新工科视域下“建筑物理”课程的教学改革研究

来源：核心期刊咨询网时间：2022-04-01 11:0712

摘要：[摘 要] 探讨在新工科建设背景下的建筑物理课程教学改革。总体思路围绕三全育人的要求，面向培养全面发展的复合型人才，提升学生的综合能力。并根据国家发展战略目标，以绿色建筑设计能力培养为导向，以项目化教学为切入点，以素质拓展为依托，充分考虑建筑物理课程与

　　[摘 要] 探讨在新工科建设背景下的建筑物理课程教学改革。总体思路围绕“三全育人”的要求，面向培养全面发展的“复合型人才”，提升学生的综合能力。并根据国家发展战略目标，以“绿色建筑设计能力”培养为导向，以“项目化教学”为切入点，以“素质拓展”为依托，充分考虑“建筑物理”课程与多学科课程的交叉融合点，以信息化手段创新教学模式，以学生为中心改革教学方法。教学改革的优化方式，可为“建筑物理”课程教学改革提供新的思路。

　　[关键词] 新工科;建筑物理;教学改革

　　引言

　　“建筑物理”是建筑学专业的一门基础课，是综合性很强的课程，是将物理学中的热工学、光学和声学的理论与技术应用到建筑设计中形成的一门建筑技术类课程。其教学目标是使学生认识到建筑物理环境对人们身心舒适性的影响，以及建筑节能技术对环境保护的重要作用，学会在建筑设计中应用相关技术实现建筑节能，提高建筑内外环境的舒适度[1]。

　　2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，新工科是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国现代工程教育改革。新工科的建设包括两个方面内涵，一方面是建设发展新兴工科专业;另一方面是将现有工科专业改革创新，探索符合发展特征的新人才培养模式，即针对传统的、现有的工科专业，面向产业未来发展需要，通过信息化、智能化或其他学科的渗透而转型、改造和升级完成的。

　　“建筑物理”理论知识是构建适宜人居环境、发展绿色建筑的基础，在我国新发展理念和碳中和、碳达峰目标的指导下，目前建筑行业正向着智能化、信息化、节能环保、绿色生态发展。因此，结合新工科建设要求对其进行转型、改造和升级，对我国建筑行业高质量发展、培养新时代建筑行业复合型人才都具有重要意义。

　　一、“建筑物理”课程教学存在的问题

　　1.教学模式单一。传统教学模式主要以课堂教师程式化的讲授为主，单向灌输造成学生被动学习。而“建筑物理”的理论知识深奥难懂，公式计算复杂，易导致学生对其缺乏学习兴趣。此外传统“建筑物理”课程教学往往只注重理论概念、公式的讲解，而忽略了实际工程思维灌输和实践应用能力的培养，导致理论知识和实际工程应用脱节，进而让学生陷入了只会理论计算而不会实际应用的境地。

　　2.教学资源滞后。在科学技术日新月异的背景下，新型建筑材料、建筑技术发展迅猛，而教材内容陈旧，缺乏及时更新。滞后的教学资源加上学生无法掌握建筑行业新技术，一定程度上影响了应用型人才的培养。如何利用现代信息技术，使教学内容紧跟新规范、新材料、新工艺、新技术的发展动态，是“建筑物理”课程升级改造的重要内容之一。

　　3.教学内容封闭。建筑学教学往往比较重视空间组织与美学形式的训练，相对轻视建筑技术的培养，导致传统“建筑物理”课程与建筑设计课程间存在隔阂，“建筑物理”教学与建筑设计教学脱节，表现为学生在进行建筑设计创作中缺乏主动运用建筑技术的能力，缺乏绿色节能意识，缺乏对建筑室内外人体舒适度的考虑等。此外，“建筑物理”课程的教学一般由专业背景为建筑技术科学的教师担任，由于“建筑物理”课程任课教师不是从建筑设计角度看待课程教学，缺乏与设计的融合意识，在教学实施过程中往往只注重把建筑物理理论、公式计算、实验方法讲授完成，与建筑设计主干课程没有渗透，更没有融合，使得教学内容封闭单一，因而“建筑物理”课程往往得不到学生的足够重视。

