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建筑物理实验教学独立设课研究与实践北京工业大学建筑与城市规划学院 冯玲【摘 要】20052007年期间，在北京工业大学教育教学研究项目经费支持下，立项“专业教学实验体系的研究与实践”专题研究，课题组成员经过两年的努力与实践，完成了预期研究目标，初步建立了建筑学专业实验教学体系，同时形成了独立设置的建筑物理实验课程，该课程运用新的教学方法和实验技术，更新了实验内容，完善了考试方式，2003级、2004级本科生教学实践凸显成效，体现了“注重创新、结合工程、关注市场” 的课程核心。【关键词】建筑物理实验教学 课程改革 实践一、项目研究的意义和价值 20052007年期间，在北京工业大学教育教学研究项目经费支持下，立项“专业教学实验体系的研究与实践”专题研究，项目研究的目的：落实建规学院“十一五”规划中提出的专业定位、特色建设以及相应的教学指导思想和实施要求，开展专业教学实验环节的改革，实现促使学生全面发展和创新人才培养的教育目标。建筑物理实验教学改革是“专业教学实验体系的研究与实践”专题研究中的重要组成部分，本论文主要论述建筑物理实验教学研究与实践的内容。1问题的提出由于多种原因，建筑学专业一向存在忽视实验教学的倾向。实验教学方法陈旧，实验设备缺乏，教学模式单一，把实验教学仅作为课程基本原理的验证过程，忽视对学生实验技能的培养，实验课时安排过少，内容缺乏统一要求。学生的“实验技能、自学能力、研究能力、表达能力与组织管理能力”较弱。现状促使我们去思考今后的教改方向。2研究教学改革内容（1）申请建筑物理实验课独立设置，在教学计划中体现实验教学的内容；（2）制定实验教学大纲；（3）编写实验指导书；（4）编制实验教学课件；（5）考核制度与学分挂钩。实验课是对技术课的支撑，技术应用是建筑设计之必需的内容，这是大家的共识。而以往教学计划中却没有对学生实验能力的评判标准。以此为突破点，根据建筑设计中对声光热环境要求的设计内容，我们将建筑物理实验从建筑物理理论课中分离出，重新整合，构建了建筑系建筑物理实验平台。建筑物理实验课独立设置优势在于：其一，改变了追随理论教学的附属性，使得实验课程体系化。其二，避免了阶段教学的局限性，使得知识综合化。学院领导非常支持，在2004级教学计划中增加了1.5学分的实验教学单独设置课程的学分标准。尽管在267个总学分中所占比例很小，但学生借助实验平台，基本功的训练、实验全过程的参与和创新型实验的制作，可以增长他们自学能力、研究能力、表达能力、组织与合作能力，对后续课程的学习，形成一种良性循环。同时也形成了北京工业大学建筑学专业教学活动的特点，在2006年建筑学专业评估时，专家对此给予了充分的肯定。3项目研究的价值（1）实现实验教学体系化a.统一实验大纲 规范课程要求；b.完成实验目标 综合兼顾理论学习、实验基本功训练、组织与合作能力、创新能力、工程意识、市场意识等培养计划；c.整合实验项目 按目前已有的实验室条件和实验设备条件，因地制宜，规定教学中的必做项目和选做项目，增加与工程实际结合的现场实验项目、引进计算机模拟技术；d.选定实验类别 以设计型、综合型、创新型为主，不具备实验条件的而又需要学生了解的实验设备和内容，通过多媒体形式教学给学生演示、讲解；e.综合评分标准 成绩评定包含实验前期准备、实验方案制定、实验操作过程，实验报告等内容。（2）开拓培养学生创新意识、工程意识、市场意识的训练空间近年来，我国经济发展突飞猛进，国内建筑市场迅速扩张，同时，大批境外建筑设计事务所纷纷抢滩中国城市。这样的背景下，我们的学生必须具备开阔的国际视野、一流的职业素质、极强的建筑市场适应能力。故研究中提出：借助实验平台开拓培养学生创新意识、工程意识、市场意识的训练空间，使教学中的学生主体在这个训练空间主动性和个性得到充分发挥。（3）达到实验目标实验教学的最终目标是对学生进行科学研究方法的初步训练，培养学生具有实事求是的科学态度和认真严肃的科学作风。（4）开辟建筑学专业实验教学发展新方向传统实验教学在实验室中进行，有其自身的局限性。建筑学专业实验教学发展新方向：注重现场教学 实验室教学与工程现场实验相结合，解决工程实际问题，奠基建筑设计基础。开展计算机模拟教学 在声光热建筑物理环境中，计算机的应用日益普遍，计算机技术使测量仪器和测量技术发生了巨大的变化。