应用型人才培养导向的建筑环境学教改实践

2022-07-24毛艳辉蔡伟赵志达魏莉莉张丽娜

大学教育 2022年5期

毛艳辉　蔡伟　赵志达　魏莉莉　张丽娜

[摘要]为提高学生对建筑环境学课程的学习兴趣，发挥课程对各专业课基础知识的融合应用作用，课题组总结了多所高校建筑环境学课程改革经验，分析了教师、学生自身因素对教学效果的影响，探讨了教材内容对教师授课与学生学习的双向挑战，围绕应用型本科的工程师培养目标，从科研回馈教学、理论技术并重、人文情怀培养、师生平等互动四个方面，尝试开展教学改革实践。学期结束后的教学评价结果显示，建筑环境学教学改革在十个指标上得到了学生的认可。

[关键词]建筑环境学;教学改革;教学评价;声环境;光环境;风热环境;绿色建筑

[中图分类号] TU831.1 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）05-0194-04

建筑环境学是建筑环境与能源应用工程专业的基础课，是建环专业教学改革的焦点课程。建筑环境学应用最广的教材是朱颖心教授主编的《建筑环境学》。此教材自2001年初版，又经2005年、2010年、2015年三次完善，目前修订至第四版，是本专业教材中修订频率最高的专业基础课教材。《建筑环境学》现行第四版教材相对于前版教材在深度和广度上进行了拓展，概念术语描述更为明确，引入了权威研究结论，适当减少了难度较大且公式多的内容[1]，结构更加完善合理。建筑环境学在建环专业课程理论体系中有融合作用，是具有人文風格的技术类课程，建立了人与建筑互动的知识纽带，在本专业具有不可替代的作用，是体现建环专业学科特征、区别于热能动力工程专业的核心课程。

一、建筑环境学课程特点及课改现状

《建筑环境学》与建筑环境工程领域的先进技术和科研成果紧密结合，对提高建环专业学生对各门课程知识点的融会贯通能力有显著帮助，但教材内容的深度、广度及跨学科的特点，让教师在授课、学生在学习的过程中产生一种时难时易的感觉。如教材中的房间冷热负荷、热湿、通风等内容，在专业课工程热力学、传热学、流体力学、暖通空调中有知识点融合，这利于学生加深对理论的理解、应用。而声学、光学、空气环境及其涉及的生理学知识学生却是初次学习，教材中编写的深度、广度也不及热湿、通风等内容详细，这增加了学生吸收该章节的知识并运用到工程实际中的难度。这也是多所高校建筑环境学课程改革中所遇到的问题，即课程的知识点多、学生理解不容易，学习兴趣不高[2-5]等。对此，各高校开展了不同的教改方案探索，天津大学[2]从人对建筑环境需求角度出发，提出了把“热湿环境、空气环境、声光环境”三部分作为重点教学内容的“以人为本、创建环境”教学思路。同济大学[3]提出将课程与综合虚拟教学平台结合，对室内舒适性、日照、风环境、遮阳、声环境等内容辅以软件模拟分析来提升学生的学习效果。广东海洋大学[4]结合实验室条件，开展了室内污染物浓度、新风量与空气品质、室内照度、室内噪声等实验，以激发学生的学习兴趣。西安工程大学[5]按照“提出问题、寻找答案、向科研成果延伸”的路径，结合启发式教学、开放实验室等方式，重点培养学生的创新思维能力。北京工业大学[6]对《建筑环境学》各章节课程关联性、授课学时、专指委设置本课程的初衷、学生的理解深度等教学中突出存在的问题进行了思考，借鉴加州大学伯克利分校能源与环境课程的项目式教学方法，提出了对课程内容进行重组、设计相关联知识点的逻辑主线、定制课程项目的教学方式，教学效果值得期待。较多的高校[7-8]借鉴清华大学[9]增强师生互动讨论的方法，期末采用大作业答辩式考核，以充分培养学生主动学习的兴趣。辽宁工程学院2013年开展了以建筑节能为导向的课程改革，明确了教学目标，加强了节能技能训练，并在科技竞赛中重点培养学生的综合能力。通过改革探索，近年辽宁工程学院学生在节能减排等赛事中取得了不错的成绩[10-11]。

