國家級實驗教學(xué)示范中心“三層次七系列”復(fù)合型實驗教學(xué)體系建構(gòu)

梁樹英， 盧 峰， 黃海靜

(重慶大學(xué) a. 博士后流動站； b. 建筑城規(guī)學(xué)院， 重慶 400045)

0 引 言

實驗教學(xué)是大學(xué)教學(xué)的一個重要組成部分，是提高學(xué)生對相關(guān)課程的知識實踐應(yīng)用能力，以及獨立思考、自主創(chuàng)新能力的主要手段，對人才培養(yǎng)具有重要作用[1-4]。實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的核心內(nèi)容是加強實驗教學(xué)體系建設(shè)和深化實驗教學(xué)改革，建立既滿足大眾化教育，又適應(yīng)學(xué)生個性化發(fā)展，有利于學(xué)生能力培養(yǎng)的多層次、開放式的實驗教學(xué)課程體系[5]。建筑學(xué)科大類的專業(yè)教育，具有明顯的過程性、驗證性、探究性、綜合性和創(chuàng)新性特征，所有設(shè)計課程對于學(xué)生而言，都是一次對其知識、素質(zhì)、能力的挑戰(zhàn)，需要學(xué)生在草案、中期評圖、終期答辯等課程環(huán)節(jié)，綜合運用不同的實驗手段，來驗證其設(shè)計構(gòu)想在空間、技術(shù)、功能、材料等方面的可行性，并根據(jù)實驗結(jié)果不斷修正自己的設(shè)計成果，以達(dá)到更加理想的效果[6-9]。因此，建筑學(xué)科大類的專業(yè)課程本身，就是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的實驗實踐過程和創(chuàng)新思維的孕育發(fā)展過程。

1 “三層次七系列”復(fù)合型實驗教學(xué)體系構(gòu)建

經(jīng)過多年的建設(shè)和實踐，建筑城規(guī)國家級實驗教學(xué)示范中心(以下簡稱“中心”)依托學(xué)校建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)和風(fēng)景園林學(xué)3個一級學(xué)科在國內(nèi)專業(yè)教育領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢，持續(xù)建設(shè)和完善了具有國內(nèi)先進(jìn)水平的建筑物理實驗室、建筑模型實驗室、建筑構(gòu)造技術(shù)實驗室、建筑CAD實驗室、GIS實驗室、虛擬現(xiàn)實及數(shù)字技術(shù)實驗室、風(fēng)景園林綜合實驗室7個實驗平臺，并構(gòu)建了的以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)、以學(xué)生為中心、與專業(yè)教學(xué)高度融合的“三層次七系列”復(fù)合型實驗教學(xué)體系(見圖1)，不同層次、不同系列相互交叉、融合滲透，形成多元化的實驗內(nèi)容[10]。其中，“三層次”是按照不同階段人才培養(yǎng)目標(biāo)對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)發(fā)展的核心要求，將實驗課程分為基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗3個訓(xùn)練層次，教學(xué)目的層次分明、循序漸進(jìn)[11-12]，使學(xué)生完成從入學(xué)初期的被動接受知識到高年級的主動探索創(chuàng)新的學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變；“七系列”是依據(jù)建筑類學(xué)科各專業(yè)的教學(xué)特點和階段教學(xué)目標(biāo)而建立的7個主要的實驗課程系列，包括建筑設(shè)計基礎(chǔ)、藝術(shù)與表達(dá)、風(fēng)景園林、建筑技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、設(shè)計研究和設(shè)計實踐。目前，“三層次七系列”復(fù)合型實驗教學(xué)體系共開設(shè)實驗項目131項，其中，基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗分別占總實驗項目數(shù)量的41.2%、27.5%和31.3%(見表1)。

圖1 “三層次七系列”復(fù)合型實驗教學(xué)體系

表1 “三層次七系列” 復(fù)合型實驗教學(xué)體系實驗項目

2 “三層次”

