对建筑热工学课程教学改革的思考

摘  要：本文通过对比国内外建筑热工学的教育现状、教学内容、授课方式等方面，结合内蒙古工业大学建筑学院建筑热工学的教学现状和教学基础，提出了问题导入、理论讲解、任务设定、实践和热环境设计为主线的教学方法，以提高教学质量;建议结合前沿技术与研究进行教学，使得理论知识与社会发展需求相对应，避免教学与行业发展脱节。一方面，建筑热工学与实际工程联系密切，理论性也相对较强，因此在教学中加入实践实验，充实理论的讲解十分必要。另一方面，本研究考虑到建筑热工学课程的综合性和课程之间的关联性，将知识点梳理得更加系统化，以期获得更好的教学成果。

关键词：建筑热工学;教学方法;教学模式

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）09-0086-03

一、概述

近几年来，我国高等教育逐步重视基础教学，提倡多学科、多领域的交互，注重学科理论与实践的结合，重视大学生创新精神与实践能力的培养。而建筑热工学作为高校建筑学专业本科必修课程，是一门工程技术类课程，其理论与实践结合极为紧密。建筑热工学课程的开设旨在使学生了解建筑热工学基础知识与技术，了解建筑热工学在建筑设计与实际工程中的应用，为学生在建筑设计与工程项目中建筑热工学的应用与研究打下坚实基础 [1]。

对比国内外建筑热工学的教学现状可以发现，建筑热工学的教学在不断完善的过程中，已成为建筑学教学体系中的重要组成部分。然而，随着建筑材料与技术的不断革新，国内相关教材的内容更新相对比较滞后，学生自学外文文献也有一定的困难。因此，为了在教学过程中让学生及时了解建筑热工学的国内外研究现状与前沿技术的发展，节约外文文献的转译时间、节约课时成本，在教学过程中适当引入国内外前沿教材与文献是十分必要的，这也是建筑热工学课程教学改革的必然选择。

本文以内蒙古工业大学建筑学院建筑热工学课程为例，分析目前建筑热工学国内外课程的教学现状，结合现代绿色建筑发展需求，讨论建筑热工学课程改革方法 [2]，以提高建筑热工学课程教学效果、提升学生学习兴趣、扩展学生视野、加强建筑热工学在建筑设计中的应用为目的，提出可行的课程教学改革方案。

二、国内外建筑热工学教育研究

在国外高校的建筑学专业教学中，非常重视对建筑师热工学知识的培养，建筑室内外热环境及建筑能耗的研究起步较早，通过早期的研究，目前已经建立了较为完善的全年逐时模拟计算分析系统，并且在进行热工设计策略的同时也逐步重视对室内热环境舒适度的评价与研究。随着近年来国外绿色建筑设计理论的发展和进步，室内热环境舒适度评价也越来越多地被纳入整个建筑节能系统中进行研究和应用。基于此，国外高校的建筑热工学教育也针对这些主题和技术更新设置中高级的课程，开设课程的时间比较灵活，可根据实践环节进行调整，并且在理论学习的同时也注重理论研究在实践环节中的应用。

在我国高校的建筑学专业教学中，建筑热工学知识的讲授主要以教材为主，结合实际案例分析与实践课程设计开展建筑热工学课程较少，开设学时一般在24—32学时不等，开课方式方面，有些学校采取建筑热工学单独开课，有些学校则将建筑热工学作为建筑物理课程的一部分进行授课 [2]，上课时间集中，利用短时间集中授课的方式以讲解建筑热工学理论知识。考核方式在结合实践与设计方面还存在一定的不足，并且教学方式、理论教材与考查方式都较为单一，因此学生在完成理论知识的学习后并不能将知识应用到建筑设计课程和实践中，理论知识与课程实践等教学环节无法衔接。学生学习兴趣不高，也直接导致建筑热工学教学在长时间内没有新的教学方法的探索和突破。因此，将建筑热工学结合我国绿色建筑发展理念，引导学生从热工学角度进行绿色建筑和低能耗设计，可以作为该课程教学改革的一大方向。

三、建筑热工学课程教学现状

建筑热工学课程是我国高校建筑学专业基础课程之一，在教材选择方面，多数高校主要以刘加平主编的《建筑物理》与柳孝图主编的《建筑物理》教材中的建筑热工学部分为主 [3]，依据这两本书的内容，从建筑物室内外热湿作用对建筑围护结构和室内热环境的影响等方面 [4]，主要阐述室内热环境、传热基本知识、建筑保温、防热、日照与遮阳等内容，向学生讲授建筑热工学以及建筑室内外热环境的基本知识 [5]。下图1为建筑热工学室内热环境部分课程的讲解设计图。