　　4.德育元素欠缺。传统的“建筑物理”课程教学往往只注重理论知识的讲授，而忽视学生的思想政治教育，导致学生对建筑学专业的认知只限于知识体系、工作范畴，对职业道德规范认识欠缺，并没有形成建筑专业社会责任感，这些都将对学生后续的发展产生不利的影响。

　　二、教学改革探索与尝试

　　笔者认为，新工科背景下的“建筑物理”教学改革总体思路应围绕“三全育人”的要求，面向培养全面发展的复合型人才，提升学生的综合能力。根据国家的战略目标，结合新发展理念，“建筑物理”课程的教学改革应以“绿色建筑设计能力”培养为导向，以“项目化教学”为切入点，以“素质拓展”为依托，充分考虑“建筑物理”课程与多学科课程的交叉融合点，整合优化教学内容，以信息化教学为手段创新教学模式，以学生为中心革新教学方法。笔者根据新工科的内涵和建设要求，对“建筑物理”课程的改革尝试主要从以下几个方面进行。

　　(一)教学内容重构——多学科交叉融合

　　1.“建筑物理”课程与建筑设计课程交叉融合。建筑学专业的教学核心是建筑设计，随着建筑行业逐步向着绿色节能发展，这就要求学生学会将建筑物理学知识应用到建筑设计创作中。然而目前“建筑物理”课程教学普遍注重理论知识满堂灌输，与建筑设计课程存在分离隔阂的现象，教师在课堂中注重理论概念与量化计算的教学，却没有将建筑物理在建筑设计中是如何应用教授給学生，导致学生在建筑设计中缺乏绿色节能概念，与实际脱节[1]。

　　这就需要改革传统“建筑物理”课程教学理念和教学方式，将“建筑物理”与建筑设计课程交叉融合，实现理论与实践结合，由知识传授为主转向以能力培养为主，从建筑物理基本分析能力培养，转向建筑物理综合应用能力培养。在建筑学专业学生的本科学习阶段，“建筑物理”是与绿色建筑设计最密切和最直接相关的基础课程，可布置绿色建筑设计任务，使学生系统地、深入地理解“建筑物理”的各知识点，并能主动运用于建筑设计中，从技术的角度营造建筑的舒适性、可持续性。

　　如结合“建筑设计”课程中的教学楼设计任务，可先带学生到相应场地参观体验，测量分析教学楼的声光热环境，随后进行设计任务，以绿色建筑为标准，在设计中应用相关建筑物理理论知识，如教室开窗面积与灯光布置对阅读的影响、报告厅声环境的营造、教学楼建筑墙体保温措施等。通过这样的实例现场教学、实际项目的设计任务多方面的训练，使学生能够将理论联系实际，真正做到将知识传授转向以能力培养。

　　2.“建筑物理”课程与材料学科交叉融合。“建筑物理”课程与材料学科有密切关系，建筑物理实验测试结果是建筑声、光、热环境的数据表达，同时能够与材料学科相关联，例如热工学实验项目——建筑围护结构传热系数的测量，就是对材料性能的测试实验。在绿色建筑设计中，建筑材料的选择对物理性能分析至关重要，因此，可将材料学科与建筑物理交叉融合，对材料性能熟悉可更准确地选择合适的建筑材料。材料学科的发展会推进建筑技术的发展，实现耗能更低的绿色建筑。

　　3.“建筑物理”课程与环境保护学科交叉融合。建筑物理研究建筑声学、光学、热工学，其研究的最终目标是实现建筑的节能环保。建筑物理理论研究、实验和性能分析都与建筑所处的气候环境密切相关。气候环境是建筑性能分析的基础，而建筑能耗情况会影响城市气候环境，因此，将建筑物理与环境保护交叉融合，学生在做建筑设计时可从环境保护这一更高层面对建筑技术进行合理选择。

　　4.“建筑物理”课程与医学学科交叉融合。“建筑物理”是一门与日常生活密切相关的学科课程，是从生理、心理的角度，分析人们对房屋建筑内外环境的舒适度和精神要求，并将科学的工程技术手段应用在建筑设计中，为人们创造适宜的物理环境的学科。良好的建筑物理环境对人体身心健康至关重要，因此，学生掌握身心健康影响因素和要求，有利于更好地进行以人为本的建筑创作设计。