二、建筑环境学教学思考

如同建筑环境学中噪声、空气污染物的控制可以分别在“起点（源头）、过程、终点（接收点）”三个环节实施技术控制一样，建筑环境学的教学效果受“教师、教学方法、学生”全过程影响也是很大的，应统筹考虑教师学术特长、因材施教方法、学生学习能力等各方主体因素，避免出现木桶短板效应，实现有利无弊。

（一）教师授课

建筑环境学包含建筑热湿、风、光、声、空气环境质量等内容，以朱颖心教授主编的教材为例，教材编者均为暖通、空气质量、声、光专业的学科领军人物及行业泰斗。而大多数高等院校从事建环专业教学的教师的教育背景为热能、工程热物理、暖通、制冷、动力工程等专业。上述专业背景的教师中，对空气环境质量有深入研究的比例较低，而同时有声学、光学、生理学专业背景的教师更是少之又少。尽管教师通过自学可以授课，但教学与科研工作是相辅相成、互为补充的，教师讲解自己深入研究过的专业内容时，总能展现出旁征博引、深入浅出等收放自如的风采;而讲解自己未研究过的课题或缺少相关从业经历的内容时，难免会有缺少自信、内容拓展不丰富、授课不生动的表现，影响学生对这些章节的学习兴趣。

（二）教材内容

《建筑环境学》各章节内容在建筑环境营造中有着同等重要的作用，建筑的热湿、风、光、声、空气质量在工程应用中分别对应常用的专业技术标准。如《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012）》《绿色建筑评价标准（GB/T50378-2014）》《建筑采光设计标准（GB50033-2013）》《民用建筑隔声设计规范（GB 50118-2010）》《民用建筑工程室内环境污染控制规范（GB50325-2010）》等。上述专业技术标准在建筑工程的设计、性能评价、验收中必不可少，但建环专业学生在学习中接触较多的主要是《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012）》等暖通空调设计中常用的标准。课程设计还需使用到工程热力学、传热学、流体力学中的冷负荷、热负荷、送风状态点、新风量等知识点，而本专业课程体系中缺少风、光、声、空气质量四章内容的工程应用案例教学，即使通过照度计、声压级学习了测量方法，学生仍然不能够理解这部分内容在工程中的应用价值。这是教材专业跨度大对教师授课与学生学习带来的双向挑战。

（三）学生学习能力

虽然《建筑环境学》是全国统一的建环专业本科教材，但是各校的教学方法还是应结合学生学习能力，体现自身办学定位。宁波工程学院（以下简称本校）是地方二本院校，目前尚无硕士学位授权点，学校定位为应用型本科，是浙江省首个通过住建部建环专业评估的高校。本校建环专业近年高考录取成绩在全省排10萬名左右，毕业生考研入学率约为20%，就业集中在该专业领域的施工、设计、咨询、设备销售等岗位。综合学校上述背景条件，兼顾当前师资力量与学生基础，如果借鉴清华大学等研究型高校采用的大作业答辩方式，要求每个学生提交三次包含实验研究、观点论述、文献综述的成果报告（清华大学的实验研究大部分内容由研究生指导完成）[9]，那么对于无硕士点学校的二本高校学生来说，其完成的质量肯定不尽如人意，但也不能因此忽视少部分学生对实验探索的兴趣追求。如果针对《建筑环境学》不同章节内容分别在科研探索、工程设计、技术评估、设备原理等方向有所侧重，引导学生在各自感兴趣的方向上主动学习，是一种值得探索的建筑环境学课程教学模式。

（四）教学互动

教学互动是每一门专业基础课程都要考虑的问题。课堂上学生的学习状态大致分为三类：第一类是少部分学生认真听讲、主动思考、积极讨论;第二类是半数学生被动听讲与讨论，注意力受课堂内容和授课效果起伏;第三类是极少数学生对课堂教学关注度不高。教师与学生的互动是改善第二类学生听课效果、提高第三类学生积极性的有效方式。课堂教学互动常用方式有教师课堂提问、教师引出问题由学生分组讨论、学生上台讲述某个科研主题的研究进展等。教师所提问题的难度对学生参与问题讨论的积极性影响很大，而教师组织讨论的方式是否兼顾公平、是否过多关注成绩较好的学生，影响到学生对本门课程甚至教师的所有任教课程的积极性，这也是所有课程教学改革应该关注的问题。