2.1 基礎(chǔ)實驗層

基礎(chǔ)實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生獨立動手和思考的能力，打好專業(yè)實驗的基礎(chǔ)[13]。在專業(yè)學(xué)習(xí)入門階段，為了引導(dǎo)學(xué)生盡快了解專業(yè)學(xué)習(xí)的主要知識結(jié)構(gòu)、掌握專業(yè)學(xué)習(xí)的基本技能、激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣和學(xué)習(xí)熱情、開拓學(xué)生的專業(yè)視野，中心按照不同專業(yè)特點和主干課程教學(xué)階段目標(biāo)，通過直觀、參與性的實驗項目和教學(xué)過程，幫助學(xué)生初步形成完整的專業(yè)知識框架，為其下一步根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣確定今后的學(xué)習(xí)重點打下基礎(chǔ)。如“建筑設(shè)計基礎(chǔ)(1)”所開設(shè)的“建筑抄繪”項目，是指導(dǎo)學(xué)生通過對小型建筑設(shè)計的圖紙抄繪和模型制作，初步了解建筑設(shè)計圖紙表達(dá)的規(guī)范要求和空間、功能、結(jié)構(gòu)等基本專業(yè)常識；建筑構(gòu)造實驗教學(xué)課程，通過建立材料與構(gòu)造實物展示區(qū)，直觀展示不同材料、不同建筑部位的構(gòu)造連接方式，使學(xué)生深入了解到許多通過書本難以充分表達(dá)的細(xì)節(jié)。風(fēng)景園林專業(yè)的“園林植物基礎(chǔ)”和“形式認(rèn)知與材料實驗”2門課程，依托校企合作平臺，共建園林工程課程實訓(xùn)場地和園林植物校內(nèi)實驗實訓(xùn)場地，開展基礎(chǔ)認(rèn)知及多種材料的形式設(shè)計實驗，幫助學(xué)生建立對植物及材料的直觀了解。

2.2 綜合實驗層

綜合實驗側(cè)重于強化專業(yè)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和技術(shù)手段分析以及解決實際問題的能力[11]。在專業(yè)學(xué)習(xí)深入階段，專業(yè)課程與相關(guān)技術(shù)手段的結(jié)合更加緊密，與專業(yè)主干課程高度匹配、以專業(yè)技能和理念培養(yǎng)為核心的實驗課程是高質(zhì)量專業(yè)教育的重要支撐；在此階段，通過多層次、針對專業(yè)技術(shù)特點的系列實驗課程與項目，逐步引導(dǎo)學(xué)生建立“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題”的工作方法。為此，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)在每個階段設(shè)置多方向、多題目的實驗課題組，推行STUDIO教學(xué)模式，實行實驗課題組與學(xué)生雙向選擇，使學(xué)生能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣與專業(yè)課程特點，自由選擇不同的研究方向和實驗手段。如“建筑環(huán)境控制”實驗課程中的建筑采光模型、照明模型及日照模擬等實驗項目，將建筑物理教學(xué)的基本知識要求與不同階段建筑設(shè)計課程中的基本問題相結(jié)合，使學(xué)生能針對具體設(shè)計問題靈活運用其所掌握的基本實驗技能去驗證、評價其設(shè)計的可行性，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，舉一反三，形成較強的知識運用能力。

2.3 創(chuàng)新實驗層

創(chuàng)新實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和想象能力。建筑學(xué)科作為實踐型學(xué)科，需要各專業(yè)人才在職業(yè)生涯中不斷根據(jù)城市與建筑的發(fā)展變化，隨時更新自己的知識結(jié)構(gòu)以迎接新的挑戰(zhàn)；因此，實踐與創(chuàng)新是培養(yǎng)高水平、復(fù)合型建筑學(xué)科專業(yè)人才的主要目標(biāo)與途徑，通過接近實際情況的親身體驗和針對特定問題的探究性實驗教學(xué)過程，使學(xué)生逐步形成自身的創(chuàng)新理念和全面的專業(yè)素養(yǎng)，掌握自我知識更新的學(xué)習(xí)方法，為其未來進(jìn)入社會和行業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。為此，創(chuàng)新層次的實驗課程涵蓋了從初步學(xué)習(xí)階段到畢業(yè)設(shè)計的整個專業(yè)學(xué)習(xí)過程，主要通過競爭性、參與性的實驗項目以及團(tuán)隊工作的實驗組織形式，提升學(xué)生的綜合研究素養(yǎng)和團(tuán)隊精神，為學(xué)生的知識創(chuàng)新提供廣闊的專業(yè)視野和多元化的研究思路。

