aims of physics courses of architecture, analyzes some problems in the teaching process from the features of the courses which are highly theoretic, practical and comprehensive, and points out respective strategies, so as to promote the teaching quality of the courses.

physics courses of architecture, practical teaching, theoretic knowledge, architectural design

1009-6825(2016)31-0235-03

2016-03-07 ★：《建筑物理》課程建設項目(項目編號：k150603)

張 毅(1977- )，女，副教授； 鄭利軍(1973- )，男，副教授； 趙立志(1969- )，女，教授

G642.0

A