三、教学改革方法

经过建筑环境学教学过程中的问题思考和经验积累，教学改革得到了建环系各位教师的支持，我们在2019—2020学年上学期，对建环专业2017级学生尝试新的教学模式，教改思路如表1所示。

（一）因材施教，重视科研对教学的回馈

《建筑环境学》各章节内容由相应进行深入研究的教师讲授。往年的课程由一位教师讲授，这次改革中，第1至第4章的绪论、建筑外环境、建筑热湿环境、人体对热湿环境的反应内容，由对建筑热湿耦合、传热传质有深入研究的教师负责讲授。主讲教师结合主持的以建筑热湿环境为主题的省自然科学基金研究成果[12-13]，向学生深入分析围护结构传热与外界温度波动的衰减和延迟关系等抽象复杂的知识点，帮助学生消化重点难点，加深学生对暖通空调设计过程中冷、热负荷的理解。第5至第8章室内空气品质、室内空气环境营造的理论基础、建筑声环境、建筑光环境的主讲教师，主审了《宁波市绿色建筑技术评价细则》[14]等地方绿色建筑技术标准，完成过屋顶空调外机的隔振改造[15]、中小学教室空气质量监测与新风改造工程[16]，他结合施工现场图片、测试数据和实操经验，讲授隔声降噪理论、光环境评价、教室空气质量监测等内容，以提高学生将知识点与工程应用融会贯通的能力。

（二）以生为本，兼顾理论研究与技术应用

根据《建筑环境学》各章节内容的学术研究热点与工程领域应用知识点，结合学生毕业后考研深造与就业的方向，按照四类场景培养学生的技术研究与应用能力。一是在热湿环境内容上，主讲教师结合前沿热点的研究成果，讲述江南潮湿气候条件下建筑物室内热湿迁移特征，提高学生利用基础理论对工程应用问题进行理解和分析的能力;二是在上述能力培养的基础上，加深学生理解冷、热负荷的计算方法，掌握对暖通空调设计中冷、热、湿负荷参数的准确设计技能;三是在风、热、光、声内容上，结合《绿色建筑评价标准（GB/T50378-2014）》的评价体系，讲解风速放大系数、漩涡区、采光系数、照度、空气声隔声与构件隔声等指标的计算方法和工程实用价值，引导学生熟悉绿色建筑评价体系;四是在空气质量内容上，加强对空调过滤、净化原理和设备内部结构的详解，增强学生对专业产品原理的知识储备。四类场景的教学培养，可以使学生明确建筑环境学课程教学目的，适应个体发展需求，让学习有的放矢。

（三）寓情于理，赋技术理论以人文情怀

随着房地产开发建设单位对设计周期的不断缩减，有的建筑及设备各专业设计师已经情怀透支，行业常见通病有待逐步改善，如：图纸和设计说明模板化套用、暖通设计中房间冷热负荷计算的富裕系数过高、水系统的水泵选型大马拉小车、建筑风格千篇一律、采光与通风缺少被动式技术融入等，这都需要大学教师加强对学生人文情怀的培养，通过了解老一辈设计师在艰苦岁月中的技术钻研经历，培养学生日后细致严谨的工作作风。授课时，在冷热负荷章节讲述我国暖通专业历程，介绍我国暖通人才的培养情况，讲述我国是怎样从20世纪50年代苏联援助哈尔滨工业大学的一个班级，发展至今天百所高校暖通专业竞相绽放的盛大局面。在光环境章节，以人民大会堂为例讲述零基础上摸索建设的照明景观开始，讲到当今城市夜景照明已成为城市名片和独特风景线，彰显建筑照明从功能到艺术的突出作用和美化意义，培养学生树立科学严谨的建筑艺术情怀。在声环境章节，通过北京天坛回音壁这一技术落后条件下建造的声学奇迹，引申到当今建设技术先进但住宅隔声品质日趋下降的社会现实，培养学生作为建筑环境工程师的责任感和使命感。

