對建筑熱工學課程教學改革的思考

摘 ?要：本文通過對比國內外建筑熱工學的教育現狀、教學內容、授課方式等方面，結合內蒙古工業大學建筑學院建筑熱工學的教學現狀和教學基礎，提出了問題導入、理論講解、任務設定、實踐和熱環境設計為主線的教學方法，以提高教學質量;建議結合前沿技術與研究進行教學，使得理論知識與社會發展需求相對應，避免教學與行業發展脫節。一方面，建筑熱工學與實際工程聯系密切，理論性也相對較強，因此在教學中加入實踐實驗，充實理論的講解十分必要。另一方面，本研究考慮到建筑熱工學課程的綜合性和課程之間的關聯性，將知識點梳理得更加系統化，以期獲得更好的教學成果。

關鍵詞：建筑熱工學;教學方法;教學模式

中圖分類號：G642 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2021）09-0086-03

一、概述

近幾年來，我國高等教育逐步重視基礎教學，提倡多學科、多領域的交互，注重學科理論與實踐的結合，重視大學生創新精神與實踐能力的培養。而建筑熱工學作為高校建筑學專業本科必修課程，是一門工程技術類課程，其理論與實踐結合極為緊密。建筑熱工學課程的開設旨在使學生了解建筑熱工學基礎知識與技術，了解建筑熱工學在建筑設計與實際工程中的應用，為學生在建筑設計與工程項目中建筑熱工學的應用與研究打下堅實基礎 [1]。

對比國內外建筑熱工學的教學現狀可以發現，建筑熱工學的教學在不斷完善的過程中，已成為建筑學教學體系中的重要組成部分。然而，隨著建筑材料與技術的不斷革新，國內相關教材的內容更新相對比較滯后，學生自學外文文獻也有一定的困難。因此，為了在教學過程中讓學生及時了解建筑熱工學的國內外研究現狀與前沿技術的發展，節約外文文獻的轉譯時間、節約課時成本，在教學過程中適當引入國內外前沿教材與文獻是十分必要的，這也是建筑熱工學課程教學改革的必然選擇。

本文以內蒙古工業大學建筑學院建筑熱工學課程為例，分析目前建筑熱工學國內外課程的教學現狀，結合現代綠色建筑發展需求，討論建筑熱工學課程改革方法 [2]，以提高建筑熱工學課程教學效果、提升學生學習興趣、擴展學生視野、加強建筑熱工學在建筑設計中的應用為目的，提出可行的課程教學改革方案。

二、國內外建筑熱工學教育研究

在國外高校的建筑學專業教學中，非常重視對建筑師熱工學知識的培養，建筑室內外熱環境及建筑能耗的研究起步較早，通過早期的研究，目前已經建立了較為完善的全年逐時模擬計算分析系統，并且在進行熱工設計策略的同時也逐步重視對室內熱環境舒適度的評價與研究。隨著近年來國外綠色建筑設計理論的發展和進步，室內熱環境舒適度評價也越來越多地被納入整個建筑節能系統中進行研究和應用。基于此，國外高校的建筑熱工學教育也針對這些主題和技術更新設置中高級的課程，開設課程的時間比較靈活，可根據實踐環節進行調整，并且在理論學習的同時也注重理論研究在實踐環節中的應用。

在我國高校的建筑學專業教學中，建筑熱工學知識的講授主要以教材為主，結合實際案例分析與實踐課程設計開展建筑熱工學課程較少，開設學時一般在24—32學時不等，開課方式方面，有些學校采取建筑熱工學單獨開課，有些學校則將建筑熱工學作為建筑物理課程的一部分進行授課 [2]，上課時間集中，利用短時間集中授課的方式以講解建筑熱工學理論知識?？己朔绞皆诮Y合實踐與設計方面還存在一定的不足，并且教學方式、理論教材與考查方式都較為單一，因此學生在完成理論知識的學習后并不能將知識應用到建筑設計課程和實踐中，理論知識與課程實踐等教學環節無法銜接。學生學習興趣不高，也直接導致建筑熱工學教學在長時間內沒有新的教學方法的探索和突破。因此，將建筑熱工學結合我國綠色建筑發展理念，引導學生從熱工學角度進行綠色建筑和低能耗設計，可以作為該課程教學改革的一大方向。

三、建筑熱工學課程教學現狀

建筑熱工學課程是我國高校建筑學專業基礎課程之一，在教材選擇方面，多數高校主要以劉加平主編的《建筑物理》與柳孝圖主編的《建筑物理》教材中的建筑熱工學部分為主 [3]，依據這兩本書的內容，從建筑物室內外熱濕作用對建筑圍護結構和室內熱環境的影響等方面 [4]，主要闡述室內熱環境、傳熱基本知識、建筑保溫、防熱、日照與遮陽等內容，向學生講授建筑熱工學以及建筑室內外熱環境的基本知識 [5]。下圖1為建筑熱工學室內熱環境部分課程的講解設計圖。

