一流本科教育背景下建筑學(xué)實驗教學(xué)改革模式思考

周碧瑤 董鐵鑫 王文明

摘? 要：高校實驗室教學(xué)是將理論知識進一步轉(zhuǎn)化和運用的過程，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)思維的重要環(huán)節(jié)。文章在一流本科專業(yè)建設(shè)背景下，根據(jù)目前學(xué)院實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析，從實驗教學(xué)體系建設(shè)思路、實驗教學(xué)平臺的建設(shè)內(nèi)容、實驗課程評價體系出發(fā)，提出構(gòu)建實驗室教學(xué)的改革模式與方法。

關(guān)鍵詞：建筑學(xué)；專業(yè)教學(xué)；實驗課程；改革模式

中圖分類號：G642? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）14-0156-04

在高?！半p一流”建設(shè)的不斷推進下，加快一流學(xué)科和一流大學(xué)的建設(shè)是高校教學(xué)和科研建設(shè)的重點，對提升學(xué)校高等教育水平具有重要作用［1］。建筑學(xué)是一門橫跨工程技術(shù)和人文藝術(shù)的綜合性學(xué)科，2021年學(xué)院建筑學(xué)專業(yè)獲批國家一流本科專業(yè)，圍繞“西部特色、自治區(qū)一流”的戰(zhàn)略任務(wù)，旨在為市場生產(chǎn)一線培養(yǎng)“上手快、留得住、后勁足”，具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。在一流本科專業(yè)建設(shè)的背景下，學(xué)院實驗室積極改革實驗課程體系，加強實驗教學(xué)能力，提高實驗教學(xué)水平。結(jié)合建筑學(xué)專業(yè)特點，從實驗室教學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢和實驗教學(xué)體系建設(shè)思路出發(fā)，提出學(xué)院實驗室教學(xué)改革模式與方法。

一、實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

隨著我國教育事業(yè)的快速發(fā)展，高校實驗室作為綜合型人才培養(yǎng)的平臺越來越受到人們關(guān)注，對應(yīng)的實驗教學(xué)體系也在教學(xué)實踐中不斷完善，但也存在著許多不足之處。目前建筑類實驗教學(xué)多以單一實驗為個體，課程之間的銜接關(guān)系不緊密，知識的相互滲透性不足，導(dǎo)致學(xué)生在了解、掌握理論知識與動手實踐能力方面效果不佳，無法有效地將理論知識運用到實踐當(dāng)中，因此努力將陳舊、單一的實驗課程轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新、多元、共享的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)是實驗課程體系改革的必然趨勢?！半p一流”建設(shè)的核心任務(wù)是建設(shè)一流本科教育，而實驗室是本科教育的重要場所，在全國一流大學(xué)和一流學(xué)科的建設(shè)下，圍繞“對科學(xué)發(fā)展研究、對綜合型人才培養(yǎng)和對社會服務(wù)”的職責(zé)，積極優(yōu)化實驗教學(xué)模式，其建設(shè)情況直接反映了高校教學(xué)、科研、管理及人才培養(yǎng)情況［1］。

二、實驗教學(xué)體系建設(shè)思路

（一）提高動手能力，強化綜合能力培養(yǎng)

建筑學(xué)雖屬于工科專業(yè)，但教學(xué)體系中很大一部分為設(shè)計類課程，除了要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識之外，還需要加強學(xué)生實踐動手能力和設(shè)計能力的綜合性培養(yǎng)［2］。例如在建筑物理課程中，加入聲、光、熱三部分的實驗教學(xué)，提高學(xué)生對實驗設(shè)備的實際操作能力；建筑構(gòu)造課程中，加入對于構(gòu)造細部認知的實踐課程，將課本理論圖示語言轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場實際物體的自我感知；建筑設(shè)計課程中，針對不同年級教學(xué)內(nèi)容加入手工模型制作、3D模型打印、設(shè)計軟件操作等，將動手能力、思維分析能力和軟件操作能力融合，提升專業(yè)學(xué)習(xí)能力。實驗教學(xué)中以小組形式完成實驗任務(wù)，在實驗項目完成的全過程中讓學(xué)生之間加強交流、增進了解，既能增加學(xué)生的參與感，又能培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識。建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生動手設(shè)計能力和軟件操作能力尤為重要，通過實驗教學(xué)體系的梳理與改革不斷提高學(xué)生的綜合能力。

（二）優(yōu)化實驗教學(xué)的“時空維度”