（四）师生互动，重视学生平等参与课堂

本校往年的建筑环境学采用大作业方式按3～4人分组讨论主题，完成后由代表汇报，可能是由于缺少研究生的指导，主题形成的成果大都缺少深度与新意。本次教学改革实践，没有采用大作业讨论的形式，而是充分考虑到了每个学生对公平的追求，课堂上全部学生都参与了教学问答，实现了师生全面交流;作业的常见问题都拍成照片，以放幻灯片的形式公开讲解错误原因。课堂提问中也发现了一些有收获的细节，比如有些学生能够清晰地说出绿色建筑的核心是“四节一环保”、装配式技术的优势等一些拓展性问题，这表明这些学生平日对建筑环境领域的新技术有充分的兴趣。

由于授课时增加了风、热、声、光知识的工程应用场景与人文内容，其他章节的学时就有所缩减，同时结合学生基础，对热平衡微分方程、室内空气环境评价参数的积分方程等内容，只讲了结论性知识点，略去了过程推导，所以本课程总体维持48学时。

四、课改实践效果

本次课程的改革方向是结合科研与工程应用，使课程化难为简，提高学生的学习兴趣，促进建环专业各门课程间知识融合，通过人文情怀培养，造就学生严谨科学的设计作风。课程结束后，课题组从三方面进行了教学效果总结。

1.确定授课教师感受。作为授课教师，总体感受本学期备课及讲课的压力都比往年明显减轻，也没有出现教材湿热部分与空气质量、光、声部分前重后轻问题，做到了暖通专业与建筑物理专业的内容平衡，自我感觉教学效果较好。

2.学生成绩分析。本课程考试采用闭卷考试，从往年题库中抽取，每年试题难易程度相近。本学期66名学生，平均分65.67，标准差12.36;相比往年，平均分提高了5%～9%，标准差提高了17%～28%。这表明本次教改有利于提升全班总体成绩，标准差范围趋于合理，相比采用大作业分组答辩的形式，拉开了同组学生间的分数名次，体现了考试公平。

3.学生期末评教。学生在每门课程结束后需要对授课教师进行教学评价，否则无法查看成绩。教学评价指标为：教学目标、教学方式、交流机会、内容掌握、作业量、作业批改、辅导答疑、学习难度、成绩评定、师德师风等十项，学生在线匿名对教师进行打分。期末显示：本课程教学评价从以往全院中的排名提升至全院第三，是一个惊喜的进步。

三方面均表明：本次的教学改革尝试总体是被学生接受和认可的，既能提高学生对专业课的兴趣并改善学习效果，又增强了教师的授课自信与收获感。

[ 参考文献 ]

[1] 朱颖心.建筑环境学[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2] 丁研，田喆，孙越霞，等.以人为本的建筑环境学课程教学新思路探索[J].高等建筑教育，2016（2）：92-95.

[3] 李翠，李峥嵘.《建筑环境学》课程创新实践建设：结合BIM技术建立综合虚拟教学平台[J].教育教学论坛，2019（41）：1-2.

[4] 江燕涛.重视实践的建筑环境学课程教学模式的探索[J].制冷，2018（4）：77-79.

[5] 王麗娟，郑松.基于培养学生创新能力的建筑环境学课程教学方法[J].高等建筑教育，2018（3）：79-81.

[6] 简毅文，李俊梅，全贞花，等.建筑环境学课程教学方式的思考[J].教育教学论坛，2016（35）：160-161.

[7] 王丽芳，金光，庞赟佶，等.提高建筑环境学教学质量方法之加强师生互动[J]. 教育教学论坛，2019（18）：202-203.

[8] 王艳，曾最，王磊，等.建筑环境学课程教学方法探讨[J].中国冶金教育，2020（2）：37-38，41.

[9] 朱颖心.建筑环境学课程建设与教学方法[J].高等建筑教育，2003（3）：26-29.

[10] 蔡伟，谷伟，谷秀娟.以建筑节能为导向的建筑环境学课程教学改革探索[J].大学教育，2014（6）：104-105.