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我国建筑学专业的教育模式一直突出类型设计实践,采用由循序渐进、从简到繁的实践教学方法。虽然学生可以通过学习对建筑设计方法有大致掌握,但是从专业素质以及应用能力来看,课程设置上存在突出问题。设置课程的教学对象从横向和纵向都应当进行覆盖,如“建筑法规”面向建筑学专业本科生,“智能化建筑导论”面向建筑系硕士生,“现代建筑技术科学导引”面向建筑系博士生,“结构概念与体系”面向建筑学专业与结构工程专业本科生,“景观生态学”面向艺术设计专业本科生等。
(一)重视设计,忽略技术
目前许多高校的建筑学专业课程设置中,仍然将设计课程与技术课程割裂开来,使得技术类课程相对建筑学专业成为独立的学科。技术类课程缺少与设计教学的互动,在总体教学组织上缺少统筹规划。设计课程专业学习仅仅对建筑的美学、空间利用、形式结构、色彩等方面进行考虑,却忽略了建筑技术,导致课程枯燥。一般来说,注重学生创意能力的培养,根据不同的设计原理,教师会布置相关设计题目。而同步开设的建筑技术类课程主要包括建筑结构与构造、建筑物理与设备等方面,其知识点繁多且复杂,技术性强,在整个学习过程中学生发挥能动性小。在设计课程的对比下,建筑技术类课程更显得乏味。同时在课程安排上,教师也会侧重绘图技巧,导致学生精力大多用在绘制图表上,而对常用的建筑技术知识不求甚解,影响学生的全面发展。
(二)课程体系涣散
从教学计划中的课程体系来看,主要矛盾体现在课程体系涣散、联系性不强。建筑技术与建筑设计相对独立,部分建筑技术课程过分强调自身课程体系的独立性,造成技术被作为单独学科讲授,导致设计课程出现功能认识与形式模仿的状况。学生无法建立完整的知识结构,导致综合技能掌握更加薄弱。建筑技术类课程教学内容实用性不明显,采用循序渐进方式进行课程设计,所以低年级学生的设计题目及设计建筑技术问题比较简单,学生在设计构思时对建筑的美学、空间利用、形式结构兴趣浓厚,但对技术类的问题考虑甚少。另外由于接触的建筑技术问题比较简单,所以学生在设计中不会考虑建筑技术对设计的合理性影响,导致学生错误的认为建筑设计主要是解决好建筑功能问题、建筑形象问题,而不会考虑技术类问题。
二、建筑学专业建筑技术类课程教学改革
(一)加强技术类课程的设计比重,强调实践性教学模式
传统的建筑技术类课程,大多都是以教师课堂讲解为主,学生对技术类课堂教学的反应多为枯燥、难以理解,并且技术类课程中涉及的公式繁多、知识复杂、量大,同时教学过程中师生互动缺乏,课堂气氛沉闷,使得教学与实际差距甚大,教学质量难以提高。工程实践中的技术设计是建筑专业学习的一个重要环节,但大学课程中却没有一门系统的、综合的技术设计课程,学生只能凭自己摸索获得不完整的知识。应改革建筑技术类课程的教学方式,压缩、精简理论部分教学内容,加强技术类课程的设计比重,如建筑构造课程由两个学期的构造1课程、建筑构造2课程,可调整为理论课程与建筑构造设计课程,前者以讲解为主,后者以设计为主。提高建筑技术课程的教学效果,可以将教材内容以专题课形式进行讲解实践。将课堂教学部分分为课堂理论部分与实践性教学两部分,在课堂上根据教学内容将两部分进行穿插讲解,实现重要理论技术与实践在课堂上同时进行,并非传统教育模式下的课堂讲解后再进行实践。这种教学方式能更好的提高学生的学习能动性,培养学生的学以致用能力,提高教学质量。针对建筑技术类教学中提高学生实践能力,可从几方面入手:(1)现场教学,现场教学具有灵活性,技术课堂讲师可根据教学内容,利用课堂实践,带领学生到学校周边工地进行现场教学,增强学生的感官认识。另外教师也可根据课堂教学内容,引导学生对校园周围建筑进行实践调研,并对调研结果在课堂进行分析,创造良好的教学气氛,同时增强建筑技术类教学的趣味性,让学生能够在学习中主动探索。(2)要求学生运用建筑技术知识,绘制技术设计分析图,查找自己的设计方案是否存在不合理性。这一教学方法的实施,首先要教师先了解学生有做过哪些类型设计,选取学生做过的设计作品,然后根据技术教学进程,让学生从建筑技术角度分析自己的方案是否设计合理,在课堂上进行讨论。这样的教学模式使得学生对建筑技术课程兴趣增强,大大的提高教学质量和学生学习主动性。(3)运用典型案例教学。典型案例教学可以让学生直接了解到在方案设计中所忽略了的建筑技术问题。因为学生在学校学习阶段所接触的设计题目,涉及的建筑技术问题一般比较简单,教师可以找一些建筑技术比较复杂的实际工程案例,在课堂上进行剖析,让学生能够充分的认识到建筑技术设计的重要性,并能在今后的方案设计中充分考虑建筑技术问题。
