【論文下載論文範文】教學反思和教改實踐

　摘要:為了提高建築物理實驗教學質量，在總結一些院校的教改經驗後，深刻反思了傳統的建築物理實驗教學模式，並決定優先在聲學方面開展實驗教學改革。通過購置更適合的測試裝置和建設可變混響時間空間，創造了更好的實驗教學平臺。在此基礎上完善了原有實驗教學內容，並確立了一個集驗證性實驗、認知性實驗和設計性實驗為一體的綜合性實驗，即室內混響時間設計實驗專案。另外，也優化了實驗教學組織、教學手段和考核方式。

關鍵詞:建築聲學;實驗教學;可變混響時間;聲學設計

建築物理是建築學專業一門非常重要的基礎技術課程，包括建築熱工學、建築光學、建築聲學三大部分。建築設計中的科技含量越來越多，很多建築創作以建築技術的創新為突破點，當前生態建築、綠色建築、可持續發展建築等理念都離不開建築物理的支援。建築學學生只有學懂並運用好建築物理知識，才能創建出舒適、健康、安全和節能的建築環境。

1 建築物理實驗教學現存的問題

實驗是建築物理教學中一個重要環節，可以鞏固和加深學生對抽象理論知識的理解，培養其實踐動手能力，並促進學生自覺將建築物理知識運用到建築設計的創作之中。然而，我國很多建築院校中，對建築學學生設計能力的培養，過於強調形象思維能力和藝術創造力，不免產生忽視建築工程技術的傾向，普遍對建築物理實驗教學的重視和支援程度不足。

(1)實驗內容多而課時少

權威的建築物理及實驗教材中包含了20多個實驗專案，這麼多實驗內容都作為本科生實驗課開出來是不現實的。因總學時和實驗條件的限制，實驗課時一般設定為16-32學時不等，各院校只能從中選擇一些聲、光、熱方面的實驗。學生人數又比較多，只能分批進行實驗，難以達到滿意的教學效果。

(2)經費需求多而投入少

根據本科教學評估要求，建築物理實驗教學需投入大量實驗裝置。由於建築物理在整個專業課程體系中處於專業基礎課或專業拓展課程的位置，普通院校一般不會投入大量經費購置大批先進、貴重的裝置，一些新辦建築學專業院校的實驗設施嚴重不足，甚至完全沒有。由於時間和裝置數量有限，學生的動手操作機會很少，很多實驗只能觀看演示。儀器數量相對多一點的照度計、溫溼度計和聲級計，僅可供學生進行簡單的測試讀數。

(3)實驗平臺要求特殊而實驗空間普通

建築物理實驗的高階實驗平臺，如建築環境倉、聲學實驗室(混響室、消聲室等)、專業照明演示實驗室叫等，需要大量投入資金來建設。即使有了充足的經費，也需要場地的支援，這在我國很多院校中是很難實現的，畢竟大面積的實驗用地是非常寶貴的資源。這些實驗平臺還有非常特殊的要求(如層高、隔振、防噪等)，須在設計之初就加以考慮。大多數院校的建築物理實驗教學只是在普通房間內將就進行，難以為學生提供更好的平臺用於自主進行綜合性、設計性等實驗。

因種種條件限制，使得很多院校在建築物理教學中，實驗部分內容存在“走過場”，甚至不開設實驗的現象。即使按照教學評估要求完成了實驗教學任務，也很難取得滿意的教學效果，從而也使這門重要的技術專業課越來越不受學生的重視。

2 傳統建築物理實驗教學的反思

2.1實驗教學環境與實驗裝置

我校建築系2006年遷入江安校區才有建築物理實驗室，才得以開展相關實驗教學。建築物理實驗室由系館大樓一層4間普通房間組成，總而積約150㎡，分設熱工、光學、聲學實驗空間，實驗教學基本都在這4間房間內進行。實驗室毫無特色，與專業教室、辦公室等並無區別，層高統一為4.2m，只是多了一些實驗裝置及設施。這不利於建築物理基本知識和原理的闡釋，妨礙了實驗教學的開展。

