主動式建筑學教學方法的創(chuàng)新改革
——以學生參與鄉(xiāng)村建筑被動式節(jié)能技術改造為例

李建勛，鄭銳鋒，王瑋詩，林藝君， 華超楠

(浙江科技學院建筑工程學院，浙江 杭州 310023)

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主動式建筑學教學方法的創(chuàng)新改革
——以學生參與鄉(xiāng)村建筑被動式節(jié)能技術改造為例

李建勛，鄭銳鋒，王瑋詩，林藝君， 華超楠

(浙江科技學院建筑工程學院，浙江 杭州 310023)

摘要：建筑學的實踐教學方式有別于其他工科院校的實踐教學。要構建可以培養(yǎng)建筑學專業(yè)創(chuàng)新類人才的實踐教學體系，就應該首先確立以學生為重點的教學理念，以實際項目為依托，讓學生在直接理解文脈、空間、材料、節(jié)能技術的基礎上循序漸進，并注重培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新思維。

關鍵詞：建筑學教育改革；被動式節(jié)能改造；節(jié)能技術體系

1教學改革背景

提倡建筑學創(chuàng)新性教學的最終目標是提高教學效率，促進學生自主成長。教師只有深刻理解學生的學習基礎，才能設計出學生切實需要的教學[1]。建筑學是一門注重實踐性的學科，橫跨工程技術與人文藝術領域，利用建筑技術和藝術研究建筑及其環(huán)境的關系。盡管我國的建筑學教學一直強調(diào)實踐和動手能力，但學生卻力不從心或無從下手，無法應用知識，使創(chuàng)新意識難以實現(xiàn)，創(chuàng)新思維受到限制。只有讓學生在教學中身處主導地位，找到與其掌握的知識相關聯(lián)的理解記憶方法，才能從根本上完成大學教學改革創(chuàng)新的使命，從而培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

1.1建筑學傳統(tǒng)教學弊端

傳統(tǒng)的建筑學教學包含以下設計內(nèi)容：大師作品分析,空間單一的住宅設計,多個重復空間的幼兒園設計,流線復雜的交通空間設計，直到較高階段的旅舍展館設計，學生僅從設計任務書出發(fā)，單純的從物質(zhì)形態(tài)方面考慮空間構成、形式設計和流線排布，關注建筑功能和動靜分區(qū)，只知道該怎么做，卻不知道為什么這么設計。與此同時,課堂教學往往缺乏真實性、直觀性和預見性，如用地紅線無法體現(xiàn)出周邊環(huán)境制約和建筑風格的傳承，學生在設計過程中也缺乏對經(jīng)濟屬性、社會屬性、文化屬性的思考[2]。

就教學體系而言，建筑學也存在某些工科教學的通?。簩W校的統(tǒng)一教材，如建筑力學和建筑設備，經(jīng)過系統(tǒng)的編輯整理，嚴謹科學，但是卻沒有跟上技術的更新?lián)Q代，也不太關注知識在實際生活中的運用和學生是否感興趣；課堂形式基本是一種以教師為主體的單向性灌輸式教學，學生只是被動的知識接受者，缺乏課堂主動性、參與度和靈活度[3]；除去部分藝術設計類考察課程，作為主要教學考評工具的書面考試僅強調(diào)了集中思維[4]，也弱化了對學生邏輯思維、創(chuàng)新思維的鍛煉和培養(yǎng)。

1.2建筑學改革方式

因此，教師在建筑學，尤其是設計類的教學活動中應該與學生積極互動、共同發(fā)展、追求突破，將學生作為教學主體，在實際設計改造項目中引導學生調(diào)研、探究、分析、設計，著重培養(yǎng)學生的自主性、獨立性和發(fā)散性思維，以挖掘?qū)W生的潛能[3]。此外，教師還應該關注建筑學科的前沿科技以及對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻和設計發(fā)展趨勢，從實際建筑項目展開進行實踐教學，在教學中結(jié)合新思維并創(chuàng)建相應的教學方式，營造高效、融洽、開放的教學氛圍[5]。