建筑熱工學課程有較多的建筑材料和案例可以參考，能產生較直觀的主觀感受，并且在熱工學測算方面有豐富的模擬軟件可以提供客觀的參數數據，現有的熱工學軟件模擬也可以準確地模擬出室內的熱環境的指標和參數，其豐富的主觀評價手段及客觀測算方法在一定程度上有助于學生對建筑熱工學知識的理解。但建筑熱工學課程中也涉及復雜的建筑熱工的公式計算與主觀評價方法，相關軟件模擬也要求學生對基礎參數有一定了解和敏感度，短時間內的聽課與記憶很難讓學生對建筑熱工學基礎參數的變化有相應的理解，理論知識無法和建筑設計課程與實踐環節較好地銜接，這就導致建筑熱工學課程與主干設計課程聯系不緊密，進而不能充分發揮建筑熱工學在設計實踐中應有的作用，也使建筑熱工學課程的考查方式不能與主干設計課程結合。

對比國內外建筑熱工學的發展可以發現，國外建筑熱工學研究起步較早，現階段其對建筑熱工學的教學已經能夠較好地結合建筑節能等技術的研究 [6]，這也是近年來國內建筑熱工學研究的發展趨勢，但國內的教材卻很少有這部分的內容，教材中還是以基礎的理論講解為主，并且更新速度很慢，對技術部分的講解難以滿足建筑熱工學的發展需要，進而造成所學知識與技術發展、社會需求的不對等。而且，國際前沿技術相關的文獻短時期內沒有官方的譯制版本，學生私下學習也會對外文教材與教材的理解有不可預知的偏差。因此課程適當引入國內外前沿技術文獻，有利于學生準確了解先進的材料與熱工技術，為今后建筑設計中創新性的應用與研究提供支撐。

四、建筑熱工學課程教學方法研究

針對以上課程設計實踐環節薄弱以及前沿技術文獻學習困難的問題，內蒙古工業大學建筑學院建筑熱工學課程主要通過以下幾個方面進行課程改革。

（一）教材建設

學校在教材方面，更改了原來使用單一教材的方式，啟用了一本核心、多本參考的教材系統，旨在使學生了解更多國內外前沿技術的發展和研究，了解實際項目中建筑熱工學在建筑設計中的應用，解決學生熱工知識與課程設計脫節，理論知識與社會需求不對等問題。教材的使用過程，主要是在多媒體教學的備課過程和講課的過程中融合多個教材以及各方面科研成果的內容。其中，教學核心教材《建筑物理》主要用于掌握建筑熱工學的核心內容，參考教材主要用于知識的補充延伸和前沿材料與技術的了解。課程以國內《建筑物理》（四校合編）為核心，參考教材包括《照明工程學報》《建筑節能》《建筑科學》《低溫建筑技術》，Low-energy building design，Construction and Building Materials，Energy and buildings。除此之外，學校還可以讓學生自主選擇感興趣的建筑熱工學研究方向進行課上以及課后的學習，并鼓勵學生以核心教材與參考教材為主結合檢索文獻進行階段性的課程匯報與交流 [7]。

（二）授課方式

在授課方式上，學校通過以下幾個方面對課程的講授方式進行改革。

1. 教學方法手段與過程

內蒙古工業大學建筑學院結合建筑熱工學的教學現狀和教學基礎，運用問題導入、理論講解、任務設定、實踐和熱環境設計為主線的教學方法 [2]，通過對建筑熱工學課程進行交叉式、復合化的教學改革，發揮“線上+線下”式教學模式的資源優勢，充分調動學生在建筑熱工學課程中的學習積極主動性與自主探索性，在提升學生專業技能的同時也更注重學生全方位學習能力的培養，形成網絡與實際資源綜合利用的教學方法，“課上+課下”持續學習的學習風氣。

2. 增強案例分析與建筑設計環節

建筑熱工學有較強的主觀體驗性，通過案例分析，可以幫助學生增進對建筑熱工學基礎知識作用于建筑的理解，并且可以通過案例分析完成對建筑熱環境的主觀評價，相較于直接講解建筑熱工學基礎知識，案例分析可以將書本的內容結合實際案例進行講解，讓學生更容易理解，同時也可以為后續建筑設計環節提供支撐。