实验教学中增加利用计算机对建筑物理环境设计方案进行优化的教学内容。二、项目研究的基本观点和重要论据1项目研究的基本观点（1）观念更新 结合专业特点，针对传统的实验教学内容和教学模式存在的问题，提出教改方案，同时探讨实验教学在专业教学中的位置；实验教学中教师与学生的角色关系；关于时代发展对毕业生的要求；整体教学中的个性化教育等问题。（2）构建专业教学实验平台 实验教学发展方向是使学生开阔视野、拓展思维、了解新的软、硬件、学习新的方法和技术，构建与此相适应的专业教学实验平台。（3）建立以培养学生设计能力为目标的实验教学模式 建筑技术是实验性很强的专业基础课，以往的实验教学多数是演示性实验内容，即教师讲，学生听，教师做，学生记。学生缺少动手练习的机会,更不利于学生设计应用能力的发挥，为此需要探讨新的教学模式。（4）实现现代教育技术在实验教学中的应用 充分利用现有设备，引进计算机模拟技术，制作相关的实验教学课件，提高实验项目的科学含量，使实验项目更为合理。（5）改革实验考核方式 实现实验课与学分挂钩的实验课考核方式，是督促学生重视实验、保障教学质量的重要手段。（6）教学实验队伍的建设 新的实验教学体系需要有一支懂技术、会管理，既有授课能力又有动手能力的实验教师队伍作支撑。课题研究中探讨了如何开展实验教师的进修培训活动的具体措施。（7）研究实验教学的侧重点、亮点 在新实验教学体系中，侧重研发与创新、工程、市场需要相适应的实验项目。 在完成教改方案实践活动的同时，研究实验教学的侧重点、亮点。2重要论据实验教学是专业教学的重要组成部分，实验教学目标、内容、模式、方法对学生综合能力的培养影响很大，必须高度重视，不合理之处必须改革。（1）旧教育模式是发展的障碍建筑教育家齐康院士提出：“目前中国的建筑教育还存在很多问题，与西方教育接轨的速度缓慢，在教学方法上有瑕疵，应在实践上多下功夫。”多年来，旧的建筑教育体系自身的缺陷，产生了一些不好的后果：兴趣狭窄，急功近利，浅尝辄止的思维习惯，对创造性的认识模糊，盲目的模仿和抄袭，把玩弄形式当成建筑学的全部。忽视基础的美学、人文素质的修养，尤其不重视建筑中的技术和经济。在建筑教育和注册建筑师制度与国际接轨的今天，促使我们必须重新思考现行建筑教育中影响可持续发展的薄弱环节，对实验环节的改革，是突出对学生创新能力和应变能力的培养，强调整体性、多层次性、多角度的专业基础教育。在此基础上进行的实验教学活动是专业教学活动的重要组成部分。针对旧教学模式中限制发挥学生创造潜力的弊端，课题中进行了深入的探讨和研究。2006年12月发表论文从建筑专业本科生到注册建筑师的无缝连接培养建筑学科学生创新能力问题的思考与实践，刊登在2006年第二届“超大型都市与绿色设计”国际学术研讨会论文集，并被指定为会议主题发言论文。（2）注重学生创新培养的过程建筑学教育的目标是培养学生创造能力，而创造力的培养更多地表现为是一个过程。实验教学活动可以鼓励学生先参与、再交流、再创新。活动中结果的正确与否并不重要，目的是加强师生间的探讨、沟通与理解；培养学生间的配合与协作；训练质疑能力和激发创造力；提高教学效率。改革后的实验教学课程，运用于2003级和2004级学生教学活动中。教学效果良好。举例：对2003年级两个班50人的五个建筑物理实验的250份实验报告的分析中，虽然没有一份报告完全符合要求，但可以看到：学生态度是认真的，学习兴趣是浓厚的，特别是创新型实验，从选题、实验设计、测试过程到完成实验报告，整个过程引发出学生对解决专业问题换角度的思考，收获很大。值得关注的是：2003级学生在做毕业设计时，主动将建筑技术、建筑材料与建筑设计融合，通过实验取得相关数据，进行理论上的计算与分析，使方案更加符合设计要求。这种变化体现出一个学生从只注重建筑平、立、剖面设计到建筑知识开拓与应用的进步。（3）“注重创新、结合工程、关注市场”是课程设置的核心建筑物理实验体系体现了传统项目与现代技术相结合、实验室与工程现场相结合、实验内容与市场需求相结合的教学内容。举例：计算机模拟室内音质设计与评价；建筑节能测试与评价、小区居住环境的噪声测试与评价等内容，过去在实验室是解决不了的项目。在教学改革与实践过程中，教师指导学生做创新型实验，通过测试、分析与评价，使学生换角度思考各项技术指标对建筑的要求及在建筑设计中的作用。相关建筑室内外声、光、热环境的测试报告和研究论文为学校建设提供了参考依据。