国家级实验教学示范中心“三层次七系列”复合型实验教学体系建构

梁树英， 卢 峰， 黄海静

(重庆大学 a. 博士后流动站； b. 建筑城规学院， 重庆 400045)

0 引 言

实验教学是大学教学的一个重要组成部分，是提高学生对相关课程的知识实践应用能力，以及独立思考、自主创新能力的主要手段，对人才培养具有重要作用[1-4]。实验教学示范中心建设的核心内容是加强实验教学体系建设和深化实验教学改革，建立既满足大众化教育，又适应学生个性化发展，有利于学生能力培养的多层次、开放式的实验教学课程体系[5]。建筑学科大类的专业教育，具有明显的过程性、验证性、探究性、综合性和创新性特征，所有设计课程对于学生而言，都是一次对其知识、素质、能力的挑战，需要学生在草案、中期评图、终期答辩等课程环节，综合运用不同的实验手段，来验证其设计构想在空间、技术、功能、材料等方面的可行性，并根据实验结果不断修正自己的设计成果，以达到更加理想的效果[6-9]。因此，建筑学科大类的专业课程本身，就是一个不断发现问题、分析问题和解决问题的实验实践过程和创新思维的孕育发展过程。

1 “三层次七系列”复合型实验教学体系构建

经过多年的建设和实践，建筑城规国家级实验教学示范中心(以下简称“中心”)依托学校建筑学、城乡规划学和风景园林学3个一级学科在国内专业教育领域的领先优势，持续建设和完善了具有国内先进水平的建筑物理实验室、建筑模型实验室、建筑构造技术实验室、建筑CAD实验室、GIS实验室、虚拟现实及数字技术实验室、风景园林综合实验室7个实验平台，并构建了的以创新人才培养为目标、以学生为中心、与专业教学高度融合的“三层次七系列”复合型实验教学体系(见图1)，不同层次、不同系列相互交叉、融合渗透，形成多元化的实验内容[10]。其中，“三层次”是按照不同阶段人才培养目标对学生知识、能力、素质发展的核心要求，将实验课程分为基础实验、综合实验、创新实验3个训练层次，教学目的层次分明、循序渐进[11-12]，使学生完成从入学初期的被动接受知识到高年级的主动探索创新的学习过程转变；“七系列”是依据建筑类学科各专业的教学特点和阶段教学目标而建立的7个主要的实验课程系列，包括建筑设计基础、艺术与表达、风景园林、建筑技术、数字化技术、设计研究和设计实践。目前，“三层次七系列”复合型实验教学体系共开设实验项目131项，其中，基础实验、综合实验、创新实验分别占总实验项目数量的41.2%、27.5%和31.3%(见表1)。

图1 “三层次七系列”复合型实验教学体系

表1 “三层次七系列” 复合型实验教学体系实验项目

2 “三层次”

2.1 基础实验层

基础实验主要是培养学生独立动手和思考的能力，打好专业实验的基础[13]。在专业学习入门阶段，为了引导学生尽快了解专业学习的主要知识结构、掌握专业学习的基本技能、激发学生的专业兴趣和学习热情、开拓学生的专业视野，中心按照不同专业特点和主干课程教学阶段目标，通过直观、参与性的实验项目和教学过程，帮助学生初步形成完整的专业知识框架，为其下一步根据自己的学习兴趣确定今后的学习重点打下基础。如“建筑设计基础(1)”所开设的“建筑抄绘”项目，是指导学生通过对小型建筑设计的图纸抄绘和模型制作，初步了解建筑设计图纸表达的规范要求和空间、功能、结构等基本专业常识；建筑构造实验教学课程，通过建立材料与构造实物展示区，直观展示不同材料、不同建筑部位的构造连接方式，使学生深入了解到许多通过书本难以充分表达的细节。风景园林专业的“园林植物基础”和“形式认知与材料实验”2门课程，依托校企合作平台，共建园林工程课程实训场地和园林植物校内实验实训场地，开展基础认知及多种材料的形式设计实验，帮助学生建立对植物及材料的直观了解。

2.2 综合实验层

综合实验侧重于强化专业操作技能，培养学生综合运用所学知识和技术手段分析以及解决实际问题的能力[11]。在专业学习深入阶段，专业课程与相关技术手段的结合更加紧密，与专业主干课程高度匹配、以专业技能和理念培养为核心的实验课程是高质量专业教育的重要支撑；在此阶段，通过多层次、针对专业技术特点的系列实验课程与项目，逐步引导学生建立“发现问题、分析问题、解决问题”的工作方法。为此，根据教学目标在每个阶段设置多方向、多题目的实验课题组，推行STUDIO教学模式，实行实验课题组与学生双向选择，使学生能根据自己的学习兴趣与专业课程特点，自由选择不同的研究方向和实验手段。如“建筑环境控制”实验课程中的建筑采光模型、照明模型及日照模拟等实验项目，将建筑物理教学的基本知识要求与不同阶段建筑设计课程中的基本问题相结合，使学生能针对具体设计问题灵活运用其所掌握的基本实验技能去验证、评价其设计的可行性，使学生能够学以致用，举一反三，形成较强的知识运用能力。

