陳光 馬源 江海燕

(廣東工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510910)

1 課程概況

城市環(huán)境物理是利用物理學(xué)的一些基本原理，分析城市環(huán)境內(nèi)部各要素的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律和存在形態(tài)，闡述如何利用規(guī)劃設(shè)計(jì)手段改善日益惡化的城市熱濕環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、風(fēng)環(huán)境和大氣環(huán)境等[1]。城市環(huán)境物理研究的問題可幫助園林規(guī)劃設(shè)計(jì)提升環(huán)境品質(zhì)[2]，這促使風(fēng)景園林專業(yè)的科研和教學(xué)中越來越重視城市環(huán)境物理。結(jié)合該課程的幾年教學(xué)，梳理教學(xué)中存在的問題，依據(jù)培養(yǎng)定位和教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、課外知識(shí)、考核評價(jià)等對課程進(jìn)行初步改革，著力培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化城市物理環(huán)境的設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)新時(shí)期城市發(fā)展的需求。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容需有待優(yōu)化。城市物理環(huán)境課程包含三方面的主要內(nèi)容：基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值模擬技術(shù)。目前授課以理論基礎(chǔ)知識(shí)講授為主，重點(diǎn)講述城市熱濕環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、大氣環(huán)境的基礎(chǔ)理論和公式，缺乏科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容。數(shù)值模擬技術(shù)的內(nèi)容可以輔助學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[3]，如鋪裝類型的選擇對場地?zé)岘h(huán)境的優(yōu)化輔助，場地布局對場地風(fēng)環(huán)境、聲環(huán)境的優(yōu)化輔助等。教學(xué)內(nèi)容的不完整直接帶來兩個(gè)影響：1)風(fēng)景園林學(xué)生數(shù)理知識(shí)相對薄弱，枯燥的理論知識(shí)學(xué)習(xí)降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2)實(shí)驗(yàn)方法和模擬技術(shù)的缺失，使學(xué)生無法從該課程獲取對方案設(shè)計(jì)的直接幫助，更加不重視該課程。難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

2.2 師資、教學(xué)資源配置不夠

2.3 教學(xué)模式和方法不符合專業(yè)特點(diǎn)

城市環(huán)境物理的理論內(nèi)容為物理學(xué)、傳熱學(xué)、氣象學(xué)、流體力學(xué)、環(huán)境科學(xué)等知識(shí)，學(xué)科多、跨度大，且都為邏輯理性的科學(xué)思維。風(fēng)景園林專業(yè)思維重點(diǎn)是培養(yǎng)形象思維和感性思維。該課程授課教師多數(shù)都是暖通空調(diào)、物理學(xué)、建筑技術(shù)等專業(yè)背景，更加側(cè)重理論科學(xué)思維的授課模式和方法，偏重公式推導(dǎo)和計(jì)算，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，難以達(dá)到滿意的教學(xué)效果。

3 教學(xué)改革的初步實(shí)踐

3.1 明確教學(xué)目標(biāo),適應(yīng)專業(yè)特點(diǎn)

明確課程的培養(yǎng)目標(biāo)，即向?qū)W生傳授設(shè)計(jì)城市物理環(huán)境的知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生將城市環(huán)境物理結(jié)合到風(fēng)景園林規(guī)劃和設(shè)計(jì)中的能力，使學(xué)生在設(shè)計(jì)中能創(chuàng)造出良好的城市環(huán)境。具體來說，對本科學(xué)生來說能夠達(dá)到：1)能夠在方案設(shè)計(jì)階段有意識(shí)的應(yīng)用城市物理環(huán)境知識(shí)；2)能夠正確的選擇和應(yīng)用相對應(yīng)的模擬技術(shù)和解讀模擬結(jié)果；3)對于有專業(yè)模擬人員介入的項(xiàng)目，能夠理解專業(yè)人員的技術(shù)報(bào)告并且順暢溝通。

3.2 整合教學(xué)內(nèi)容，引入數(shù)值模擬技術(shù)

課程內(nèi)容結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)置。首先，明確課程應(yīng)包含三大部分的教學(xué)板塊：理論知識(shí)、現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬技術(shù)[4]。改變以往單純的理論知識(shí)授課而缺乏現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和模擬技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，先理論、再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與創(chuàng)新、后模擬技術(shù)應(yīng)用。

將總課時(shí)36學(xué)時(shí)的課程設(shè)置為24課時(shí)的理論與12課時(shí)的實(shí)驗(yàn)，其中24課時(shí)的理論課程包含了基礎(chǔ)概念和數(shù)值模擬技術(shù)。包含熱工學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、大氣科學(xué)等比較常用且簡單易學(xué)的數(shù)值模擬分析軟件，如Phoenics，Ecotect，ENVImet，DUTE等熱環(huán)境分析軟件，Ecotect，Radiance等光環(huán)境分析軟件等。模擬技術(shù)學(xué)習(xí)與同學(xué)期進(jìn)行的風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程相結(jié)合，要求學(xué)生應(yīng)用模擬技術(shù)為方案設(shè)計(jì)提供基于物理環(huán)境的方法和技術(shù)上的支持。

3.3 采用“案例+專題”教學(xué)方式

作為一門技術(shù)性課程,要求學(xué)生以科學(xué)思維方式接受技術(shù)知識(shí),這與風(fēng)景園林設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性思維方式是不同的。結(jié)合教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)采用“專題+案例”的教學(xué)方式，更符合風(fēng)景園林學(xué)生的特點(diǎn)。

