建筑光学实验教学改革实践研究

范弘,郑秋玲,杨柯

(吉林建筑大学，吉林 长春 130118)

建筑光学实验教学改革实践研究

范弘,郑秋玲,杨柯

(吉林建筑大学，吉林 长春 130118)

本文针对当前实验教学中普遍存在的问题，着重从教学内容、教学管理、教学手段三个方面探讨了建筑光学综合性实验教改的基本路径，并针对进一步深化实验教学改革提出了一些建议。

建筑物理 建筑光学实验教学 改革实践

建筑光学是研究天然光和人工光在建筑中的合理利用并创造良好的光环境，以满足人们工作、生活、审美和保护视力等要求的应用学科，是建筑物理学的重要组成部分[1]。随着人们生活水平的提高，采光和照明不仅要满足建筑基本使用功能要求，而且在建筑装饰艺术上也发挥着重要的作用,能否达到预期设计的效果，可通过实验检测来验证。在此背景下，建筑光学实验测试逐渐被社会所重视，这为光学实验教学改革提供了良好的契机。

一、传统建筑光学实验教学存在的主要问题

建筑物理实验是建筑学专业技术教育的重要环节，是增强学生科学实验能力和逻辑思维能力的一个重要途径。其中建筑光学实验涵盖了自然采光和人工照明的测试内容，它是建筑物理所包含的热工、光学、声学实验中，唯一能用眼睛观察和感受到光照效果的实验。目前建筑光学实验教学和管理中还存在着如下一些问题。

(一)教学方法陈旧

以往的实验教学通常由教师介绍实验的目的、原理、测试内容和仪器的操作方法，实验过程中学生按照固定的实验步骤进行操作，测出的实验数据写在设计好的记录表格中，通过计算和分析得出简单的结论。这种实验模式，学生只是被动的接受实验方法，得出相对正确的实验结果，虽然通过实验验证了理论知识，但缺少独立思考的过程。学生不知道如何将实验结果运用到建筑设计中，最终导致做实验的积极性和主动性受挫，不利于大学生创新能力的培养。这是由于教师教的过于具体，学生学的十分被动所致。出现这种状况的根本原因在于，教师的教育教学理念没有得到彻底更新，更没有处理好教与学、师与生之间的基本关系。

(二)理论与实践脱节

传统的光学实验是在光学实验室的人工天穹内，使用照度计、亮度计对建筑模型进行采光测试。实验由实验教师全程掌控，在熟悉光学仪器、理解光学概念、规范操作步骤等方面对学生有一定帮助，但这种实验脱离了实际工程，缺少对建筑室内光照场景的亲身体验，实验结果千篇一律，理论与实践脱节，实用性较差，教学效果欠佳。纵观我国建筑业可以发现，实践技术人才严重短缺，而这一问题的原因就在于教育模式的“重道轻器、重艺轻技”[2]。

(三)实验教学管理相对滞后

实验室在正常完成实验教学任务的同时,也为大学生创业项目提供测试仪器和实验场地。但多数大学生对实验室的仪器设备、能开放的实验项目了解不足，无法开展自己感兴趣的设计性实验，实验资源没有得到充分利用。实验教师只是在授课过程中与学生互动，通过实验报告了解教学效果，课下与学生缺少沟通。

综上所述，传统的实验教学和管理模式已经跟不上当代建筑技术发展的步伐，不重视学生科研实验动手能力和独立解决问题能力的培养，不能满足对创新型人才培养的需求。实验教学改革的目的是让学生通过对实际工程的观察、体验、思考和研究，能主动将所学的建筑光学知识融入到建筑设计中，将光作为一种设计语言，创造出生动、宜人、舒适的室内环境。而采光和照明效果是需要身临其境进行体验的，因此，实验教学改革势在必行。

二、建筑光学实验教学改革实践

为推动我校实验教学改革，增加综合性、设计性、创新性实验项目比重，培养学生综合知识运用和自行设计实验的能力，提高实验教学水平，我们开展了“建筑采光和照明实测”教改实验项目，该项目经学校专家组评审并获批为综合性实验。综合性实验是以强化已学若干知识内容的综合系统、应用能力和综合分析、解决复杂实际问题的能力为目的[3]。该实验的特色是注重实践，带领学生走进实际工程，引导学生主动观察光源对周围环境的影响，测量建筑室内的光环境，检验实际的采光和照明效果是否达到相关规范要求和预期的设计要求，确定是否需要对光环境进行改进，从而促进理论与实践的紧密结合。

