應(yīng)用型人才培養(yǎng)導(dǎo)向的建筑環(huán)境學(xué)教改實(shí)踐

毛艷輝 蔡 偉 趙志達(dá) 魏莉莉 張麗娜

（寧波工程學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系，浙江 寧波 315211）

建筑環(huán)境學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，是建環(huán)專業(yè)教學(xué)改革的焦點(diǎn)課程。建筑環(huán)境學(xué)應(yīng)用最廣的教材是朱穎心教授主編的《建筑環(huán)境學(xué)》。此教材自2001 年初版，又經(jīng)2005 年、2010 年、2015 年三次完善，目前修訂至第四版，是本專業(yè)教材中修訂頻率最高的專業(yè)基礎(chǔ)課教材。《建筑環(huán)境學(xué)》現(xiàn)行第四版教材相對于前版教材在深度和廣度上進(jìn)行了拓展，概念術(shù)語描述更為明確，引入了權(quán)威研究結(jié)論，適當(dāng)減少了難度較大且公式多的內(nèi)容，結(jié)構(gòu)更加完善合理。建筑環(huán)境學(xué)在建環(huán)專業(yè)課程理論體系中有融合作用，是具有人文風(fēng)格的技術(shù)類課程，建立了人與建筑互動的知識紐帶，在本專業(yè)具有不可替代的作用，是體現(xiàn)建環(huán)專業(yè)學(xué)科特征、區(qū)別于熱能動力工程專業(yè)的核心課程。

一、建筑環(huán)境學(xué)課程特點(diǎn)及課改現(xiàn)狀

《建筑環(huán)境學(xué)》與建筑環(huán)境工程領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和科研成果緊密結(jié)合，對提高建環(huán)專業(yè)學(xué)生對各門課程知識點(diǎn)的融會貫通能力有顯著幫助，但教材內(nèi)容的深度、廣度及跨學(xué)科的特點(diǎn)，讓教師在授課、學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生一種時(shí)難時(shí)易的感覺。如教材中的房間冷熱負(fù)荷、熱濕、通風(fēng)等內(nèi)容，在專業(yè)課工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、暖通空調(diào)中有知識點(diǎn)融合，這利于學(xué)生加深對理論的理解、應(yīng)用。而聲學(xué)、光學(xué)、空氣環(huán)境及其涉及的生理學(xué)知識學(xué)生卻是初次學(xué)習(xí)，教材中編寫的深度、廣度也不及熱濕、通風(fēng)等內(nèi)容詳細(xì)，這增加了學(xué)生吸收該章節(jié)的知識并運(yùn)用到工程實(shí)際中的難度。這也是多所高校建筑環(huán)境學(xué)課程改革中所遇到的問題，即課程的知識點(diǎn)多、學(xué)生理解不容易，學(xué)習(xí)興趣不高等。對此，各高校開展了不同的教改方案探索，天津大學(xué)從人對建筑環(huán)境需求角度出發(fā)，提出了把“熱濕環(huán)境、空氣環(huán)境、聲光環(huán)境”三部分作為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容的“以人為本、創(chuàng)建環(huán)境”教學(xué)思路。同濟(jì)大學(xué)提出將課程與綜合虛擬教學(xué)平臺結(jié)合，對室內(nèi)舒適性、日照、風(fēng)環(huán)境、遮陽、聲環(huán)境等內(nèi)容輔以軟件模擬分析來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。廣東海洋大學(xué)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，開展了室內(nèi)污染物濃度、新風(fēng)量與空氣品質(zhì)、室內(nèi)照度、室內(nèi)噪聲等實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。西安工程大學(xué)按照“提出問題、尋找答案、向科研成果延伸”的路徑，結(jié)合啟發(fā)式教學(xué)、開放實(shí)驗(yàn)室等方式，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。北京工業(yè)大學(xué)對《建筑環(huán)境學(xué)》各章節(jié)課程關(guān)聯(lián)性、授課學(xué)時(shí)、專指委設(shè)置本課程的初衷、學(xué)生的理解深度等教學(xué)中突出存在的問題進(jìn)行了思考，借鑒加州大學(xué)伯克利分校能源與環(huán)境課程的項(xiàng)目式教學(xué)方法，提出了對課程內(nèi)容進(jìn)行重組、設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)的邏輯主線、定制課程項(xiàng)目的教學(xué)方式，教學(xué)效果值得期待。較多的高校借鑒清華大學(xué)增強(qiáng)師生互動討論的方法，期末采用大作業(yè)答辯式考核，以充分培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。遼寧工程學(xué)院2013 年開展了以建筑節(jié)能為導(dǎo)向的課程改革，明確了教學(xué)目標(biāo)，加強(qiáng)了節(jié)能技能訓(xùn)練，并在科技競賽中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。通過改革探索，近年遼寧工程學(xué)院學(xué)生在節(jié)能減排等賽事中取得了不錯(cuò)的成績。

