建筑物理课程教学模式的探索和实践＊

胡 华,石 磊

(中南大学土木建筑学院,湖南长沙 410075)

建筑物理课程教学模式的探索和实践＊

胡 华,石 磊

(中南大学土木建筑学院,湖南长沙 410075)

为了配合面向建筑设计的建筑学教学体系的改革与探索,以培养具备综合素质的建筑设计师为目的,改变建筑物理课程仅关注于理论教学的传统模式,对建筑物理课程从教学体系和教学方式上进行改革,促进其与建筑设计课程的多向联系,提高学生对建筑物理环境的把握和设计能力。

建筑物理;建筑设计;教学体系;教学方式

随着城市化发展和人类居住环境的恶化,可持续发展概念已经深入社会各个领域。对于建筑学专业的本科教育来说,建筑物理所传授的知识,对于培养学生的可持续建筑设计能力具有非常重要的意义。以热、光、声等内容为主的建筑物理环境控制涉及的内容相当广泛,包括保温、隔热、通风、防潮、采光、照明、隔声、噪音控制、厅室音质设计等多方面,对这些内容的合理设计有助于创造舒适的室内居住环境、降低能源消耗、减少环境破坏,从而实现可持续建筑设计的目的。

目前,建筑物理环境设计内容,尤其是在生态建筑、绿色建筑设计领域,呈现出与建筑设计的理念和目标紧密结合的趋势。然而,我国高等院校建筑学专业的教学中,传统的建筑物理课程往往都是单独自成体系,教学内容和方式以理论和计算为主,很少结合建筑教授在建筑设计方面的应用。这样的教学体系,形成“高校的建筑学专业虽然开设建筑物理课程,但是学生学习过后并没有将其应用在建筑设计中,毕业后的学生以及后来成为中坚力量的建筑师真正能自觉地运用建筑物理知识的更是寥寥无几。”

如今,建筑界的发展趋势,让我们重新审视建筑学专业的本科建筑物理课程教育,思考其在建筑学中的作用是什么,能够教给学生什么,它的教授内容、教学方法是否恰当。带着这些问题,结合我校建筑学专业的评估和改革,建筑物理课程从教学体系、教学内容、教学方法等方面进行了一系列新的探索和实践。

一、纵横结合教学体系的建立

对于建筑学本科专业的学生,主要是培养其能自觉主动地将所学到的建筑物理知识运用到建筑设计之中,并且在将来的设计中,能够对建筑进行精致化、细节化设计,对于目前设计中需要解决的环境舒适、节能、环保等问题,能够根据所学的建筑物理知识进行综合运用,能够解决具体的问题,而不是仅仅停留在对建筑的形体、空间等大模块的处理上。

为了达到上述培养目的,在课程体系的设置上,一方面注重建筑物理课程自身内容的逐步深化和拓展,另一方面,注重建筑物理知识与其它课程尤其是建筑设计课程的关联性学习。将上述两个方面进行交叉与融合,形成了纵横交叉结合的建筑物理课程教学体系,共分为三个阶段,贯穿于整个本科学习过程。

(一)第一阶段:告知性和概念性

在第三个学期(二年级一期)设置建筑技术概论。该课程是一门涉及建筑设计领域诸多知识概念的、具科普扫盲性质的、专门针对低年级学生而开设的课程,建筑物理知识仅在其中占2-4课时,主要向学生讲述建筑物理环境知识的作用及其影响方面,告知并引导学生关注声、光、热等建筑物理环境方面的内容。

(二)第二阶段:基础性和理论性

这一阶段是建筑物课程理论教学的主要阶段,重点讲述建筑物理在声、光、热三方面的内容,并按照光、热、声的顺序进行,注重建筑物理课程与建筑设计课程之间的横向关联性(表1),注重与建筑构造、建筑材料、建筑设备等课程的先后承接关系。

(三)第三阶段:综合性和创造性

这一阶段主要是结合高年级的建筑课程设计、施工图设计和毕业班的毕业设计进行。在上述设计作业中,要求对相关建筑物理环境进行细致化设计,研究其与建筑功能布局、建筑空间组合、建筑构造等方面的关系,从而培养学生在建筑设计中自主运用建筑物理知识的能力,并且可以进一步培养其对物理环境进行优化设计的创造性设计能力。

例如在居住区规划与住宅设计课程中,要求学生从群体设计、建筑单体及平面设计、建筑构造设计等诸多方面考虑与建筑物理环境相关的内容:

群体设计——日照间距、群体通风、环境噪声;

建筑单体及平面——采光口、内部通风、保温、隔热、遮阳、内部噪声;

