建筑技术系列课程教学改革探索与研究——以绿色建筑教育为导向

文／王江丽 河南科技大学建筑学院建筑技术与建筑基础教研室 主 任 副教授

刘丰军 河南科技大学建筑学院 副院长 副教授

王燕飞 河南科技大学建筑学院 院 长 教 授

引言

2020 年9 月22 日， 习 近 平 主 席 在 第七十五届联合国大会一般性辩论上讲话时郑重承诺，中国将提高国家自主贡献力量，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。从那时开始到2021 年1 月，习主席7 次在重大国际场合就“中国力争于2030 年前CO2排放达到峰值”和“2060 年前实现碳中和”发表重要讲话。超低能耗建筑是实现碳中和的基础和必要条件[1]。

我国对绿色建筑最早的探索始于1997 年筹建的清华大学建筑设计研究院办公楼，其后经历了2003 年《绿色奥运建筑评估体系》研究，到2006 年全国推行《绿色建筑评价标准》，至今近零能耗建筑广泛推行。在短短的20 余年期间，绿色建筑经历了从最初的被动式设计到如今“被动优先、主动优化”的飞跃发展。绿色建筑设计不再单单是建筑师能够独立完成的工作，而是规划师、建筑师、结构师、机电工程师多专业相互配合的复杂工程。

然而，高校建筑学专业教学体系设置仍以设计课为主，贯穿五年的设计课意在培养学生处理形式与功能的关系，教学内容依据建筑规模、功能、交通流线等方面由简至难，着重训练学生空间组织及造型处理能力，而建筑的其他性能尤其是绿色建筑指标基本不涉及。与绿色建筑相关的理论课程仅有《建筑物理》，却与设计课完全脱离，最终导致一种相互矛盾的现象：高年级涉及绿色建筑的设计课或毕业设计，仍将处理功能与造型作为首要任务，对场地物理环境及气候条件的分析流于形式，将绿色性能模拟作为装饰品，对方案并无帮助。对于绿色建筑教育的探索，国内均处于初级阶段，发散性设计思维与严谨科学精神的培养，正如建筑中艺术性与技术性的矛盾一样，贯穿建筑教育始终。在校重点教改课题支持下，对建筑学专业建筑技术课程进行了改革，初步探索以绿色建筑为导向的建筑技术课程体系研究。

1 系列课程应达到的教学目的

建筑技术系列课程是针对二、三、四年级学生开设的课程，知识点分散，涉及的相关专业众多。为了增加课程间的系统性及连贯性，除了常规知识点的教授外，在绿色建筑主线上的知识点根据学生认知规律做了相关整合，制定了各门课程应达到的教学目的，使这七门课相互间具有较好的衔接。

绿色建筑课程的理论框架如图1 所示。

图1 生态可持续建筑理论框架图（图片来源：作者自绘）

2 以绿色建筑为导向的技术系列课程教学模式探索

课题组尝试探索从绿色建筑本质出发，在环境中分析建筑功能，充分利用环境及气候条件，通过构造实现对环境的利用，然后利用数值模拟软件定量分析建筑对可再生能源的利用率，并进行相应的双向互动调整，直至满足功能、形态及节能要求。

在碳中和的国际环境下，需深刻思考建筑的基本要求：功能、形式、经济及绿色之间的相互关系及制约，打破传统功能形式的教育理念；建立绿色建筑设计理论与方法；探索绿色建筑导向下的技术类课程的教学活动体系；培养绿色建筑设计综合能力。

（1）基础理论阶段强调基本知识掌握

低、中年级的技术课程如《建筑力学》《建筑物理》以基础理论为主，学习方法与设计课截然不同。我校建筑学培养方案遵行“一轴两翼”的教育理念，以设计课为轴心，美术课、技术课两翼并行发展。从低年级就纠正学生重视美术课、设计课，轻视技术课的态度；教学方法上延续高中的教学方法，以教师讲授为主，增加学生练习任务；教学内容以基本知识为主，适当补充数学计算内容。以培养学生严谨的科研态度及科研基础为主要教学目的。

（2）专业教育阶段强调对知识的整体把握

高年级的技术课程如《建筑结构》《建筑设备》强度对知识的整体把握。这些课程不是建筑学的主干课程，但是为专业交流、配合需求又要求学生学习这些课程。教学目标是抓大放小，强调对相关专业的认识、了解，对专业性强的知识点不过多讲解；教学方法采取理论教学、现场参观及抄绘图纸相结合的方法；教学内容以系统组成为主。

（3）实践拓展阶段强调对知识的灵活应用

实践拓展阶段以《生态与可持续建筑》课程为核心，改革后该课程内容包括理论讲授与设计辅导：理论讲授以专题讨论的形式展开，任课教师给出相关专题，并介绍相关背景知识，由学生自主学习，探索专题内容，最后通过课堂交流完成整个教学过程，旨在培养学生适应学科、与时俱进的特性和自主学习的能力；设计课强调建筑“绿色”性能是建筑基本属性，与“功能形式”同等重要，改变对其标签化、装饰性的认知。设计题目根植于豫西传统民居的扩建，引导学生分析本地传统民居对环境及气候的适应性。扩建应尊重传统，在方案阶段考虑环境物理参数及气候条件，培养其在设计肇始考虑“绿色”的意识，训练其对绿色建筑整体把控的能力，最终形成较高的绿色建筑专业素养。在教学工作步骤上，对应用课程体系中涉及到的知识点，建立和完善作业分步评价体系，采用定量评价循环优化设计过程，采用过程控制达到分步教学目的。