二、建筑環(huán)境學(xué)教學(xué)思考

如同建筑環(huán)境學(xué)中噪聲、空氣污染物的控制可以分別在“起點(diǎn)（源頭）、過程、終點(diǎn)（接收點(diǎn)）”三個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施技術(shù)控制一樣，建筑環(huán)境學(xué)的教學(xué)效果受“教師、教學(xué)方法、學(xué)生”全過程影響也是很大的，應(yīng)統(tǒng)籌考慮教師學(xué)術(shù)特長、因材施教方法、學(xué)生學(xué)習(xí)能力等各方主體因素，避免出現(xiàn)木桶短板效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)有利無弊。

（一）教師授課

建筑環(huán)境學(xué)包含建筑熱濕、風(fēng)、光、聲、空氣環(huán)境質(zhì)量等內(nèi)容，以朱穎心教授主編的教材為例，教材編者均為暖通、空氣質(zhì)量、聲、光專業(yè)的學(xué)科領(lǐng)軍人物及行業(yè)泰斗。而大多數(shù)高等院校從事建環(huán)專業(yè)教學(xué)的教師的教育背景為熱能、工程熱物理、暖通、制冷、動力工程等專業(yè)。上述專業(yè)背景的教師中，對空氣環(huán)境質(zhì)量有深入研究的比例較低，而同時(shí)有聲學(xué)、光學(xué)、生理學(xué)專業(yè)背景的教師更是少之又少。盡管教師通過自學(xué)可以授課，但教學(xué)與科研工作是相輔相成、互為補(bǔ)充的，教師講解自己深入研究過的專業(yè)內(nèi)容時(shí)，總能展現(xiàn)出旁征博引、深入淺出等收放自如的風(fēng)采；而講解自己未研究過的課題或缺少相關(guān)從業(yè)經(jīng)歷的內(nèi)容時(shí)，難免會有缺少自信、內(nèi)容拓展不豐富、授課不生動的表現(xiàn)，影響學(xué)生對這些章節(jié)的學(xué)習(xí)興趣。

（二）教材內(nèi)容

《建筑環(huán)境學(xué)》各章節(jié)內(nèi)容在建筑環(huán)境營造中有著同等重要的作用，建筑的熱濕、風(fēng)、光、聲、空氣質(zhì)量在工程應(yīng)用中分別對應(yīng)常用的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50736-2012）》《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50378-2014）》《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50033-2013）》《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50118-2010）》《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范（GB50325-2010）》等。上述專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在建筑工程的設(shè)計(jì)、性能評價(jià)、驗(yàn)收中必不可少，但建環(huán)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)中接觸較多的主要是《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50736-2012）》等暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中常用的標(biāo)準(zhǔn)。課程設(shè)計(jì)還需使用到工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)中的冷負(fù)荷、熱負(fù)荷、送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)、新風(fēng)量等知識點(diǎn)，而本專業(yè)課程體系中缺少風(fēng)、光、聲、空氣質(zhì)量四章內(nèi)容的工程應(yīng)用案例教學(xué)，即使通過照度計(jì)、聲壓級學(xué)習(xí)了測量方法，學(xué)生仍然不能夠理解這部分內(nèi)容在工程中的應(yīng)用價(jià)值。這是教材專業(yè)跨度大對教師授課與學(xué)生學(xué)習(xí)帶來的雙向挑戰(zhàn)。

