新工科視域下“建筑物理”課程的教學改革研究

黃嵐，嚴敏嘉，宋妮欣，譚思蓉

[摘 要] 探討在新工科建設背景下的建筑物理課程教學改革。總體思路圍繞“三全育人”的要求，面向培養全面發展的“復合型人才”，提升學生的綜合能力。并根據國家發展戰略目標，以“綠色建筑設計能力”培養為導向，以“項目化教學”為切入點，以“素質拓展”為依托，充分考慮“建筑物理”課程與多學科課程的交叉融合點，以信息化手段創新教學模式，以學生為中心改革教學方法。教學改革的優化方式，可為“建筑物理”課程教學改革提供新的思路。

[關鍵詞] 新工科;建筑物理;教學改革

[基金項目] 2020年度廣西民族大學校級高等教育教學改革工程立項項目“‘新工科’視閾下建筑物理課程教學改革研究與實踐”（2020XJGY38）

[作者簡介] 黃 嵐（1988—），女（壯族），廣西百色人，建筑學碩士，廣西民族大學建筑工程學院講師，主要從事建筑技術科學研究;嚴敏嘉（1991—），女，湖北宜昌人，土木工程博士，廣西民族大學建筑工程學院講師（通信作者），主要從事建筑技術科學研究;宋妮欣（1989—），女，陜西西安人，建筑學碩士，廣西民族大學建筑工程學院教師，工程師，主要從事建筑技術科學研究。

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）07-0105-04 [收稿日期] 2021-10-22

引言

“建筑物理”是建筑學專業的一門基礎課，是綜合性很強的課程，是將物理學中的熱工學、光學和聲學的理論與技術應用到建筑設計中形成的一門建筑技術類課程。其教學目標是使學生認識到建筑物理環境對人們身心舒適性的影響，以及建筑節能技術對環境保護的重要作用，學會在建筑設計中應用相關技術實現建筑節能，提高建筑內外環境的舒適度[1]。

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，新工科是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國現代工程教育改革。新工科的建設包括兩個方面內涵，一方面是建設發展新興工科專業;另一方面是將現有工科專業改革創新，探索符合發展特征的新人才培養模式，即針對傳統的、現有的工科專業，面向產業未來發展需要，通過信息化、智能化或其他學科的滲透而轉型、改造和升級完成的。

“建筑物理”理論知識是構建適宜人居環境、發展綠色建筑的基礎，在我國新發展理念和碳中和、碳達峰目標的指導下，目前建筑行業正向著智能化、信息化、節能環保、綠色生態發展。因此，結合新工科建設要求對其進行轉型、改造和升級，對我國建筑行業高質量發展、培養新時代建筑行業復合型人才都具有重要意義。

一、“建筑物理”課程教學存在的問題

1.教學模式單一。傳統教學模式主要以課堂教師程式化的講授為主，單向灌輸造成學生被動學習。而“建筑物理”的理論知識深奧難懂，公式計算復雜，易導致學生對其缺乏學習興趣。此外傳統“建筑物理”課程教學往往只注重理論概念、公式的講解，而忽略了實際工程思維灌輸和實踐應用能力的培養，導致理論知識和實際工程應用脫節，進而讓學生陷入了只會理論計算而不會實際應用的境地。

2.教學資源滯后。在科學技術日新月異的背景下，新型建筑材料、建筑技術發展迅猛，而教材內容陳舊，缺乏及時更新。滯后的教學資源加上學生無法掌握建筑行業新技術，一定程度上影響了應用型人才的培養。如何利用現代信息技術，使教學內容緊跟新規范、新材料、新工藝、新技術的發展動態，是“建筑物理”課程升級改造的重要內容之一。

3.教學內容封閉。建筑學教學往往比較重視空間組織與美學形式的訓練，相對輕視建筑技術的培養，導致傳統“建筑物理”課程與建筑設計課程間存在隔閡，“建筑物理”教學與建筑設計教學脫節，表現為學生在進行建筑設計創作中缺乏主動運用建筑技術的能力，缺乏綠色節能意識，缺乏對建筑室內外人體舒適度的考慮等。此外，“建筑物理”課程的教學一般由專業背景為建筑技術科學的教師擔任，由于“建筑物理”課程任課教師不是從建筑設計角度看待課程教學，缺乏與設計的融合意識，在教學實施過程中往往只注重把建筑物理理論、公式計算、實驗方法講授完成，與建筑設計主干課程沒有滲透，更沒有融合，使得教學內容封閉單一，因而“建筑物理”課程往往得不到學生的足夠重視。