3 教学实践

为了实现培养“德才兼备、基础扎实、善于实践、勇于创新、社会责任感强”的应用研究型专业人才的建筑学专业培养目标，建筑学专业紧紧围绕“基础知识强化、创新思维培养和实践能力提升”三个主题，构建起“课程关联度强、知识覆盖面广、理论联系实际”的“一轴两翼四环节”的完善立体整合的课程体系。建筑技术课程体系作为其中重要的组成部分，重点探索以科学研究为主的培养模式，补充建筑学学生缺乏科研思维、理论基础薄弱等短板，努力培养出符合时代要求的建筑设计应用研究型专业人才。

3.1 基础理论阶段、专业教育阶段的教学实践

建筑技术课程教师多数为非建筑学专业出身，工科的线性思维和建筑学的发散思维相互矛盾，造成课堂教学学生积极性不高，教学效果较差。本次课程改革目的仍然是培养学生科学严谨性和科研思维，但是尊重建筑学科特点，将基础知识与专业知识相融合，采用绘图的作业形式，利于学生理解接受，提高学生自主学习积极性，取得了较好的教学效果。部分课程作业如图2、图3 所示。

图2 《建筑物理》作业展示（图片来源：学生作业）

图3 《建筑设备》作业展示（图片来源：学生作业）

3.2 实践拓展阶段教学实践

2021 年《生态与可持续建筑》的设计题目选取实际工程项目命题，是一个地坑院的扩建工程。项目基地位于河南省巩义市一村庄，业主原有三孔土窑，现欲部分留用，并在院落中加盖建筑，满足现代生活需求。作为背景材料，给出基地的总平面图、巩义市的气象参数。要求学生对洛阳附近的地坑院进行现场调研，分析该种传统民居形式的优缺点，加建改造后保留地坑院的优点、改善其缺点，形成符合现代生活需要的居住空间。

组织学生现场调研后，引导学生分析窑洞的优点：冬暖夏凉、节约土地；缺点：通风不力、缺乏采光。建立总体设计思路：新建建筑采用部分覆土形式，并通过设计手法改善留用窑洞的通风、采光问题。采用气候分析软件、风热环境模拟软件及理论计算，辅助设计形成既改善居住环境又节能节地的绿色建筑方案，如图4所示。

图4 《生态与可持续建筑》作业展示（图片来源：学生作业）

本次实践拓展教学探索实践的关键内容包括以下几点：

（1）培养科学研究思维

目前国内建筑学教学体系延续自欧洲建筑学体系，注重构成训练，着重训练学生空间、形式、造型能力，学生普遍没有科研思维。与欧洲建筑学科偏向艺术学科不同，国内仍将建筑学划为自然科学门类，学生就业后除了进行设计工作外，有可能从事科学研究，因此，训练科研思维有利于学生多方面发展。这一培养任务毋庸置疑的由技术类学科承担起来。

秉承“发现问题-分析问题-解决问题”的科研思维，带领学生分析窑洞通风不利、采光不足的缺点，分析保留窑洞和加建建筑空间联系、通风采光需求的矛盾，运用建筑设计手法解决相应问题。通过这一训练过程，让学生直观感受科研思维，加强思路的逻辑性，大幅度提高解决问题的能力，达到创新性人才培养目的。

（2）训练绿色建筑设计方法

本题目需要解决的主要难题有：①保留窑洞和加建建筑既要有方便的交通联系，又不能影响保留窑洞的采光通风；②促进保留窑洞和新建建筑的通风；③新建建筑冬季室内热环境较差。针对第一个问题，通过课堂讨论，得出解决方案：在窑洞和新建建筑之间加入过渡空间，可以是采光井、楼梯间、或者就是留有通道，顶部利用天窗满足窑洞的采光；针对第二个问题，在采用软件对基地日照、风环境进行模拟分析，发现由于基地周边土坡的围合，场地内风环境较差，同时由于窑洞和新建建筑均为单侧开口，建筑形式不利于风压通风，采用拔风筒、导风板等设计手法改善建筑内通风；针对第三个问题，对于新建建筑采用加保温板或者覆土的方式，改善室内热环境。

（3）强化建筑技术系列课程知识

设计过程中涉及前期技术课程学到的众多知识点，如：建筑通风、建筑日照、建筑采光、建筑保温、墙体构造、天窗构造、建筑结构选型等。在设计需求下重新拿起课本，变被动学习为主动学习。通过翻阅课本、查找资料、相互交流，在解决问题的同时，复习、深化了各个知识点。

经过本次改革，同学们反映无论是思维方式、设计方法和知识点的理解均得到了普遍提高，对教学改革非常满意。

结语

通过绿色建筑教育的视角，对原有建筑技术类课程体系和内容进行整合，明确了各门课程的教学重点及教学目标，增加了课程间的连贯性及系统性。主要目的是加强绿色建筑设计理念，将发散性设计思维与严谨科学精神结合起来，使建筑学专业毕业生不仅具有绿色建筑的理念和知识，而且具备绿色建筑的设计创新和实践能力，在毕业后成为实现我国早日达到碳排放峰值及碳中和目标的重要力量。

通过近3 年的教学实践发现，在现有的教学体系上，还存在需要完善和改进的空间，需要建筑技术教研室和建筑学系的同事们共同努力，将建筑技术课程与建筑设计课程相结合，让学生们在实际设计训练中理解绿色建筑设计方法。由于教师教育背景所限，对我们而言还是一个全新的尝试，需要教师间充分交流磨合，探索绿色建筑教育方法，从而实现建筑教育方法的转变，将绿色建筑贯穿于整个教学、科研、实践的全过程，以期建立更为完善的绿色建筑教育体系。