研究性教学模式在建筑物理实验课程中的应用探索

　　1课程背景

　　建筑物理课程是建筑学、城乡规划学、风景园林学等专业基本理论的组成部分，在建筑总体布局、单体建筑设计、建筑围护结构和室内装修设计中都要运用建筑物理的知识和分析方法解决建筑的各类环境设计问题。课程内容涉及热工学、光学、声学三门物理学科。建筑物理实验是建筑物理教学必不可少的重要环节，也是专业实践教学体系的重要组成部分[1,2]。

　　建筑物理实验教学的目的是通过观察、实地测量和后续分析加深学生对理论知识的理解，通过实验切身体会环境与社会与人的关系，把所学理论知识与建筑实际设计紧密结合。与课堂理论教学相比，实验教学本应更能调动学生的积极性、主动性和创新能力。但传统的建筑物理实验教学多以规定性的基础实验和理论验证性实验为主，注重训练学生的仪器设备使用等实验操作能力。实验内容、实验原理、实验用到的仪器、实验步骤甚至整个实验报告的形式和数据记录表格都是由教师提前设计和拟定，学生往往只把物理实验当作学习任务来完成，主动参与性不高，更难以发挥创新意识。实验教学与建筑设计教学严重脱节，不能很好地为建筑服务[1,3]。

　　2可行性分析

　　传统基础验证性实验难以调动学生的积极性和创新意识。近年来不少院校已经意识到研究性实验对学生创新意识培养的重要性，提出基础验证实验应向综合研究型的实验转变，积极探索如何提高学生在建筑物理实验课程中的主动性和参与意识[1-5]。研究性实验教学可以让学生运用所学知识，研究分析一些实际的技术问题，启发学生创新思维，充分发挥学生在实验中的主观能动性，培养学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，为以后的工作和科研打下坚实基础。建筑物理课程作为建筑学建筑环境类专业基础课，无论是理论教学还是实验教学都应当把培养学生的创新意识放到重要位置[4]。开展研究性实验的目的不仅仅是为了提升学生的技能，更注重的是对学生灵活运用知识技能的创新意识的培养。

　　因此，整个实验过程要以学生为主体。本文以建筑学三年级建筑物理实验教学为例，尝试开展研究性建筑物理实验，以实验过程、对象以及实验目的改革为途径，在研究性实验教学中加强对学生创新意识的引导。实验前期尽可能激发学生的实验兴趣和参与的积极性，实验研究对象可结合地方建筑特色的建筑设计环境问题，或学生有切身体会的建筑中的实际环境问题，鼓励学生参与整个实验过程的设计，把整个实验当作一次科研工作来尝试；实验过程中提倡学生用新思路、新方法解决实验中碰到的问题；实验后期总结展示学生实验成果，鼓励学生互相交流，探讨把实验成果应用于设计实践的方法或进一步开展研究的可能性。实验采用分阶段控制的方法能较好地实现对学生创新意识的培养，提升教学效果。初步探索实践表明在建筑物理实验中开展研究性实验具有一定可行性。

　　3教学特点

　　通过研究性建筑物理实验教学的初步尝试，本文总结了研究性实验的教学特点。

　　3.1开放性

　　与传统实验相比，研究性实验的最大特点是实验内容的开放性。传统基础性实验一般有明确的规定，教师会给出完整的实验方案，讲解实验目的、测量方法、仪器设备的基本原理、使用方法和实验注意事项等，实验选题多以验证性实验为主，实验内容、地点和仪器设备均有限定，学生自主思考和探索的内容较少。而研究性的实验强调实验内容的开放性[1]，引导学生根据自己感兴趣的现象、有切身体会的环境问题或设计实践需求确定实验选题和实验内容。学生自行拟定的研究内容更开放和灵活，实验的方法也更具多样性、设计性及创新性。研究性实验注重实验整体过程的科学性，研究结论完全基于实验过程的客观测试即可，不要求学生必须给出研究定论，通过实验能够引发学生新的思考则更好。研究性实验具有主动权的是学生，将固定的教学模式转变为学生自主的探索和学习，延伸了物理实验的内容、时间和空间，为学生提供了更为灵活的学习条件。

　　以“室内热环境参数测量”实验为例，传统的物理实验是测试指定建筑室内的热环境参数。在尝试开展研究性实验后，引导学生从身边的实际环境问题出发进行选题。学生反映其宿舍呈东西向，夏季室内过热，希望通过物理技术方法或手段来进行室内热环境改善。针对这一实际生活问题，在后续的研究性实验选题中，引导学生自主设计和细化实验内容。在分析了遮阳对室内环境的多种影响因素之后，确定研究百叶外遮阳的不同开启角度对室内光环境和热环境的影响。地点选择两个紧临的东西向宿舍（一为目标组，一为对照组），学生自己动手制作遮阳百叶构件，顺利完成整个实验的测试与分析。学生自制的遮阳百叶效果良好，加强固定后投入了实际使用。整个实验不局限于热环境参数本身，内容更开放，更具有科学研究性。实验过程学生的主动性和积极性很高，同时也锻炼了学生的创新能力和动手能力。学生评价：研究性实验比较有趣，既能学到知识还能解决实际问题。