在實驗室建設之初，利用“523實驗室工程”購置了一批總價不到60萬元的實驗教學裝置。這些國產裝置效能一般，僅能滿足普通的實驗需求。2009年以前這些裝置只用於本科實驗教學，使用率不高，長期閒置易導致電子裝置老化、損壞。如果實驗教學期間內受損裝置無法及時維修，就會影響正常的實驗教學。

2.2實驗教學組織與教學內容

一直以來，我校建築學本科教學計劃中分別設定了建築物理理論課和實驗課，都安排在三年級下學期，48學時理論課、32學時實驗課。理論課按照熱工、光學、聲學的順序依次進行;而實驗課的開課時間，雖然在實驗課教師的要求下儘量推遲，但根據教務處的安排，也必須從第6或第8周開始，每次4學時，延續8周。

實驗課程選用劉加平的《建築物理實驗》教材，綜合考慮實驗裝置、教學環境、課時、學生人數、師資配備等條件限制，選擇性地開設3個熱工、2個光學、3個聲學共8個必做實驗專案。實驗專案數量能夠滿足本科教學評估要求，但基本上都是驗證性或演示性實驗。這些實驗內容雖然可以培養學生的基本測試技能，但也存在一些問題，例如實驗內容與建築設計的實際相脫離，學生難以將實驗應用在工程實際。也開設了一些選做實驗，如建築採光效果實測、照明效果實測、交通噪聲實測等實驗，但感興趣的學生極少。

每學年至少65名學生，由於實驗空間與裝置的限制，實驗教學只好分組分批同時交叉進行。在研究生助教的輔助下，同時在4個房間內分別開展4個實驗專案。正常實驗教學期間，每位學生分2次共8個學時完成這8個實驗專案。因此時學生還沒有學習完理論知識，就只能“走過場”地進入實驗環節，這給實驗教學帶來了極大的困難。

2.3實驗教學手段與考核方式

實驗教學方式和考核方式與其他學科的實驗課程並無二致。因學時、裝置、教學空間等限制，實驗課程的教學過程也只能是預習一實驗一寫報告。預習時，教師集中將實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項，甚至是實驗結果及分析要求一一講述。實驗時，教師按前期講授要求佈置任務，助教利用儀器進行示範操作，學生按照要求被動地實施實驗操作並記錄資料，整個過程按部就班。實驗後，學生按照要求，對記錄資料進行處理和分析，並編寫和提交實驗報告。考核方式也只能通過實驗報告評判成績，考查學生是否按照要求很好地做記錄、處理並分析實驗結果。

建築物理是理論與實際結合緊密的課程，應用性較強。傳統教學模式主要強調課堂及實驗教學，學生欠缺對實際工程的處理能力。這種模式雖然在熟悉基本的建築物理測試儀器、理解相關概念方面對學生有一定的幫助，但大多數學生反映內容單一、面窄，不能充分發揮主觀能動性，實驗結果也是脫離實際、千篇一律，感受不深刻。這種模式很難激發和考查學生的實踐能力和創新精神，在無形中抑制了學生的學習熱情，對培養學生的實踐能力有很大的侷限性。

我校建築物理實驗教學在“硬體”和“軟體”方面都存在著嚴重的不足，但由於專業知識和實際資源條件的限制，我們優先在聲學方面進行了一些實驗教學改革探索。

3 聲學實驗教學平臺的搭建

建築聲學與熱工、光學相比，理論抽象、公式較多，但是聲音每個引數的變化都可以通過聽覺系統感受得到，這就便於將聲音物理量的變化和人的生理感覺聯絡起來。如果在教學中讓學生建立起這種聯絡，就便於學生感受和理解建築聲學中的各個公式、廳堂音質設計和聲環境設計中所用各種材料及構造的意義，同時可以提高學生動手操作的能力。基於以上的設想，在梳理己有的教學資源及實驗教學狀況之後，優先完善建築聲學實驗教學平臺，主要是利用機會購置合適的實驗裝置和改善實驗教學空間。