4.德育元素欠缺。傳統的“建筑物理”課程教學往往只注重理論知識的講授，而忽視學生的思想政治教育，導致學生對建筑學專業的認知只限于知識體系、工作范疇，對職業道德規范認識欠缺，并沒有形成建筑專業社會責任感，這些都將對學生后續的發展產生不利的影響。

二、教學改革探索與嘗試

筆者認為，新工科背景下的“建筑物理”教學改革總體思路應圍繞“三全育人”的要求，面向培養全面發展的復合型人才，提升學生的綜合能力。根據國家的戰略目標，結合新發展理念，“建筑物理”課程的教學改革應以“綠色建筑設計能力”培養為導向，以“項目化教學”為切入點，以“素質拓展”為依托，充分考慮“建筑物理”課程與多學科課程的交叉融合點，整合優化教學內容，以信息化教學為手段創新教學模式，以學生為中心革新教學方法。筆者根據新工科的內涵和建設要求，對“建筑物理”課程的改革嘗試主要從以下幾個方面進行。

（一）教學內容重構——多學科交叉融合

1.“建筑物理”課程與建筑設計課程交叉融合。建筑學專業的教學核心是建筑設計，隨著建筑行業逐步向著綠色節能發展，這就要求學生學會將建筑物理學知識應用到建筑設計創作中。然而目前“建筑物理”課程教學普遍注重理論知識滿堂灌輸，與建筑設計課程存在分離隔閡的現象，教師在課堂中注重理論概念與量化計算的教學，卻沒有將建筑物理在建筑設計中是如何應用教授給學生，導致學生在建筑設計中缺乏綠色節能概念，與實際脫節[1]。

這就需要改革傳統“建筑物理”課程教學理念和教學方式，將“建筑物理”與建筑設計課程交叉融合，實現理論與實踐結合，由知識傳授為主轉向以能力培養為主，從建筑物理基本分析能力培養，轉向建筑物理綜合應用能力培養。在建筑學專業學生的本科學習階段，“建筑物理”是與綠色建筑設計最密切和最直接相關的基礎課程，可布置綠色建筑設計任務，使學生系統地、深入地理解“建筑物理”的各知識點，并能主動運用于建筑設計中，從技術的角度營造建筑的舒適性、可持續性。

如結合“建筑設計”課程中的教學樓設計任務，可先帶學生到相應場地參觀體驗，測量分析教學樓的聲光熱環境，隨后進行設計任務，以綠色建筑為標準，在設計中應用相關建筑物理理論知識，如教室開窗面積與燈光布置對閱讀的影響、報告廳聲環境的營造、教學樓建筑墻體保溫措施等。通過這樣的實例現場教學、實際項目的設計任務多方面的訓練，使學生能夠將理論聯系實際，真正做到將知識傳授轉向以能力培養。

2.“建筑物理”課程與材料學科交叉融合。“建筑物理”課程與材料學科有密切關系，建筑物理實驗測試結果是建筑聲、光、熱環境的數據表達，同時能夠與材料學科相關聯，例如熱工學實驗項目——建筑圍護結構傳熱系數的測量，就是對材料性能的測試實驗。在綠色建筑設計中，建筑材料的選擇對物理性能分析至關重要，因此，可將材料學科與建筑物理交叉融合，對材料性能熟悉可更準確地選擇合適的建筑材料。材料學科的發展會推進建筑技術的發展，實現耗能更低的綠色建筑。

3.“建筑物理”課程與環境保護學科交叉融合。建筑物理研究建筑聲學、光學、熱工學，其研究的最終目標是實現建筑的節能環保。建筑物理理論研究、實驗和性能分析都與建筑所處的氣候環境密切相關。氣候環境是建筑性能分析的基礎，而建筑能耗情況會影響城市氣候環境，因此，將建筑物理與環境保護交叉融合，學生在做建筑設計時可從環境保護這一更高層面對建筑技術進行合理選擇。

