一流本科教育背景下建筑学实验教学改革模式思考

周碧瑶 董铁鑫 王文明

摘  要：高校实验室教学是将理论知识进一步转化和运用的过程，也是培养学生创新能力和科学思维的重要环节。文章在一流本科专业建设背景下，根据目前学院实验教学的现状和发展趋势分析，从实验教学体系建设思路、实验教学平台的建设内容、实验课程评价体系出发，提出构建实验室教学的改革模式与方法。

关键词：建筑学；专业教学；实验课程；改革模式

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）14-0156-04

在高校“双一流”建设的不断推进下，加快一流学科和一流大学的建设是高校教学和科研建设的重点，对提升学校高等教育水平具有重要作用［1］。建筑学是一门横跨工程技术和人文艺术的综合性学科，2021年学院建筑学专业获批国家一流本科专业，围绕“西部特色、自治区一流”的战略任务，旨在为市场生产一线培养“上手快、留得住、后劲足”，具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才。在一流本科专业建设的背景下，学院实验室积极改革实验课程体系，加强实验教学能力，提高实验教学水平。结合建筑学专业特点，从实验室教学发展现状与发展趋势和实验教学体系建设思路出发，提出学院实验室教学改革模式与方法。

一、实验教学的现状与发展趋势

随着我国教育事业的快速发展，高校实验室作为综合型人才培养的平台越来越受到人们关注，对应的实验教学体系也在教学实践中不断完善，但也存在着许多不足之处。目前建筑类实验教学多以单一实验为个体，课程之间的衔接关系不紧密，知识的相互渗透性不足，导致学生在了解、掌握理论知识与动手实践能力方面效果不佳，无法有效地将理论知识运用到实践当中，因此努力將陈旧、单一的实验课程转化为创新、多元、共享的实验教学环节是实验课程体系改革的必然趋势。“双一流”建设的核心任务是建设一流本科教育，而实验室是本科教育的重要场所，在全国一流大学和一流学科的建设下，围绕“对科学发展研究、对综合型人才培养和对社会服务”的职责，积极优化实验教学模式，其建设情况直接反映了高校教学、科研、管理及人才培养情况［1］。

二、实验教学体系建设思路

（一）提高动手能力，强化综合能力培养

建筑学虽属于工科专业，但教学体系中很大一部分为设计类课程，除了要求学生掌握基础理论知识之外，还需要加强学生实践动手能力和设计能力的综合性培养［2］。例如在建筑物理课程中，加入声、光、热三部分的实验教学，提高学生对实验设备的实际操作能力；建筑构造课程中，加入对于构造细部认知的实践课程，将课本理论图示语言转化为现场实际物体的自我感知；建筑设计课程中，针对不同年级教学内容加入手工模型制作、3D模型打印、设计软件操作等，将动手能力、思维分析能力和软件操作能力融合，提升专业学习能力。实验教学中以小组形式完成实验任务，在实验项目完成的全过程中让学生之间加强交流、增进了解，既能增加学生的参与感，又能培养学生的团队意识。建筑学专业学生动手设计能力和软件操作能力尤为重要，通过实验教学体系的梳理与改革不断提高学生的综合能力。

（二）优化实验教学的“时空维度”

时间和空间不是独立的，而是相互关联的，建筑类实验教学中的“时空维度”就是处理实验时间和实验空间的组织问题。建筑学专业中设计类课程的实验教学是一个从抽象思维到具象实物的综合实践过程，也是专业理论课程转化与延续的过程，因此不管在时间上还是空间上跨度都很大。在时间组织方面，教师将实验教学时间进行组织划分，分为实验课前预习、实验课中操作、实验课下复习三个阶段。课前预习部分主要包括对实验设备、实验步骤的了解以及实验结果的预测；实验课中操作则是在教师讲解后，学生结合预习内容高效率完成实验操作流程并得到实验结果；实验课下复习则要求学生对实验结果进行整理，师生间答疑、小组讨论并完成实验总结。对实验教学时间的划分与高质量重组优化，做到“1+1+1>3”的教学效果是提高实验室教学质量的关键。在空间组织方面，建筑学专业学习所用设备种类多、更新速度快且场地空间要求高，因此，需要从空间上进行类型优化，提高实验室使用效率［3］。目前学院由于专业发展需求实验室仍需积极建设虚拟仿真实验室，而适合的实验室空间是虚拟仿真实验室建设的基础。实验室空间应根据不同设备需求和使用条件来进行实验室空间优化和改造，保证空间环境的硬件条件满足一流本科专业建设要求。优化实验教学的“时空维度”是突出专业特色，发挥实验教学优势的必然要求。