建筑构造——改善采光口、内部通风、保温、隔热、遮阳、内部噪声等的具体构造做法。

二、多元化教学方式的探索

建筑物理课程涉及大量的基本原理性知识,以往这部分知识的教学往往是采用纯物理阐述和推导的方式来进行教学,这对于长期接受形象化教育的建筑学学生来说,其过程往往深奥而难以理解,使他们提不起学习的兴趣,甚至认为这种纯粹的理论知识对于建筑设计无关紧要,由此造成建筑物理课程在建筑学教学体系中的被边缘化。

现在随着社会的发展,人类用于展示知识的方式已经变得多元化,因此,在建筑物理课程教学中我们也试图采用多种教学方式向学生传授知识,从而增强学生理解、掌握和运用相关知识的能力。

表1 建筑物理课程理论教学体系一览

(一)多媒体、案例型的理论教学

在基本理论知识的教学环节,均采用多媒体教学方式,大量使用图像、动画、影像等形象化工具作为媒介,深入浅出的讲解建筑物理方面比较抽象、难以理解的知识点。

对于建筑物理知识在建筑设计中的运用,均采用案例式教学方式,选择当前优秀的相关建筑设计案例,从建筑设计的整体角度阐述建筑物理知识是如何运用到建筑设计中去,是如何与建筑设计相结合进行的。案例式教学有助于解决以往教课书中仅仅针对单个知识点进行示范,使学生无法了解整个设计流程、以及设计关联性等问题的弊端。此外,通过大量优秀案例的讲解,更有助于激发学生对于建筑物理知识的兴趣,树立正确的学习观和学习态度。

(二)在实验中增强主观感受

实验教学是本科建筑物理教学环节中非常重要的一个环节,是学生理解抽象物理概念的有效途径。传统的建筑物理实验教学往往以实验室实验为主,侧重于培养学生对于测试原理的掌握,并且能够熟练操作实验仪器。这样的实验课程设计往往使学生陷入对抽象物理知识理解,而无助于该知识在建筑设计中的应用。

在实验教学中,注重将抽象的物理概念在现实环境中具体化、真实化,因此实验的设计更多的以验证性实验为主,帮助学生验证所学习的理论知识,建立抽象数据与实际感受之间的关系。例如在光环境的教学中,鼓励学生对各种环境进行照度、色度和亮度方面的测试,在热环境中,鼓励学生进行墙体温度测试、风流速度测试,在声环境中,鼓励学生进行各种环境的声压级测试、对已建成建筑进行混响时间的测试。通过上述实验可以让学生建立对现实生活环境中物理概念的定量化认知,由此深入理解生活中具体的物理环境与抽象数据间的关系,从而能够在相关的设计中把握设计方向,更好的与专业设计师进行配合。

(三)利用软件模拟进行探索性设计

随着计算机技术的发展,各种各样与建筑物理环境设计相关的软件也层出不穷。在建筑物理课程的教学中,我们向学生推荐采用“Eco-Tect,生态设计大师”这个软件。该软件涉及建筑物理的声、光、热多方面的定量化研究,是目前国际建筑界在进行生态节能建筑设计方案阶段普遍使用的软件。利用该软件可以进行变量、参数等多方面的设置,从而研究设计方案中数据发生改变后建筑物理环境的变化,从而对建筑物理环境进行定量化研究和优化设计。

在建筑物理课程教学中,一方面在课堂上利用该软件对优秀案例进行演示研究,以加深学生对知识点的理解,同时建立设计方式与实际物理环境效果之间关联变化关系的认识;另一方面要求学生对自己的设计作业或者某个建成建筑进行分析研究,评价其建筑物理环境的优劣,并且提出相应的改善方案。

在教学中使用计算机软件,有助于培养学生进行探索性学习的能力,同时与国际设计模式接轨,提高学生将来进修和就业的竞争力。

三、结语

通过近三年的教学实践证明,教学体系的合理化与教学方式的多元化,有助于学生系统地、深入地理解建筑物理的各知识点,获得了教学互长的良好效果。一方面,在建筑光环境和建筑热环境方面,除了引导学生进理论学习以外,已经成功培养学生在建筑设计中主动运用自然采光、遮阳、自然通风、保温等被动式节能设计方法的观念,并具备在建筑设计中予以运用的能力。另一方面,新的教学体系和教学方式促进了教师队伍的建设和教学水平的提高。目前,我校建筑物理声、光、热均由具有博士学历背景的专业教师担任。而通过与建筑设计课程的交叉训练,加强了理论专业课老师和设计专业课老师之间的交流,提升了教师的综合素质和教学水平。

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2010-03-24

中南大学教育教学改革第五批立项项目(中大教字[2008]29号)

胡华(1977-),女,湖南洪江人,讲师。