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1、教学反思和教改实践摘要:为了提高建筑物理实验教学质量，在总结一些院校的教改经验后，深刻反思了传统的建筑物理实验教学模式，并决定优先在声学方面开展实验教学改革。通过购置更适合的测试设备和建设可变混响时间空间，创造了更好的实验教学平台。在此基础上完善了原有实验教学内容，并确立了一个集验证性实验、认知性实验和设计性实验为一体的综合性实验，即室内混响时间设计实验项目。另外，也优化了实验教学组织、教学手段和考核方式。关键词:建筑声学;实验教学;可变混响时间;声学设计建筑物理是建筑学专业一门非常重要的基础技术课程，包括建筑热工学、建筑光学、建筑声学三大部分。建筑设计中的科技含量越来越多，很多建筑创作以建筑
2、技术的创新为突破点，当前生态建筑、绿色建筑、可持续发展建筑等理念都离不开建筑物理的支持。建筑学学生只有学懂并运用好建筑物理知识，才能创建出舒适、健康、安全和节能的建筑环境。1 建筑物理实验教学现存的问题实验是建筑物理教学中一个重要环节，可以巩固和加深学生对抽象理论知识的理解，培养其实践动手能力，并促进学生自觉将建筑物理知识运用到建筑设计的创作之中。然而，我国很多建筑院校中，对建筑学学生设计能力的培养，过于强调形象思维能力和艺术创造力，不免产生忽视建筑工程技术的倾向，普遍对建筑物理实验教学的重视和支持程度不足。(1)实验内容多而课时少权威的建筑物理及实验教材中包含了20多个实验项目，这么多实验内
3、容都作为本科生实验课开出来是不现实的。因总学时和实验条件的限制，实验课时一般设置为16-32学时不等，各院校只能从中选择一些声、光、热方面的实验。学生人数又比较多，只能分批进行实验，难以达到满意的教学效果。(2)经费需求多而投入少根据本科教学评估要求，建筑物理实验教学需投入大量实验设备。由于建筑物理在整个专业课程体系中处于专业基础课或专业拓展课程的位置，普通院校一般不会投入大量经费购置大批先进、贵重的设备，一些新办建筑学专业院校的实验设施严重不足，甚至完全没有。由于时间和设备数量有限，学生的动手操作机会很少，很多实验只能观看演示。仪器数量相对多一点的照度计、温湿度计和声级计，仅可供学生进行简单
4、的测试读数。(3)实验平台要求特殊而实验空间普通建筑物理实验的高端实验平台，如建筑环境仓、声学实验室(混响室、消声室等)、专业照明演示实验室叫等，需要大量投入资金来建设。即使有了充足的经费，也需要场地的支持，这在我国很多院校中是很难实现的，毕竟大面积的实验用地是非常宝贵的资源。这些实验平台还有非常特殊的要求(如层高、隔振、防噪等)，须在设计之初就加以考虑。大多数院校的建筑物理实验教学只是在普通房间内将就进行，难以为学生提供更好的平台用于自主进行综合性、设计性等实验。因种种条件限制，使得很多院校在建筑物理教学中，实验部分内容存在“走过场”，甚至不开设实验的现象。即使按照教学评估要求完成了实验教学
5、任务，也很难取得满意的教学效果，从而也使这门重要的技术专业课越来越不受学生的重视。2 传统建筑物理实验教学的反思2.1实验教学环境与实验设备我校建筑系2006年迁入江安校区才有建筑物理实验室，才得以开展相关实验教学。建筑物理实验室由系馆大楼一层4间普通房间组成，总而积约150，分设热工、光学、声学实验空间，实验教学基本都在这4间房间内进行。实验室毫无特色，与专业教室、办公室等并无区别，层高统一为4.2m，只是多了一些实验设备及设施。这不利于建筑物理基本知识和原理的阐释，妨碍了实验教学的开展。在实验室建设之初，利用“523实验室工程”购置了一批总价不到60万元的实验教学设备。这些国产设备性能一般