3.1實驗裝置的購置

實驗教學中，選擇合適的實驗裝置是關鍵，精度不一定要很高。性價低廉的裝置也許會影響實驗結果和教學效果，但最貴、最先進的裝置也不一定最好，合適的實驗教學裝置應滿足3個條件:

(1)能夠非常形象地闡述抽象的原理，有利於學生對書本理論知識的理解。

(2)測試所需時間不能太長，通常越省時越受歡迎。學生在有限學時內可完成更多的實驗專案，而節省的時間又有利於學生去深入分析測試結果、去探索和創新。

(3)操作簡便，效能穩定，經久耐用。有利於實驗教學的順利開展，畢竟學生人數多，不能保證每位學生都會按正確的規程操作;也有利於打破教學時間的限制，教師可以放心地借給學生，方便他們自主地進行實驗。

廳堂音質和建築聲環境設計中，混響時間、吸聲、隔聲等是非常重要的概念和應用技術。室內混響時間測量、吸聲材料吸聲係數測量、建築隔牆現場隔聲測量、樓板撞擊聲隔聲測量等是各院校選擇較多的聲學實驗教學專案。為了開展這幾個實驗專案，我校在2006年購置了建築聲學測試系統、駐波管測試系統、聲級計等國產裝置，總價約20萬元。經多年實驗教學實踐，發現原有建築聲學測試系統和駐波管測試系統不適合聲學實驗教學。

建築聲學測試系統由電腦、聲源、聲學分析軟體等組成，可以測試室內混響時間，但只有1/2倍頻程無1/3倍頻程，且一次只能測試一個頻率段，還缺乏直觀的聲壓級衰減曲線，不能演示混響時間的形成原理，這樣的裝置不適合實驗教學。由於混響時間還是影響建築隔聲實驗的重要引數，因此，利用我校“985工程”實驗室建設專案購置了更適合的建築聲學測試系統。

新的建築聲學測試系統可一次性測試出1/3倍頻程的所有頻率，測試時間可以減少至原有裝置的1/6，而且資料量更多、結果更準確，最重要的是可以顯示出這些頻率的聲壓級(I,p)衰減曲線，如圖1所示。這個系統非常智慧化，也適合於工程測量隔牆隔聲量，利用雙通道聲級計測得聲壓級差和受聲室混響時間等資料，直接計算出測試結果，更方便、省時。但正因為其過於智慧化，學生無法在實驗過程中掌握基本聲學儀器—聲級計的使用方法，無法理解影響隔聲的各種因素，故建築隔聲實驗教學中，只利用這個系統測試混響時間。

駐波管測試系統用於吸聲材料吸聲係數測試實驗，佔地而積小、易操作。因場地、經費等限制，許多院校採用這種方法。但駐波管法的理論性太強，且與吸聲材料在實際工程中吸聲狀況不一致，導致測試結果無法直接用於工程設計，也不適合建築學學生對吸聲與混響時間關係的感性認識。畢竟，開設實驗教學的主要目的是為建築設計課程提供技術支撐，而不是要求學生掌握深奧的物理原理和儀器使用方法。然而，提高這個實驗專案的教學效果，依靠裝置購置是無法實現的，因此，要繼續申請經費改造聲學實驗空間。

3.2教學環境的改善

開展聲學實驗教學的最佳場所是專業聲學實驗室，混響室內極長與消聲室內極短混響時間的對比，可以加深學生對混響時間的感性認識;且而利用混響室法測試材料或結構的吸聲係數可直接用於工程設計中，也有助於學生理解吸聲對控制混響時間的作用。我校建築學專業還沒有形成雄厚的學科實力，難以獲得足夠的經費和場地建設專業實驗室。

建築物理實驗室的4間房間中，2間作為聲學實驗教學空間，3個必做聲學實驗專案在這2間內進行，實驗教學效果差強人意。為了改善聲學實驗教學環境，經綜合考慮，將其中1間聲學實驗室房間改造成可變混響時間空間。利用活動式吸聲結構模組的安裝或拆卸，可控制該房間中高頻混響時間在0.3~2.4s範圍內變化。吸聲結構安裝前、後照片如圖2所示。學生在同一空間內將親身感受到混響時間的變化，加上定量化的測試，還可計算出室內吸聲量及吸聲結構的吸聲係數，加深他們對混響時間、吸聲及它們之間關係的認識和理解。這個空間為學生創設了一個理論聯絡實際的平臺。