時間和空間不是獨立的，而是相互關(guān)聯(lián)的，建筑類實驗教學(xué)中的“時空維度”就是處理實驗時間和實驗空間的組織問題。建筑學(xué)專業(yè)中設(shè)計類課程的實驗教學(xué)是一個從抽象思維到具象實物的綜合實踐過程，也是專業(yè)理論課程轉(zhuǎn)化與延續(xù)的過程，因此不管在時間上還是空間上跨度都很大。在時間組織方面，教師將實驗教學(xué)時間進行組織劃分，分為實驗課前預(yù)習(xí)、實驗課中操作、實驗課下復(fù)習(xí)三個階段。課前預(yù)習(xí)部分主要包括對實驗設(shè)備、實驗步驟的了解以及實驗結(jié)果的預(yù)測；實驗課中操作則是在教師講解后，學(xué)生結(jié)合預(yù)習(xí)內(nèi)容高效率完成實驗操作流程并得到實驗結(jié)果；實驗課下復(fù)習(xí)則要求學(xué)生對實驗結(jié)果進行整理，師生間答疑、小組討論并完成實驗總結(jié)。對實驗教學(xué)時間的劃分與高質(zhì)量重組優(yōu)化，做到“1+1+1>3”的教學(xué)效果是提高實驗室教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。在空間組織方面，建筑學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)所用設(shè)備種類多、更新速度快且場地空間要求高，因此，需要從空間上進行類型優(yōu)化，提高實驗室使用效率［3］。目前學(xué)院由于專業(yè)發(fā)展需求實驗室仍需積極建設(shè)虛擬仿真實驗室，而適合的實驗室空間是虛擬仿真實驗室建設(shè)的基礎(chǔ)。實驗室空間應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備需求和使用條件來進行實驗室空間優(yōu)化和改造，保證空間環(huán)境的硬件條件滿足一流本科專業(yè)建設(shè)要求。優(yōu)化實驗教學(xué)的“時空維度”是突出專業(yè)特色，發(fā)揮實驗教學(xué)優(yōu)勢的必然要求。

（三）拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的“橫縱向”

課程大綱對教學(xué)課時、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容等都有明確的要求，但在規(guī)定的教學(xué)課時中明確教學(xué)目標(biāo)后教師應(yīng)積極拓展教學(xué)內(nèi)容的“橫縱向”，即實驗教學(xué)的廣度和深度。目前實驗教學(xué)效果不佳，對于現(xiàn)代市場需求、發(fā)展形勢以及學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)尚顯不足，因此積極拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的“橫縱向”是十分必要的。在實驗教學(xué)內(nèi)容橫向廣度層面，學(xué)院重點發(fā)展建筑數(shù)字實驗教學(xué)下的跨課程知識點考核，涉及的課程有建筑數(shù)字技術(shù)、建筑物理、建筑節(jié)能、生態(tài)建筑概論與建筑設(shè)計類課程等，包括應(yīng)用數(shù)字模擬分析技術(shù)進行建筑輔助設(shè)計、建筑方案推導(dǎo)、建筑設(shè)計表現(xiàn)、理論應(yīng)用以及方案階段的優(yōu)化與評測。隨著建筑信息技術(shù)的快速發(fā)展，建筑學(xué)一流本科專業(yè)建設(shè)還需加強實驗教學(xué)內(nèi)容的縱向深度，以學(xué)生為中心，圍繞能力培養(yǎng)和思維鍛煉展開，例如建筑數(shù)字實驗室結(jié)合軟件分析進行人居環(huán)境評價、建設(shè)設(shè)計優(yōu)化，聯(lián)合院校之間實驗室開展建筑信息模型的應(yīng)用教學(xué)，使學(xué)生對建筑全生命周期中的各個階段有一個整體認識。充分拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的“橫縱向”，結(jié)合行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最新需求，建設(shè)具有前沿性、探索性、創(chuàng)新性的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。

三、實驗教學(xué)改革對策

（一）融合交叉學(xué)科進行實驗室文化建設(shè)