(一)建筑光学实验教学内容的革新

1. 课前预习，设计实验步骤。课前要求学生预习与实验相关的理论知识及实验指导书，根据测试要求查找规范，熟悉《建筑采光设计标准》《建筑照明设计标准》《采光测量方法》《照明测量方法》等相关规范内容，并写出实验预习报告，内容包括实验名称——测试地点及测试内容；实验目的——解决什么问题；实验仪器——了解其原理，掌握使用方法；实验步骤——了解实验过程，设计具体、可行的实验方案；绘制数据表格——根据测试内容事先绘制表格，以便测试时方便填写实验数据，完成实验。通过上述预习和实验步骤的设计，加深了学生对实验内容的理解，提高了实验效率，进而保证实验顺利进行。

2. 环境调研和现场实测。环境调研包括现场光照条件、照度均匀度评价、是否产生眩光以及房间各个界面的颜色、墙面的新旧程度、灯具的类型、功率、数量、安装位置、挂高和使用龄期等内容，通过观察写出现场调研报告。现场实测内容包括两大方面：首先，要绘制测试现场的平面图、剖面图，将测点及灯具位置、挂高标注在平面图、剖面图上；根据亮度计测试位置绘出房间的一点透视图，或拍摄一张同角度的现场照片，并在图上标注好测点的位置。其次，要掌握照度计、亮度计正确的操作方法，能按预先设计好的步骤有条理地测出各测点的亮度值和照度值，并详细记录实验过程中的每个细节。

3. 完成综合性实验报告。实验测试完成后，要在预习报告、调研报告的基础上进行数据整理，内容包括：根据测试数据计算采光系数，绘制典型剖面的采光系数曲线图；对实验结果进行分析和评价，对测试现场存在的光学缺陷提出切实可行的改进措施等。最后由每组组长介绍各自的实验预习报告、实验方案,汇报各组实验测试数据分析和结论,通过集体讨论的方式相互交流,使学生的知识运用、语言表达、归纳总结等能力得到锻炼和提高。这种实验报告突破了传统实验报告固有的格式，不仅包含了环境调研和亲身体验，还有实验数据、图表和对实验环境的分析、评价，在此基础上提出合理的解决方案，实验报告内容丰富多彩，而且这些实验成果在我校教学检查过程中得到专家们的肯定和好评(建筑光学实验教学革新示意图见图1)。

(二)建筑光学实验教学管理的革新

通过对实验教学改革的探索，参考国内其他院校的建筑物理教学改革经验，我们尝试建立了新的实验教学体系，并应用于实验教学中。

1.让学生参与到实验课程的设计与改革中。将有共同兴趣和特长的学生组建成团队，自选组长，设计实验方案并加以实施，通过团队协作提高学生的合作意识，在实验教师指导下，开展设计性、开放性、团队性的综合实验。要求学生预习实验指导书，在实验前选好测试地点、拟定实验题目、设计实验步骤，由实验教师审核、认定后进入实测阶段。所选实验题目要与建筑课程设计相关，例如：幼儿园、教室、图书馆、超市、医院、学生公寓、民用住宅等对照度和亮度有一定要求的建筑，进行采光和照明实测。因每组的测量题目各异，打破了以往实验教学内容千篇一律的状况，让学生脱离实验室人为控制的模拟实验条件，选择实际工程作为测试对象，测试内容同时可作为课程设计的前期调研。这种有难度、有挑战、有创新的实验，提高了学生体验、研究建筑光环境的兴趣。

图1 建筑光学实验教学革新示意图

2.开展建筑光学实验体验式教学。让学生走进实际建筑中，进行现场观察、体验、调研和检测，感受光在建筑空间最直观的视觉效果，使学生获得更为感性的认识，培养学生在建筑光学领域的专业修养。

3.建立高效的实验室网络管理模式。创建实验室独立网页，逐步实现网络实验预约和实验辅导，实现建筑物理实验室全面开放。把实验指导书、历年学生优秀的实验报告、教师进行的科研项目等内容放在网页上，供学生随时参阅；对学生提出的问题汇总后及时放在网上，以便同学参考学习。实验教师可以通过网络与学生随时沟通，在线辅导实验。在该网页上与国内外先进的建筑技术专业网站建立链接，便于师生及时了解国内外的先进理念、最新的科研成果，进而拓宽学习渠道(网站样式见图2)。