（三）學(xué)生學(xué)習(xí)能力

雖然《建筑環(huán)境學(xué)》是全國統(tǒng)一的建環(huán)專業(yè)本科教材，但是各校的教學(xué)方法還是應(yīng)結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)能力，體現(xiàn)自身辦學(xué)定位。寧波工程學(xué)院（以下簡稱本校）是地方二本院校，目前尚無碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，學(xué)校定位為應(yīng)用型本科，是浙江省首個(gè)通過住建部建環(huán)專業(yè)評估的高校。本校建環(huán)專業(yè)近年高考錄取成績在全省排10 萬名左右，畢業(yè)生考研入學(xué)率約為20%，就業(yè)集中在該專業(yè)領(lǐng)域的施工、設(shè)計(jì)、咨詢、設(shè)備銷售等崗位。綜合學(xué)校上述背景條件，兼顧當(dāng)前師資力量與學(xué)生基礎(chǔ)，如果借鑒清華大學(xué)等研究型高校采用的大作業(yè)答辯方式，要求每個(gè)學(xué)生提交三次包含實(shí)驗(yàn)研究、觀點(diǎn)論述、文獻(xiàn)綜述的成果報(bào)告（清華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究大部分內(nèi)容由研究生指導(dǎo)完成），那么對于無碩士點(diǎn)學(xué)校的二本高校學(xué)生來說，其完成的質(zhì)量肯定不盡如人意，但也不能因此忽視少部分學(xué)生對實(shí)驗(yàn)探索的興趣追求。如果針對《建筑環(huán)境學(xué)》不同章節(jié)內(nèi)容分別在科研探索、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)評估、設(shè)備原理等方向有所側(cè)重，引導(dǎo)學(xué)生在各自感興趣的方向上主動學(xué)習(xí)，是一種值得探索的建筑環(huán)境學(xué)課程教學(xué)模式。

（四）教學(xué)互動

教學(xué)互動是每一門專業(yè)基礎(chǔ)課程都要考慮的問題。課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)大致分為三類：第一類是少部分學(xué)生認(rèn)真聽講、主動思考、積極討論；第二類是半數(shù)學(xué)生被動聽講與討論，注意力受課堂內(nèi)容和授課效果起伏；第三類是極少數(shù)學(xué)生對課堂教學(xué)關(guān)注度不高。教師與學(xué)生的互動是改善第二類學(xué)生聽課效果、提高第三類學(xué)生積極性的有效方式。課堂教學(xué)互動常用方式有教師課堂提問、教師引出問題由學(xué)生分組討論、學(xué)生上臺講述某個(gè)科研主題的研究進(jìn)展等。教師所提問題的難度對學(xué)生參與問題討論的積極性影響很大，而教師組織討論的方式是否兼顧公平、是否過多關(guān)注成績較好的學(xué)生，影響到學(xué)生對本門課程甚至教師的所有任教課程的積極性，這也是所有課程教學(xué)改革應(yīng)該關(guān)注的問題。

三、教學(xué)改革方法

經(jīng)過建筑環(huán)境學(xué)教學(xué)過程中的問題思考和經(jīng)驗(yàn)積累，教學(xué)改革得到了建環(huán)系各位教師的支持，我們在2019—2020 學(xué)年上學(xué)期，對建環(huán)專業(yè)2017 級學(xué)生嘗試新的教學(xué)模式，教改思路如表1所示。

表1 建筑環(huán)境學(xué)課程教改思路框架表

（一）因材施教，重視科研對教學(xué)的回饋

《建筑環(huán)境學(xué)》各章節(jié)內(nèi)容由相應(yīng)進(jìn)行深入研究的教師講授。往年的課程由一位教師講授，這次改革中，第1 至第4 章的緒論、建筑外環(huán)境、建筑熱濕環(huán)境、人體對熱濕環(huán)境的反應(yīng)內(nèi)容，由對建筑熱濕耦合、傳熱傳質(zhì)有深入研究的教師負(fù)責(zé)講授。主講教師結(jié)合主持的以建筑熱濕環(huán)境為主題的省自然科學(xué)基金研究成果，向?qū)W生深入分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱與外界溫度波動的衰減和延遲關(guān)系等抽象復(fù)雜的知識點(diǎn)，幫助學(xué)生消化重點(diǎn)難點(diǎn)，加深學(xué)生對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)過程中冷、熱負(fù)荷的理解。第5 至第8 章室內(nèi)空氣品質(zhì)、室內(nèi)空氣環(huán)境營造的理論基礎(chǔ)、建筑聲環(huán)境、建筑光環(huán)境的主講教師，主審了《寧波市綠色建筑技術(shù)評價(jià)細(xì)則》等地方綠色建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成過屋頂空調(diào)外機(jī)的隔振改造、中小學(xué)教室空氣質(zhì)量監(jiān)測與新風(fēng)改造工程，他結(jié)合施工現(xiàn)場圖片、測試數(shù)據(jù)和實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，講授隔聲降噪理論、光環(huán)境評價(jià)、教室空氣質(zhì)量監(jiān)測等內(nèi)容，以提高學(xué)生將知識點(diǎn)與工程應(yīng)用融會貫通的能力。

