建筑物理课程模块化教学改革

牛 笑，杨梦阳，赵兵兵

(辽宁工业大学 艺术设计与建筑学院，辽宁 锦州 121001)

一、教学改革的背景与课程概况

随着中国城市化进程的快速发展，人们对建筑环境质量及舒适性的要求越来越高，提供和创造更加舒适节能的建筑环境（声、光、热）已经成为建筑行业内最为热门的话题。为了适应行业的快速发展，各高校的建筑学专业针对建筑技术相关课程做出了一系列的调整和改革。建筑物理作为一门主要研究建筑声、光、热环境的建筑技术类课程，其改革的必要性显得尤为突出。

建筑物理是建筑学专业的一门必修课程，其本身具有很强的理论性、技术性和实践性。同时，该门课程还具有很高的综合性。这种综合性不仅体现在其本身的课程内容(建筑热工学、建筑声学、建筑光学)上，而更多的是体现在该课程与建筑构造、建筑材料、建筑设备、建筑数字技术以及建筑设计等专业课程的互联关系上。

二、建筑物理课程模块化教学改革的主旨与实践

（一）传统课程内容的模块划分与整合

传统建筑物理课程包含热工学、声学、光学三部分，总学时在68-96 学时(其中包括12-24 学时的实验教学内容)[1]。课程三部分内容一般分开讲授，各部分内容基本无关联。有部分院校直接划分成三门独立的课程在不同学期分开授课。这种传统的教学方法使得整个课程中的知识点零散，彼此间的关联度不高，学生很难形成完整的知识框架，更难将三部分的知识点联系在一起形成综合的实践与应用。笔者所在的教研团队经过几轮研讨和实验性的教学改革，对建筑物理课程内容进行了模块划分与整合。按照学生的学习需求，划分出基础知识模块、实验模块、应用模块、实践模块四个部分，根据知识点的关联度将课程的内容加以整合(目前声学与光学部分整合到一起形成四个模块；热工学则跨课程与建筑构造、建筑材料、建筑数字技术等课程中的关联部分整合起来形成四大模块)。这种教学模式是利用基础模块使学生了解基础知识，同时帮助学生疏理与其关联的相关知识点；应用与实验模块对学生理解和掌握知识点起到了强化作用；实践模块进一步提高学生对课程内容的应用能力，见图1。

图1 建筑物理课程的模块框架

（二）打破相关课程间的壁垒

传统建筑物理课程除了本身内容的关联度较低外，与其他课程间也没有建立起相对完整的联系体系。如建筑材料课程中的保温隔热材料等知识点与建筑物理中的部分知识点有很强的关联度；建筑构造中的外围护结构构造做法与建筑物理中的知识点存在着一定的延展关系；建筑数字技术课程中所研究的生态模拟型软件对建筑物理中许多知识点的应用和实践能起到很大的辅助作用。而这一系列课程目前的状态大都是“各自为战”，关联度不高。有的课程甚至出现相同知识点重复讲授或是本应该先修的基础知识点却被安排到后面去学习。这些现象造成学生对于如此分散的知识点很难形成系统化学习的局面[2]。笔者所在的教学团队就是由建筑技术相关课程的任课教师组成。在模块化教学改革实践之前，教学团队经过几轮的研讨和调研，确定建筑物理等几门课程关联的知识点、先后授课的顺序、知识点的延展和应用、综合性实验的开发与实践等内容。在改革实践后，以前课程间的教学壁垒被彻底打开了，相关课程的前沿信息、教学经验、教学问题得以最大程度上的共享。

（三）整合实验教学，提高实验的综合性、设计性和开放性

改革前建筑物理实验教学分为三部分，对应热工学、声学、光学三大内容，每部分各8 学时，实验内容各自独立，实验类型基本上以验证型实验为主。由于整个实验的操作大都是按教师给定的实验计划和任务书按部就班地进行，所以学生在此过程中很难被激发起兴趣点，其积极性、主动性和创造性大打折扣。模块化教学改革后，针对以往的问题整合了实验教学内容，如原热工实验——外围护结构传热验证实验，改革后将此部分内容与建筑构造、建筑材料等知识点整合，给出一个综合题目，如绘制某一办公室、宿舍外墙的构造详图，通过自拟实验分析外围护结构冬季保温情况。当保温情况较差时，提出成因与改造措施；当保温情况达到要求，想减少外围护结构的厚度，说明改造后的构造情况、使用的材料情况、模拟改造后外围护结构的保温情况等。学生根据题目要求自行调研，自行设计实验计划和方案，通过实验分析结果并提出解决方法。整个过程中，教师只是辅助指导学生完成相关内容，学生成为解决问题的关键主导人，其积极性与主动性更高，归纳、分析和解决问题的能力得到培养，学生加深了对理论知识的理解和掌握。