　　(二)教学模式重构——采用混合式教学模式

　　新工科背景下的“建筑物理”课程教学可采用混合式教学模式，混合式教学不应当只是线下面授教学与线上网络教学的混合，而是混合多种新技术、多种教学环境、多种教学方法、多种教学资源和多种教学评价的教学模式，而不仅仅是将传统“建筑物理”课程搬到线上教学。

　　线上线下相结合的混合式教学模式，可以充分发挥学生的主体地位。课前可以给学生布置自主学习任务，对于简单的“建筑物理”理论知识点，学生可利用网络在线开放课程完成自学，完成课前任务。面授课堂中，教师主要进行答疑解惑、复杂公式计算讲解，以及“建筑物理”理论在建筑设计中的实践应用讲解。面授课堂中还可以利用微课、视频、动画、BIM等信息化技术辅助讲授，以活跃课堂气氛，帮助学生更易于理解。

　　(三)教学手段重构——融合学科前沿技术

　　随着BIM信息化技术在建筑工程中的应用越来越广泛，建筑行业对于专业人才的BIM技术水平要求也持续提高，但目前掌握BIM技术的专业人才还很缺乏，因此，各高校也将建筑信息人才的培养提上了日程。目前，高校BIM教学主要有两种方式：一是开设专门课程，比如BIM原理、BIM建模等;二是将BIM技术融入传统课程，比如建筑数字技术、建筑构造、建筑设计等。但目前将BIM技术融入“建筑物理”课程教学的研究与实践較少。

　　建筑物理性能分析是BIM技术的重要应用之一，建筑物理性能分析的最大特点就是通过BIM技术建立建筑信息模型，以模型为基础，通过计算机技术的应用，开展性能分析。建筑信息模型不单只是一个三维模型，其核心在于“信息”，包括材质物理参数、热学参数等，这是进行建筑物理分析的数据基础。因此可将BIM技术融入“建筑物理”教学中，布置基于BIM技术的绿色建筑设计任务，不仅使学生在传统课程中学到行业新技术，也有助于学生理解枯燥的理论知识。

　　(四)教学方法重构——以项目引导教学

　　新工科背景下的“建筑物理”课程教学，应强调以学生为中心，关注学生的学习方式和学习内容，把学生真正置于工程教育活动的中心，因此，可采用项目教学法进行教学。

　　“建筑物理”的教学目标在于将物理知识应用于建筑设计，将绿色建筑理念融入“建筑物理”教学，可布置“基于BIM技术的绿色建筑设计”“建筑的物理性能研究分析”“老旧小区建筑绿色改造”等任务，任务充分考虑到建筑声学、采光和热工学三大部分教学内容与建筑设计各个环节的容易渗透和结合，让学生面临一个需要立即去解决的现实问题。以此对学生进行项目化训练，任务的解决促使学生更主动、更广泛地搜集资料和开展团队讨论，去理解、分析并解决问题，既巩固了“建筑物理”课程的理论知识，又为建筑设计创作提供了有关技术支持，学习从建筑技术角度解决建筑设计问题的方法。这是技术知识与设计实践相结合的重要途径，更是培养学生创新思维，从而实现学以致用的目的。

　　(五)教学背景重构——融入思想政治教育

　　结合“三全育人”的要求，在“建筑物理”课程中以相关思想政治教育元素为背景，在教学过程中培养学生政治素养、人文素养、职业素养，领悟科技创新服务于民生工程的道理。在将建筑热工学时，节能建筑的案例选取我国具有代表性的传统及现代建筑为案例，使学生了解中国历史建筑的瑰宝价值及现代建造技术的巨大进步，深挖我国建筑物理技术所蕴含的科技创新，让学生深刻理解我国科学技术进步，从专业发展角度增强学生的“四个自信”，激发学生热爱祖国、热爱专业，增强责任担当、创新意识。

　　此外，以“全面推进乡村振兴”为背景，设计乡村绿色建筑设计、乡村声景观保护研究、乡村传统建筑物理性能分析等项目任务，让学生从自己的家乡入手，发现当地建筑形式与当地气候和自然环境之间的关系，从建筑物理的角度了解家乡建筑特色和适宜性设计技术，并应用与家乡建筑设计创作，这样不但使学生更深刻认识建筑物理与建筑设计的联系，还有助于培养学生将所学到的适宜性设计技术应用到家乡建设中，引导学生更好地了解乡村、研究乡村、热爱乡村、建设乡村，助力乡村振兴。

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