（4）实验考核学分制是教学质量的保障研究中提出实验课的独立设课方式可以将学分引入实验教学中，是保障实验教学质量的手段。过去实验课附属于理论课，阶段性强、学时短、内容少，学生也不重视。目前实现了实验课独立设置、实验考核方式与学分挂钩的机制，建筑物理实验周1：共16个学时，计1学分；建筑物理实验周2：共8个学时，计0.5学分。学生的重视程度和学习质量较以前有很大提高。三、研究成果1发表论文（1）作者：冯玲，题目：从建筑专业本科生到注册建筑师的无缝连接，刊登在2006年第二届“超大型都市与绿色设计”国际学术研讨会论文集，2006年12月。本论文为“超大型都市与绿色设计”国际学术研讨会主题发言论文。（2）作者：冯玲，题目：培养建筑学科学生创新能力问题的思考与实践，刊登在2006年第二届“超大型都市与绿色设计”国际学术研讨会论文集，2006年12月（3）作者：冯玲、何力，题目：从测试看玻璃围护结构对建筑节能性能的影响，刊登在绿色建筑与建筑技术，中国建筑工业出版社，2006年6月（4）作者：孙艳，题目：椭球穹顶式建筑的声聚焦分析，刊登在噪声与自动控制，2005年11月（5）作者：孙艳，题目：基督教教堂的音质设计与测量分析，刊登在噪声与自动控制，2005年11月（6）作者：孙艳，题目：学校多功能厅的声学设计，刊登在声学技术，2005年12月（7）作者：孙艳，题目：aynois在建筑声学设计中的应用，刊登在声学技术，2005年12月2多媒体教学课件 实验原理、仪器工作原理、演示性实验等内容，通过制作多媒体课件向学生展示。3新增实验的实践（1）建筑节能测试与评价北京工业大学学生公寓建筑围护结构节能检测与评价； （2）计算机模拟声学测试与评价北京工业大学逸夫图书馆大厅音质测试（3）城市小区噪声综合处理东方世纪城环境噪声测试与评价；（4）多功能厅音质测试与评价北京工业大学知心园报告厅音质测试分析；（5）人工照明测试与评价北京工业大学图书馆阅览室人工照明测试与评价。 其中：学生公寓建筑围护结构节能检测与评价、图书馆阅览室人工照明测试与评价为学校学生宿舍楼改造和学校教学环境建设提供了数字依据。4建筑学专业实验教学大纲、实验指导书根据我国建筑学实行的职业学位教育评估制度和注册建筑师考试制度中相关教学大纲和考试大纲的要求，结合教学计划中的课程设置及学院现行实验水平，课题组教师经多次研讨制定了实验教学大纲、编写了实验指导书。5实验设备升级改造2006年9月完成人造天穹改造、人工光源改造、声学测试仪升级、热工设备升级、改造。6实验室改造2007年9月完成了建筑物理实验室通风改造、电气线路改造、声学混响室改造内容。解决了长期以来半地下实验室的潮湿、设备工作时室内过热、混响室反射面壁后低频吸收等问题，改善了实验教学环境。7完成实验教学过程 研究中2006.22007.2完成031211、031212班的实验教学内容，批改实验报告约270份，2007.22008.2完成041211、041212班的实验教学内容，批改实验报告约200份。四、研究中存在的问题建筑学专业实验教学体系经过03、04两年级学生的课程实践，取得了很好的效果，但在执行期间仍有一些需要改进之处：1缺少与建筑学专业实验教学体系对应的实验教材；2多媒体素材较弱；3设备经费不足。五、今后的研究设想在这次教改过程中顺利完成了本校室内外物理环境的实地测试工作，并对原有现状提出了改进意见，为下一步的工作中拟对改进意见进行计算机仿真模拟奠定了基础。在今后完善实验体系的过程中，进一步论证改进意见的可行性。并拟增加对物理环境主客观评价试验。以建筑声学为例，具体方法如下：噪声的长期作用不仅会直接影响到教学质量，同时，在一定程度上还影响到学生的健康和正常的发育，因此，对于学校来说为保证教室室内足够低的背景噪声级，必须保证教学楼区域的环境噪声的影响。而目前许多学校位于快速路旁边，快速行驶的车辆严重地影响学习，有时工地施工噪声会闯入教室，大量的环境噪声使学生、老师心烦意乱。因此今后的研究以学校环境为出发点，测试及评价教室周围、操场环境噪声情况，并安排大量的主观实验，探讨适合学校的声环境及声标准。针对室内声环境，主要考虑研究教室的声环境。在学校建筑设计中最基本的要求之一是保证教室和其它教学用房具有良好的听闻条件，教室内合适的混响时间，均匀的声场分布也是确保教室良好听闻的重要条件。因此在今后的工作中，分别选取一教、二教、三教若干个教室，测定其声学指标例如，混响时间、C80、RAST