图2 建筑物理网站结构图

(三)建筑光学实验教学手段的革新

1.理论课与实验教学紧密结合。建筑物理传统的教学方式是理论课全部讲授完成后进入实验教学阶段，致使理论知识与实际应用脱节。由于理论与实验课时间间隔较长，使学生在进行实验时，对前面的理论知识有所淡忘，不利于实验的顺利进行。教学模式革新后，教研团队运用理论课与实验课交融的教学手段，在进行理论讲授的同时，加入实验环节，使学生在刚学到理论知识时就进行实验，以加深对理论知识的理解，同时使学生所学的理论知识得到巩固[4]。通过实验，学生掌握了光污染及照度、亮度的各项基本检测方法，学生科学实验的动手能力得到提高。

2.实验课程与数字技术相融合。我们尝试在实验教学中加入建筑光学常用的分析软件的内容，如RADIANCE 建筑光环境分析软件、DIALUX 灯光照明设计软件，从建筑光环境角度对室内功能进行综合技术分析。这种教学手段，不仅形象生动，而且简化了计算过程，结果更加准确直观。通过软件的学习和使用，学生学会了更实用、更快捷的设计方法，动手能力、综合能力得到锻炼和提高。

3.实验教学与教师科研项目相结合。传统教学中，本科生在课堂上学习理论知识和进行基础性实验，学生很难接触到更前沿的科研项目。经过改革，学生可以参与到部分科研的测试项目中。不过，实验课前要对学生进行光学知识的拓展培训，以了解科研课题研究内容和最新研究成果，增强其对科研的兴趣。同时，鼓励学生参加大学生创业项目及各项竞赛，让学生将所学的建筑光学知识应用到实际项目中，并从中认识到建筑光学发展的前景和重要性。

通过开展建筑光学综合性实验，使学生进一步了解到一个良好的光视觉环境应包括适当的照度水平、舒适的亮度对比、宜人的光色和避免出现眩光的干扰[5]，同时，能运用所学的建筑物理知识解决建筑光环境设计中存在的实际问题，加深了对课程相关概念、规律、理论的理解，熟悉了相关规范内容，对今后在建筑设计中能以人为本、适度考虑建筑技术因素、创造舒适的建筑物理环境打下了坚实基础。而且，学生普遍反映，希望今后能多参与这样的实验项目。

三、建筑光学实验教学改革的拓展

建筑光学实验的新一轮改革实践后，我们及时总结了经验，同时也对教改过程中出现的问题进行了深刻反思，对实验教学改革的进一步拓展提出如下建议：

(一)引导学生重视实验教学

在实验改革实施过程中，有些学生对实验的重要性认识不足。所以，在后续的实验教学改革过程，应着重提升学生对实验课程重要性的认识，以发挥其主观能动性。当然，要真正实现这一转变，最核心、最重要的是学生的兴趣和信心，是他们的自主性，是要以学生为本[6]。这就要求实验指导教师不断学习，更新知识结构，提高业务水平，重视教学的每个环节，包括方案把关、实验过程指导、实验结果验收等，以广博的知识和敬业精神来促动学生重视实验教学。

(二)完善实验教学体系

目前的实验教学体系有待进一步完善，在后续的实验改革中要注重实验课程的设置以及课程内容的选择。在选题时，既要考虑本科生的实际水平，又要体现建筑技术科学的发展，还要反映交叉学科、边缘学科和新兴学科的发展动态，进而有目的地把学生引入学科发展前沿，为创新做好理论和实践上的准备。根据建筑技术学科发展和社会需求的变化及时进行相应调整，以适应高层次专门人才培养的高、精、深要求及经济建设和社会发展的需求[7]。

此外，在保持基本课程体系完整的基础上，淘汰重复性和简单验证性实验项目。新的实验教学体系要符合如下原则：有利于体现以学生为主体的教育思想，有利于激发学生的求知欲、成功欲，有利于贯彻“实践—认识—再实践—再认识”的认识规律[8]。