2.3 创新实验层

创新实验旨在培养学生探索精神和创新意识，激发学生创新思维和想象能力。建筑学科作为实践型学科，需要各专业人才在职业生涯中不断根据城市与建筑的发展变化，随时更新自己的知识结构以迎接新的挑战；因此，实践与创新是培养高水平、复合型建筑学科专业人才的主要目标与途径，通过接近实际情况的亲身体验和针对特定问题的探究性实验教学过程，使学生逐步形成自身的创新理念和全面的专业素养，掌握自我知识更新的学习方法，为其未来进入社会和行业发展奠定坚实基础。为此，创新层次的实验课程涵盖了从初步学习阶段到毕业设计的整个专业学习过程，主要通过竞争性、参与性的实验项目以及团队工作的实验组织形式，提升学生的综合研究素养和团队精神，为学生的知识创新提供广阔的专业视野和多元化的研究思路。

创新实验层主要涵盖以下几个方面：① 通过引导学生参加全国性创新设计竞赛、以及与国内外建筑院校联合教学等形式，使学生随时了解和掌握行业与技术发展的前沿动向。如“城市流动售卖设施创新设计”是结合首届国家大学生创新性实验基金项目的实验工作组教学课程，并在当年全国高等学校建筑学专业大学生设计作业评选中被评为优秀作业；② 通过设置“设计研究系列”“艺术表达系列”“设计实践系列”等实验教学模块，将城市社会调查、古建筑测绘这类社会实践性课题，以及陶艺、纸板建造等培养感性认知的参与性实验课题，纳入整个实验教学体系之中，并面向非专业学生开放；③ 顺应当前建筑学科的发展趋势，以计算机虚拟仿真技术课程为新的突破口，构建整合实体模型、物理实验和虚拟仿真分析模拟的综合性试验课程群，学生根据自己的课程设计建立数字化模型，通过虚拟仿真和计算机模拟，研究空间环境，完成数据分析及改进性设计，然后制作实物模型，再采用物理实验手段进行真实效果测试，并得出研究结论。

3 “七系列”

7个实验课程系列是以引导学生掌握核心专业知识为目标，以整个学习过程为背景，并在“基础—综合—创新”3个层次上形成的不同实验项目。学生在专业设计课的设计过程中，根据设计阶段的需要随时利用实验室开放共享平台进行相应实验研究，将不同实验手段融合于设计的各个阶段。

3.1 建筑设计基础系列

建筑设计基础实验系列结合建筑初步教学，以培养学生对建筑的空间、构成、形式、材料等基础认知为实验教学目的。实验教学内容包括建筑设计基础(1—2)、建筑模型制作、纸板建造课程，主要由建筑模型实验室和建筑构造技术实验室承担相应实验课程。实验教学手段主要以模型制作为主，包括平面构成、立体构成、纸板及竹材建构等各种形式、比例及材料的实践训练，培养学生的动手能力。建筑设计基础实验系列还依托“纸板建造季”等大型活动，有力地支撑了面向高中生的雏鹰计划项目及暑期训练营项目的开展。

3.2 艺术与表达系列

以培养学生的艺术知识、审美素养及表达技能为教学目标，艺术与表达实验系列由绘画(1—3)，美术实习(1—2)、建筑表现、规划表现、景观表达、陶艺、城市公共艺术等实验课程组成，主要由建筑模型实验室、风景园林综合实验室承担相应实验课程。艺术与表达实验系列不仅作为建筑学、城乡规划、风景园林专业学生的艺术实习实践课，还以陶艺制作及公共艺术类科研训练项目等向全校学生开放，提高学生的参与度。

3.3 风景园林系列

为培养学生建立环境意识，掌握环境景观设计原理和方法，设置风景园林实验系列课程，包括园林植物基础、园林植物配置、形式认识及材料试验、传统园林参观与测绘、园林工程、园林景观设计竞赛等，主要由风景园林综合实验室承担相应实验课程。实验教学手段既包括学校内实践基地的植物配置、材料试验，还设置校外园林案例的实地参观、调研、测绘和记录等实习环节，并通过园林工程设计及竞赛课，掌握园林景观工程设计的实践要点和技术方法。

