新工科背景下绿色建筑课程建设与教学探索

［摘 要］ 全球气候变化和环境污染问题日益严重，建筑行业面临严峻挑战。为培养具备绿色建筑意识和技能的素质人才，以“建成环境科学”课程为例，探讨在新工科背景下提升建筑学本科生研究思维和能力的策略与方法。该课程紧密结合建成环境科学前沿研究热点，以研究方法论和范式为教学内容，通过案例互动和研究实践培养学生的专业研究兴趣和学习思维，为其进一步深入学习和研究奠定基础。所做探讨以期为绿色建筑教育指明新的发展方向。

［关键词］ 绿色建筑；建筑技术；新工科；教学改革

［基金项目］ 2023年度南京大学首批教师跨学科教学研究与实践项目“‘新工科’理念下碳中和技术的跨学科教学研究实践”

［作者简介］ 施珊珊（1989—），女，江苏南京人，工学博士，南京大学建筑与城市规划学院副教授（通信作者），硕士生导师，主要从事建成环境污染研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）28-0067-05 ［收稿日期］ 2023-06-16

引言

近年来，我国的建筑工业正面临着能源短缺、气候变化、城市化等多重严峻挑战。此外，建筑行业在国家的“双碳”目标、乡村振兴及健康中国建设等重大战略规划中扮演着重要角色。根据《中国建筑能耗研究报告（2020）》［1］，2018年全国建筑全过程碳排放量占全国碳排放总量的51.3%。党的十八届五中全会明确提出推进健康中国建设的目标，而营建健康的建筑环境是促进人民群众身心健康和助力健康中国建设的重要途径。2021年6月，住房和城乡建设部、农业农村部、国家乡村振兴局联合印发《关于加快农房和村庄建设现代化的指导意见》，对农房的设计标准、建造水平和生态宜居都提出了具体要求。2022年3月，住房和城乡建设部印发了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，明确到2025年城镇新建建筑必须全面实现绿色建筑的要求［2］。因此，在多重挑战和政策需求下，采用可持续发展路径，探索绿色低碳的发展模式是有效应对建筑能耗高、资源浪费大、环境污染重等建筑行业发展中瓶颈问题的重要方向，发展以绿色为主导的建筑设计理论以及建成环境领域前沿技术逐渐成为建筑行业发展的必然趋势。

2018年10月，教育部、工业和信息化部、中国工程院发布的《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》指出，以新工科建设为重要抓手，持续深化工程教育改革，加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才，打造世界工程创新中心和人才高地，提升国家硬实力和国际竞争力。其中，深入开展新工科研究与实践是改革的重点任务之一，要求以产业需求为导向，对催生新技术发挥引领作用。因此，全面掌握建成环境领域发展前沿，深入理解建成环境领域研究方法，培养以绿色为主导的设计科学研究性思维方式，是新工科背景下对建筑学专业教育提出的全新要求。然而，传统建筑学专业的培养方案中并不包括研究方法论的有关内容，这已成为建筑学专业本科生从以教师为中心的授课型课堂转向以学生为中心的研究性学习模式的主要阻碍，各大高校在建筑学专业教学中应如何具体应对这一问题还没有形成广泛共识。本文将从新时代建筑专业人才的培养目标出发，以“建成环境科学”课程建设为案例，探讨新工科背景下提升建筑学专业本科生研究思维和研究性学习能力的应对策略及其实施方法。

一、绿色建筑理念教学模式探索

（一）背景与意义

当前，城市化进程的快速推进和全球对经济脱碳的追求日益迫切，给建筑行业带来了一系列新问题。城市化进程的加剧导致了土地资源的紧缺和分配压力增大。根据世界银行的估计，目前全球约有56%的人口居住在城市中，而这一比例预计到2050年将增加至70%［3］。这就要求建筑师在有限的空间内创造出高效、宜居的人居环境，以满足人们的居住需求。此外，低碳、节能和可持续发展已经成为全球的发展新趋势，而建筑行业是涉及能源消耗和碳排放的重要行业。建筑能源的使用目前占我国能源消耗总量的20%，相关排放占全球能源相关二氧化碳（CO2）排放总量的5%。未来，随着城市化快速持续增长，建筑行业面临着建筑面积不断扩张和对能源服务需求不断增长的双重影响，可能会成为我国甚至全球碳排放的重要来源［4］。不良的建筑环境还会带来其他环境负面影响，例如空气污染、水和土地污染以及资源枯竭等。实现建筑的可持续发展对于实现全球经济脱碳的重大变革至关重要。然而，传统的建筑行业发展模式已经无法满足行业的新需求，迫切需要在新工科教育背景下探索建筑学专业人才培养的新模式，以培养能够适应这些挑战的新一代建筑专业人才。

