范弘,鄭秋玲,楊柯

(吉林建筑大學，吉林 長春 130118)

建筑光學實驗教學改革實踐研究

范弘,鄭秋玲,楊柯

(吉林建筑大學，吉林 長春 130118)

本文針對當前實驗教學中普遍存在的問題，著重從教學內(nèi)容、教學管理、教學手段三個方面探討了建筑光學綜合性實驗教改的基本路徑，并針對進一步深化實驗教學改革提出了一些建議。

建筑物理 建筑光學實驗教學 改革實踐

建筑光學是研究天然光和人工光在建筑中的合理利用并創(chuàng)造良好的光環(huán)境，以滿足人們工作、生活、審美和保護視力等要求的應用學科，是建筑物理學的重要組成部分[1]。隨著人們生活水平的提高，采光和照明不僅要滿足建筑基本使用功能要求，而且在建筑裝飾藝術(shù)上也發(fā)揮著重要的作用,能否達到預期設(shè)計的效果，可通過實驗檢測來驗證。在此背景下，建筑光學實驗測試逐漸被社會所重視，這為光學實驗教學改革提供了良好的契機。

一、傳統(tǒng)建筑光學實驗教學存在的主要問題

建筑物理實驗是建筑學專業(yè)技術(shù)教育的重要環(huán)節(jié)，是增強學生科學實驗能力和邏輯思維能力的一個重要途徑。其中建筑光學實驗涵蓋了自然采光和人工照明的測試內(nèi)容，它是建筑物理所包含的熱工、光學、聲學實驗中，唯一能用眼睛觀察和感受到光照效果的實驗。目前建筑光學實驗教學和管理中還存在著如下一些問題。

(一)教學方法陳舊

以往的實驗教學通常由教師介紹實驗的目的、原理、測試內(nèi)容和儀器的操作方法，實驗過程中學生按照固定的實驗步驟進行操作，測出的實驗數(shù)據(jù)寫在設(shè)計好的記錄表格中，通過計算和分析得出簡單的結(jié)論。這種實驗模式，學生只是被動的接受實驗方法，得出相對正確的實驗結(jié)果，雖然通過實驗驗證了理論知識，但缺少獨立思考的過程。學生不知道如何將實驗結(jié)果運用到建筑設(shè)計中，最終導致做實驗的積極性和主動性受挫，不利于大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這是由于教師教的過于具體，學生學的十分被動所致。出現(xiàn)這種狀況的根本原因在于，教師的教育教學理念沒有得到徹底更新，更沒有處理好教與學、師與生之間的基本關(guān)系。

(二)理論與實踐脫節(jié)

傳統(tǒng)的光學實驗是在光學實驗室的人工天穹內(nèi)，使用照度計、亮度計對建筑模型進行采光測試。實驗由實驗教師全程掌控，在熟悉光學儀器、理解光學概念、規(guī)范操作步驟等方面對學生有一定幫助，但這種實驗脫離了實際工程，缺少對建筑室內(nèi)光照場景的親身體驗，實驗結(jié)果千篇一律，理論與實踐脫節(jié)，實用性較差，教學效果欠佳?？v觀我國建筑業(yè)可以發(fā)現(xiàn)，實踐技術(shù)人才嚴重短缺，而這一問題的原因就在于教育模式的“重道輕器、重藝輕技”[2]。

(三)實驗教學管理相對滯后

實驗室在正常完成實驗教學任務的同時,也為大學生創(chuàng)業(yè)項目提供測試儀器和實驗場地。但多數(shù)大學生對實驗室的儀器設(shè)備、能開放的實驗項目了解不足，無法開展自己感興趣的設(shè)計性實驗，實驗資源沒有得到充分利用。實驗教師只是在授課過程中與學生互動，通過實驗報告了解教學效果，課下與學生缺少溝通。

綜上所述，傳統(tǒng)的實驗教學和管理模式已經(jīng)跟不上當代建筑技術(shù)發(fā)展的步伐，不重視學生科研實驗動手能力和獨立解決問題能力的培養(yǎng)，不能滿足對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。實驗教學改革的目的是讓學生通過對實際工程的觀察、體驗、思考和研究，能主動將所學的建筑光學知識融入到建筑設(shè)計中，將光作為一種設(shè)計語言，創(chuàng)造出生動、宜人、舒適的室內(nèi)環(huán)境。而采光和照明效果是需要身臨其境進行體驗的，因此，實驗教學改革勢在必行。

