党 睿，张锋辉

(天津大学建筑学院，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

引言

随着我国经济社会的快速发展，对建筑照明的需求逐步提高，实际建设工作量普遍加大[1]，因此需要大量具备专业素质的人才从事该领域的研究、设计和管理工作[2]。建筑照明作为建筑技术科学专业的重要方向之一，担负着为社会培养该领域优秀人才的任务[3]。但由于我国目前绝大部分高校尚未开设建筑技术科学的本科生教育，同时建筑照明涉及建筑设计、城市规划、建筑物理、建筑电气等多学科交叉，因此跨学科招收研究生成为本专业的一大特色。

1 照明人才培养存在的问题

天津大学建筑学院建筑技术科学研究所在长期教学实践中发现，在上述背景下的研究生培养存在如下问题：

第一，由于本专业研究生生源的学科背景多样，既包括建筑学相关专业，也有土木工程、电气工程、暖通空调等其他理工科专业，因此学生的知识结构和思维方式存在较大差异，他们在学习过程中所遇到的问题也不尽相同。但目前尚未根据这一学生特点采取差别化、有针对性的培养模式，以至于教学效果和学生学习效率不甚理想。

第二，目前仍采用传统的技能型、记忆型、被动式教学方法，这对于建筑照明这一以多学科知识综合应用和对最新技术把握为特点的专业来讲，不利于对学生综合分析、处理问题、知识更新等能力的培养，尤其不利于引导研究生打破现有思维范式，提高科技创新能力和设计水平[4]。

第三，教学模式仍以理论授课为主，而实验设计能力、现场检测能力、光环境评估能力等专项技能培养不足。尤其是作为重要工具的数字化模拟分析平台，学生缺乏对各类型软件的深入了解从而不知如何进行选择，不同专业背景学生遇到的学习困难区别较大，不能将数字模拟分析、实体模型实验、现场参数检测相结合，导致模拟的真实性和准确性存在问题。

第四，虽然研究生能够参与实际科研项目和工程设计工作，也可将所学基本理论知识应用于实践，但对于研究框架搭建、技术路线制定、关键问题分析等重要环节的把握能力欠缺，这些工作还需要由导师完成，学生只能解决具体技术问题，即仍停留在应用层面，创新性明显不足。而研究生的培养目标是高级专业人才，创新能力是其应该具备的素质，如何实现由应用型向创新型人才的跨越，以及如何将创新性成果应用于实践项目是亟待解决的问题。

因此，基于学生专业背景和学科发展特点，调整和改革既有教学模式，对于培养高素质建筑照明人才，使之更加适应社会发展需求具有重要意义。

2 培养模式的创新

建筑照明专业研究生的学科背景可分为建筑学和理工科两大类，两类学生的知识体系、思维方式、专业技能存在很大差异。前者建筑学基础好，思维活跃，想象力丰富，绘图表现能力强，处理问题多采用定性分析和经验参照，但这类学生缺乏数学等理工科知识，逻辑分析和量化计算能力较差；后者逻辑思维能力强，有扎实的数学物理基础，熟悉定量化研究方法和手段，但学生缺乏建筑学知识，空间想象力不足，绘图和表现能力较差。基于上述特点，制定了如下四个阶段的创新培养方案。

1)跨学科基本素质培养。对学生进行分阶段、分专业的单项知识和技能培训,使各专业背景的学生完成照明基础知识储备，形成初步跨学科知识体系。对于建筑学背景学生，该阶段以加强逻辑思维能力和掌握科学定量化手段为重点，在培养过程中布置如照度和眩光等参数计算、现场光环境测试、实验过程设计、指标研究分析、照明数量和照明质量评价等常用科学化定量手段和工具；对于理工科背景学生，由于在本科阶段未接受过城市规划和建筑学教育，对建筑物理中的光学部分更无深入了解，因此这类学生的培养重点为弥补城市和建筑基本知识，熟悉建筑光学基本内容，了解灯光、城市、建筑间的相互关系，培养过程中布置城市道路、居住小区、建筑单体、简单室内空间的光环境设计，在设计过程中使学生熟悉照明指标、照明方式、光源灯具等基础知识以及照明设计的流程和主要方法，并了解照明设计中遇到的主要问题。