6、，仅能满足普通的实验需求。2009年以前这些设备只用于本科实验教学，使用率不高，长期闲置易导致电子设备老化、损坏。如果实验教学期间内受损设备无法及时维修，就会影响正常的实验教学。2.2实验教学组织与教学内容一直以来，我校建筑学本科教学计划中分别设置了建筑物理理论课和实验课，都安排在三年级下学期，48学时理论课、32学时实验课。理论课按照热工、光学、声学的顺序依次进行;而实验课的开课时间，虽然在实验课教师的要求下尽量推迟，但根据教务处的安排，也必须从第6或第8周开始，每次4学时，延续8周。实验课程选用刘加平的建筑物理实验教材，综合考虑实验设备、教学环境、课时、学生人数、师资配备等条件限制，选择性
7、地开设3个热工、2个光学、3个声学共8个必做实验项目。实验项目数量能够满足本科教学评估要求，但基本上都是验证性或演示性实验。这些实验内容虽然可以培养学生的基本测试技能，但也存在一些问题，例如实验内容与建筑设计的实际相脱离，学生难以将实验应用在工程实际。也开设了一些选做实验，如建筑采光效果实测、照明效果实测、交通噪声实测等实验，但感兴趣的学生极少。每学年至少65名学生，由于实验空间与设备的限制，实验教学只好分组分批同时交叉进行。在研究生助教的辅助下，同时在4个房间内分别开展4个实验项目。正常实验教学期间，每位学生分2次共8个学时完成这8个实验项目。因此时学生还没有学习完理论知识，就只能“走过场”
8、地进入实验环节，这给实验教学带来了极大的困难。2.3实验教学手段与考核方式实验教学方式和考核方式与其他学科的实验课程并无二致。因学时、设备、教学空间等限制，实验课程的教学过程也只能是预习一实验一写报告。预习时，教师集中将实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项，甚至是实验结果及分析要求一一讲述。实验时，教师按前期讲授要求布置任务，助教利用仪器进行示范操作，学生按照要求被动地实施实验操作并记录数据，整个过程按部就班。实验后，学生按照要求，对记录数据进行处理和分析，并编写和提交实验报告。考核方式也只能通过实验报告评判成绩，考查学生是否按照要求很好地做记录、处理并分析实验结果。建筑物理是理论与实际结合
9、紧密的课程，应用性较强。传统教学模式主要强调课堂及实验教学，学生欠缺对实际工程的处理能力。这种模式虽然在熟悉基本的建筑物理测试仪器、理解相关概念方面对学生有一定的帮助，但大多数学生反映内容单一、面窄，不能充分发挥主观能动性，实验结果也是脱离实际、千篇一律，感受不深刻。这种模式很难激发和考查学生的实践能力和创新精神，在无形中抑制了学生的学习热情，对培养学生的实践能力有很大的局限性。我校建筑物理实验教学在“硬件”和“软件”方面都存在着严重的不足，但由于专业知识和实际资源条件的限制，我们优先在声学方面进行了一些实验教学改革探索。3 声学实验教学平台的搭建建筑声学与热工、光学相比，理论抽象、公式较多，
10、但是声音每个参数的变化都可以通过听觉系统感受得到，这就便于将声音物理量的变化和人的生理感觉联系起来。如果在教学中让学生建立起这种联系，就便于学生感受和理解建筑声学中的各个公式、厅堂音质设计和声环境设计中所用各种材料及构造的意义，同时可以提高学生动手操作的能力。基于以上的设想，在梳理己有的教学资源及实验教学状况之后，优先完善建筑声学实验教学平台，主要是利用机会购置合适的实验设备和改善实验教学空间。3.1实验设备的购置实验教学中，选择合适的实验设备是关键，精度不一定要很高。性价低廉的设备也许会影响实验结果和教学效果，但最贵、最先进的设备也不一定最好，合适的实验教学设备应满足3个条件:(1)能够非常
11、形象地阐述抽象的原理，有利于学生对书本理论知识的理解。(2)测试所需时间不能太长，通常越省时越受欢迎。学生在有限学时内可完成更多的实验项目，而节省的时间又有利于学生去深入分析测试结果、去探索和创新。(3)操作简便，性能稳定，经久耐用。有利于实验教学的顺利开展，毕竟学生人数多，不能保证每位学生都会按正确的规程操作;也有利于打破教学时间的限制，教师可以放心地借给学生，方便他们自主地进行实验。厅堂音质和建筑声环境设计中，混响时间、吸声、隔声等是非常重要的概念和应用技术。室内混响时间测量、吸声材料吸声系数测量、建筑隔墙现场隔声测量、楼板撞击声隔声测量等是各院校选择较多的声学实验教学项目。为了开展这几个