二、建筑光學實驗教學改革實踐

為推動我校實驗教學改革，增加綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目比重，培養(yǎng)學生綜合知識運用和自行設(shè)計實驗的能力，提高實驗教學水平，我們開展了“建筑采光和照明實測”教改實驗項目，該項目經(jīng)學校專家組評審并獲批為綜合性實驗。綜合性實驗是以強化已學若干知識內(nèi)容的綜合系統(tǒng)、應用能力和綜合分析、解決復雜實際問題的能力為目的[3]。該實驗的特色是注重實踐，帶領(lǐng)學生走進實際工程，引導學生主動觀察光源對周圍環(huán)境的影響，測量建筑室內(nèi)的光環(huán)境，檢驗實際的采光和照明效果是否達到相關(guān)規(guī)范要求和預期的設(shè)計要求，確定是否需要對光環(huán)境進行改進，從而促進理論與實踐的緊密結(jié)合。

(一)建筑光學實驗教學內(nèi)容的革新

1. 課前預習，設(shè)計實驗步驟。課前要求學生預習與實驗相關(guān)的理論知識及實驗指導書，根據(jù)測試要求查找規(guī)范，熟悉《建筑采光設(shè)計標準》《建筑照明設(shè)計標準》《采光測量方法》《照明測量方法》等相關(guān)規(guī)范內(nèi)容，并寫出實驗預習報告，內(nèi)容包括實驗名稱——測試地點及測試內(nèi)容；實驗目的——解決什么問題；實驗儀器——了解其原理，掌握使用方法；實驗步驟——了解實驗過程，設(shè)計具體、可行的實驗方案；繪制數(shù)據(jù)表格——根據(jù)測試內(nèi)容事先繪制表格，以便測試時方便填寫實驗數(shù)據(jù)，完成實驗。通過上述預習和實驗步驟的設(shè)計，加深了學生對實驗內(nèi)容的理解，提高了實驗效率，進而保證實驗順利進行。

2. 環(huán)境調(diào)研和現(xiàn)場實測。環(huán)境調(diào)研包括現(xiàn)場光照條件、照度均勻度評價、是否產(chǎn)生眩光以及房間各個界面的顏色、墻面的新舊程度、燈具的類型、功率、數(shù)量、安裝位置、掛高和使用齡期等內(nèi)容，通過觀察寫出現(xiàn)場調(diào)研報告。現(xiàn)場實測內(nèi)容包括兩大方面：首先，要繪制測試現(xiàn)場的平面圖、剖面圖，將測點及燈具位置、掛高標注在平面圖、剖面圖上；根據(jù)亮度計測試位置繪出房間的一點透視圖，或拍攝一張同角度的現(xiàn)場照片，并在圖上標注好測點的位置。其次，要掌握照度計、亮度計正確的操作方法，能按預先設(shè)計好的步驟有條理地測出各測點的亮度值和照度值，并詳細記錄實驗過程中的每個細節(jié)。

3. 完成綜合性實驗報告。實驗測試完成后，要在預習報告、調(diào)研報告的基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)整理，內(nèi)容包括：根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算采光系數(shù)，繪制典型剖面的采光系數(shù)曲線圖；對實驗結(jié)果進行分析和評價，對測試現(xiàn)場存在的光學缺陷提出切實可行的改進措施等。最后由每組組長介紹各自的實驗預習報告、實驗方案,匯報各組實驗測試數(shù)據(jù)分析和結(jié)論,通過集體討論的方式相互交流,使學生的知識運用、語言表達、歸納總結(jié)等能力得到鍛煉和提高。這種實驗報告突破了傳統(tǒng)實驗報告固有的格式，不僅包含了環(huán)境調(diào)研和親身體驗，還有實驗數(shù)據(jù)、圖表和對實驗環(huán)境的分析、評價，在此基礎(chǔ)上提出合理的解決方案，實驗報告內(nèi)容豐富多彩，而且這些實驗成果在我校教學檢查過程中得到專家們的肯定和好評(建筑光學實驗教學革新示意圖見圖1)。