建筑热工学课程有较多的建筑材料和案例可以参考，能产生较直观的主观感受，并且在热工学测算方面有丰富的模拟软件可以提供客观的参数数据，现有的热工学软件模拟也可以准确地模拟出室内的热环境的指标和参数，其丰富的主观评价手段及客观测算方法在一定程度上有助于学生对建筑热工学知识的理解。但建筑热工学课程中也涉及复杂的建筑热工的公式计算与主观评价方法，相关软件模拟也要求学生对基础参数有一定了解和敏感度，短时间内的听课与记忆很难让学生对建筑热工学基础参数的变化有相应的理解，理论知识无法和建筑设计课程与实践环节较好地衔接，这就导致建筑热工学课程与主干設计课程联系不紧密，进而不能充分发挥建筑热工学在设计实践中应有的作用，也使建筑热工学课程的考查方式不能与主干设计课程结合。

对比国内外建筑热工学的发展可以发现，国外建筑热工学研究起步较早，现阶段其对建筑热工学的教学已经能够较好地结合建筑节能等技术的研究 [6]，这也是近年来国内建筑热工学研究的发展趋势，但国内的教材却很少有这部分的内容，教材中还是以基础的理论讲解为主，并且更新速度很慢，对技术部分的讲解难以满足建筑热工学的发展需要，进而造成所学知识与技术发展、社会需求的不对等。而且，国际前沿技术相关的文献短时期内没有官方的译制版本，学生私下学习也会对外文教材与教材的理解有不可预知的偏差。因此课程适当引入国内外前沿技术文献，有利于学生准确了解先进的材料与热工技术，为今后建筑设计中创新性的应用与研究提供支撑。

四、建筑热工学课程教学方法研究

针对以上课程设计实践环节薄弱以及前沿技术文献学习困难的问题，内蒙古工业大学建筑学院建筑热工学课程主要通过以下几个方面进行课程改革。

（一）教材建设

学校在教材方面，更改了原来使用单一教材的方式，启用了一本核心、多本参考的教材系统，旨在使学生了解更多国内外前沿技术的发展和研究，了解实际项目中建筑热工学在建筑设计中的应用，解决学生热工知识与课程设计脱节，理论知识与社会需求不对等问题。教材的使用过程，主要是在多媒体教学的备课过程和讲课的过程中融合多个教材以及各方面科研成果的内容。其中，教学核心教材《建筑物理》主要用于掌握建筑热工学的核心内容，参考教材主要用于知识的补充延伸和前沿材料与技术的了解。课程以国内《建筑物理》（四校合编）为核心，参考教材包括《照明工程学报》《建筑节能》《建筑科学》《低温建筑技术》，Low-energy building design，Construction and Building Materials，Energy and buildings。除此之外，学校还可以让学生自主选择感兴趣的建筑热工学研究方向进行课上以及课后的学习，并鼓励学生以核心教材与参考教材为主结合检索文献进行阶段性的课程汇报与交流 [7]。

（二）授课方式

在授课方式上，学校通过以下几个方面对课程的讲授方式进行改革。

1. 教学方法手段与过程

内蒙古工业大学建筑学院结合建筑热工学的教学现状和教学基础，运用问题导入、理论讲解、任务设定、实践和热环境设计为主线的教学方法 [2]，通过对建筑热工学课程进行交叉式、复合化的教学改革，发挥“线上+线下”式教学模式的资源优势，充分调动学生在建筑热工学课程中的学习积极主动性与自主探索性，在提升学生专业技能的同时也更注重学生全方位学习能力的培养，形成网络与实际资源综合利用的教学方法，“课上+课下”持续学习的学习风气。

2. 增强案例分析与建筑设计环节

建筑热工学有较强的主观体验性，通过案例分析，可以帮助学生增进对建筑热工学基础知识作用于建筑的理解，并且可以通过案例分析完成对建筑热环境的主观评价，相较于直接讲解建筑热工学基础知识，案例分析可以将书本的内容结合实际案例进行讲解，让学生更容易理解，同时也可以为后续建筑设计环节提供支撑。

目前，该校的建筑热工学课程没有相应的建筑设计环节，建筑热工学基础知识与实验环节与建筑设计结合不紧密，致使学生学习的建筑热工学知识不能很好地应用于建筑设计当中 [8]。因此在基础知识学习与实践环节之后，教师要主动引导学生将所学热工学知识用于建筑设计，同时将课程设计专题结合现代绿色建筑发展理念，以个人或小组合作的形式，让学生完成对课程专题设计方案的室内外热环境的初步设计，完成由理论到实践转化的过程，帮助学生真正完成一个建筑热工学单元的学习。