根據(jù)風(fēng)景園林設(shè)計(jì)要素與城市物理環(huán)境的相關(guān)性，將課程分解為12個(gè)專題，主要內(nèi)容包括：

1)城市環(huán)境物理與風(fēng)景園林的關(guān)系。

2)城市熱環(huán)境及人體熱舒適。

官963-21井位于王官屯油田官962－17斷塊，為三開定向井，完鉆層位為孔店組。井深為2227m，最大井斜 28.89度，垂深2071m，φ444.5mm×30m+φ339.7mm×30m+φ311.1mm ×556m+φ244.5mm×555.483m+φ215.9mm×2227m。沙一井段1796～1938m，含有灰白色生物灰?guī)r；沙三井段1938～2106m，含有灰黑色玄武巖，雷特堵漏施工前鉆井液密度：1.52g·cm-3。

3)城市濕環(huán)境與園林規(guī)劃設(shè)計(jì)。

4)城市熱島與景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。

5)住區(qū)熱環(huán)境與景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。

6)植物設(shè)計(jì)與熱環(huán)境關(guān)系。

7)生態(tài)鋪裝與熱環(huán)境關(guān)系。

8)海綿城市理論與應(yīng)用。

9)城市風(fēng)環(huán)境。

10)城市光環(huán)境。

11)城市聲環(huán)境。

12)城市大氣環(huán)境。

不同的專題在組織教學(xué)時(shí)，采用設(shè)計(jì)實(shí)例分析，提取理論知識(shí)模型，應(yīng)用模擬技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的遞進(jìn)式教學(xué)流程。例如在住區(qū)熱環(huán)境與景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)專題中，講述室外花架、涼亭、屋面等設(shè)計(jì)中如何與當(dāng)?shù)貧夂蚪Y(jié)合的遮陽設(shè)計(jì)教學(xué)，選擇實(shí)際的屋頂遮陽案例考察，提取成理論知識(shí)的模型，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，見圖1。

3.4 “課題+實(shí)驗(yàn)”的自主探究實(shí)驗(yàn)

以前課程實(shí)驗(yàn)多為簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)重制約了學(xué)生的創(chuàng)新和學(xué)習(xí)積極性[5]。引導(dǎo)學(xué)生開展探究性實(shí)驗(yàn)，可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和動(dòng)手能力。城市環(huán)境物理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新空間較大，光學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)，鋪裝構(gòu)造、遮陽等都可為目標(biāo)進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)。例如某小組以校園建筑空間組合為題開展探究實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)測試和主觀問卷完成對課題的探究性試驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出改善校園物理環(huán)境的設(shè)計(jì)方案。這種“課題+實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為學(xué)生通過腳踏實(shí)地的實(shí)驗(yàn)工作、結(jié)合理論知識(shí)開展科學(xué)研究進(jìn)行了啟蒙，將結(jié)果轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)，提升了設(shè)計(jì)科學(xué)性的同時(shí)大大提高了學(xué)習(xí)的積極性。

在興趣的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步孵化大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目和設(shè)計(jì)競賽。2018年，課程內(nèi)課題實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，某小組同學(xué)對城中村物理環(huán)境產(chǎn)生濃厚興趣，開展實(shí)驗(yàn)研究。確定研究內(nèi)容，制定實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)地測試實(shí)驗(yàn)，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析，揭示城中村物理環(huán)境的現(xiàn)狀并提出改善策略和設(shè)計(jì)方案，基于此立項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《廣州城中村物理環(huán)境測試與優(yōu)化研究》。通過探究性實(shí)驗(yàn)的開展，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到課程的有趣性和實(shí)用性，提升了學(xué)生的創(chuàng)新探索能力。

3.5 “報(bào)告+設(shè)計(jì)”的考核評價(jià)方式

以往的課程考核方式為20%平時(shí)成績+80%期末考試成績，存在輕過程、重期末考核的問題。嘗試建立以評價(jià)學(xué)生應(yīng)用能力的新評價(jià)方法，新的評價(jià)方法以探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和方案設(shè)計(jì)中物理環(huán)境專題設(shè)計(jì)圖紙為考試方式。新的評價(jià)方法最終成績由平時(shí)成績(20%)、探究性實(shí)驗(yàn)成績(40%)及專題設(shè)計(jì)(40%)三部分組成，專題設(shè)計(jì)指模擬技術(shù)與課程設(shè)計(jì)結(jié)合的應(yīng)用，如依據(jù)物理環(huán)境模擬結(jié)果，分別在種植、鋪裝、遮陽等方面給出的策略和設(shè)計(jì)指引。這種考核方式引導(dǎo)學(xué)生盡早參與科研和實(shí)踐，培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，提升了應(yīng)用的能力，實(shí)現(xiàn)了以“設(shè)計(jì)和研究能力提升”為導(dǎo)向的課程考核。

4 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前提倡健康高品質(zhì)城市環(huán)境的背景，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化、生態(tài)化，城市環(huán)境物理課程的學(xué)習(xí)是很必要的。通過教學(xué)的反思與初步的改革，不僅逐步提升了學(xué)生基于物理環(huán)境品質(zhì)提升的輔助方案設(shè)計(jì)的能力和優(yōu)化城市物理環(huán)境的研究創(chuàng)新能力，也為風(fēng)景園林學(xué)科理論課程實(shí)現(xiàn)“以設(shè)計(jì)與研究雙能力提升為導(dǎo)向”的多元化改革與實(shí)踐提供了借鑒。