(二)建筑光學實驗教學管理的革新

通過對實驗教學改革的探索，參考國內(nèi)其他院校的建筑物理教學改革經(jīng)驗，我們嘗試建立了新的實驗教學體系，并應用于實驗教學中。

1.讓學生參與到實驗課程的設(shè)計與改革中。將有共同興趣和特長的學生組建成團隊，自選組長，設(shè)計實驗方案并加以實施，通過團隊協(xié)作提高學生的合作意識，在實驗教師指導下，開展設(shè)計性、開放性、團隊性的綜合實驗。要求學生預習實驗指導書，在實驗前選好測試地點、擬定實驗題目、設(shè)計實驗步驟，由實驗教師審核、認定后進入實測階段。所選實驗題目要與建筑課程設(shè)計相關(guān)，例如：幼兒園、教室、圖書館、超市、醫(yī)院、學生公寓、民用住宅等對照度和亮度有一定要求的建筑，進行采光和照明實測。因每組的測量題目各異，打破了以往實驗教學內(nèi)容千篇一律的狀況，讓學生脫離實驗室人為控制的模擬實驗條件，選擇實際工程作為測試對象，測試內(nèi)容同時可作為課程設(shè)計的前期調(diào)研。這種有難度、有挑戰(zhàn)、有創(chuàng)新的實驗，提高了學生體驗、研究建筑光環(huán)境的興趣。

圖1 建筑光學實驗教學革新示意圖

2.開展建筑光學實驗體驗式教學。讓學生走進實際建筑中，進行現(xiàn)場觀察、體驗、調(diào)研和檢測，感受光在建筑空間最直觀的視覺效果，使學生獲得更為感性的認識，培養(yǎng)學生在建筑光學領(lǐng)域的專業(yè)修養(yǎng)。

3.建立高效的實驗室網(wǎng)絡管理模式。創(chuàng)建實驗室獨立網(wǎng)頁，逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡實驗預約和實驗輔導，實現(xiàn)建筑物理實驗室全面開放。把實驗指導書、歷年學生優(yōu)秀的實驗報告、教師進行的科研項目等內(nèi)容放在網(wǎng)頁上，供學生隨時參閱；對學生提出的問題匯總后及時放在網(wǎng)上，以便同學參考學習。實驗教師可以通過網(wǎng)絡與學生隨時溝通，在線輔導實驗。在該網(wǎng)頁上與國內(nèi)外先進的建筑技術(shù)專業(yè)網(wǎng)站建立鏈接，便于師生及時了解國內(nèi)外的先進理念、最新的科研成果，進而拓寬學習渠道(網(wǎng)站樣式見圖2)。

圖2 建筑物理網(wǎng)站結(jié)構(gòu)圖

(三)建筑光學實驗教學手段的革新

1.理論課與實驗教學緊密結(jié)合。建筑物理傳統(tǒng)的教學方式是理論課全部講授完成后進入實驗教學階段，致使理論知識與實際應用脫節(jié)。由于理論與實驗課時間間隔較長，使學生在進行實驗時，對前面的理論知識有所淡忘，不利于實驗的順利進行。教學模式革新后，教研團隊運用理論課與實驗課交融的教學手段，在進行理論講授的同時，加入實驗環(huán)節(jié)，使學生在剛學到理論知識時就進行實驗，以加深對理論知識的理解，同時使學生所學的理論知識得到鞏固[4]。通過實驗，學生掌握了光污染及照度、亮度的各項基本檢測方法，學生科學實驗的動手能力得到提高。

2.實驗課程與數(shù)字技術(shù)相融合。我們嘗試在實驗教學中加入建筑光學常用的分析軟件的內(nèi)容，如RADIANCE 建筑光環(huán)境分析軟件、DIALUX 燈光照明設(shè)計軟件，從建筑光環(huán)境角度對室內(nèi)功能進行綜合技術(shù)分析。這種教學手段，不僅形象生動，而且簡化了計算過程，結(jié)果更加準確直觀。通過軟件的學習和使用，學生學會了更實用、更快捷的設(shè)計方法，動手能力、綜合能力得到鍛煉和提高。