我国高校建筑学专业长期以来一直以现代建筑设计理论为基础，这一理论以“形式与功能”的关系为核心，注重培养学生在“功能、空间与形态”相关职业技能方面的能力，忽视了学生对建筑的技术要素的掌握［5］。这种教学模式的培养成果难以应对建筑可持续发展的行业趋势和社会需求。具体而言，一方面，建筑技术指标的可持续性并未被纳入建筑设计课程目标中，导致学生难以形成以绿色建筑为导向的整体设计思维；另一方面，传统的教学模式注重知识传授和技能培养，却忽略了对学生自主学习和创新能力的培养。而研究性学习的思维与方法对于培养学生的创新能力至关重要，相关内容的缺失会使学生在面对融合“设计要求”与“绿色要求”的复杂问题时缺乏独立思考和解决问题的能力。因此，在新工科背景下探索融入绿色建筑理念的建筑学专业创新教学模式具有重要的意义。

（二）教学模式探索

近20年来，我国不同高校的建筑学专业一直在探索融入绿色建筑理念的建筑学专业人才培养模式。其中，一些高校以建筑设计课程为核心，通过多专业融合，教授绿色建筑的关键要素理论和分析工具，引导学生形成将技术融入设计的设计科学思维，帮助学生掌握以绿色为导向、技术与艺术并重的建筑设计方法。例如，南京大学建筑与城市规划学院将性能模拟、智能优化等技术融入学生的高层建筑设计教学实践中，通过文献和理论学习、模拟实验操作以及设计比较分析与优化三个方面，帮助学生掌握与绿色建筑理念相关的知识和技能［6］。重庆大学建筑城规学院在建筑学本科阶段通过案例分析、软件学习和专题讲课的方式，针对不同主题的绿色建筑设计课题，引入建筑性能理论知识及模拟软件，运用建筑性能模拟技术辅助绿色建筑设计教学［7］。其他高校以建筑技术类课程为主要阵地，基于绿色建筑不同分支，设置与建筑技术相关的基础课程，通过课堂讲授，帮助学生系统掌握绿色建筑理论知识［8］。这些高校依托专业平台和专业融合能力，在建筑学本科阶段开设“绿色建筑技术”“生态建筑”“可持续建筑”等深化理论课程，巩固学生在绿色建筑领域的理论基础，提升学生的生态意识，为他们将技术知识转化为设计能力打下扎实的基础。

然而，随着社会需求的不断推动，绿色建筑领域正以惊人的速度发展，技术不断迭代升级。传统的课程内容设置无法适应这种发展，教师难以及时更新教学内容，导致学生难以了解学科的发展动态和前沿，进一步加剧了教学与实践之间的脱节现象。此外，绿色建筑理论教学过于侧重理论知识的传授，无法弥补学习和创新实践之间的认知空白，面对复杂问题时，学生难以基于纯粹的理论知识去激发创新实践能力。因此，在推进融入绿色建筑理念的建筑学专业教学过程中，亟须创新教学模式去解决这些问题。

二、“建成环境科学”课程实践路径

如图1所示，“建成环境科学”课程属于南京大学建筑与城市规划学院建筑学本科专业培养方案中的可持续设计能力课程群，作为本硕贯通课程，面向本科四年级和研究生一年级学生进行授课。该课程提出了以学科前沿和研究方法相结合的绿色建筑教学实践路径，紧密结合建成环境科学领域的前沿研究热点，以研究方法论和研究范式为主要教学载体，系统地讲授了建成环境科学领域的科学问题及其研究方法，旨在培养学生的专业研究兴趣及研究性学习思维，帮助学生掌握基本的研究方法，为他们进一步进行专业的深入学习和研究奠定基础。

（一）以价值引领塑造专业自信

近年来，在经济增长放缓、对房地产开发的更严格监管，以及疫情防控的综合影响下，我国建筑业总产值增长速率逐步放缓，这对建筑学专业就业市场造成了一定冲击。根据中国国家统计局的数据，2022年我国房地产企业从业人员数量相比2020年下降了15.6%［9］，这导致部分学生对建筑项目需求的下降和就业机会的减少产生了担忧，对行业前景失去了信心。“建成环境科学”课程通过系统介绍建成环境科学的领域前沿和核心热点，以期引导学生形成与时代背景相契合的先进思想观念，培养学生的专业前瞻意识和创新思维，以价值引领塑造专业自信。首先，本课程以培养人才为重要目标，通过系统介绍建成环境的领域前沿和核心热点，引导学生形成与时代背景相契合的主流价值观体系。通过介绍行业前沿的研究热点，帮助学生发散思维，提前结合行业动态进行远期职业规划，提升学生对专业的认同感。其次，本课程积极干预学生的未来职业选择和人生规划，旨在激发学生对建筑行业的兴趣和热情。最后，本课程以系统和规范的方式介绍建成环境领域的研究方向和方法，并采用先进而丰富的教学方法和技术。通过引导学生形成与时代背景相契合的先进思想观念，培养学生的专业前瞻意识和创新思维，促使学生学习到领先的研究方法，以及了解如何运用这些方法解决当今建筑行业面临的挑战，帮助学生重新树立专业自信。

