新工科教育背景下建筑物理課程教學改革探討

王曉亮 麥賢敏 毛 剛

（西南民族大學建筑學院，四川 成都 610225）

0 引言

為適應新工業革命的時代需求，教育部推出的新工科計劃已經在工程教育領域引起廣泛關注[1]。 新工科不僅針對新興產業的重構，也體現在對傳統行業的革新，其核心是培養新的多元化、創造性的卓越科技人才。 從建設路線看，新工科教育需要重新構建工科教育新結構、更新工程人才培養新模式，創造工程教育新生態[2]。

建筑學作為一門古老而傳統的工程學科，長期的教育教學實踐形成了相對固定的教學模式。 然而，隨著建筑工業4.0、裝配式建筑、智能制造等新型產業的興起，改變了傳統的建筑設計和生產方式，出現了多學科的相互交叉融合，對建筑類專業人才的培養提出了更高的要求[3]。 傳統的教學模式已難以滿足新工業建設對于人才培養的要求，亟需探索適應時代發展的建筑類課程教育教學模式。

本文基于新工科教育的時代背景，以筆者長期從事教學的建筑物理課程為例，試圖從教學理念、知識結構體系和教學方法等方面，分析現階段建筑物理課程的教學現狀和存在的問題，并提出適應新工科建設的教學改革措施，以期為建筑類理論課程的教學改革提供參考。

1 建筑物理課程簡介

建筑物理是建筑學專業必不可少的專業基礎課，該課程主要內容分為建筑熱工學、建筑光學和建筑聲學三大篇章[4]。 建筑物理課程的教學目標是使學生掌握建筑熱環境、光環境和聲環境的基本理論知識和技能，并能夠在建筑設計和實踐中靈活應用這些理論知識，從而提升建筑的物理環境性能，營造良好的建筑品質[5]。

2 建筑物理課程教學現狀及問題

2.1 教學理念陳舊

傳統的建筑物理課程教學大多采用 “填鴨式”的知識灌輸模式，這種模式雖然能夠讓學生快速了解并掌握某一方面的知識和技能，但所學的知識之間相對獨立，學生很難建立起對事物的全方位宏觀認識[6]。 如建筑熱工學、 光學和聲學按不同的章節獨立授課，學生對這3 部內容的認識相對零散，很難對建筑物理環境形成整體的認識和理解。

2.2 知識結構相互關聯度低

建筑物理作為一門建筑類專業基礎課，其基本原理和方法理應貫穿于建筑設計的實踐當中。 然而，現階段的教學現狀表明， 建筑物理課程由于理論性強、公式計算多、課程內容枯燥等原因，在實際教學中缺乏與建筑設計課程之間的聯系，學生往往將其看作一門獨立的課程來對待，從而使理論課教學與設計課脫節，最終導致建筑物理課程中所學的諸多理論知識很難在建筑設計過程中得到應用。

2.3 教學過程中學生參與度差

現階段建筑物理的教學主要依賴于課堂講授、PPT 演示和實驗相結合的方式開展。 教學過程強調以教師為中心，學生在教學過程中通常以被動接受知識為主，獨立思考和自由探索的時間較少。 同時，建筑物理課程因其具有理論邏輯性強、公式推導多、內容繁雜等特點， 使得學生在學習過程中存在畏難情緒，積極性不高，課堂參與度差，使教學環節難以達到預期的效果。 另外，實驗課程基本以驗證性和演示性實驗為主，不利于培養學生的動手能力、實踐探索意識和創新能力。

3 建筑物理課程改革措施

3.1 夯實基礎

改變傳統的“填鴨式”教學方式，引入翻轉課堂和以問題為導向相結合的教學方式。 建筑物理課程涉及熱工學、光學和聲學等基礎知識和基本技能，采用翻轉課堂的方式對學生的學習過程進行重構。 所謂的翻轉課堂即教師上課前提前將知識點細分，并制作成微視頻，供學生在課前進行學習；課堂上通過師生互動來完成對教學內容的深入理解和有效輔導。 同時，課前根據微課中所涉及的知識點，以問題為導向，設計難度適中的課程任務， 課堂上安排學生進行分組討論，集中匯報和點評，引導學生整合并應用自己所學的基礎知識，強化以學生為主體的深度參與式教學理念，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，增強團隊合作意識。

3.2 強化能力

除了夯實基礎外，在新工科的教育背景下，教學過程需要不斷強化知識應用、問題分析和實踐探索等方面的能力。

（1）在知識應用方面，將一些建筑節能技術和綠色建筑理念融入課堂分組討論中。 如課程任務中設置特朗勃墻（Trombe Wall）這一種被動建筑技術，引導學生利用所學的理論知識分析其原理和技術措施。 同時，針對已建成的典型綠色建筑項目案例，開展分組討論，通過理論知識和實際項目的對比，讓學生體會理論和實踐之間的轉化應用過程，培養學生的知識應用能力。

（2）在問題分析方面，由于建筑物理環境分析計算涉及公式多、計算非常復雜，長期以來對建筑類學生的學習造成一定困難。 但隨著建筑數字技術的不斷發展，使得原本復雜的分析工作也可以變得較為容易[7]。例如，引入Ecotect 生態建筑設計軟件、Radiance 建筑光環境分析軟件、Ease 聲學設計軟件等， 對建筑模型的熱環境、光環境、聲環境等問題進行綜合的技術分析，計算過程方便簡單，結果準確直觀，非常適合建筑類專業學生學習使用。

（3）在實踐探索方面，傳統的實驗課程大多是演示性或驗證性實驗，限制了學生對建筑物理環境的自主學習和探索[8]。 在對實驗課程進行改革時，增設了探索型實驗。 以熱工學實驗為例，筆者結合自身的科研項目，安排了“太陽能中空復合窗熱性能測定”實驗，目的在于使學生掌握建筑熱性能的測試原理和方法，并對實驗結果進行科學分析。 這種探索型實驗有利于學生通過實踐平臺進行自由探索，在一定程度上可為學生開展科學研究起到啟蒙作用。

3.3 鼓勵創新

新工科背景下，越來越呈現“跨學科”的發展趨勢，學科之間的不斷交叉融合，衍生出許多新興的研究領域和方向。 作為建筑類學生，在夯實基礎和強化能力的基礎上，還應不斷培養自己的創新型思維。 如作為民族高校，建筑類學生經常深入民族地區調研[9]，應鼓勵學生充分認識當地建筑形態與氣候之間的關系，應用所學知識和技能分析傳統民族地區的建造智慧，分析并提煉其中的生態綠色理念，并逐步應用到建筑設計課程的實踐過程中。

4 結語

結合當前新工科建設的教育背景，以建筑物理課程為例進行了新一輪的教學改革與思考，以“夯實基礎、強化能力、鼓勵創新”為目標，培養學生對物理環境問題的分析和研究能力。 這不僅解決了建筑物理課程教學過程中存在的問題，而且翻轉課堂和以問題為導向相結合的教學模式可為同類理論課的多元化改革與實踐提供借鑒。