4 聲學實驗教學的改革

4.1教學組織的優化

建築物理的理論授課與實驗教學的同時進行，對教學質量產生了不利影響。為了改變這種狀況，教學計劃中適時對建築物理及實驗的教學組織進行了改革。將建築物理及實驗課程(共80學時)統一後又分解成建築物理I (32學時)和建築物理II (48學時)。建築聲學及實驗統一被安排到建築物理11課程中，理論課約16學時，實驗課約12學時。具體學時及進度安排由教師自主決定，先理論後實驗或交叉進行，但必須保證各實驗專案開展前相關理論授課己經完成，這樣才能通過實驗加深學生對理論知識的理解。

4.2教學內容的更新

充分利用聲學實驗教學平臺更新教學內容，不再侷限於權威的建築物理實驗教材。在可變混響時間空間內，通過增加或減少吸聲材料，不僅可以控制混響時間，還可以控制與之相關的反射聲強度、聽聞環境等，而新的建築聲學測試系統可快速地定量化測試出室內混響時間。因此，結合建築聲學理論知識內容，完善了已有實驗專案，並開發出新的實驗專案。教學內容的更新主要有以下幾方面:

(1)室內混響時間測試改在房間11內進行，要求學生分別測試吸聲結構安裝前、後的混響時間，並感受室內的聽聞狀況的變化。這有利於學生理解混響時間與吸聲的關係、混響時間對聽聞環境的影響等。

(2)改用混響室法測試吸聲材料吸聲係數，要求學生在房間11內定量化測試與分析多孔吸聲材料吸聲特性、空腔對吸聲效能影響、空間吸聲體作用等。這有利於學生理解不同吸聲材料或結構的吸聲頻率特性。

(3)增設了室內混響時間的設計專案。按照廳堂(音樂廳、劇場、電影院、報告廳等)聲學設計要求和過程，教師預先給出房間11或其他房間的混響時間及頻率特性要求，要求學生進行該房間的聲學設計。學生首先需要測量出房間尺寸、不同情況下的混響時間、各種吸聲材料或結構的吸聲係數;再根據混響時間公式計算出吸聲需求量及各種吸聲材料或結構的需求量，並繪製出佈置圖;最後，還要求學生按照自己的設計圖進行實施，安裝各種吸聲材料或結構後，測試出實際混響時間，分析其與計算值的差別及原因，直至通過實驗測試確保設計符合要求。這有利於學生熟悉廳堂音質設計過程和掌握基本的設計方法。

(4)建築隔聲測試的受聲室與聲源室調換，房間工改為聲源室，房間11改為受聲室，要求學生定量測試與分析不同混響時間下的建築隔牆空氣聲隔聲量。同理，對樓板撞擊聲隔聲測量也進行了類似的改革。這有利於學生理解混響時間對建築隔聲的影響。

(5)增設了吸聲降噪效果測試，要求學生在房間11內定量測試同一噪聲聲源在不同吸聲量情況下各點聲壓級及變化，並感受室內噪聲環境的變化，分析吸聲對聲壓級的影響。這有利於學生理解吸聲對室內降噪的作用和侷限性。

新的聲學實驗教學內容包含了驗證性實驗、認知J陛實驗和設計性實驗。然而，12學時內無法讓65人以上的學生完成這5個實驗專案。建築聲學中，“室內音質設計”是主線，“噪聲控制設計”是輔線。因此，根據各理論知識點的重要性和相關性，將前3個實驗專案整合為一個集驗證性、認知性和設計性為一體的綜合性實驗，為必做專案，而後2個實驗作為選做專案。