（三）拓展实验教学内容的“横纵向”

课程大纲对教学课时、教学目标、教学内容等都有明确的要求，但在规定的教学课时中明确教学目标后教师应积极拓展教学内容的“横纵向”，即实验教学的广度和深度。目前实验教学效果不佳，对于现代市场需求、发展形势以及学生实践能力的培养尚显不足，因此积极拓展实验教学内容的“横纵向”是十分必要的。在实验教学内容横向广度层面，学院重点发展建筑数字实验教学下的跨课程知识点考核，涉及的课程有建筑数字技术、建筑物理、建筑节能、生态建筑概论与建筑设计类课程等，包括应用数字模拟分析技术进行建筑辅助设计、建筑方案推导、建筑设计表现、理论应用以及方案阶段的优化与评测。随着建筑信息技术的快速发展，建筑学一流本科专业建设还需加强实验教学内容的纵向深度，以学生为中心，围绕能力培养和思维锻炼展开，例如建筑数字实验室结合软件分析进行人居环境评价、建设设计优化，联合院校之间实验室开展建筑信息模型的应用教学，使学生对建筑全生命周期中的各个阶段有一个整体认识。充分拓展实验教学内容的“横纵向”，结合行业产业发展最新需求，建设具有前沿性、探索性、创新性的实验教学环节。

三、实验教学改革对策

（一）融合交叉学科进行实验室文化建设

实验室是开展教学活动、科学创新、实践体验的重要平台，实验室文化是校园文化的一部分，有助于熏陶高校师生的品格意志、强化高校师生的理论知识、培养科研创新能力与实践能力。实验室平台建设服务面广，不再仅为单一的专业发展模式，而是涉及学院、学校的多个交叉专业综合发展模式，因此融合交叉学科进行实验室文化建设，充分发挥实验平台优势、提高实验设备使用效率是目前实验室建设亟待解决的问题之一。学院原有建筑学专业、城乡规划专业和风景园林专业，2022年新增城市设计专业，4个专业相互融合、相互支撑，共同构成了建筑类教学体系。依据四个专业的教学特点与专业特色，实验室文化建设以形成重要的教学环境氛围为前提，可为本校的土木学院、能源与环境学院、信息工程学院、艺术学院等相关专业提供实验场地与设备，实现协同、共享、高效的实验模式。实验室也可以利用双师型教师优势，开展对外科技服务及培训服务，包括相关专业人员岗前培训、业务培训、安全教育和软件推广等工作。依托实验室文件建设，融合不同学科特点，探索实验教学平台建设模式。

（二）优化产学研合作协同育人机制

高校拥有丰富的教育实力和智力优势，企业拥有良好的工作实践条件和资金、设备优势，高校与企业在“互利互惠”的基础上携手共建实验室，可融汇各方资源和优势，实现优势互补、共享双赢、共同发展。结合建筑学国家一流本科专业实际教学需求和当下“双碳”背景下的现实环境，积极打造协同育人实验平台［4］。学院在2022年6月与北京绿建软件股份有限公司合作获批教育部产学研合作协同育人项目——“内蒙古草原人居环境适宜性技术实践基地联合建设项目”。该项目建设内容是为教学、科研、实践提供完善的实验研究基地，能够对教学实验、实训课程、科研等进行技术指导。依托该企业软硬件支持，为“绿色建筑”相关教学课程的开展奠定了坚实基础，通过共同构建产学研合作协同育人实验平台，积极开发相关实验教学资源或实验课题，激发学生对模拟分析软件的自主学习能力，（图1）综合培养学生创新精神，实现基础型学习、综合型提升及特色型创新学习有梯度、有层次的人才培养目标。结合建筑学专业优势，应用于教学及科研，进行一流本科专业建设。

（三）加强高校思政实验课程体系的建设力度

本科学习阶段，需要通过思政教学将正确的世界观、人生观和价值观传递给学生，使学生能够树立有责任、有担当的社会主义主人翁意识。因此如何将“思政教学”与“实验教学”融合为“思想实验教学”有待深入思考（图2）。“思想实验教学”不仅能为自然学科知识的学习提供启迪，而且能够使学生具备探索真理的科学精神和哲学思想。“思想实验教学”是实验场景模式与心理思想体验协同构建的教学模式，可以借助实物操作与虚拟环境模拟双向作用，在实验课程体系中加强教学内容、教学过程和教学后期反馈，将“思政教学”融合在实验教学课程体系中，以学生为中心，加强师生“思想实验教学”互动性，充分发挥学生的主观能加实验课程的灵活性、互动性和思想性，挖掘专业教学中典型的“思政实验课”所蕴含的经典实例，引导大学生塑造坚韧不拔、刻苦钻研的品格，对未来职业发展和职业精神提供价值遵循，形成积极向上、完整有力的思政育人力量。

