國家級實驗教學示范中心“三層次七系列”復合型實驗教學體系建構

梁樹英， 盧 峰， 黃海靜

(重慶大學 a. 博士后流動站； b. 建筑城規學院， 重慶 400045)

0 引 言

實驗教學是大學教學的一個重要組成部分，是提高學生對相關課程的知識實踐應用能力，以及獨立思考、自主創新能力的主要手段，對人才培養具有重要作用[1-4]。實驗教學示范中心建設的核心內容是加強實驗教學體系建設和深化實驗教學改革，建立既滿足大眾化教育，又適應學生個性化發展，有利于學生能力培養的多層次、開放式的實驗教學課程體系[5]。建筑學科大類的專業教育，具有明顯的過程性、驗證性、探究性、綜合性和創新性特征，所有設計課程對于學生而言，都是一次對其知識、素質、能力的挑戰，需要學生在草案、中期評圖、終期答辯等課程環節，綜合運用不同的實驗手段，來驗證其設計構想在空間、技術、功能、材料等方面的可行性，并根據實驗結果不斷修正自己的設計成果，以達到更加理想的效果[6-9]。因此，建筑學科大類的專業課程本身，就是一個不斷發現問題、分析問題和解決問題的實驗實踐過程和創新思維的孕育發展過程。

1 “三層次七系列”復合型實驗教學體系構建

經過多年的建設和實踐，建筑城規國家級實驗教學示范中心(以下簡稱“中心”)依托學校建筑學、城鄉規劃學和風景園林學3個一級學科在國內專業教育領域的領先優勢，持續建設和完善了具有國內先進水平的建筑物理實驗室、建筑模型實驗室、建筑構造技術實驗室、建筑CAD實驗室、GIS實驗室、虛擬現實及數字技術實驗室、風景園林綜合實驗室7個實驗平臺，并構建了的以創新人才培養為目標、以學生為中心、與專業教學高度融合的“三層次七系列”復合型實驗教學體系(見圖1)，不同層次、不同系列相互交叉、融合滲透，形成多元化的實驗內容[10]。其中，“三層次”是按照不同階段人才培養目標對學生知識、能力、素質發展的核心要求，將實驗課程分為基礎實驗、綜合實驗、創新實驗3個訓練層次，教學目的層次分明、循序漸進[11-12]，使學生完成從入學初期的被動接受知識到高年級的主動探索創新的學習過程轉變；“七系列”是依據建筑類學科各專業的教學特點和階段教學目標而建立的7個主要的實驗課程系列，包括建筑設計基礎、藝術與表達、風景園林、建筑技術、數字化技術、設計研究和設計實踐。目前，“三層次七系列”復合型實驗教學體系共開設實驗項目131項，其中，基礎實驗、綜合實驗、創新實驗分別占總實驗項目數量的41.2%、27.5%和31.3%(見表1)。

圖1 “三層次七系列”復合型實驗教學體系

表1 “三層次七系列” 復合型實驗教學體系實驗項目

2 “三層次”

2.1 基礎實驗層

基礎實驗主要是培養學生獨立動手和思考的能力，打好專業實驗的基礎[13]。在專業學習入門階段，為了引導學生盡快了解專業學習的主要知識結構、掌握專業學習的基本技能、激發學生的專業興趣和學習熱情、開拓學生的專業視野，中心按照不同專業特點和主干課程教學階段目標，通過直觀、參與性的實驗項目和教學過程，幫助學生初步形成完整的專業知識框架，為其下一步根據自己的學習興趣確定今后的學習重點打下基礎。如“建筑設計基礎(1)”所開設的“建筑抄繪”項目，是指導學生通過對小型建筑設計的圖紙抄繪和模型制作，初步了解建筑設計圖紙表達的規范要求和空間、功能、結構等基本專業常識；建筑構造實驗教學課程，通過建立材料與構造實物展示區，直觀展示不同材料、不同建筑部位的構造連接方式，使學生深入了解到許多通過書本難以充分表達的細節。風景園林專業的“園林植物基礎”和“形式認知與材料實驗”2門課程，依托校企合作平臺，共建園林工程課程實訓場地和園林植物校內實驗實訓場地，開展基礎認知及多種材料的形式設計實驗，幫助學生建立對植物及材料的直觀了解。

2.2 綜合實驗層

綜合實驗側重于強化專業操作技能，培養學生綜合運用所學知識和技術手段分析以及解決實際問題的能力[11]。在專業學習深入階段，專業課程與相關技術手段的結合更加緊密，與專業主干課程高度匹配、以專業技能和理念培養為核心的實驗課程是高質量專業教育的重要支撐；在此階段，通過多層次、針對專業技術特點的系列實驗課程與項目，逐步引導學生建立“發現問題、分析問題、解決問題”的工作方法。為此，根據教學目標在每個階段設置多方向、多題目的實驗課題組，推行STUDIO教學模式，實行實驗課題組與學生雙向選擇，使學生能根據自己的學習興趣與專業課程特點，自由選擇不同的研究方向和實驗手段。如“建筑環境控制”實驗課程中的建筑采光模型、照明模型及日照模擬等實驗項目，將建筑物理教學的基本知識要求與不同階段建筑設計課程中的基本問題相結合，使學生能針對具體設計問題靈活運用其所掌握的基本實驗技能去驗證、評價其設計的可行性，使學生能夠學以致用，舉一反三，形成較強的知識運用能力。