本項目就以杭州白馬湖陳家村177號住宅的被動式節(jié)能改造項目為載體，在遵循吳越文化、使用鄉(xiāng)土材料的基礎上，以解決地域性鄉(xiāng)村民居舒適度低的綜合問題為目標進行的實踐性教學活動。小組成員在老師引導帶領下對民居周圍環(huán)境進行實地調(diào)研，自主搜集相關資料、篩選適宜吳越地區(qū)的被動式節(jié)能技術、提煉體現(xiàn)當?shù)匚拿}的建筑形式語言，最終合作完成實際項目的改造設計工作并且獲得甲方認同。在整個教學活動中，學生完全掌握了主動位置，全權參與每個設計環(huán)節(jié)，在實踐過程中充分聯(lián)系理論知識基礎，將二維的平面系統(tǒng)知識轉(zhuǎn)化為以真實項目為依托的三維立體知識，在設計中突破思維定勢，在創(chuàng)新思維和創(chuàng)新素質(zhì)的作用下體現(xiàn)出創(chuàng)新能力，使教學質(zhì)量得到升華。見圖1。

圖1　創(chuàng)新項目進程

2課題背景

建筑行業(yè)的能源消耗接近占我國總能源消耗的三分之一。盡管目前區(qū)域性鄉(xiāng)村建筑能耗普遍偏低，但是當個人經(jīng)濟收入增加，其采暖、空調(diào)等運行能耗將非線性增加，成為建筑行業(yè)的新挑戰(zhàn)。被動式節(jié)能技術在建筑設計上技術含量很高，但是作為一種在科技水平上低要求的低成本設計，可以用以緩解鄉(xiāng)村建筑的能耗壓力。因此將被動式節(jié)能技術作為課程實踐的主題切合實際發(fā)展的需求，是具有迫切性、前瞻性、實踐性的創(chuàng)新改革[6]。

此次的教學革新項目位于浙江省杭州市白馬湖陳家村，屬于亞熱帶季風氣候，在全國熱工分區(qū)屬于夏熱冬暖區(qū)。由于改建項目地處鄉(xiāng)村，經(jīng)濟發(fā)展緩慢，居民對于節(jié)能環(huán)保意識都較為滯后，因而未能將建筑能源充分利用，整體節(jié)能技術利用率相對城市偏低。小組成員計劃在完成設計方案的基礎上落實施工，將項目實體陳家村177號住宅打造為被動式節(jié)能技術樣板房，在江浙一帶區(qū)域性建筑中推廣使用。

3課程改革具備條件

在大一至大三學年，學生從單一的住宅空間設計漸進深入到博物館類建筑復雜空間設計，初步體驗和掌握流線與空間的穿插組合方式，理解建筑及其周邊環(huán)境文脈的對應關系和基礎的結(jié)構體系。本設計項目以學校四年級的第1個課程設計——住宅設計與居住區(qū)詳細規(guī)劃為載體，充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，通過實際的建筑節(jié)能改造項目進行深入理解和探究理論知識基礎。項目在切合教學大綱的基礎上，以陳家村節(jié)能改造的實體項目為依托實行建筑學主動式教學方式的創(chuàng)新型改革。

4課題設計過程

本項目采取實地調(diào)研—模型建立—節(jié)能技術應用—關鍵技術總結(jié)的技術路線，將學生，即5名小組成員放置在教學的主導地位。指導老師輔助教學，引導學生在實際過程中改造、研究、分析、設計被動式建筑節(jié)能技術。小組成員首先到達陳家村進行實地調(diào)研，提煉傳統(tǒng)民居的建筑符號語言、居民生活方式和氣溫降水的結(jié)合平衡點，其次根據(jù)當?shù)貙嶋H氣候狀況并結(jié)合理論知識選取適宜的保溫節(jié)能措施與建筑體有機融合。最終在老師指導下，小組成員充分發(fā)揮團隊合作能力和關系協(xié)調(diào)能力，集中優(yōu)勢資源在實踐中產(chǎn)生創(chuàng)新，提煉出一系列適宜江浙地區(qū)的核心建筑被動節(jié)能技術以便推廣利用。白馬湖177號居民調(diào)研及設計模型見圖2。