2)跨学科数字化应用技能培养。数字化平台在建筑照明的设计及研究中发挥着重要作用，其主要分为两类：第一类是如Dialux等辅助设计平台，通过计算机绘制布灯图和照度模拟图等，提高照明设计的效率和精确性；第二类是如Energy plus等研究分析平台，通过对环境信息及能耗情况进行模拟计算，为绿色照明研究提供科学依据。建筑技术科学研究所在研究生数字化应用技能培养过程中发现存在如下两个问题：首先，学生不同的专业背景使他们在学习过程中面临着不同困难，建筑学背景学生对于前期的建筑分析、模型建立、空间光环境布局等过程操作较为顺利，但后期的边界条件设定、数值计算、参数分析等量化过程存在障碍，而理工科背景学生的情况刚好相反；其次，数字化平台的关键是如何提高模拟的真实性和准确性，而这必须结合现场检测和模型实验，通过检测和实验数据校正软件参数设定值，经优化后达到准确模拟效果，但目前学生对于这几种手段的配合使用尚不能很好掌握。

针对上述问题，分别制定如下两项数字化平台应用教学方法。首先，针对建筑类和理工类学生各自特点，以及在数字化平台应用中面临的不同问题，以小组为单位进行学习与研究，每个小组均由两类学生构成，这样可充分发挥学生各自的优势并弥补自身不足，以团队合作方式共同解决在建筑分析、模型建立、参数设置、模拟计算全流程学习中的问题，使研究生具备跨学科解决问题的技能，应用多学科的研究方法、测试方法、试验方法、分析放方法来解决实际问题。其次，以核心课程“建筑物理测试技术”为基础进行扩容，教学中加入数字化平台应用相关内容，使软件模拟和现场测试有机结合，培养学生利用实测数据校正软件参数和边界设定值的能力，提高软件模拟的真实性和精确性；同时基于“天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室”，让学生掌握实验室光学设备的操作技能及操作方法，进而使他们具备通过实验室实验结果校正数字化模拟准确性的能力。

3)跨学科思维培养。在完成单项技能的训练后，学生初步掌握了建筑照明所需要的跨专业知识体系雏型，能够运用科学方法和手段解决常规问题。为了进一步提高学生综合能力，以应对本领域内复杂的科学问题，提出培养学生“一种思维，三种能力”，即跨学科逻辑思维和洞察力、思辨力、执行力[5]。跨学科逻辑思维能够帮助学生打破原有学科背景的思维束缚，从待解决问题出发，运用线性思维的深入性和发散思维的开阔性，多维度、多角度思考问题解决途径，并选择最佳方法深入研究并最终解决问题。洞察力、思辨力和执行力是处理问题的三种必备能力，在跨学科思维的指导下，洞察是以多学科角度审视提出问题，思辨是以多学科知识体系究其根源，执行是以多学科方法解决问题。

该阶段培养方式以学生参加大中型综合科研课题为主，跨学科思想体现在科研全过程的各个环节中：在科研启动时，以跨学科的角度去审视和发现问题；在科研展开时，以解决问题为核心目标，有机融合专项研究和跨学科综合研究；在科研结题时，协调考虑各项研究结果，以跨学科思维找到最优化解决方案。

4)跨学科实践能力培养。在完成跨学科基本素质、数字化应用技能、思维方式的培养后，不同专业背景的学生已基本具备了从事照明设计和科研工作的能力，因此需要根据不同培养方向制定侧重点不同的实践能力教学计划，使他们以基本素质为基础，以数字化应用为手段，以思维方式为核心，通过实际项目训练提升跨学科实践能力。