2.3 創新實驗層

創新實驗旨在培養學生探索精神和創新意識，激發學生創新思維和想象能力。建筑學科作為實踐型學科，需要各專業人才在職業生涯中不斷根據城市與建筑的發展變化，隨時更新自己的知識結構以迎接新的挑戰；因此，實踐與創新是培養高水平、復合型建筑學科專業人才的主要目標與途徑，通過接近實際情況的親身體驗和針對特定問題的探究性實驗教學過程，使學生逐步形成自身的創新理念和全面的專業素養，掌握自我知識更新的學習方法，為其未來進入社會和行業發展奠定堅實基礎。為此，創新層次的實驗課程涵蓋了從初步學習階段到畢業設計的整個專業學習過程，主要通過競爭性、參與性的實驗項目以及團隊工作的實驗組織形式，提升學生的綜合研究素養和團隊精神，為學生的知識創新提供廣闊的專業視野和多元化的研究思路。

創新實驗層主要涵蓋以下幾個方面：① 通過引導學生參加全國性創新設計競賽、以及與國內外建筑院校聯合教學等形式，使學生隨時了解和掌握行業與技術發展的前沿動向。如“城市流動售賣設施創新設計”是結合首屆國家大學生創新性實驗基金項目的實驗工作組教學課程，并在當年全國高等學校建筑學專業大學生設計作業評選中被評為優秀作業；② 通過設置“設計研究系列”“藝術表達系列”“設計實踐系列”等實驗教學模塊，將城市社會調查、古建筑測繪這類社會實踐性課題，以及陶藝、紙板建造等培養感性認知的參與性實驗課題，納入整個實驗教學體系之中，并面向非專業學生開放；③ 順應當前建筑學科的發展趨勢，以計算機虛擬仿真技術課程為新的突破口，構建整合實體模型、物理實驗和虛擬仿真分析模擬的綜合性試驗課程群，學生根據自己的課程設計建立數字化模型，通過虛擬仿真和計算機模擬，研究空間環境，完成數據分析及改進性設計，然后制作實物模型，再采用物理實驗手段進行真實效果測試，并得出研究結論。

3 “七系列”

7個實驗課程系列是以引導學生掌握核心專業知識為目標，以整個學習過程為背景，并在“基礎—綜合—創新”3個層次上形成的不同實驗項目。學生在專業設計課的設計過程中，根據設計階段的需要隨時利用實驗室開放共享平臺進行相應實驗研究，將不同實驗手段融合于設計的各個階段。

3.1 建筑設計基礎系列

建筑設計基礎實驗系列結合建筑初步教學，以培養學生對建筑的空間、構成、形式、材料等基礎認知為實驗教學目的。實驗教學內容包括建筑設計基礎(1—2)、建筑模型制作、紙板建造課程，主要由建筑模型實驗室和建筑構造技術實驗室承擔相應實驗課程。實驗教學手段主要以模型制作為主，包括平面構成、立體構成、紙板及竹材建構等各種形式、比例及材料的實踐訓練，培養學生的動手能力。建筑設計基礎實驗系列還依托“紙板建造季”等大型活動，有力地支撐了面向高中生的雛鷹計劃項目及暑期訓練營項目的開展。

3.2 藝術與表達系列

以培養學生的藝術知識、審美素養及表達技能為教學目標，藝術與表達實驗系列由繪畫(1—3)，美術實習(1—2)、建筑表現、規劃表現、景觀表達、陶藝、城市公共藝術等實驗課程組成，主要由建筑模型實驗室、風景園林綜合實驗室承擔相應實驗課程。藝術與表達實驗系列不僅作為建筑學、城鄉規劃、風景園林專業學生的藝術實習實踐課，還以陶藝制作及公共藝術類科研訓練項目等向全校學生開放，提高學生的參與度。

3.3 風景園林系列

為培養學生建立環境意識，掌握環境景觀設計原理和方法，設置風景園林實驗系列課程，包括園林植物基礎、園林植物配置、形式認識及材料試驗、傳統園林參觀與測繪、園林工程、園林景觀設計競賽等，主要由風景園林綜合實驗室承擔相應實驗課程。實驗教學手段既包括學校內實踐基地的植物配置、材料試驗，還設置校外園林案例的實地參觀、調研、測繪和記錄等實習環節，并通過園林工程設計及競賽課，掌握園林景觀工程設計的實踐要點和技術方法。