4.“建筑物理”課程與醫學學科交叉融合。“建筑物理”是一門與日常生活密切相關的學科課程，是從生理、心理的角度，分析人們對房屋建筑內外環境的舒適度和精神要求，并將科學的工程技術手段應用在建筑設計中，為人們創造適宜的物理環境的學科。良好的建筑物理環境對人體身心健康至關重要，因此，學生掌握身心健康影響因素和要求，有利于更好地進行以人為本的建筑創作設計。

（二）教學模式重構——采用混合式教學模式

新工科背景下的“建筑物理”課程教學可采用混合式教學模式，混合式教學不應當只是線下面授教學與線上網絡教學的混合，而是混合多種新技術、多種教學環境、多種教學方法、多種教學資源和多種教學評價的教學模式，而不僅僅是將傳統“建筑物理”課程搬到線上教學。

線上線下相結合的混合式教學模式，可以充分發揮學生的主體地位。課前可以給學生布置自主學習任務，對于簡單的“建筑物理”理論知識點，學生可利用網絡在線開放課程完成自學，完成課前任務。面授課堂中，教師主要進行答疑解惑、復雜公式計算講解，以及“建筑物理”理論在建筑設計中的實踐應用講解。面授課堂中還可以利用微課、視頻、動畫、BIM等信息化技術輔助講授，以活躍課堂氣氛，幫助學生更易于理解。

（三）教學手段重構——融合學科前沿技術

隨著BIM信息化技術在建筑工程中的應用越來越廣泛，建筑行業對于專業人才的BIM技術水平要求也持續提高，但目前掌握BIM技術的專業人才還很缺乏，因此，各高校也將建筑信息人才的培養提上了日程。目前，高校BIM教學主要有兩種方式：一是開設專門課程，比如BIM原理、BIM建模等;二是將BIM技術融入傳統課程，比如建筑數字技術、建筑構造、建筑設計等。但目前將BIM技術融入“建筑物理”課程教學的研究與實踐較少。

建筑物理性能分析是BIM技術的重要應用之一，建筑物理性能分析的最大特點就是通過BIM技術建立建筑信息模型，以模型為基礎，通過計算機技術的應用，開展性能分析。建筑信息模型不單只是一個三維模型，其核心在于“信息”，包括材質物理參數、熱學參數等，這是進行建筑物理分析的數據基礎。因此可將BIM技術融入“建筑物理”教學中，布置基于BIM技術的綠色建筑設計任務，不僅使學生在傳統課程中學到行業新技術，也有助于學生理解枯燥的理論知識。

（四）教學方法重構——以項目引導教學

新工科背景下的“建筑物理”課程教學，應強調以學生為中心，關注學生的學習方式和學習內容，把學生真正置于工程教育活動的中心，因此，可采用項目教學法進行教學。

“建筑物理”的教學目標在于將物理知識應用于建筑設計，將綠色建筑理念融入“建筑物理”教學，可布置“基于BIM技術的綠色建筑設計”“建筑的物理性能研究分析”“老舊小區建筑綠色改造”等任務，任務充分考慮到建筑聲學、采光和熱工學三大部分教學內容與建筑設計各個環節的容易滲透和結合，讓學生面臨一個需要立即去解決的現實問題。以此對學生進行項目化訓練，任務的解決促使學生更主動、更廣泛地搜集資料和開展團隊討論，去理解、分析并解決問題，既鞏固了“建筑物理”課程的理論知識，又為建筑設計創作提供了有關技術支持，學習從建筑技術角度解決建筑設計問題的方法。這是技術知識與設計實踐相結合的重要途徑，更是培養學生創新思維，從而實現學以致用的目的。

（五）教學背景重構——融入思想政治教育

結合“三全育人”的要求，在“建筑物理”課程中以相關思想政治教育元素為背景，在教學過程中培養學生政治素養、人文素養、職業素養，領悟科技創新服務于民生工程的道理。在將建筑熱工學時，節能建筑的案例選取我國具有代表性的傳統及現代建筑為案例，使學生了解中國歷史建筑的瑰寶價值及現代建造技術的巨大進步，深挖我國建筑物理技術所蘊含的科技創新，讓學生深刻理解我國科學技術進步，從專業發展角度增強學生的“四個自信”，激發學生熱愛祖國、熱愛專業，增強責任擔當、創新意識。