實驗室是開展教學(xué)活動、科學(xué)創(chuàng)新、實踐體驗的重要平臺，實驗室文化是校園文化的一部分，有助于熏陶高校師生的品格意志、強化高校師生的理論知識、培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力與實踐能力。實驗室平臺建設(shè)服務(wù)面廣，不再僅為單一的專業(yè)發(fā)展模式，而是涉及學(xué)院、學(xué)校的多個交叉專業(yè)綜合發(fā)展模式，因此融合交叉學(xué)科進行實驗室文化建設(shè)，充分發(fā)揮實驗平臺優(yōu)勢、提高實驗設(shè)備使用效率是目前實驗室建設(shè)亟待解決的問題之一。學(xué)院原有建筑學(xué)專業(yè)、城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)和風(fēng)景園林專業(yè)，2022年新增城市設(shè)計專業(yè)，4個專業(yè)相互融合、相互支撐，共同構(gòu)成了建筑類教學(xué)體系。依據(jù)四個專業(yè)的教學(xué)特點與專業(yè)特色，實驗室文化建設(shè)以形成重要的教學(xué)環(huán)境氛圍為前提，可為本校的土木學(xué)院、能源與環(huán)境學(xué)院、信息工程學(xué)院、藝術(shù)學(xué)院等相關(guān)專業(yè)提供實驗場地與設(shè)備，實現(xiàn)協(xié)同、共享、高效的實驗?zāi)Ｊ?。實驗室也可以利用雙師型教師優(yōu)勢，開展對外科技服務(wù)及培訓(xùn)服務(wù)，包括相關(guān)專業(yè)人員崗前培訓(xùn)、業(yè)務(wù)培訓(xùn)、安全教育和軟件推廣等工作。依托實驗室文件建設(shè)，融合不同學(xué)科特點，探索實驗教學(xué)平臺建設(shè)模式。

（二）優(yōu)化產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同育人機制

高校擁有豐富的教育實力和智力優(yōu)勢，企業(yè)擁有良好的工作實踐條件和資金、設(shè)備優(yōu)勢，高校與企業(yè)在“互利互惠”的基礎(chǔ)上攜手共建實驗室，可融匯各方資源和優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、共享雙贏、共同發(fā)展。結(jié)合建筑學(xué)國家一流本科專業(yè)實際教學(xué)需求和當(dāng)下“雙碳”背景下的現(xiàn)實環(huán)境，積極打造協(xié)同育人實驗平臺［4］。學(xué)院在2022年6月與北京綠建軟件股份有限公司合作獲批教育部產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同育人項目——“內(nèi)蒙古草原人居環(huán)境適宜性技術(shù)實踐基地聯(lián)合建設(shè)項目”。該項目建設(shè)內(nèi)容是為教學(xué)、科研、實踐提供完善的實驗研究基地，能夠?qū)虒W(xué)實驗、實訓(xùn)課程、科研等進行技術(shù)指導(dǎo)。依托該企業(yè)軟硬件支持，為“綠色建筑”相關(guān)教學(xué)課程的開展奠定了堅實基礎(chǔ)，通過共同構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同育人實驗平臺，積極開發(fā)相關(guān)實驗教學(xué)資源或?qū)嶒炚n題，激發(fā)學(xué)生對模擬分析軟件的自主學(xué)習(xí)能力，（圖1）綜合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，實現(xiàn)基礎(chǔ)型學(xué)習(xí)、綜合型提升及特色型創(chuàng)新學(xué)習(xí)有梯度、有層次的人才培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合建筑學(xué)專業(yè)優(yōu)勢，應(yīng)用于教學(xué)及科研，進行一流本科專業(yè)建設(shè)。

（三）加強高校思政實驗課程體系的建設(shè)力度

本科學(xué)習(xí)階段，需要通過思政教學(xué)將正確的世界觀、人生觀和價值觀傳遞給學(xué)生，使學(xué)生能夠樹立有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)纳鐣髁x主人翁意識。因此如何將“思政教學(xué)”與“實驗教學(xué)”融合為“思想實驗教學(xué)”有待深入思考（圖2）?！八枷雽嶒灲虒W(xué)”不僅能為自然學(xué)科知識的學(xué)習(xí)提供啟迪，而且能夠使學(xué)生具備探索真理的科學(xué)精神和哲學(xué)思想?！八枷雽嶒灲虒W(xué)”是實驗場景模式與心理思想體驗協(xié)同構(gòu)建的教學(xué)模式，可以借助實物操作與虛擬環(huán)境模擬雙向作用，在實驗課程體系中加強教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程和教學(xué)后期反饋，將“思政教學(xué)”融合在實驗教學(xué)課程體系中，以學(xué)生為中心，加強師生“思想實驗教學(xué)”互動性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能加實驗課程的靈活性、互動性和思想性，挖掘?qū)I(yè)教學(xué)中典型的“思政實驗課”所蘊含的經(jīng)典實例，引導(dǎo)大學(xué)生塑造堅韌不拔、刻苦鉆研的品格，對未來職業(yè)發(fā)展和職業(yè)精神提供價值遵循，形成積極向上、完整有力的思政育人力量。