目前，該校的建筑熱工學課程沒有相應的建筑設計環節，建筑熱工學基礎知識與實驗環節與建筑設計結合不緊密，致使學生學習的建筑熱工學知識不能很好地應用于建筑設計當中 [8]。因此在基礎知識學習與實踐環節之后，教師要主動引導學生將所學熱工學知識用于建筑設計，同時將課程設計專題結合現代綠色建筑發展理念，以個人或小組合作的形式，讓學生完成對課程專題設計方案的室內外熱環境的初步設計，完成由理論到實踐轉化的過程，幫助學生真正完成一個建筑熱工學單元的學習。

3. 實現多元化教學模式的應用

在教學過程中，教師應根據不同的課程教學內容，選擇適當的教學方法。比較常見的可用教學方法有啟發式教學、分層教學法、多媒體工具輔助教學、實驗教學法。具體來講，啟發式教學法是指在教學中，教師結合具體的教學目標和教學內容，以激發學生主觀上的自主思維為目標，通過具體問題的引導和啟發為學生創造一個自主思考的空間，在這個過程中，為了提高教學流程推進的生動性，教師可適當融入相應建筑設計實例，讓學生依托具體管理對建筑工學的相關原理進行理解，有了實際的案例依托，學生對所學內容的印象也會更加深刻。而對分層教學法的應用而言，需要關注的重點在于不同學生的基礎學習能力和理解能力。從本質上來講，建筑熱工學課程的內容隨著教學流程的推進，在客觀難度上也是比較高的，在這種情況下，不同的學生之間就有可能存在知識掌握程度和理解程度上的差異，教師需要通過分層教學方法的實施，為不同學習層次的學生制定階段性的學習目標，并且適當結合實際，轉變對不同學生的教育引導方式，從而滿足不同學生對于這門課程的主觀學習要求。對多媒體輔助教學方法的應用來說，相關研究結果顯示，與建筑熱工學課程具匹配性的多媒體教學工具為CFD軟件，此軟件可以實現對部分實驗數據的模擬呈現，有了更加具象的模擬呈現效果，后續進一步設計結果的預測在準確度上就能夠得到更好地保障。

另外，基于現階段計算機網絡信息技術的普及和應用，線上與線下結合的教學方式也成為多媒體工具應用的一種新方式，可以打破客觀的課堂教學環境的束縛，教師還可以結合實際，按照線上線下的模式差異分配具體的課程教學內容，例如，教師可在線上完成課程教學延伸階段的答疑解惑工作，并且進一步建立師生交流的網絡平臺，提高教學工作的延續性。比較常見的在線教育平臺研究結果為熱工學模擬仿真演示系統。

最后，對實驗教學法而言，其主要特點是通過具體的模擬實驗讓學生對于建筑熱工學的作用發揮原理有更加直觀全面的認識和了解。這就需要學校方面重視實驗基地的建設，并為優化實驗基地的環境條件不斷引入新的資金與資源。只有教師結合實際運用好上述的多元化教學方法，熱工學課程教學的工作開展才能取得更為切實的實際效果。

（三）教學目標

高校應通過該課程，讓大部分學生掌握建筑熱工學基本理論知識與實踐設計手法，并能夠結合綠色建筑、低能耗建筑等理念，將其應用在相應的案例分析與建筑設計中;開拓學生的國際視野，將行業內前沿、實時的技術與科研動態通過課堂讓學生有一定的了解;提升學生團隊合作能力，部分小組形成穩定團隊，在相關設計競賽中持續組隊;有效提高學生對建筑熱工學學習興趣，培養更多學生在課后進行深入學習和研究。

五、結語

營造舒適的建筑熱環境是建筑師進行建筑設計時必須重視的目標之一，因此，高校應結合教育的個人需求以及社會需求兩方面，提升建筑熱工學教學品質與成效，開闊學生專業眼光。豐富的案例分析、實踐課程與熱環境設計環節能夠使學生加深對建筑熱工學知識的理解，為建筑設計以及理論研究提供一個全新的視角和方法，能夠為培養建筑學專業人才貢獻力量。這要求教師在組織和計劃教學活動之初就要充分考慮到教學內容理論與實踐的銜接與創新性培養，要用嚴謹的課程設計邏輯與合理的教學手段，激發、培養學生對建筑熱工學課程的興趣。同時，高校應在建筑熱工學教學過程中，使學生真正了解我國現階段行業發展情況，使學生有較強的綠色理念和可持續的設計思維，在今后的建筑設計中能夠較好地進行相應應用與研究，使建筑熱工學的教學取得一定的突破和良好的成效。

參考文獻：

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[8] 夏如杰，徐紅梅，相里梅琴. BOPPPS教學模式在高職熱工基礎課程教學中的構建與探索[J]. 職業教育（中旬刊），2019，18（11）：63-65.

（責任編輯：鄒宇銘）