新工科教育背景下建筑物理课程教学改革探讨

王晓亮 麦贤敏 毛 刚

（西南民族大学建筑学院，四川 成都 610225）

0 引言

为适应新工业革命的时代需求，教育部推出的新工科计划已经在工程教育领域引起广泛关注[1]。 新工科不仅针对新兴产业的重构，也体现在对传统行业的革新，其核心是培养新的多元化、创造性的卓越科技人才。 从建设路线看，新工科教育需要重新构建工科教育新结构、更新工程人才培养新模式，创造工程教育新生态[2]。

建筑学作为一门古老而传统的工程学科，长期的教育教学实践形成了相对固定的教学模式。 然而，随着建筑工业4.0、装配式建筑、智能制造等新型产业的兴起，改变了传统的建筑设计和生产方式，出现了多学科的相互交叉融合，对建筑类专业人才的培养提出了更高的要求[3]。 传统的教学模式已难以满足新工业建设对于人才培养的要求，亟需探索适应时代发展的建筑类课程教育教学模式。

本文基于新工科教育的时代背景，以笔者长期从事教学的建筑物理课程为例，试图从教学理念、知识结构体系和教学方法等方面，分析现阶段建筑物理课程的教学现状和存在的问题，并提出适应新工科建设的教学改革措施，以期为建筑类理论课程的教学改革提供参考。

1 建筑物理课程简介

建筑物理是建筑学专业必不可少的专业基础课，该课程主要内容分为建筑热工学、建筑光学和建筑声学三大篇章[4]。 建筑物理课程的教学目标是使学生掌握建筑热环境、光环境和声环境的基本理论知识和技能，并能够在建筑设计和实践中灵活应用这些理论知识，从而提升建筑的物理环境性能，营造良好的建筑品质[5]。

2 建筑物理课程教学现状及问题

2.1 教学理念陈旧

传统的建筑物理课程教学大多采用 “填鸭式”的知识灌输模式，这种模式虽然能够让学生快速了解并掌握某一方面的知识和技能，但所学的知识之间相对独立，学生很难建立起对事物的全方位宏观认识[6]。 如建筑热工学、 光学和声学按不同的章节独立授课，学生对这3 部内容的认识相对零散，很难对建筑物理环境形成整体的认识和理解。

2.2 知识结构相互关联度低

建筑物理作为一门建筑类专业基础课，其基本原理和方法理应贯穿于建筑设计的实践当中。 然而，现阶段的教学现状表明， 建筑物理课程由于理论性强、公式计算多、课程内容枯燥等原因，在实际教学中缺乏与建筑设计课程之间的联系，学生往往将其看作一门独立的课程来对待，从而使理论课教学与设计课脱节，最终导致建筑物理课程中所学的诸多理论知识很难在建筑设计过程中得到应用。

2.3 教学过程中学生参与度差

现阶段建筑物理的教学主要依赖于课堂讲授、PPT 演示和实验相结合的方式开展。 教学过程强调以教师为中心，学生在教学过程中通常以被动接受知识为主，独立思考和自由探索的时间较少。 同时，建筑物理课程因其具有理论逻辑性强、公式推导多、内容繁杂等特点， 使得学生在学习过程中存在畏难情绪，积极性不高，课堂参与度差，使教学环节难以达到预期的效果。 另外，实验课程基本以验证性和演示性实验为主，不利于培养学生的动手能力、实践探索意识和创新能力。

3 建筑物理课程改革措施

3.1 夯实基础

改变传统的“填鸭式”教学方式，引入翻转课堂和以问题为导向相结合的教学方式。 建筑物理课程涉及热工学、光学和声学等基础知识和基本技能，采用翻转课堂的方式对学生的学习过程进行重构。 所谓的翻转课堂即教师上课前提前将知识点细分，并制作成微视频，供学生在课前进行学习；课堂上通过师生互动来完成对教学内容的深入理解和有效辅导。 同时，课前根据微课中所涉及的知识点，以问题为导向，设计难度适中的课程任务， 课堂上安排学生进行分组讨论，集中汇报和点评，引导学生整合并应用自己所学的基础知识，强化以学生为主体的深度参与式教学理念，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，增强团队合作意识。

3.2 强化能力

除了夯实基础外，在新工科的教育背景下，教学过程需要不断强化知识应用、问题分析和实践探索等方面的能力。

（1）在知识应用方面，将一些建筑节能技术和绿色建筑理念融入课堂分组讨论中。 如课程任务中设置特朗勃墙（Trombe Wall）这一种被动建筑技术，引导学生利用所学的理论知识分析其原理和技术措施。 同时，针对已建成的典型绿色建筑项目案例，开展分组讨论，通过理论知识和实际项目的对比，让学生体会理论和实践之间的转化应用过程，培养学生的知识应用能力。

（2）在问题分析方面，由于建筑物理环境分析计算涉及公式多、计算非常复杂，长期以来对建筑类学生的学习造成一定困难。 但随着建筑数字技术的不断发展，使得原本复杂的分析工作也可以变得较为容易[7]。例如，引入Ecotect 生态建筑设计软件、Radiance 建筑光环境分析软件、Ease 声学设计软件等， 对建筑模型的热环境、光环境、声环境等问题进行综合的技术分析，计算过程方便简单，结果准确直观，非常适合建筑类专业学生学习使用。

（3）在实践探索方面，传统的实验课程大多是演示性或验证性实验，限制了学生对建筑物理环境的自主学习和探索[8]。 在对实验课程进行改革时，增设了探索型实验。 以热工学实验为例，笔者结合自身的科研项目，安排了“太阳能中空复合窗热性能测定”实验，目的在于使学生掌握建筑热性能的测试原理和方法，并对实验结果进行科学分析。 这种探索型实验有利于学生通过实践平台进行自由探索，在一定程度上可为学生开展科学研究起到启蒙作用。

3.3 鼓励创新

新工科背景下，越来越呈现“跨学科”的发展趋势，学科之间的不断交叉融合，衍生出许多新兴的研究领域和方向。 作为建筑类学生，在夯实基础和强化能力的基础上，还应不断培养自己的创新型思维。 如作为民族高校，建筑类学生经常深入民族地区调研[9]，应鼓励学生充分认识当地建筑形态与气候之间的关系，应用所学知识和技能分析传统民族地区的建造智慧，分析并提炼其中的生态绿色理念，并逐步应用到建筑设计课程的实践过程中。

4 结语

结合当前新工科建设的教育背景，以建筑物理课程为例进行了新一轮的教学改革与思考，以“夯实基础、强化能力、鼓励创新”为目标，培养学生对物理环境问题的分析和研究能力。 这不仅解决了建筑物理课程教学过程中存在的问题，而且翻转课堂和以问题为导向相结合的教学模式可为同类理论课的多元化改革与实践提供借鉴。