（二）以生為本，兼顧理論研究與技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)《建筑環(huán)境學(xué)》各章節(jié)內(nèi)容的學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)與工程領(lǐng)域應(yīng)用知識點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生畢業(yè)后考研深造與就業(yè)的方向，按照四類場景培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)研究與應(yīng)用能力。一是在熱濕環(huán)境內(nèi)容上，主講教師結(jié)合前沿?zé)狳c(diǎn)的研究成果，講述江南潮濕氣候條件下建筑物室內(nèi)熱濕遷移特征，提高學(xué)生利用基礎(chǔ)理論對工程應(yīng)用問題進(jìn)行理解和分析的能力；二是在上述能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生理解冷、熱負(fù)荷的計(jì)算方法，掌握對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中冷、熱、濕負(fù)荷參數(shù)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)技能；三是在風(fēng)、熱、光、聲內(nèi)容上，結(jié)合《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50378-2014）》的評價(jià)體系，講解風(fēng)速放大系數(shù)、漩渦區(qū)、采光系數(shù)、照度、空氣聲隔聲與構(gòu)件隔聲等指標(biāo)的計(jì)算方法和工程實(shí)用價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生熟悉綠色建筑評價(jià)體系；四是在空氣質(zhì)量內(nèi)容上，加強(qiáng)對空調(diào)過濾、凈化原理和設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳解，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)產(chǎn)品原理的知識儲備。四類場景的教學(xué)培養(yǎng)，可以使學(xué)生明確建筑環(huán)境學(xué)課程教學(xué)目的，適應(yīng)個(gè)體發(fā)展需求，讓學(xué)習(xí)有的放矢。

（三）寓情于理，賦技術(shù)理論以人文情懷

隨著房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)單位對設(shè)計(jì)周期的不斷縮減，有的建筑及設(shè)備各專業(yè)設(shè)計(jì)師已經(jīng)情懷透支，行業(yè)常見通病有待逐步改善，如：圖紙和設(shè)計(jì)說明模板化套用、暖通設(shè)計(jì)中房間冷熱負(fù)荷計(jì)算的富裕系數(shù)過高、水系統(tǒng)的水泵選型大馬拉小車、建筑風(fēng)格千篇一律、采光與通風(fēng)缺少被動式技術(shù)融入等，這都需要大學(xué)教師加強(qiáng)對學(xué)生人文情懷的培養(yǎng)，通過了解老一輩設(shè)計(jì)師在艱苦歲月中的技術(shù)鉆研經(jīng)歷，培養(yǎng)學(xué)生日后細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。授課時(shí)，在冷熱負(fù)荷章節(jié)講述我國暖通專業(yè)歷程，介紹我國暖通人才的培養(yǎng)情況，講述我國是怎樣從20 世紀(jì)50年代蘇聯(lián)援助哈爾濱工業(yè)大學(xué)的一個(gè)班級，發(fā)展至今天百所高校暖通專業(yè)競相綻放的盛大局面。在光環(huán)境章節(jié)，以人民大會堂為例講述零基礎(chǔ)上摸索建設(shè)的照明景觀開始，講到當(dāng)今城市夜景照明已成為城市名片和獨(dú)特風(fēng)景線，彰顯建筑照明從功能到藝術(shù)的突出作用和美化意義，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕ㄖ囆g(shù)情懷。在聲環(huán)境章節(jié)，通過北京天壇回音壁這一技術(shù)落后條件下建造的聲學(xué)奇跡，引申到當(dāng)今建設(shè)技術(shù)先進(jìn)但住宅隔聲品質(zhì)日趨下降的社會現(xiàn)實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生作為建筑環(huán)境工程師的責(zé)任感和使命感。

