風景園林學專業城市環境物理課程教學改革初探★

陳光 馬源 江海燕

(廣東工業大學建筑與城市規劃學院，廣東 廣州 510910)

1 課程概況

城市環境物理是利用物理學的一些基本原理，分析城市環境內部各要素的運動變化規律和存在形態，闡述如何利用規劃設計手段改善日益惡化的城市熱濕環境、光環境、聲環境、風環境和大氣環境等[1]。城市環境物理研究的問題可幫助園林規劃設計提升環境品質[2]，這促使風景園林專業的科研和教學中越來越重視城市環境物理。結合該課程的幾年教學，梳理教學中存在的問題，依據培養定位和教學目標，對教學內容、教學方式、課外知識、考核評價等對課程進行初步改革，著力培養學生優化城市物理環境的設計能力，適應新時期城市發展的需求。

2 課程教學現狀與問題

2.1 教學內容

教學內容需有待優化。城市物理環境課程包含三方面的主要內容：基礎知識、實驗方法和數值模擬技術。目前授課以理論基礎知識講授為主，重點講述城市熱濕環境、聲環境、光環境、風環境、大氣環境的基礎理論和公式，缺乏科學實驗和數值模擬技術的教學內容。數值模擬技術的內容可以輔助學生優化設計方案[3]，如鋪裝類型的選擇對場地熱環境的優化輔助，場地布局對場地風環境、聲環境的優化輔助等。教學內容的不完整直接帶來兩個影響：1)風景園林學生數理知識相對薄弱，枯燥的理論知識學習降低了學生的學習興趣。2)實驗方法和模擬技術的缺失，使學生無法從該課程獲取對方案設計的直接幫助，更加不重視該課程。難以達到教學目標。

2.2 師資、教學資源配置不夠

2.3 教學模式和方法不符合專業特點

城市環境物理的理論內容為物理學、傳熱學、氣象學、流體力學、環境科學等知識，學科多、跨度大，且都為邏輯理性的科學思維。風景園林專業思維重點是培養形象思維和感性思維。該課程授課教師多數都是暖通空調、物理學、建筑技術等專業背景，更加側重理論科學思維的授課模式和方法，偏重公式推導和計算，導致學生學習興趣低，難以達到滿意的教學效果。

3 教學改革的初步實踐

3.1 明確教學目標,適應專業特點

明確課程的培養目標，即向學生傳授設計城市物理環境的知識和方法，培養學生將城市環境物理結合到風景園林規劃和設計中的能力，使學生在設計中能創造出良好的城市環境。具體來說，對本科學生來說能夠達到：1)能夠在方案設計階段有意識的應用城市物理環境知識；2)能夠正確的選擇和應用相對應的模擬技術和解讀模擬結果；3)對于有專業模擬人員介入的項目，能夠理解專業人員的技術報告并且順暢溝通。

3.2 整合教學內容，引入數值模擬技術

課程內容結合課程教學目標設置。首先，明確課程應包含三大部分的教學板塊：理論知識、現場實驗、數值模擬技術[4]。改變以往單純的理論知識授課而缺乏現場實驗和模擬技術的教學內容，先理論、再實驗驗證與創新、后模擬技術應用。

將總課時36學時的課程設置為24課時的理論與12課時的實驗，其中24課時的理論課程包含了基礎概念和數值模擬技術。包含熱工學、光學、聲學、大氣科學等比較常用且簡單易學的數值模擬分析軟件，如Phoenics，Ecotect，ENVImet，DUTE等熱環境分析軟件，Ecotect，Radiance等光環境分析軟件等。模擬技術學習與同學期進行的風景園林規劃與設計課程相結合，要求學生應用模擬技術為方案設計提供基于物理環境的方法和技術上的支持。

3.3 采用“案例+專題”教學方式

作為一門技術性課程,要求學生以科學思維方式接受技術知識,這與風景園林設計的創造性思維方式是不同的。結合教學目標和學生特點，發現采用“專題+案例”的教學方式，更符合風景園林學生的特點。