目前建筑照明方向的研究生培养类型分为两种[6]。一种是专业型，即以专业实践为导向，重视实践和应用，培养在照明设计中的高层次人才，目标是为设计部门提供设计师，对于该类学生，侧重工程实践项目，使学生掌握从项目策划、方案构思、图纸绘制、安装施工、检测验收等照明工程完整体系，在满足光环境使用功能的前提下，培养学生的方案创新能力、与甲方沟通能力、成本控制能力、团队协调能力，在该过程结束后，使学生成为能够带领团队完成实际项目的高水平设计师。另一种是学术型，即以学术研究为导向，偏重理论和实验，培养在照明领域的科研人员，目标是为攻读博士打好基础，为科研院所提供学术骨干，针对学术型研究生，侧重于科学研究项目，使学生掌握从国内外文献跟踪、关键问题提取、技术路线制定、实验模拟分析、研究成果凝练等科研全流程体系，着重培养研究生针对待解决科学问题、基于知识储备和逻辑思维、制定科学可行的研究技术方案、通过实验和模拟分析等手段解决问题的能力，使学生达到带领研究小组完成某项科研课题的水平。

3 培养模式的实践

通过上述方法，建筑照明方向培养的研究生在跨学科基本素质、跨学科数字化应用技能、跨学科思维、跨学科实践能力四个方面均有较为明显地提高，并且能够综合运用上述四种能力解决较为复杂的科学问题。

例如在国家自然科学基金《展陈照明中白光LED对中国书画光照影响定量化研究》的科研实践中，所要解决的问题是如何得到博物馆展陈照明中白光LED对书画类展品的量化影响，这是一个较为复杂的科学问题，而如何设计光照影响实验作为关键点涉及到多学科交差，对素质、技能、思维、实践能力均有很高的要求。研究生在课题研究中，基于扎实的跨学科基本素质，运用创新思维能力，逐步制定出“以组成白光LED的红、黄、绿、蓝四种主要单色光为实验光源，长期照射书画试件并周期性进行试件色彩参数和微观形貌参数测量”这一技术路线，通过数据分析确定白光LED对书画类文物展品的量化影响。但在如何得到比较纯净的单色光问题上，学生们遇到了新的困难：激光是比较理想的方法，但价格高昂不易实现，单色LED虽然经济，但精度较低且不能得到任意颜色的单色光谱。最终科研小组经过讨论，以建筑光学、光谱学和色度学的跨学科思维方式，确定使用卤钨灯结合单色滤光片和红外滤光片的方法，得到了满足实验要求的单色光谱。实验所测数据分析也是整个研究的重要组成部分，需要将海量数据通过计算机拟合为各参数随时间周期衰变曲线，并进行大样本综合计算分析，这对跨学科数字化应用技能要求很高，研究小组对任务进行了明确分工，熟练运用计算机手段完成了数据分析任务。从事该项研究工作的两名研究生，分别撰写了《适用于中国脆弱文物照明的LED光源损伤度评估方法》[7]和《基于显色性能和色彩保护的中国脆弱文物照明LED光谱优化》[8]硕士学位论文，并均获得了2019年度天津大学优秀研究生毕业论文。

通过学生在该课题中的科研实践表明，经过新型教学方式培养出的研究生具备较好的跨学科基本素质和跨学科数字化应用技能，并能够基于跨学科思维方式将所学知识在解决复杂科学问题过程中进行实践应用。

4 结语

通过对研究生跨学科教学方法的探索，提高和改善不同专业背景学生的知识结构、操作技能和思维方式，使学生具备较为完善的知识结构体系，能够熟练运用专业技能解决实际问题。此基础上着重培养他们对于新知识、新技术、新趋势的判断把握能力、对问题的综合分析能力和创造性思维能力，使其具备进行科学研究工作的知识、技能以及创新性思维方式。