（四）師生互動，重視學(xué)生平等參與課堂

本校往年的建筑環(huán)境學(xué)采用大作業(yè)方式按3～4 人分組討論主題，完成后由代表匯報(bào)，可能是由于缺少研究生的指導(dǎo)，主題形成的成果大都缺少深度與新意。本次教學(xué)改革實(shí)踐，沒有采用大作業(yè)討論的形式，而是充分考慮到了每個(gè)學(xué)生對公平的追求，課堂上全部學(xué)生都參與了教學(xué)問答，實(shí)現(xiàn)了師生全面交流；作業(yè)的常見問題都拍成照片，以放幻燈片的形式公開講解錯(cuò)誤原因。課堂提問中也發(fā)現(xiàn)了一些有收獲的細(xì)節(jié)，比如有些學(xué)生能夠清晰地說出綠色建筑的核心是“四節(jié)一環(huán)?！?、裝配式技術(shù)的優(yōu)勢等一些拓展性問題，這表明這些學(xué)生平日對建筑環(huán)境領(lǐng)域的新技術(shù)有充分的興趣。

由于授課時(shí)增加了風(fēng)、熱、聲、光知識的工程應(yīng)用場景與人文內(nèi)容，其他章節(jié)的學(xué)時(shí)就有所縮減，同時(shí)結(jié)合學(xué)生基礎(chǔ)，對熱平衡微分方程、室內(nèi)空氣環(huán)境評價(jià)參數(shù)的積分方程等內(nèi)容，只講了結(jié)論性知識點(diǎn)，略去了過程推導(dǎo)，所以本課程總體維持48學(xué)時(shí)。

四、課改實(shí)踐效果

本次課程的改革方向是結(jié)合科研與工程應(yīng)用，使課程化難為簡，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)建環(huán)專業(yè)各門課程間知識融合，通過人文情懷培養(yǎng)，造就學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的設(shè)計(jì)作風(fēng)。課程結(jié)束后，課題組從三方面進(jìn)行了教學(xué)效果總結(jié)。

1.確定授課教師感受。作為授課教師，總體感受本學(xué)期備課及講課的壓力都比往年明顯減輕，也沒有出現(xiàn)教材濕熱部分與空氣質(zhì)量、光、聲部分前重后輕問題，做到了暖通專業(yè)與建筑物理專業(yè)的內(nèi)容平衡，自我感覺教學(xué)效果較好。

2.學(xué)生成績分析。本課程考試采用閉卷考試，從往年題庫中抽取，每年試題難易程度相近。本學(xué)期66名學(xué)生，平均分65.67，標(biāo)準(zhǔn)差12.36；相比往年，平均分提高了5%～9%，標(biāo)準(zhǔn)差提高了17%～28%。這表明本次教改有利于提升全班總體成績，標(biāo)準(zhǔn)差范圍趨于合理，相比采用大作業(yè)分組答辯的形式，拉開了同組學(xué)生間的分?jǐn)?shù)名次，體現(xiàn)了考試公平。

3.學(xué)生期末評教。學(xué)生在每門課程結(jié)束后需要對授課教師進(jìn)行教學(xué)評價(jià)，否則無法查看成績。教學(xué)評價(jià)指標(biāo)為：教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、交流機(jī)會、內(nèi)容掌握、作業(yè)量、作業(yè)批改、輔導(dǎo)答疑、學(xué)習(xí)難度、成績評定、師德師風(fēng)等十項(xiàng)，學(xué)生在線匿名對教師進(jìn)行打分。期末顯示：本課程教學(xué)評價(jià)從以往全院中的排名提升至全院第三，是一個(gè)驚喜的進(jìn)步。

三方面均表明：本次的教學(xué)改革嘗試總體是被學(xué)生接受和認(rèn)可的，既能提高學(xué)生對專業(yè)課的興趣并改善學(xué)習(xí)效果，又增強(qiáng)了教師的授課自信與收獲感。