3.實驗教學與教師科研項目相結(jié)合。傳統(tǒng)教學中，本科生在課堂上學習理論知識和進行基礎(chǔ)性實驗，學生很難接觸到更前沿的科研項目。經(jīng)過改革，學生可以參與到部分科研的測試項目中。不過，實驗課前要對學生進行光學知識的拓展培訓，以了解科研課題研究內(nèi)容和最新研究成果，增強其對科研的興趣。同時，鼓勵學生參加大學生創(chuàng)業(yè)項目及各項競賽，讓學生將所學的建筑光學知識應用到實際項目中，并從中認識到建筑光學發(fā)展的前景和重要性。

通過開展建筑光學綜合性實驗，使學生進一步了解到一個良好的光視覺環(huán)境應包括適當?shù)恼斩人?、舒適的亮度對比、宜人的光色和避免出現(xiàn)眩光的干擾[5]，同時，能運用所學的建筑物理知識解決建筑光環(huán)境設(shè)計中存在的實際問題，加深了對課程相關(guān)概念、規(guī)律、理論的理解，熟悉了相關(guān)規(guī)范內(nèi)容，對今后在建筑設(shè)計中能以人為本、適度考慮建筑技術(shù)因素、創(chuàng)造舒適的建筑物理環(huán)境打下了堅實基礎(chǔ)。而且，學生普遍反映，希望今后能多參與這樣的實驗項目。

三、建筑光學實驗教學改革的拓展

建筑光學實驗的新一輪改革實踐后，我們及時總結(jié)了經(jīng)驗，同時也對教改過程中出現(xiàn)的問題進行了深刻反思，對實驗教學改革的進一步拓展提出如下建議：

(一)引導學生重視實驗教學

在實驗改革實施過程中，有些學生對實驗的重要性認識不足。所以，在后續(xù)的實驗教學改革過程，應著重提升學生對實驗課程重要性的認識，以發(fā)揮其主觀能動性。當然，要真正實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變，最核心、最重要的是學生的興趣和信心，是他們的自主性，是要以學生為本[6]。這就要求實驗指導教師不斷學習，更新知識結(jié)構(gòu)，提高業(yè)務水平，重視教學的每個環(huán)節(jié)，包括方案把關(guān)、實驗過程指導、實驗結(jié)果驗收等，以廣博的知識和敬業(yè)精神來促動學生重視實驗教學。

(二)完善實驗教學體系

目前的實驗教學體系有待進一步完善，在后續(xù)的實驗改革中要注重實驗課程的設(shè)置以及課程內(nèi)容的選擇。在選題時，既要考慮本科生的實際水平，又要體現(xiàn)建筑技術(shù)科學的發(fā)展，還要反映交叉學科、邊緣學科和新興學科的發(fā)展動態(tài)，進而有目的地把學生引入學科發(fā)展前沿，為創(chuàng)新做好理論和實踐上的準備。根據(jù)建筑技術(shù)學科發(fā)展和社會需求的變化及時進行相應調(diào)整，以適應高層次專門人才培養(yǎng)的高、精、深要求及經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的需求[7]。

此外，在保持基本課程體系完整的基礎(chǔ)上，淘汰重復性和簡單驗證性實驗項目。新的實驗教學體系要符合如下原則：有利于體現(xiàn)以學生為主體的教育思想，有利于激發(fā)學生的求知欲、成功欲，有利于貫徹“實踐—認識—再實踐—再認識”的認識規(guī)律[8]。

(三)建立實驗教學反饋制度

在前期實驗中，對實驗教學效果反饋工作有所忽視，故在后續(xù)實驗中要加以重視。在實驗教學完成后，不僅要對學生進行問卷調(diào)查，反饋實驗教學效果，還要定期組織學生和教師進行座談，探討如何利用實驗室現(xiàn)有資源為學生自主學習和創(chuàng)新性實驗研究服務。并根據(jù)學生對實驗效果滿意度的反饋，了解教學中存在的問題，研究解決方案，及時調(diào)整實驗教學內(nèi)容和方式，以達到更好的教學效果。此外，教師應利用參加專業(yè)學術(shù)會議，加入專業(yè)QQ群、微信群等方式進行學術(shù)交流，拓寬學術(shù)視野，提高專業(yè)水平，進而提高實驗教學質(zhì)量。