3.4 建筑技術系列

建筑技術系列強調技術的可行性與實踐性，不僅作為建筑構造設計、環境量化分析的技術支撐，而且以此為平臺，針對建造實做、環境生態分析、綠色建筑技術等開展了一系列的科研訓練及創新實踐項目，已獲得全國大學生設計競賽、優秀國創項目、國家專利等方面的豐富成果。建筑技術實驗課程包含兩大類：① 建筑構造類課程，如房屋建筑學課程設計、建筑技術與設計(建造實做)；主要結合專業課程的多項教學改革，培養學生在設計過程中合理運用實驗技術手段的能力；② 建筑物理類課程，如建筑物理(1、2、3)、建筑環境控制(1、2)、城市環境物理、建筑物理創新實驗。主要由建筑構造技術實驗室和建筑物理實驗室承擔相應實驗課程，既有針對本科生的演示、驗證類實驗教學，也有面向其他相關學院的基礎性教學；同時，結合研究生課題積極研發實驗裝置，拓展自主創新實驗。

3.5 數字化技術系列

數字化技術實驗系列充分利用現代信息技術和數字化技術，拓展建筑、規劃及景觀的高效、直觀及全方位的設計手段與表現方式，從而激發創新設計思維與創新方法的產生。數字化技術課程系列由計算機應用基礎(計算機繪圖)、計算機資格認證培訓、建筑與規劃數字技術(1、2)、建筑物理環境模擬評估實驗、BIM體系的工程實踐運用等實驗課程構成。由建筑CAD實驗室、GIS實驗室及虛擬現實及數字技術實驗室完成相應實驗課程。在實驗教學中充分開發和使用虛擬實驗技術，可以虛實結合、優勢互補[14]，實驗教學中心以虛擬城鎮規劃、建筑及環境等教學內容為核心，打造核心虛擬仿真教學實驗平臺、設計項目案例庫和數據庫共享平臺、多維度互動展示硬件設施平臺等三大實驗平臺。同時，中心進行 BIM 解決方案在建筑、工程和施工(AEC)行業的研究和應用，以獲得技術研究和實踐應用成果，還啟動了遠程教學實驗課程及相應設施建設，利用數字視頻網絡技術實現與國內外院校的遠程教學交流與互動，為拓展學生交流渠道、開闊學生國際交流視野建立開放平臺。

3.6 設計研究系列

設計研究教學系列采用傳統實測實驗手段與現代虛擬仿真模擬實驗相結合的方法，幫助學生直觀、系統地了解建筑與城市空間的歷史演變、生成機制和模式，是相關理論研究類課程的重要支撐。該系列課程包括兩類，① 校內設計研究類課程：場地與總圖設計、開放空間設計原理與方法；② 校外測繪調查類課程：調查古建筑測繪、城鄉社會綜合調查(1、2)，主要由建筑模型實驗室、虛擬現實及數字技術實驗室、GIS實驗室完成相應實驗課程。

3.7 設計實踐系列

建筑學科作為實踐應用型學科，設計過程是其專業實踐能力培養的核心環節；設計實踐系列以不同階段、不同類型的課程設計為主干，結合建筑模型、計算機模擬分析、數字化建模設計等多元化實驗教學手段，采用STUDIO教學模塊、校企聯合教學、國內外高校聯合教學、跨專業聯合設計等多種綜合性實踐教學模式，培養學生發現、分析、解決復雜工程問題以及整體思維和協同設計的綜合能力[15]。該系列主要課程由建筑學、城鄉規劃、風景園林3個專業的課程設計、畢業設計課程及企業實習實踐構成，7個實驗室均在不同課程、不同階段承擔相應的實驗課程教學和實驗驗證工作。此外，實驗教學中心還積極結合國家級實踐教育基地資源，通過信息共享平臺，開展BIM設計等探索性的設計實踐教學。

4 結 語

建筑城規國家級實驗教學示范中心根據各專業人才培養目標和未來專業教育的發展趨勢，針對學生在知識、素質、能力3個方面的發展需求，構建了涵蓋建筑學、城鄉規劃學、風景園林學3個一級學科專業教育的“三層次七系列”復合型實驗教學課程體系，不僅滿足了專業基礎教學對專業知識傳授的要求，而且為學生創新能力培養提供了開放性的拓展平臺，也為其他高校實驗教學體系的建設提供新的思路和借鑒。

實驗教學示范中心在一般實驗和實踐教學的基礎上，著力加強學科交叉和知識綜合運用。近5年來，中心面向全校建筑學、城鄉規劃、風景園林、土木工程類等10個專業開設各類基礎實驗及實踐課程共70門，每年接納約2 400名本科學生，實驗及實踐項目共24萬多人時，為學院國家級教學質量工程建設及本科教學評估提供有力支撐。學生多次在各類全國性和國際設計作業、專業競賽及創新實驗項目中獲獎，獲獎數量達184項，并有200余名學生參加了“國家創新實驗項目”和“SRTP科研訓練計劃項目”等不同級別的大學生創新基金項目的研究工作，總項目數達109項，獲獎21項。同時，通過不同層次的實驗、實踐項目和系列設計競賽，建筑學、城鄉規劃、風景園林、土木工程等各專業的學生綜合素質和創新能力得到了很大提高，對本專業及整個行業的發展前沿和趨勢有較深刻的了解，具有較強的發現、分析和解決問題的能力，在建筑新技術運用、跨專業項目協調與配合、設計過程和質量控制等方面，與國內其他高校相比具有較大優勢。