四、建立科學(xué)的實驗課程評價體系

目前實驗課程評價體系主要以結(jié)果評價為主，對于前期準(zhǔn)備階段、學(xué)習(xí)過程階段的評價環(huán)節(jié)略有缺失，因此建立合理、科學(xué)的課前、課中、課后的“三階段”評價體系有助于教師掌握課程節(jié)奏、把握課程學(xué)習(xí)結(jié)果?？茖W(xué)的課程評價體系不僅可以有效激發(fā)學(xué)生對于建筑學(xué)專業(yè)知識的渴望度，而且能夠明確學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)中遺漏的知識點，使教師了解學(xué)生不明白的知識盲區(qū)，并及時進行查漏補缺與重點記憶。

通過線上電子問卷和線下訪談方式，以建筑學(xué)科及相關(guān)專業(yè)的在校學(xué)生為主要調(diào)研對象，對建筑學(xué)科本科實驗課程體系進行評價反饋，以期通過數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與對比分析，探究一流本科專業(yè)建設(shè)背景下實驗課程改革方法。調(diào)研共收回413 份問卷，其中有效問卷401份，有效率97%。問卷涉及學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)效率、知識獲取來源和知識掌握持久度等方面。通過數(shù)據(jù)整理得出，課前有預(yù)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生占總?cè)藬?shù)的36.4%，課后有復(fù)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生占總?cè)藬?shù)的44.7%；有預(yù)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生認為課堂掌握率較高的占88.6%，無預(yù)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生認為課堂掌握率較高的占76.5%。分析結(jié)果顯示實驗課中掌握情況較好，但未進行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)導(dǎo)致課堂知識點掌握程度存在差異性，有預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生整體知識點掌握度較高。通過對學(xué)生實驗技能來源統(tǒng)計，約40%的學(xué)生認為60%—100%的學(xué)習(xí)內(nèi)容來源于實驗課中講解與操作，49%的學(xué)生認為自己30%—60%的學(xué)習(xí)內(nèi)容來源于課中學(xué)習(xí)、課前預(yù)習(xí)和課后答疑。這說明實驗課中講解與實際操作是學(xué)生知識獲取主要渠道，近11%的學(xué)生認為自己掌握的技能僅有0%—30%來源于課堂，這也從側(cè)面說明，學(xué)生有很強的自學(xué)與探究能力，可以通過拓寬知識獲取渠道獲得，例如通過中國大學(xué)慕課官網(wǎng)、教師課件、同學(xué)討論、自制測量設(shè)備儀器等方法，深入了解實驗原理、分析實驗結(jié)果，這些都是需要適度培養(yǎng)與鼓勵的。

實驗教學(xué)的成功主要來自學(xué)生高效的獲取、吸收與運用所學(xué)知識和教師有效、易懂的知識傳授與答疑。實驗課前導(dǎo)學(xué)本著“先學(xué)后教”的方法以個性化自主學(xué)習(xí)為主；實驗課堂教學(xué)以老師引導(dǎo)、解決問題為主，通過互動、討論交流、小組設(shè)計與展示等教學(xué)環(huán)節(jié)開展；課后學(xué)習(xí)以知識目標(biāo)的達成度和持久掌握程度為主。評價體系包括實驗設(shè)計考核、實驗操作考核和理論應(yīng)用考核，其中實驗設(shè)計要有明確的科學(xué)依據(jù)，具有科學(xué)性、推演性和交互性；實驗操作考核評價突出對核心知識和能力要素的過程考核；理論應(yīng)用考核要求體現(xiàn)探究知識和解決問題的能力［5］。

近年來國內(nèi)建筑學(xué)重點院校及自治區(qū)其他擁有建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)院都在積極建設(shè)高校實驗平臺。高校主導(dǎo)、企業(yè)聯(lián)動的人才協(xié)同培養(yǎng)模式積極推進了建筑學(xué)專業(yè)所需高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，對推動綠色建筑技術(shù)、人工智能、數(shù)字建模與實驗教學(xué)的深度融合具有深刻意義。實驗平臺建設(shè)以“創(chuàng)新發(fā)展”為導(dǎo)向，組建運行高效、體系完備的建筑學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺。因此構(gòu)建科學(xué)的實驗教學(xué)體系是構(gòu)建泛建筑類教學(xué)實驗平臺、積極建設(shè)國家一流本科專業(yè)的基礎(chǔ)，是促進教學(xué)、學(xué)科與科技創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻：

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（薦稿人：馬明，內(nèi)蒙古科技大學(xué)教授）

（責(zé)任編輯：汪旦旦）