12、实验项目，我校在2006年购置了建筑声学测试系统、驻波管测试系统、声级计等国产设备，总价约20万元。经多年实验教学实践，发现原有建筑声学测试系统和驻波管测试系统不适合声学实验教学。建筑声学测试系统由电脑、声源、声学分析软件等组成，可以测试室内混响时间，但只有1/2倍频程无1/3倍频程，且一次只能测试一个频率段，还缺乏直观的声压级衰减曲线，不能演示混响时间的形成原理，这样的设备不适合实验教学。由于混响时间还是影响建筑隔声实验的重要参数，因此，利用我校“985工程”实验室建设项目购置了更适合的建筑声学测试系统。新的建筑声学测试系统可一次性测试出1/3倍频程的所有频率，测试时间可以减少至原有设备的1
13、/6，而且数据量更多、结果更准确，最重要的是可以显示出这些频率的声压级(I,p)衰减曲线，如图1所示。这个系统非常智能化，也适合于工程测量隔墙隔声量，利用双通道声级计测得声压级差和受声室混响时间等数据，直接计算出测试结果，更方便、省时。但正因为其过于智能化，学生无法在实验过程中掌握基本声学仪器声级计的使用方法，无法理解影响隔声的各种因素，故建筑隔声实验教学中，只利用这个系统测试混响时间。驻波管测试系统用于吸声材料吸声系数测试实验，占地而积小、易操作。因场地、经费等限制，许多院校采用这种方法。但驻波管法的理论性太强，且与吸声材料在实际工程中吸声状况不一致，导致测试结果无法直接用于工程设计，也不适
14、合建筑学学生对吸声与混响时间关系的感性认识。毕竟，开设实验教学的主要目的是为建筑设计课程提供技术支撑，而不是要求学生掌握深奥的物理原理和仪器使用方法。然而，提高这个实验项目的教学效果，依靠设备购置是无法实现的，因此，要继续申请经费改造声学实验空间。3.2教学环境的改善开展声学实验教学的最佳场所是专业声学实验室，混响室内极长与消声室内极短混响时间的对比，可以加深学生对混响时间的感性认识;且而利用混响室法测试材料或结构的吸声系数可直接用于工程设计中，也有助于学生理解吸声对控制混响时间的作用。我校建筑学专业还没有形成雄厚的学科实力，难以获得足够的经费和场地建设专业实验室。建筑物理实验室的4间房间中，
15、2间作为声学实验教学空间，3个必做声学实验项目在这2间内进行，实验教学效果差强人意。为了改善声学实验教学环境，经综合考虑，将其中1间声学实验室房间改造成可变混响时间空间。利用活动式吸声结构模块的安装或拆卸，可控制该房间中高频混响时间在0.32.4s范围内变化。吸声结构安装前、后照片如图2所示。学生在同一空间内将亲身感受到混响时间的变化，加上定量化的测试，还可计算出室内吸声量及吸声结构的吸声系数，加深他们对混响时间、吸声及它们之间关系的认识和理解。这个空间为学生创设了一个理论联系实际的平台。4 声学实验教学的改革4.1教学组织的优化建筑物理的理论授课与实验教学的同时进行，对教学质量产生了不利影响
16、。为了改变这种状况，教学计划中适时对建筑物理及实验的教学组织进行了改革。将建筑物理及实验课程(共80学时)统一后又分解成建筑物理I (32学时)和建筑物理II (48学时)。建筑声学及实验统一被安排到建筑物理11课程中，理论课约16学时，实验课约12学时。具体学时及进度安排由教师自主决定，先理论后实验或交叉进行，但必须保证各实验项目开展前相关理论授课己经完成，这样才能通过实验加深学生对理论知识的理解。4.2教学内容的更新充分利用声学实验教学平台更新教学内容，不再局限于权威的建筑物理实验教材。在可变混响时间空间内，通过增加或减少吸声材料，不仅可以控制混响时间，还可以控制与之相关的反射声强度、听闻环境等，而新的建筑声学测试系统可快速地定量