圖2　白馬湖177號民居調(diào)研及設計模型

4.1資料搜集與實地調(diào)研

在項目開展初期，項目組成員首先分工合作，利用校區(qū)網(wǎng)絡資源了解到盡管被動式節(jié)能技術在國內(nèi)外取得初步成效，但依舊存在一系列在設計過程中需要規(guī)避的技術問題：建筑節(jié)能設計缺乏基本的設計模塊，因而無法與區(qū)域性建筑文化融合；節(jié)能新技術僅有簡單的技術堆砌并且整體優(yōu)化研究不足。

在已有的理論知識基礎上，指導老師與小組成員一同前往項目的實施地點，白馬湖陳家村177號農(nóng)村自建房。該居住建筑部分結(jié)構裸露破損但整體保存完好。經(jīng)過項目組成員分工測量，建筑高度13.88 m，1層大廳層高3.5 m，標準層高3.3 m，局部4層，建筑面積424.8m2。該改造項目建筑保留了傳統(tǒng)的木構屋頂，但整體造型又采取西式做法，建筑風格模糊(圖2)。同時小組成員一致認為其窗墻比遠高于夏熱冬冷區(qū)域節(jié)能規(guī)范要求，因而造成冬夏兩季室內(nèi)熱環(huán)境不舒適，致使建筑能耗過大。

4.2模型制作與技術選擇

經(jīng)過和指導老師與項目甲方的討論，項目組成員決定從場地文脈傳承的視角出發(fā)，用被動式節(jié)能技術的思路解決區(qū)域性建筑舒適度問題，期望獲得創(chuàng)新性結(jié)果。白馬湖陳家村與吳越文化一脈相承，因此在建筑形式的設計中，經(jīng)過成員們交流溝通，綜合利用了杭派石庫門的處理方式，白墻黛瓦的鏤空技藝，從小尺度到大視野的轉(zhuǎn)變方式，以及呈騰飛之勢的屋脊飛檐。同時把水稻作物化為自然簡易的景觀資源，體現(xiàn)樂趣和生機。見圖3。

圖3　設計元素提取及節(jié)能技術應用

從節(jié)能技術角度，小組成員主要利用Ecotect節(jié)能軟件對該實際項目建筑進行節(jié)能分析，確定其朝向、門窗洞口位置與尺寸、墻面屋面保溫材料的蓄熱特性。在設計過程中，成員們則充分結(jié)合了建筑物理、建筑節(jié)能、生態(tài)與可持續(xù)建筑課本內(nèi)的理論知識，以白馬湖陳家村建筑節(jié)能改造項目為背景材料，靈活運用多種思維模式進行創(chuàng)新思維，充分發(fā)揮主動性、積極性和創(chuàng)造性[2]。同時設計中還運用太陽能現(xiàn)代技術實現(xiàn)屋面一體化、使用屋頂蓄熱材料調(diào)節(jié)室溫，并通過墻面保溫顆粒和保溫板、門窗節(jié)點與冷橋設計提高外維護結(jié)構的保溫特性，達到被動節(jié)能效果，有節(jié)制的利用現(xiàn)有資源。

從吳越文化中印紋陶得到啟發(fā)，小組成員通過青磚與石塊的砌筑方式反映出鄉(xiāng)土材料的形態(tài)與肌理。為符合甲方對于文化創(chuàng)新的設計需求，成員們計劃利用泥土、樹葉等自然資源作為建筑材料，從生態(tài)的角度說，僅通過材料自身的保溫性能和色彩紋理使居民感受到文脈的傳承。在小體量、低密度的單體房屋和小規(guī)模的聚落設計中，選用低投入、高產(chǎn)出、低能耗的鄉(xiāng)土材料具有自身優(yōu)越性，不但可以降低投資成本，還可以節(jié)省后期維護費用。

4.3總結(jié)歸納

項目組成員經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研和與指導老師以及項目甲方的交流啟發(fā)，集思廣益、博采眾長，總結(jié)以下在項目改造中運用到的核心創(chuàng)新技術：屋頂太陽能技術運用、屋頂蓄熱材料、墻面保溫材料的使用、墻面肌理變化、門窗節(jié)點設計、生物技術覆蓋集裝箱、雨水收集系統(tǒng)、微噴系統(tǒng)、屋頂平臺收雨水系統(tǒng)等。見圖4。目前前期方案得到了項目組老師和甲方的認可，并且即將施工完成樣板房建設，為推廣被動節(jié)能技術奠定基礎。