在实验教学的改革过程中，发现这样一个问题：大部分院校的建筑物理课程安排到建筑学专业的第7、8 学期（5 年制建筑学专业），如此一来，很多实验内容由于学期靠后而被压缩；还有部分综合性实验涉及多门课程的知识点，而这些课程由于分布于不同学期，时间跨度较大，因此各知识点在实验中的应用效果并不理想[3]。授课时间与授课先后顺序在一定程度上制约着教学改革的推进。经过教学团队的反复研讨，提出两种解决方案：一是利用模块化的框架体系，打破课程间的界限，将建筑物理实验相关的部分知识点纳入到关联度较高的先修课程中，将部分综合性实验提到先修学期，以此来缓解实验模块集中于高年级学期的压力；二是将灵活度较高的开放性实验列入到解决方案中。开放性实验教学对象的容度更广，不限于固定年级，课程时间安排的节点限制性较小，课程内容更为灵活，可以针对课程中的扩展部分，也可以针对教师相关的横、纵向课题，还可以结合学生们的实践与创新项目。更大的开放性、更好的灵活度使得教师与学生的积极性和主动性大大提高。

（四）以建筑设计课程作为实践模块基础，以其成果作为教学导向

模块化教学改革的最终目的是提高学生对课程知识的应用能力。对于建筑学专业而言，建筑设计类课程是教学成果评价最为直接的一环[4]。因此，设计类课程是建筑物理模块化教学改革中最重要的环节，模块中的实践部分基本围绕其展开，如改革后针对热工学的实践模块，同学期的设计类课程对应为住宅设计与居住区规划。实践模块通过设计成果中的日照、主导风向、单体的体形系数、户型的温度梯度、围护结构构造的合理性与节能性、材料的热工环境适用性、遮阳设计等几方面，考量建筑物理模块化教学内容的应用与实践情况。这种反馈信息较传统开、闭卷考试更能体现学生的学习情况和对理论知识点的应用能力。同时，这种反馈对于教师而言，能够更加准确地反映教学过程存在的问题。教师对教学内容的改革与扩展更有针对性，对课程规划的导向性更为准确。

三、模块化教学改革遇到的问题

通过几轮的改革实践，模块化的教学能够将建筑物理零散的基础知识点加以整合，并通过应用强化和深入实践几个环节，从多个角度培养学生的综合能力。整个环节学生的积极性与创造性被充分激发出来，因此对课程的关注度更高。同时，每个环节都有非常清晰的成果导向，这使得学生在学习过程中能够“有的放矢”，能更好地将理论知识应用到实践中。尽管如此，随着改革的推进，笔者所在的团队也遇到了以下问题：

（一）课程改革的建设周期长

由于模块化教学涉及了多个课程，课程间的联合与教学内容间的联动是应该同步进行的，这就需要相关教师配合完成。课程内容的整合与授课顺序的调整需要一定的论证周期。同时，在这一过程中需要适时调整专业教学计划以协调课程改革，因此模块化课程的教学体系并不能朝夕间达成。另外，由于目前建筑技术发展迅速，与之相关的建筑物理、建筑构造、建筑设备、建筑材料等课程的知识更新率非常高，而各个模块间因牵一发则动全身，所以，模块化教学体系的建设始终保持着动态更新的状态。目前笔者所在的教研团队每两年就需要更新模块内的部分知识体系，所以整个模块教学体系的建设周期会相对较长。这就需要模块体系下的任课教师投入比平常更多的时间与精力。

（二）实践模块需要缓冲过程

建筑物理模块化教学在改革之初，四种模块中除基础模块外，其他三种以并行状态展开，即在基础模块讲授完之后，应用、实验和实践模块开始同步运行。其中，应用模块主要以课程设计展开，实验模块主要为带有设计性的综合实验和开放实验，实践模块主要针对的是同期的建筑设计课程。在实践中，前三种模块的教学反馈较为理想，而实践模块却产生了一定的问题。学生对建筑物理知识在设计中的应用无从下手，在权衡设计的技术性与艺术性上矛盾重重，很多学生的顾此失彼造成建筑形体、空间的艺术性大大降低。笔者通过教学反馈发现了问题的根源，模块化教学的过程不能急功近利，需要循序渐进地由浅入深。建筑物理课程的教学对象为三、四年级的学生，这一时期的学生已经形成了一定的设计思维与习惯，而新设计理念和设计逻辑的形成需要一定的过程。在课程的教学中，应用模块、实验模块与实践模块不能同步进行，实践模块需要一定的滞后。而这滞后的间隙应安排针对性课程设计与专题训练以帮助学生逐渐形成建筑技术的设计思维。

四、结束语

建筑物理是建筑学专业课程体系中重要的组成部分，是建筑设计技术性与科学性的体现，是建筑行业发展趋势中重要的一环。模块化的教学模式使建筑学的本科生不仅能够熟练掌握建筑物理的基础知识和基本理论，而且能更好地将其应用到实践中。每个模块都有较为清晰的成果导向和评价机制，学生学习的针对性更强，目的性更为明确；教师在模块体系下能够共享前沿信息和教学经验，导向和评价机制使得教学问题暴露得更加清晰与具体。这种教学模式不仅能够弥补传统教学的不足，还可以为建筑技术类课程的教学改革提供借鉴。