四、建立科学的实验课程评价体系

目前实验课程评价体系主要以结果评价为主，对于前期准备阶段、学习过程阶段的评价环节略有缺失，因此建立合理、科学的课前、课中、课后的“三阶段”评价体系有助于教师掌握课程节奏、把握课程学习结果。科学的课程评价体系不仅可以有效激发学生对于建筑学专业知识的渴望度，而且能够明确学生在实验学习中遗漏的知识点，使教师了解学生不明白的知识盲区，并及时进行查漏补缺与重点记忆。

通过线上电子问卷和线下访谈方式，以建筑学科及相关专业的在校学生为主要调研对象，对建筑学科本科实验课程体系进行评价反馈，以期通过数据的统计与对比分析，探究一流本科专业建设背景下实验课程改革方法。调研共收回413 份问卷，其中有效问卷401份，有效率97%。问卷涉及学生学习习惯、学习方法、学习效率、知识获取来源和知识掌握持久度等方面。通过数据整理得出，课前有预习习惯的学生占总人数的36.4%，课后有复习习惯的学生占总人数的44.7%；有预习习惯的学生认为课堂掌握率较高的占88.6%，无预习习惯的学生认为课堂掌握率较高的占76.5%。分析结果显示实验课中掌握情况较好，但未进行课前预习和课后复习导致课堂知识点掌握程度存在差异性，有预习和复习习惯的学生整体知识点掌握度较高。通过对学生实验技能来源统计，约40%的学生认为60%—100%的学习内容来源于实验课中讲解与操作，49%的学生认为自己30%—60%的学习内容来源于课中学习、课前预习和课后答疑。这说明实验课中讲解与实际操作是学生知识获取主要渠道，近11%的学生认为自己掌握的技能仅有0%—30%来源于课堂，這也从侧面说明，学生有很强的自学与探究能力，可以通过拓宽知识获取渠道获得，例如通过中国大学慕课官网、教师课件、同学讨论、自制测量设备仪器等方法，深入了解实验原理、分析实验结果，这些都是需要适度培养与鼓励的。

实验教学的成功主要来自学生高效的获取、吸收与运用所学知识和教师有效、易懂的知识传授与答疑。实验课前导学本着“先学后教”的方法以个性化自主学习为主；实验课堂教学以老师引导、解决问题为主，通过互动、讨论交流、小组设计与展示等教学环节开展；课后学习以知识目标的达成度和持久掌握程度为主。评价体系包括实验设计考核、实验操作考核和理论应用考核，其中实验设计要有明确的科学依据，具有科学性、推演性和交互性；实验操作考核评价突出对核心知识和能力要素的过程考核；理论应用考核要求体现探究知识和解决问题的能力［5］。

近年来国内建筑学重点院校及自治区其他拥有建筑学专业的学院都在积极建设高校实验平台。高校主导、企业联动的人才协同培养模式积极推进了建筑学专业所需高素质应用型人才的培养，对推动绿色建筑技术、人工智能、数字建模与实验教学的深度融合具有深刻意义。实验平台建设以“创新发展”为导向，组建运行高效、体系完备的建筑学科创新人才培养平台。因此构建科学的实验教学体系是构建泛建筑类教学实验平台、积极建设国家一流本科专业的基础，是促进教学、学科与科技创新发展的必然趋势。

参考文献：

［1］ 刘莉. 一流教学实验室建设的思考［J］. 实验室研究与探索，2020，39（03）：233-235.

［2］ 辛良. “双一流”建设背景下高校实验室改革与创新［J］. 实验室研究与探索，2020，39（06）：248-252.

［3］ 刘林涛，田慧珍. 高校实验室改革与发展研究［J］. 中国现代教育装备，2013（15）：25-27+31.

［4］ 贾雪. “协同创新”背景下高校实验室的共建与共享新模式［J］. 中国建筑教育，2016（05）：47-49.

［5］ 陈华东. 实验室管理机制及运行模式研究［J］. 实验技术与管理，2016，33（01）：232-235.

（荐稿人：马明，内蒙古科技大学教授）

（责任编辑：汪旦旦）