此外，以“全面推進鄉村振興”為背景，設計鄉村綠色建筑設計、鄉村聲景觀保護研究、鄉村傳統建筑物理性能分析等項目任務，讓學生從自己的家鄉入手，發現當地建筑形式與當地氣候和自然環境之間的關系，從建筑物理的角度了解家鄉建筑特色和適宜性設計技術，并應用與家鄉建筑設計創作，這樣不但使學生更深刻認識建筑物理與建筑設計的聯系，還有助于培養學生將所學到的適宜性設計技術應用到家鄉建設中，引導學生更好地了解鄉村、研究鄉村、熱愛鄉村、建設鄉村，助力鄉村振興。

（六）考核評價方式重構——以復合型人才為考核依據

圍繞立德樹人、“三全育人”的要求，新工科背景下的人才培養目標應是專業知識和綜合能力同時具備的復合型人才。

課程考核是促進學生學習、激發學習動力、促進學生進步和鼓勵學生創新的手段。而傳統“建筑物理”課程考核成績一般由實驗成績和期末閉卷考試成績兩部分組成，這種考核方式雖然可以反映出學生對理論概念、公式的掌握程度，但容易造成學生死記硬背的情況，難以訓練和考查學生將所學知識綜合應用于建筑設計的能力。

新工科背景下的“建筑物理”課程可采用多元化的考核方式，即過程性評價與結果性評價相結合、理論與實踐相結合的方法。期末考試試題中可加入一定數量的開放式題目，比如闡述碳中和、碳達峰目標下的城市建筑節能思路，以促進學生在建筑設計中有所思考。過程性考核的內容除了實驗操作外，還可設置基于BIM技術的綠色建筑設計實踐項目、建筑物理環境調研任務、廳堂音質設計等實踐性活動。此外，根據復合型人才的培養目標，過程性考核評價指標不僅僅是專業知識掌握程度，還包括對學生思想品德素養、創新思維能力、多學科綜合知識運用能力、現代信息化技術使用能力等的綜合考核。

結語

在建筑行業日新月異的發展進程中，培養全面發展的建筑復合型人才，提升學生的綜合能力具有重要意義。“建筑物理”課程作為建筑學專業重要的基礎課程，根據新工科建設要求進行優化是培養建筑復合型人才的必然舉措。將“建筑物理”課程與多學科交叉融合，尤其是與建筑設計類課程融合，以實際設計項目引導教學;以信息化手段創新教學模式，以學生為中心革新教學方法，在教學中融入建筑行業新技術;融入思想政治教育，結合國家發展戰略目標，以綠色建筑設計能力培養為導向，這些教學改革措施都將有助于學生思想品德素養、創新思維能力、多學科綜合知識運用能力、現代信息化技術使用能力的培養。本次教學改革的優化方式，可為“建筑物理”課程教學改革提供新的思路。

參考文獻

[1]李娟.建筑物理教學中引入綠色建筑理念的思考[J].廊坊師范學院學報（自然科學版），2015（6）：123-124.

Research on Teaching Reform of Architectural Physics in the Perspective of Emerging

Engineering Education

HUANG Lan1， YAN Min-jia1，2， SONG Ni-xin1， TAN Si-rong1，2

（1. School of Civil Engineering and Architecture， Guangxi University for Nationalities， Nanning， Guangxi 530006， China; 2. School of Civil and Architecture， Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070， China）

Abstract： This paper discusses the teaching reform of Architectural Physics under the background of Emerging Engineering Education construction. The general idea focuses on the requirements of “three complete educations”， faces the cultivation of “compound talents” with all-round development， and improves students’ comprehensive ability. According to the national development strategic objectives， we take the cultivation of “green building design ability” as the guidance， and “project-based teaching” as the starting point， rely on “quality development”， fully consider the intersection and integration point of Architectural Physics， innovate the teaching mode by means of information technology， and reform the teaching methods. The optimized way of teaching reform can provide new ideas for the teaching reform of Architectural physics.

Key words： Emerging Engineering Education; Architectural Physics; teaching reform