這個綜合性實驗專案，突破了傳統的在實驗室中嚴格控制的人為實驗條件，架起了知識學習與問題解決的橋樑。實驗目的性強，實用性強，學生興趣增強、自主性提高，創造性得到發揮。學生可以綜合運用所學建築聲學設計與聲環境設計知識，感受、觀察和分析一些典型的實際聲環境問題，啟發學生積極思維、勇於創新，為日後的設計工作打下堅實基礎。

4.3教學手段的革新

一些院校將“情境一自主實驗教學法”用於建築物理實驗教學中，脫離實驗室人為控制的實驗條件，選擇實際的建築環境作為測試物件(如城市區域的噪聲環境等。但是，我校對本科學生管理比較嚴格，教學期間出入校門獲批程式繁瑣，而且這種方法無疑需要更多的時間，所以很少學生選擇這樣實驗。吸取“教學過程中認識的主體地位應該讓位於學生”的經驗，我校革新聲學實驗教學的手段。以室內混響時間設計專案為例:

(1)完成“混響時間”和“吸聲材料或結構”理論授課後，引導學生進入實驗室，展示不同的吸聲材料或結構、講解可變混響時間空間的用途、演示建築聲學測試系統及聲級計的使用方法和用途等;

(2)在“室內音質設計”理論授課的程序中，教師以課後作業的形式提出這個設計專案的混響時間要求，對各組學生的要求會不一樣;學生根據實驗目的和要求，自行查閱資料、設計實驗步驟、擬定實驗方案;教師對實驗方案進行審定並提出修改建議，確定無誤後學生即可開始實驗準備。

(3)完成“室內音質設計”理論授課後，學生分組進入實驗室開始實驗，在選定裝置並熟悉其各種效能的基礎上，制定實驗方案，開展實驗進行資料測定及統計處理工作，最後完成實驗專案並寫出實驗報告。

學生主體作用貫穿整個實驗專案，教師主要是引導者和指導實驗裝置的使用。在實驗教學活動中，學生可以真切而形象地感受到不同的聲學設計可能產生的不同環境效果。由於學生在實驗過程中掌握了主動權，既有針對性，又有具體內容，從而充分發揮了其積極性和創造性。

4.4考核方式的完善

僅僅根據學生最終提交的實驗報告來考核他們的表現，是不科學的。這種考核方式既不能反映學生實際的實驗技能，也不能充分發揮學生的學習主觀能動}h}。完善後的考核方式將前期的實驗方案、中期的實驗過程表現和後期的實驗報告都納入考核範圍。

前期的實驗方案考查學生對聲學理論知識的理解J隋況、設計和創新能力等。俗話說“好的開始是成功的一半”，故前期考核成績的比例設為40%。中期的實驗過程表現考查學生對實驗儀器的操作情況、實驗動手能力、臨場處理問題能力、協作能力等。對於其他理工科學生來說，培養這些能力對今後工作和研究會非常重要，但對於建築學學生來說卻是例外，故中期考核成績的比例僅設為20%。後期的實驗報告主要考核學生的資料處理能力、表述能力、研究分析能力等。實驗報告畢竟是學生對整個實驗的書而總結報告，故後期考核成績的比例設為40%。

由於建築學學生今後工作的性質，實驗中不特別強調動手能力的培養(動手能力也不可能短時間內得到有效的訓練)，只要求學生掌握簡單的實驗方法和資料處理方法，但特別強調對設計能力、對環境問題的研究和分析，以及解決環境問題能力的培養。這種考核方式體現了建築學的特點，將前期、中期和後期完整地連線起來，可以全面瞭解學生掌握課程知識的情況，解決了傳統教學中長期存在的知識分散、難以綜合應用的問題。

5 結束語

新的實驗教學模式符合“三個有利於”原則:有利於體現以學生為主體的教育思想;有利於激發學生的求知慾、成功欲;有利於貫徹“實踐一認識一再實踐一再認識”的認識規律。由於專業知識的限制，未能在光學、熱工方而繼續開展實驗教學改革。希望有更多專家提出更多、更好、更全面的建築物理實驗教學改革方案，共同提高建築物理實驗教學質量。