　　3.2学生为主体

　　在研究性的实验中学生自主选题，自行拟定研究计划、确定研究内容、选择需要的实验仪器、制订和设计实验方案，再通过多种实验手段获得必要的实验数据，并对获得的数据进行研究性分析以完成实验报告。基于研究性物理实验内容开放的特点，引导学生以研究性实验为手段探索不同物理环境因素对建筑环境的作用，或研究不同设计对建筑物理环境的影响，抑或寻求解决身边实际环境问题的途径和方法。在整个实验过程中，学生是主体，是整个实验的设计者和实施者，教师是指导者和帮助者。以学生为主体，学生有更大的学习自主性，整个实验过程由学生亲身体验和参与才能更好地锻炼和培养学生的创新意识及自主思考能力。

　　以“居住区物理环境参数测量”实验为例，其包括热、光、声等物理参数的测量。围绕这个主题，学生自主提出研究“老年人对住区物理环境的需求”。指导学生讨论了研究的意义和可行性后，由学生制定具体的实验内容和测试方法。为了更好地了解老年人对住区物理环境的需求特点，除了完成对居住区户外不同活动空间物理环境参数的实地测试，学生还做了相应的问卷调查。客观测试结合主观调查分析，较好地完成了实验。整个实验从研究对象的确定到实验计划的制订再到具体实施，都是以学生为主体。参与实验的学生认为通过这样的探索研究实验，对居住区规划和建筑室外环境设计具有参考价值和指导意义。

　　3.3教学效果突出

　　通过研究性实验的方式引导学生开展研究性工作，培养学生探索和研究问题的能力，解决生活和工作中的实际问题，并在这一过程中切身体会到建筑物理环境营造的重要性，从而潜移默化地影响其设计模式的更改，在设计中重视人文艺术的同时也能重视自然技术科学，有利于绿色理念的传播，培养有绿色理念的建筑设计工作者，受益的既是学生也是社会。

　　以上两个实验都是基于基础性实验主题的探索研究性实验，学生拓展和延伸了实验内容。整个实验都由学生自主安排，教师只在选题、实验方案制定和仪器使用方面给予帮助和指导。学生的参与度高，积极性也高，在具体的实施过程中碰到的意外情况，学生也能较好地处理，实验基本达到了预期目的。实验内容的开放性，也有利于和建筑设计教学的结合与促进。通过开展研究性实验使学生掌握了研究建筑物理环境的基本方法，初步培养了学生进行研究性学习的能力。

　　4教学设计

　　研究性实验教学虽以学生为主体，但教学设计和教师对实验过程的把控对教学效果影响甚大。研究性实验教学组织大致可分为五个阶段。

　　第一阶段是前期培训指导，使学生掌握实验仪器工作原理、使用方法、实验方法、操作注意事项等基本内容。这个阶段与常规实验教学内容相同，难度不大。

　　第二阶段是实验选题及实验计划制定阶段。学生自由分组，以小组为单位提出实验选题，组内讨论研究意义，制定研究计划。该阶段的教学组织难度最大，主要体现在以下三个方面：一是由于时间与实验设备资源的限制，很难使每位同学参与全部声、光、热相关实验。所以在该阶段教学组织时，教师要做好实验仪器流转使用的计划，学生要尽可能地共享实验资源。尽可能开展综合性研究实验，或者研究性实验与基础性实验相结合，才能保证学生对热工、光学、声学三门物理学科实验都能有所了解和参与。二是由于学生自主选题，有些选题内容意义不大，有些不具备实验条件，教师对于学生的选题虽要少干预，但要把好关，引导学生凝练出可行的实验研究内容。三是在实验计划的制定上，本科生对科学的研究方法尚缺乏训练，需要教师的专门指导，帮助其确定实验方法、测试条件、测试参数等，以保证下一阶段数据采集的科学性。这部分教学工作量大，需要时间长。

　　第三阶段是实验实施阶段，这部分的教学组织也有一定难度。由于学生的实验内容不同，实验时间不同，教师不能全程跟踪指导，但是在实验中又可能遇到各种突发问题。所以教师必须与学生建立电话、微信或邮件等沟通渠道，方便学生与教师随时进行沟通，及时解决问题。

　　第四个阶段是实验数据整理分析阶段。教师指导学生对实验数据进行整理分析，并根据数据得出实验结论，并判断实验结论是否与所学理论存在偏差等。如果存在偏差要进一步从实验方法、数据采集方法或者仪器操作等各个方面分析偏差出现的原因。该阶段教学内容与常规实验类似，但是由于实验内容的开放性，指导难度有所增加。

　　第五个阶段是实验考核评分阶段。传统物理实验一般以实验报告完成情况作为评判标准。这并不能反映学生实际的实验能力，也不符合开展研究性实验的目的，不能调动学生的主观能动性[5]。因此，在研究性实验的教学探索中，作者认为应该加强过程考核，应从实验选题、实验计划（明确小组成员任务分工）、实验实施（要求学生做好实验全过程记录）、实验数据分析等方面分阶段进行评定。

　　与传统实验相比，研究性实验教学难度增加，但正是由于更精细的教学设计和组织管理才能保证对学生创新意识的维护和培养，充分发挥学生的主观能动性，才能有更好的教学效果。

　　结语

　　实验是学生通过实践行为进行学习的重要手段，但是传统的建筑物理实验难以调动学生的积极性和培养学生的创新意识。在建筑物理课程实验教学中尝试开展研究性实验，以学生为主体，整个实验过程注重对学生创新意识的培养，提高学生们的学习积极性；做好教学设计与组织，引导学生在实验中进行科学研究的初步训练，有利于研究性学习的推广。以上在对建筑物理实验教学改革的探索过程中还是存在一些问题，需要在实践中进一步探索和寻求更好的解决办法。

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