3.4 建筑技术系列

建筑技术系列强调技术的可行性与实践性，不仅作为建筑构造设计、环境量化分析的技术支撑，而且以此为平台，针对建造实做、环境生态分析、绿色建筑技术等开展了一系列的科研训练及创新实践项目，已获得全国大学生设计竞赛、优秀国创项目、国家专利等方面的丰富成果。建筑技术实验课程包含两大类：① 建筑构造类课程，如房屋建筑学课程设计、建筑技术与设计(建造实做)；主要结合专业课程的多项教学改革，培养学生在设计过程中合理运用实验技术手段的能力；② 建筑物理类课程，如建筑物理(1、2、3)、建筑环境控制(1、2)、城市环境物理、建筑物理创新实验。主要由建筑构造技术实验室和建筑物理实验室承担相应实验课程，既有针对本科生的演示、验证类实验教学，也有面向其他相关学院的基础性教学；同时，结合研究生课题积极研发实验装置，拓展自主创新实验。

3.5 数字化技术系列

数字化技术实验系列充分利用现代信息技术和数字化技术，拓展建筑、规划及景观的高效、直观及全方位的设计手段与表现方式，从而激发创新设计思维与创新方法的产生。数字化技术课程系列由计算机应用基础(计算机绘图)、计算机资格认证培训、建筑与规划数字技术(1、2)、建筑物理环境模拟评估实验、BIM体系的工程实践运用等实验课程构成。由建筑CAD实验室、GIS实验室及虚拟现实及数字技术实验室完成相应实验课程。在实验教学中充分开发和使用虚拟实验技术，可以虚实结合、优势互补[14]，实验教学中心以虚拟城镇规划、建筑及环境等教学内容为核心，打造核心虚拟仿真教学实验平台、设计项目案例库和数据库共享平台、多维度互动展示硬件设施平台等三大实验平台。同时，中心进行 BIM 解决方案在建筑、工程和施工(AEC)行业的研究和应用，以获得技术研究和实践应用成果，还启动了远程教学实验课程及相应设施建设，利用数字视频网络技术实现与国内外院校的远程教学交流与互动，为拓展学生交流渠道、开阔学生国际交流视野建立开放平台。

3.6 设计研究系列

设计研究教学系列采用传统实测实验手段与现代虚拟仿真模拟实验相结合的方法，帮助学生直观、系统地了解建筑与城市空间的历史演变、生成机制和模式，是相关理论研究类课程的重要支撑。该系列课程包括两类，① 校内设计研究类课程：场地与总图设计、开放空间设计原理与方法；② 校外测绘调查类课程：调查古建筑测绘、城乡社会综合调查(1、2)，主要由建筑模型实验室、虚拟现实及数字技术实验室、GIS实验室完成相应实验课程。

3.7 设计实践系列

建筑学科作为实践应用型学科，设计过程是其专业实践能力培养的核心环节；设计实践系列以不同阶段、不同类型的课程设计为主干，结合建筑模型、计算机模拟分析、数字化建模设计等多元化实验教学手段，采用STUDIO教学模块、校企联合教学、国内外高校联合教学、跨专业联合设计等多种综合性实践教学模式，培养学生发现、分析、解决复杂工程问题以及整体思维和协同设计的综合能力[15]。该系列主要课程由建筑学、城乡规划、风景园林3个专业的课程设计、毕业设计课程及企业实习实践构成，7个实验室均在不同课程、不同阶段承担相应的实验课程教学和实验验证工作。此外，实验教学中心还积极结合国家级实践教育基地资源，通过信息共享平台，开展BIM设计等探索性的设计实践教学。

4 结 语

建筑城规国家级实验教学示范中心根据各专业人才培养目标和未来专业教育的发展趋势，针对学生在知识、素质、能力3个方面的发展需求，构建了涵盖建筑学、城乡规划学、风景园林学3个一级学科专业教育的“三层次七系列”复合型实验教学课程体系，不仅满足了专业基础教学对专业知识传授的要求，而且为学生创新能力培养提供了开放性的拓展平台，也为其他高校实验教学体系的建设提供新的思路和借鉴。

实验教学示范中心在一般实验和实践教学的基础上，着力加强学科交叉和知识综合运用。近5年来，中心面向全校建筑学、城乡规划、风景园林、土木工程类等10个专业开设各类基础实验及实践课程共70门，每年接纳约2 400名本科学生，实验及实践项目共24万多人时，为学院国家级教学质量工程建设及本科教学评估提供有力支撑。学生多次在各类全国性和国际设计作业、专业竞赛及创新实验项目中获奖，获奖数量达184项，并有200余名学生参加了“国家创新实验项目”和“SRTP科研训练计划项目”等不同级别的大学生创新基金项目的研究工作，总项目数达109项，获奖21项。同时，通过不同层次的实验、实践项目和系列设计竞赛，建筑学、城乡规划、风景园林、土木工程等各专业的学生综合素质和创新能力得到了很大提高，对本专业及整个行业的发展前沿和趋势有较深刻的了解，具有较强的发现、分析和解决问题的能力，在建筑新技术运用、跨专业项目协调与配合、设计过程和质量控制等方面，与国内其他高校相比具有较大优势。