根據風景園林設計要素與城市物理環境的相關性，將課程分解為12個專題，主要內容包括：

1)城市環境物理與風景園林的關系。

2)城市熱環境及人體熱舒適。

官963-21井位于王官屯油田官962－17斷塊，為三開定向井，完鉆層位為孔店組。井深為2227m，最大井斜 28.89度，垂深2071m，φ444.5mm×30m+φ339.7mm×30m+φ311.1mm ×556m+φ244.5mm×555.483m+φ215.9mm×2227m。沙一井段1796～1938m，含有灰白色生物灰巖；沙三井段1938～2106m，含有灰黑色玄武巖，雷特堵漏施工前鉆井液密度：1.52g·cm-3。

3)城市濕環境與園林規劃設計。

4)城市熱島與景觀規劃設計。

5)住區熱環境與景觀規劃設計。

6)植物設計與熱環境關系。

7)生態鋪裝與熱環境關系。

8)海綿城市理論與應用。

9)城市風環境。

10)城市光環境。

11)城市聲環境。

12)城市大氣環境。

不同的專題在組織教學時，采用設計實例分析，提取理論知識模型，應用模擬技術優化設計的遞進式教學流程。例如在住區熱環境與景觀規劃設計專題中，講述室外花架、涼亭、屋面等設計中如何與當地氣候結合的遮陽設計教學，選擇實際的屋頂遮陽案例考察，提取成理論知識的模型，進而優化設計，見圖1。

3.4 “課題+實驗”的自主探究實驗

以前課程實驗多為簡單的驗證性實驗，嚴重制約了學生的創新和學習積極性[5]。引導學生開展探究性實驗，可培養學生的創新和動手能力。城市環境物理的實驗內容創新空間較大，光學、聲學、熱學，鋪裝構造、遮陽等都可為目標進行探究性實驗。例如某小組以校園建筑空間組合為題開展探究實驗，通過實驗測試和主觀問卷完成對課題的探究性試驗，依據實驗結果提出改善校園物理環境的設計方案。這種“課題+實驗”的實驗教學為學生通過腳踏實地的實驗工作、結合理論知識開展科學研究進行了啟蒙，將結果轉化為設計，提升了設計科學性的同時大大提高了學習的積極性。

在興趣的基礎上，進一步孵化大學生創新項目和設計競賽。2018年，課程內課題實驗的基礎上，某小組同學對城中村物理環境產生濃厚興趣，開展實驗研究。確定研究內容，制定實驗方案，開展實地測試實驗，基于實驗結果數據分析，揭示城中村物理環境的現狀并提出改善策略和設計方案，基于此立項大學生創新創業訓練計劃項目《廣州城中村物理環境測試與優化研究》。通過探究性實驗的開展，使學生認識到課程的有趣性和實用性，提升了學生的創新探索能力。

3.5 “報告+設計”的考核評價方式

以往的課程考核方式為20%平時成績+80%期末考試成績，存在輕過程、重期末考核的問題。嘗試建立以評價學生應用能力的新評價方法，新的評價方法以探究實驗的實驗報告和方案設計中物理環境專題設計圖紙為考試方式。新的評價方法最終成績由平時成績(20%)、探究性實驗成績(40%)及專題設計(40%)三部分組成，專題設計指模擬技術與課程設計結合的應用，如依據物理環境模擬結果，分別在種植、鋪裝、遮陽等方面給出的策略和設計指引。這種考核方式引導學生盡早參與科研和實踐，培養了創新能力，提升了應用的能力，實現了以“設計和研究能力提升”為導向的課程考核。

4 結語

結合當前提倡健康高品質城市環境的背景，風景園林設計實現可持續化、生態化，城市環境物理課程的學習是很必要的。通過教學的反思與初步的改革，不僅逐步提升了學生基于物理環境品質提升的輔助方案設計的能力和優化城市物理環境的研究創新能力，也為風景園林學科理論課程實現“以設計與研究雙能力提升為導向”的多元化改革與實踐提供了借鑒。