3. 实现多元化教学模式的应用

在教学过程中，教师应根据不同的课程教学内容，选择适当的教学方法。比较常见的可用教学方法有启发式教学、分层教学法、多媒体工具辅助教学、实验教学法。具体来讲，启发式教学法是指在教学中，教师结合具体的教学目标和教学内容，以激发学生主观上的自主思维为目标，通过具体问题的引导和启发为学生创造一个自主思考的空间，在这个过程中，为了提高教学流程推进的生动性，教师可适当融入相应建筑设计实例，让学生依托具体管理对建筑工学的相关原理进行理解，有了实际的案例依托，学生对所学内容的印象也会更加深刻。而对分层教学法的应用而言，需要关注的重点在于不同学生的基础学习能力和理解能力。从本质上来讲，建筑热工学课程的内容随着教学流程的推进，在客观难度上也是比较高的，在这种情况下，不同的学生之间就有可能存在知识掌握程度和理解程度上的差异，教师需要通过分层教学方法的实施，为不同学习层次的学生制定阶段性的学习目标，并且适当结合实际，转变对不同学生的教育引導方式，从而满足不同学生对于这门课程的主观学习要求。对多媒体辅助教学方法的应用来说，相关研究结果显示，与建筑热工学课程具匹配性的多媒体教学工具为CFD软件，此软件可以实现对部分实验数据的模拟呈现，有了更加具象的模拟呈现效果，后续进一步设计结果的预测在准确度上就能够得到更好地保障。

另外，基于现阶段计算机网络信息技术的普及和应用，线上与线下结合的教学方式也成为多媒体工具应用的一种新方式，可以打破客观的课堂教学环境的束缚，教师还可以结合实际，按照线上线下的模式差异分配具体的课程教学内容，例如，教师可在线上完成课程教学延伸阶段的答疑解惑工作，并且进一步建立师生交流的网络平台，提高教学工作的延续性。比较常见的在线教育平台研究结果为热工学模拟仿真演示系统。

最后，对实验教学法而言，其主要特点是通过具体的模拟实验让学生对于建筑热工学的作用发挥原理有更加直观全面的认识和了解。这就需要学校方面重视实验基地的建设，并为优化实验基地的环境条件不断引入新的资金与资源。只有教师结合实际运用好上述的多元化教学方法，热工学课程教学的工作开展才能取得更为切实的实际效果。

（三）教学目标

高校应通过该课程，让大部分学生掌握建筑热工学基本理论知识与实践设计手法，并能够结合绿色建筑、低能耗建筑等理念，将其应用在相应的案例分析与建筑设计中;开拓学生的国际视野，将行业内前沿、实时的技术与科研动态通过课堂让学生有一定的了解;提升学生团队合作能力，部分小组形成稳定团队，在相关设计竞赛中持续组队;有效提高学生对建筑热工学学习兴趣，培养更多学生在课后进行深入学习和研究。

五、结语

营造舒适的建筑热环境是建筑师进行建筑设计时必须重视的目标之一，因此，高校应结合教育的个人需求以及社会需求两方面，提升建筑热工学教学品质与成效，开阔学生专业眼光。丰富的案例分析、实践课程与热环境设计环节能够使学生加深对建筑热工学知识的理解，为建筑设计以及理论研究提供一个全新的视角和方法，能够为培养建筑学专业人才贡献力量。这要求教师在组织和计划教学活动之初就要充分考虑到教学内容理论与实践的衔接与创新性培养，要用严谨的课程设计逻辑与合理的教学手段，激发、培养学生对建筑热工学课程的兴趣。同时，高校应在建筑热工学教学过程中，使学生真正了解我国现阶段行业发展情况，使学生有较强的绿色理念和可持续的设计思维，在今后的建筑设计中能够较好地进行相应应用与研究，使建筑热工学的教学取得一定的突破和良好的成效。

参考文献：

[1] 张宇峰. 建筑热工学教学新方法初探[A]//中国建筑学会建筑物理分会. 城市化进程中的建筑与城市物理环境：第十届全国建筑物理学术会议论文集[C]. 中国建筑学会建筑物理分会：中国建筑学会建筑物理分会，2008：3.

[2] 苏晓明，郝占国. 对建筑声学课程教学改革的思考[J]. 安徽建筑，2015，22（01）：48-49.

[3] 孙峤. 建筑物理课程教学模式的改革与探索[J]. 高等建筑教育，2009，18（06）：63-65.

[4] 胡坤，宿显瑞，刘喜. 建筑热工学与绿色建筑探讨[J]. 河南建材，2012（03）：83-84.

[5] 刘加平，张继良. 建筑物理学科现状与发展趋势[J]. 商洛师范专科学校学报，2005（S1）：57-64.

[6] 谢元华，杨岱恩，韩进，由美雁，张世伟. 国内高校热工学课程教学改革进展分析[J]. 中国现代教育装备，2020（23）：80-82.

[7] 冯俊军，丁厚成，黄琪嵩，等. 新工科下热工学课程知识体系构建与教学应用[J]. 鸡西大学学报，2019，19（03）：9-12.

[8] 夏如杰，徐红梅，相里梅琴. BOPPPS教学模式在高职热工基础课程教学中的构建与探索[J]. 职业教育（中旬刊），2019，18（11）：63-65.

（责任编辑：邹宇铭）