創(chuàng)新實驗層主要涵蓋以下幾個方面：① 通過引導(dǎo)學(xué)生參加全國性創(chuàng)新設(shè)計競賽、以及與國內(nèi)外建筑院校聯(lián)合教學(xué)等形式，使學(xué)生隨時了解和掌握行業(yè)與技術(shù)發(fā)展的前沿動向。如“城市流動售賣設(shè)施創(chuàng)新設(shè)計”是結(jié)合首屆國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗基金項目的實驗工作組教學(xué)課程，并在當(dāng)年全國高等學(xué)校建筑學(xué)專業(yè)大學(xué)生設(shè)計作業(yè)評選中被評為優(yōu)秀作業(yè)；② 通過設(shè)置“設(shè)計研究系列”“藝術(shù)表達(dá)系列”“設(shè)計實踐系列”等實驗教學(xué)模塊，將城市社會調(diào)查、古建筑測繪這類社會實踐性課題，以及陶藝、紙板建造等培養(yǎng)感性認(rèn)知的參與性實驗課題，納入整個實驗教學(xué)體系之中，并面向非專業(yè)學(xué)生開放；③ 順應(yīng)當(dāng)前建筑學(xué)科的發(fā)展趨勢，以計算機虛擬仿真技術(shù)課程為新的突破口，構(gòu)建整合實體模型、物理實驗和虛擬仿真分析模擬的綜合性試驗課程群，學(xué)生根據(jù)自己的課程設(shè)計建立數(shù)字化模型，通過虛擬仿真和計算機模擬，研究空間環(huán)境，完成數(shù)據(jù)分析及改進(jìn)性設(shè)計，然后制作實物模型，再采用物理實驗手段進(jìn)行真實效果測試，并得出研究結(jié)論。

3 “七系列”

7個實驗課程系列是以引導(dǎo)學(xué)生掌握核心專業(yè)知識為目標(biāo)，以整個學(xué)習(xí)過程為背景，并在“基礎(chǔ)—綜合—創(chuàng)新”3個層次上形成的不同實驗項目。學(xué)生在專業(yè)設(shè)計課的設(shè)計過程中，根據(jù)設(shè)計階段的需要隨時利用實驗室開放共享平臺進(jìn)行相應(yīng)實驗研究，將不同實驗手段融合于設(shè)計的各個階段。

3.1 建筑設(shè)計基礎(chǔ)系列

建筑設(shè)計基礎(chǔ)實驗系列結(jié)合建筑初步教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生對建筑的空間、構(gòu)成、形式、材料等基礎(chǔ)認(rèn)知為實驗教學(xué)目的。實驗教學(xué)內(nèi)容包括建筑設(shè)計基礎(chǔ)(1—2)、建筑模型制作、紙板建造課程，主要由建筑模型實驗室和建筑構(gòu)造技術(shù)實驗室承擔(dān)相應(yīng)實驗課程。實驗教學(xué)手段主要以模型制作為主，包括平面構(gòu)成、立體構(gòu)成、紙板及竹材建構(gòu)等各種形式、比例及材料的實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。建筑設(shè)計基礎(chǔ)實驗系列還依托“紙板建造季”等大型活動，有力地支撐了面向高中生的雛鷹計劃項目及暑期訓(xùn)練營項目的開展。

3.2 藝術(shù)與表達(dá)系列

以培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)知識、審美素養(yǎng)及表達(dá)技能為教學(xué)目標(biāo)，藝術(shù)與表達(dá)實驗系列由繪畫(1—3)，美術(shù)實習(xí)(1—2)、建筑表現(xiàn)、規(guī)劃表現(xiàn)、景觀表達(dá)、陶藝、城市公共藝術(shù)等實驗課程組成，主要由建筑模型實驗室、風(fēng)景園林綜合實驗室承擔(dān)相應(yīng)實驗課程。藝術(shù)與表達(dá)實驗系列不僅作為建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、風(fēng)景園林專業(yè)學(xué)生的藝術(shù)實習(xí)實踐課，還以陶藝制作及公共藝術(shù)類科研訓(xùn)練項目等向全校學(xué)生開放，提高學(xué)生的參與度。