（二）课程实施方案

1.创新教学思路与方法。在绿色建筑导向的教学探索中，传统的课程往往以建筑技术要素分类或案例分析为主导，缺乏对主要方法的系统教授与训练。相比之下，“建成环境科学”课程基于成果导向教学（outcome-based education， OBE）方法。首先，明确课程学习目标与预期学习成果，以学生掌握科研思维和研究方法为主要目标，以常用研究范式作为内容纲要，进行课程内容设计。该课程详细介绍了包括在自然科学和人文社会科学中常见的文献综述研究、现场实验研究、实验室实验研究、定性研究和定量研究等在内的研究范式。每个研究范式介绍包含基本定义与概念、研究设计策略、研究分类和数据处理等要点。通过学习这些研究范式，能够培养建筑学专业学生提出科学问题、设计和执行研究方案、分析研究结果，以及进行综合研究成果表达的能力。此外，课程结合了具体的研究案例，详细讲解了相关范式在建成环境领域的应用实例及应用方法。通过这种方式，学生能够更直观地了解绿色建筑理念在实践中的融入方式和实施路径，从而促进自己形成以绿色为主导的设计科学研究性思维。除了教学思路的创新以外，该课程还在教学方法上进行了精心设计。特别是在研究案例介绍板块，设置了丰富多元的互动环节，包括情境互动、引导互动、归纳互动和研究实践等，以促进师生之间和学生之间的教学互动。在各案例中，关于“问题提出”“方案设计”“研究不足”等问题的设置，能引导学生沉浸式感受各个案例的研究过程和研究特点。这种互动式的教学方法有助于学生熟练掌握各种研究方法及其在建成环境领域的应用模式，从而推动学生以绿色思维为导向进行实践探索，并提升他们在后续研究性学习中的创新实践能力。

2.紧扣前沿的教学资料。“建成环境科学”课程旨在培养学生的科研思维和科研能力，以了解和掌握建成环境领域的前沿发展方向为主导，并以学生为中心，将教学资料与教学目标相匹配。为此，选择采用建成环境领域前沿研究案例进行研究范式的辅助讲解。在课程开始前，教师首先进行基于基础研究范式的建成环境领域案例调研，并结合建筑节能与降碳、室内空气污染、建筑人行为、建筑热舒适、建筑环境与健康等发展方向选择前沿研究案例。在课程初期，进行与学生研究兴趣相关的课堂调研，以选择符合学生研究兴趣方向的研究案例。在课程后期，以研究方法论为主要内容，在讲解研究范式的基础上，对采用相关研究范式的前沿研究案例进行详细解析，包括研究背景、研究方法、研究结果和研究意义。这种教学方式能够鼓励学生在学习过程中积极参与和投入。通过案例的选择和学习，能够帮助学生充分了解他们所需达到的学习目标，激发学生的积极参与感，提升其学习体验，弥补固定教材中内容陈旧、缺乏灵活性、单一视角等缺点，提高教学资料的实效性、创新性和前沿性，开拓学生的专业视野。

3.优化全面的评价方法。在以绿色建筑理念为导向的教学探索中，对于以技术性能为驱动的建筑设计课程而言，通常以设计成果作为主要评价依据，但这种方式难以全面考查学生对建筑技术相关知识和技能的掌握程度。对于以技术课程为主的授课型课程而言，传统的期末考核方式往往重视结果而忽视过程，易导致一些学生在平时参与度不高，却在期末考核中取得优异成绩［10］。“建成环境科学”课程针对其特点，采用全过程控制的学生成绩考核方式，以全面考查学生对建成环境领域研究方法的掌握情况。评价方法由平时成绩、期中文献综述以及期末的自主选题研究实践三部分组成。其中，平时成绩占最终成绩的20%，主要由课堂出勤、课堂表现两部分组成，对学生在课中讨论、问答环节的参与度进行评分。文献综述是课程的期中作业，包括选题答辩和综述报告两个部分，选题答辩占10%，综述报告占20%。通过这个环节，课程中期对学生的研究选题能力进行考查和评估，并及时给予反馈，以正向推动学生的课程学习。自主选题研究实践作为课程的期末作业占最终成绩的50%。要求学生2～3人为一组，自主选择建成环境领域的研究问题，并采用课程介绍的研究范式进行研究实践。学生须以研究报告的形式总结选题的研究过程和结果。这一部分作为总结性评估，旨在全面衡量学生的科研思维和科研能力。采用多元化的评价手段，可以更全面地考查学生的综合能力，提升评价的准确性和客观性，有助于培养具有绿色建筑意识和技能的高素质人才，推动绿色建筑教育的持续发展。