(三)建立实验教学反馈制度

在前期实验中，对实验教学效果反馈工作有所忽视，故在后续实验中要加以重视。在实验教学完成后，不仅要对学生进行问卷调查，反馈实验教学效果，还要定期组织学生和教师进行座谈，探讨如何利用实验室现有资源为学生自主学习和创新性实验研究服务。并根据学生对实验效果满意度的反馈，了解教学中存在的问题，研究解决方案，及时调整实验教学内容和方式，以达到更好的教学效果。此外，教师应利用参加专业学术会议，加入专业QQ群、微信群等方式进行学术交流，拓宽学术视野，提高专业水平，进而提高实验教学质量。

(四)整合实验教学资源

目前实验教学资源相对短缺，在这种情况下，校内各院之间应加强实验资源整合，各实验室教师应加强交流合作。同时，在校园网上公开各类信息，让学生了解学校的实验资源，利用现有的仪器设备设计实验方案，提高实验仪器的利用效率。

(五)积极筹建建筑环境检测中心，拓展建筑物理实验内容

依托学校的教师和教学资源，积极申报、筹建建筑环境检测中心。在此基础上，利用学校提供的政府采购良机，购买先进的实验测试仪器，同时加强实验室人员培训，使其达到专业测试人员水平，从而提高建筑物理实验室服务于社会的能力。

此外，实验课选题要与实际工程检测相结合，以增强建筑物理实验的实用性。目前，各类工程项目均要求按照绿色建筑星级标准进行建筑设计，如《绿色建筑评价标准》《绿色办公建筑评价标准》《民用建筑绿色设计规范》，涉及日照分析、采光照明分析、噪声分析、住区热环境等，均以建筑物理实验为基础。为此，应以绿色建筑测试为课题，组织学生进行热工、光学、声学方面的综合检测，评价工程是否达到绿色建筑设计标准，这些工程实测项目将为建筑物理实验内容开拓崭新的天地。

总之，建筑光学实验教学改革，通过开展综合性实验，旨在培养学生独立分析问题、科研实践和动手能力，完善学生的知识结构，提高大学生的质疑判断能力、探索创新能力。实验教学既要面对时代的发展，消化和吸收现代教学与改革的经验，同时也要理论联系实际，探索适合我校特色的实验教学改革之路，这有助于构建科学合理的实验教学体系、推行高效有序的实验教学模式、优化资源配置，达到深化实验教学改革、提高人才培养质量的目的。

[1][5]刘加平，戴天兴.建筑物理实验[M].北京:中国建筑工业出版社，2006:82,136.

[2] 翟洋. 建筑物理实验教学的优化研究[J].辽宁工业大学学报(社会科学版)，2015(5)：127.

[3] 祁少明，田秋月，董海荣．重视建筑物理实验 提高建筑物理教学质量[A].第十届全国建筑物理学术会议论文集[C].广州:华南理工大学出版社，2008:634.

[4] 杨春雨，梁树英.建筑物理课程教学方法与教学手段的改革与实践[J].高等建筑教育，2016(1)：122.

[6] 李想.开心地学习 做“好玩”的研究——专访“钱学森力学班”首席教授郑泉水[J].水木清华，2012,(10).

[7] 展长虹，黄锰，陈琳.建筑技术科学研究生实验环节的教学思考[J].中国建筑教育，2015(10):64.

[8] 谢浩．论将学生主体作用贯穿到建筑物理实验教学中[J].高教研究与实践，2012(5):69.

(责任编辑：赵淑梅)

Practical Research on Teaching Reform of Architectural Optics Experiment

FAN Hong, ZHENG Qiuling, YANG Ke

(JilinUniversityofArchitecture,Changchun,Jilin130118,China)

Aiming at the current common problems in experiment teaching, this article discusses the basic route of building integrated optical experiment educational reform from three aspects of teaching content, teaching means, teaching management, and puts forward some suggestions for further deepening the reform of experimental teaching.

architectural physics; architectural optics experiment teaching; experimental reform

2016-07-15

吉林省教育科学“十二五”规划课题“以素质教育为导向的建筑物理实验教学模式研究”(项目编号：GH150374)、“具有地方院校特色的城乡规划设计人才培养——以居住区规划设计课程为例”(项目编号：GH150363 )。

范弘 ( 1968-)，女，吉林长春人，吉林建筑大学高级实验师；研究方向：建筑技术。

G642.0

A

1005-5843(2016)12-0089-05

10.13980/j.cnki.xdjykx.2016.12.018