3.3 風(fēng)景園林系列

為培養(yǎng)學(xué)生建立環(huán)境意識，掌握環(huán)境景觀設(shè)計原理和方法，設(shè)置風(fēng)景園林實驗系列課程，包括園林植物基礎(chǔ)、園林植物配置、形式認(rèn)識及材料試驗、傳統(tǒng)園林參觀與測繪、園林工程、園林景觀設(shè)計競賽等，主要由風(fēng)景園林綜合實驗室承擔(dān)相應(yīng)實驗課程。實驗教學(xué)手段既包括學(xué)校內(nèi)實踐基地的植物配置、材料試驗，還設(shè)置校外園林案例的實地參觀、調(diào)研、測繪和記錄等實習(xí)環(huán)節(jié)，并通過園林工程設(shè)計及競賽課，掌握園林景觀工程設(shè)計的實踐要點和技術(shù)方法。

3.4 建筑技術(shù)系列

建筑技術(shù)系列強調(diào)技術(shù)的可行性與實踐性，不僅作為建筑構(gòu)造設(shè)計、環(huán)境量化分析的技術(shù)支撐，而且以此為平臺，針對建造實做、環(huán)境生態(tài)分析、綠色建筑技術(shù)等開展了一系列的科研訓(xùn)練及創(chuàng)新實踐項目，已獲得全國大學(xué)生設(shè)計競賽、優(yōu)秀國創(chuàng)項目、國家專利等方面的豐富成果。建筑技術(shù)實驗課程包含兩大類：① 建筑構(gòu)造類課程，如房屋建筑學(xué)課程設(shè)計、建筑技術(shù)與設(shè)計(建造實做)；主要結(jié)合專業(yè)課程的多項教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計過程中合理運用實驗技術(shù)手段的能力；② 建筑物理類課程，如建筑物理(1、2、3)、建筑環(huán)境控制(1、2)、城市環(huán)境物理、建筑物理創(chuàng)新實驗。主要由建筑構(gòu)造技術(shù)實驗室和建筑物理實驗室承擔(dān)相應(yīng)實驗課程，既有針對本科生的演示、驗證類實驗教學(xué)，也有面向其他相關(guān)學(xué)院的基礎(chǔ)性教學(xué)；同時，結(jié)合研究生課題積極研發(fā)實驗裝置，拓展自主創(chuàng)新實驗。

3.5 數(shù)字化技術(shù)系列

數(shù)字化技術(shù)實驗系列充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)，拓展建筑、規(guī)劃及景觀的高效、直觀及全方位的設(shè)計手段與表現(xiàn)方式，從而激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計思維與創(chuàng)新方法的產(chǎn)生。數(shù)字化技術(shù)課程系列由計算機應(yīng)用基礎(chǔ)(計算機繪圖)、計算機資格認(rèn)證培訓(xùn)、建筑與規(guī)劃數(shù)字技術(shù)(1、2)、建筑物理環(huán)境模擬評估實驗、BIM體系的工程實踐運用等實驗課程構(gòu)成。由建筑CAD實驗室、GIS實驗室及虛擬現(xiàn)實及數(shù)字技術(shù)實驗室完成相應(yīng)實驗課程。在實驗教學(xué)中充分開發(fā)和使用虛擬實驗技術(shù)，可以虛實結(jié)合、優(yōu)勢互補[14]，實驗教學(xué)中心以虛擬城鎮(zhèn)規(guī)劃、建筑及環(huán)境等教學(xué)內(nèi)容為核心，打造核心虛擬仿真教學(xué)實驗平臺、設(shè)計項目案例庫和數(shù)據(jù)庫共享平臺、多維度互動展示硬件設(shè)施平臺等三大實驗平臺。同時，中心進(jìn)行 BIM 解決方案在建筑、工程和施工(AEC)行業(yè)的研究和應(yīng)用，以獲得技術(shù)研究和實踐應(yīng)用成果，還啟動了遠(yuǎn)程教學(xué)實驗課程及相應(yīng)設(shè)施建設(shè)，利用數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)與國內(nèi)外院校的遠(yuǎn)程教學(xué)交流與互動，為拓展學(xué)生交流渠道、開闊學(xué)生國際交流視野建立開放平臺。