圖4　被動式技術應用剖軸測圖

5課題改革的創(chuàng)新性

5.1技術創(chuàng)新

本項目以白馬湖陳家村177號住宅被動式節(jié)能改造為實踐課題，在研究設計過程中注重創(chuàng)新設計，綜合考慮區(qū)域性建筑的文化因素與被動式節(jié)能核心技術。通風技術和植物表皮技術，見圖5。為延續(xù)吳越文脈中的水稻文化，利用生物技術對集裝箱進行植物表皮覆蓋用于綠化灌溉，在保持生態(tài)環(huán)境的同時維持室內(nèi)熱穩(wěn)定性[6],見圖6。通過屋頂太陽能技術最大限度的利用天然能源，利用太陽能采暖和制冷來提高太陽能轉(zhuǎn)換率；使用屋頂蓄熱材料、墻面保溫材料優(yōu)化維護結(jié)構的蓄熱保溫性能，關注門窗節(jié)點和冷橋的設置，使建筑熱環(huán)境更為舒適；經(jīng)濟實用、取材方便的生土及卵石材料能夠形成墻面肌理變化，并且具有冬暖夏涼、易于維護的特性，從人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明的社會層面上看都是前景良好的鄉(xiāng)土建材[7]；合理用水也是節(jié)約水資源的重要措施之一，雨水收集系統(tǒng)、微噴系統(tǒng)、屋頂平臺收雨水系統(tǒng)的應用可以幫助緩解用水壓力。

圖5　室內(nèi)通風系統(tǒng)

圖6　植物表皮覆蓋集裝箱

5.2教學改革創(chuàng)新

將被動式節(jié)能技術在民居保持風貌的前提下運用到民居改造，打破傳統(tǒng)節(jié)能技術與文脈割裂的思維模式，是教學上的實際運用的創(chuàng)新性改革。傳統(tǒng)的教育模式保守死板，以“教授知識—接受知識”為主線，在教育過程中過于強調(diào)知識的傳授而非方法的傳授。本項目有機結(jié)合了實踐教育環(huán)節(jié)與課堂教育環(huán)節(jié)，以白馬湖陳家村建筑節(jié)能改造項目為載體，在建筑節(jié)能、生態(tài)與可持續(xù)建筑、建筑物理等專業(yè)學科的基礎上，引導學生增強對事物本質(zhì)的認識，探求要素之間的相互關系，抓住主要矛盾，從而調(diào)動學生對于節(jié)能技術應用的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

學生以問題為中心，把書本知識與現(xiàn)實問題相結(jié)合，還原了知識的本來面貌，從而充滿激情地對知識深入探索，比較、推理，從而推陳出新。通過與居民的深入交流，項目組學生將設計技巧與居民的切實要求結(jié)合，發(fā)展出一種集體和個人都能夠參與到設計中的設計模式，使學生對規(guī)劃、設計、進展和實施有所了解，培養(yǎng)學生的獨立性和自主性，引導學生在項目中調(diào)查、探究、總結(jié)，對設計地的地方歷史文化、被動式節(jié)能技術的應用和鄉(xiāng)土材質(zhì)的生態(tài)友好性有更深刻的了解，在本科階段通過實際項目的規(guī)劃改進得到創(chuàng)新性科學研究的鍛煉。

6結(jié)語

在這種以學生為教學主體的建構，使學生不僅能獲得扎實全面的理論知識，學習團隊合作和組織管理能力，還能形成一種綜合的思考模式和行為習慣，促進全面發(fā)展。創(chuàng)新型教學必須落實到具體的教學過程中去，從學生的關注點出發(fā)，從人格上進行培養(yǎng)，才是最有效的途徑。

參 考 文 獻

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收稿日期：2016-01-15

基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃資助項目(201511057009)；浙江科技學院校級教研項目(教學)(2010IB-a15)

作者簡介：李建勛(1979—)，男，浙江諸暨人，助理研究員，從事建筑教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作。

中圖分類號：TU02

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)05-0060-05

Innovation and Reform of Active Teaching Method for Architecture:Take the Passive Energy Saving Technology Transformation Which the Students Take Part in as an Example

LI Jianxun, ZHENG Ruifeng, WANG Weishi, LIN Yijun, HUA Chaonan