(四)整合實驗教學資源

目前實驗教學資源相對短缺，在這種情況下，校內(nèi)各院之間應加強實驗資源整合，各實驗室教師應加強交流合作。同時，在校園網(wǎng)上公開各類信息，讓學生了解學校的實驗資源，利用現(xiàn)有的儀器設(shè)備設(shè)計實驗方案，提高實驗儀器的利用效率。

(五)積極籌建建筑環(huán)境檢測中心，拓展建筑物理實驗內(nèi)容

依托學校的教師和教學資源，積極申報、籌建建筑環(huán)境檢測中心。在此基礎(chǔ)上，利用學校提供的政府采購良機，購買先進的實驗測試儀器，同時加強實驗室人員培訓，使其達到專業(yè)測試人員水平，從而提高建筑物理實驗室服務于社會的能力。

此外，實驗課選題要與實際工程檢測相結(jié)合，以增強建筑物理實驗的實用性。目前，各類工程項目均要求按照綠色建筑星級標準進行建筑設(shè)計，如《綠色建筑評價標準》《綠色辦公建筑評價標準》《民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范》，涉及日照分析、采光照明分析、噪聲分析、住區(qū)熱環(huán)境等，均以建筑物理實驗為基礎(chǔ)。為此，應以綠色建筑測試為課題，組織學生進行熱工、光學、聲學方面的綜合檢測，評價工程是否達到綠色建筑設(shè)計標準，這些工程實測項目將為建筑物理實驗內(nèi)容開拓嶄新的天地。

總之，建筑光學實驗教學改革，通過開展綜合性實驗，旨在培養(yǎng)學生獨立分析問題、科研實踐和動手能力，完善學生的知識結(jié)構(gòu)，提高大學生的質(zhì)疑判斷能力、探索創(chuàng)新能力。實驗教學既要面對時代的發(fā)展，消化和吸收現(xiàn)代教學與改革的經(jīng)驗，同時也要理論聯(lián)系實際，探索適合我校特色的實驗教學改革之路，這有助于構(gòu)建科學合理的實驗教學體系、推行高效有序的實驗教學模式、優(yōu)化資源配置，達到深化實驗教學改革、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

[1][5]劉加平，戴天興.建筑物理實驗[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006:82,136.

[2] 翟洋. 建筑物理實驗教學的優(yōu)化研究[J].遼寧工業(yè)大學學報(社會科學版)，2015(5)：127.

[3] 祁少明，田秋月，董海榮．重視建筑物理實驗 提高建筑物理教學質(zhì)量[A].第十屆全國建筑物理學術(shù)會議論文集[C].廣州:華南理工大學出版社，2008:634.

[4] 楊春雨，梁樹英.建筑物理課程教學方法與教學手段的改革與實踐[J].高等建筑教育，2016(1)：122.

[6] 李想.開心地學習 做“好玩”的研究——專訪“錢學森力學班”首席教授鄭泉水[J].水木清華，2012,(10).

[7] 展長虹，黃錳，陳琳.建筑技術(shù)科學研究生實驗環(huán)節(jié)的教學思考[J].中國建筑教育，2015(10):64.

[8] 謝浩．論將學生主體作用貫穿到建筑物理實驗教學中[J].高教研究與實踐，2012(5):69.

(責任編輯：趙淑梅)

Practical Research on Teaching Reform of Architectural Optics Experiment

FAN Hong, ZHENG Qiuling, YANG Ke

(JilinUniversityofArchitecture,Changchun,Jilin130118,China)

Aiming at the current common problems in experiment teaching, this article discusses the basic route of building integrated optical experiment educational reform from three aspects of teaching content, teaching means, teaching management, and puts forward some suggestions for further deepening the reform of experimental teaching.

architectural physics; architectural optics experiment teaching; experimental reform

2016-07-15

吉林省教育科學“十二五”規(guī)劃課題“以素質(zhì)教育為導向的建筑物理實驗教學模式研究”(項目編號：GH150374)、“具有地方院校特色的城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計人才培養(yǎng)——以居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計課程為例”(項目編號：GH150363 )。

范弘 ( 1968-)，女，吉林長春人，吉林建筑大學高級實驗師；研究方向：建筑技術(shù)。

G642.0

A

1005-5843(2016)12-0089-05

10.13980/j.cnki.xdjykx.2016.12.018