3.6 設(shè)計研究系列

設(shè)計研究教學(xué)系列采用傳統(tǒng)實測實驗手段與現(xiàn)代虛擬仿真模擬實驗相結(jié)合的方法，幫助學(xué)生直觀、系統(tǒng)地了解建筑與城市空間的歷史演變、生成機制和模式，是相關(guān)理論研究類課程的重要支撐。該系列課程包括兩類，① 校內(nèi)設(shè)計研究類課程：場地與總圖設(shè)計、開放空間設(shè)計原理與方法；② 校外測繪調(diào)查類課程：調(diào)查古建筑測繪、城鄉(xiāng)社會綜合調(diào)查(1、2)，主要由建筑模型實驗室、虛擬現(xiàn)實及數(shù)字技術(shù)實驗室、GIS實驗室完成相應(yīng)實驗課程。

3.7 設(shè)計實踐系列

建筑學(xué)科作為實踐應(yīng)用型學(xué)科，設(shè)計過程是其專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的核心環(huán)節(jié)；設(shè)計實踐系列以不同階段、不同類型的課程設(shè)計為主干，結(jié)合建筑模型、計算機模擬分析、數(shù)字化建模設(shè)計等多元化實驗教學(xué)手段，采用STUDIO教學(xué)模塊、校企聯(lián)合教學(xué)、國內(nèi)外高校聯(lián)合教學(xué)、跨專業(yè)聯(lián)合設(shè)計等多種綜合性實踐教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決復(fù)雜工程問題以及整體思維和協(xié)同設(shè)計的綜合能力[15]。該系列主要課程由建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、風(fēng)景園林3個專業(yè)的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計課程及企業(yè)實習(xí)實踐構(gòu)成，7個實驗室均在不同課程、不同階段承擔(dān)相應(yīng)的實驗課程教學(xué)和實驗驗證工作。此外，實驗教學(xué)中心還積極結(jié)合國家級實踐教育基地資源，通過信息共享平臺，開展BIM設(shè)計等探索性的設(shè)計實踐教學(xué)。

4 結(jié) 語

建筑城規(guī)國家級實驗教學(xué)示范中心根據(jù)各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和未來專業(yè)教育的發(fā)展趨勢，針對學(xué)生在知識、素質(zhì)、能力3個方面的發(fā)展需求，構(gòu)建了涵蓋建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)3個一級學(xué)科專業(yè)教育的“三層次七系列”復(fù)合型實驗教學(xué)課程體系，不僅滿足了專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)對專業(yè)知識傳授的要求，而且為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了開放性的拓展平臺，也為其他高校實驗教學(xué)體系的建設(shè)提供新的思路和借鑒。

實驗教學(xué)示范中心在一般實驗和實踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，著力加強學(xué)科交叉和知識綜合運用。近5年來，中心面向全校建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、風(fēng)景園林、土木工程類等10個專業(yè)開設(shè)各類基礎(chǔ)實驗及實踐課程共70門，每年接納約2 400名本科學(xué)生，實驗及實踐項目共24萬多人時，為學(xué)院國家級教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)及本科教學(xué)評估提供有力支撐。學(xué)生多次在各類全國性和國際設(shè)計作業(yè)、專業(yè)競賽及創(chuàng)新實驗項目中獲獎，獲獎數(shù)量達(dá)184項，并有200余名學(xué)生參加了“國家創(chuàng)新實驗項目”和“SRTP科研訓(xùn)練計劃項目”等不同級別的大學(xué)生創(chuàng)新基金項目的研究工作，總項目數(shù)達(dá)109項，獲獎21項。同時，通過不同層次的實驗、實踐項目和系列設(shè)計競賽，建筑學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、風(fēng)景園林、土木工程等各專業(yè)的學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到了很大提高，對本專業(yè)及整個行業(yè)的發(fā)展前沿和趨勢有較深刻的了解，具有較強的發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，在建筑新技術(shù)運用、跨專業(yè)項目協(xié)調(diào)與配合、設(shè)計過程和質(zhì)量控制等方面，與國內(nèi)其他高校相比具有較大優(yōu)勢。