(二)将建筑技术与建筑设计课程进行优化整合
面向建筑学专业本科教学的建筑结构课程体系总体构思为:以定量分析为辅助手段,定性综合认识为根本目的,从建立简单杆件力学性能的基本概念入手,结合材料性质,认识结构体系的力学特性以及构筑结构传力途径的基本规则,最终建立对结构固有力学逻辑所赋予的结构空间特性的认识,了解结构与建筑空间创作结合的途径。传统建筑力学教学所强调的量化分析与计算技能在此仅仅是掌握结构力学性能的手段和依据而非目的,是进入结构性能及其空间特性这一庙堂的台阶。课程体系框架如图2。上述体系中的课程相互衔接、循序渐进、各有侧重、相互衔接、要求各异,分三个层次予以实现。第一层次———建筑力学。它是整个教学体系的基础和出发点。该部分课程本着结构的基本性能是传递荷载的思想,遵循结构整体—构件—构件截面—结构整体的教学思路,在不同尺度上认识结构的传力方式与特性。以概念为主、计算为辅,结构为主、材料为辅,力学性能为主、使用功能和形态特性为辅,以杆件为主要对象,将传统教学体系中相互隔离的三大力学知识(理论力学、材料力学和结构力学)完全融合、有机统一。该部分教学体现了量化,概念是为了使结构的力学特性明晰,计算是为了对结构性能的把握具体的目标。定量计算技能的难易程度以注册建筑师的结构计算要求为基准。此外,还注重密切结合典型建筑材料的性能,阐述各类杆的形态与功能特性及其相互转化关系。第二层次———结构选型。正如线的移动和转动可以构成任意形式的面、面的组合可以形成空间形体一样,结构选型以直杆的力学特性为基础,提供了结构体系演变的认知线索,即通过直杆的组合、密排、重叠和弯折等定性认识框架、网架、板、墙以及拱、壳体、索、膜及其他空间结构的力学性能,把握结构演化的规律与线索,认识构筑结构传力路径的基本要求与方法,了解典型结构体系如墙板结构体系、框架结构体系、框剪结构体系、筒体等的力学特性,了解基于极限状态的结构设计思想与结构生命全周期的设计理念,强调从经典的建筑案例中认识典型结构形式,初步认识结构固有形态与建筑空间要求的关系。第三层次———建筑中的结构艺术。在前两个层次的基础上,该课程更深入地挖掘和揭示结构由其固有力学特性与逻辑所决定的形态美。艺术的本质是创造,结构设计的本质也是创造。通过对现代建筑作品中建筑空间形态与其结构形态相互关系的深入探讨,了解从空间形态和传力方式出发构筑合理而优美的结构的途径,认识框架、平板和“方盒子”并非结构存在的主要形式(更不是唯一形式),体会结构在满足其科学性、合理性和力学效率的基础上具有巨大的创造空间,具有再现建筑空间形态乃至创造新的空间形态的可能。
二、实践与收获
针对上述三个层次的内容和要求特点,教学实践中采取了不同的教学方法和考核方式。建筑力学与结构选型为必修课,为此笔者编写了教材《建筑力学与结构选型》(中国建筑工业出版社,2012年出版)。教材编写及其教学实践不再停留于结构的内力图绘制和强度、刚度的计算校核上,而力求达到力学分析服务于对结构特性的认知,挖掘结构的组合和演变规律,以结构源于工程,服务于工程为宗旨。建筑力学课程着重于结构的基本概念、基本分析方法与杆件结构的基本力学特性,以定性认识为目的,定量计算为手段。强调结构源于工程而服务于工程,遵循感性—理性—高层次的感性认知规律,每一种结构形式的引入都从实际工程入手,并尽量以工程意义明确、形象易懂的方式介绍力学基本概念,避免生硬的数学力学概念和繁琐的演算。自始至终贯穿力的传递这一认知线索,使力这一抽象概念形象化、动态化,使不同结构的传力特性直观明确。如图3所示,从荷载在结构整体(典型如梁柱结构体系)的传递路径入手,建立对力的传递的感性认识,再由定量分析揭示杆件截面内力与应力分布特性(如梁的内力和截面应力分布),逐步深入地认识结构的传力本质,最终通过力流的概念把握不同结构的力学特性。在这一认知过程中,定量分析可将模糊的感性认识导向理性,是不可或缺的台阶和拐杖。但若缺乏对量化分析结果的总结、对比和反馈,又将使分析陷入盲目并流于数字游戏。图4比较了桁架、索和拱的传力机制,形象地展示了桁架、拱和索的各自特点,使学生克服了对结构与力学的恐惧心理,使力变得可以触摸,力的传递变得有迹可循,使后续课程中结构的演化有规律可依。
此外,还将材料特性、结构几何特性、支撑方式与结点联结方式等也融入结构传力机制中,综合全面认识结构的传力特性。在建筑力学课程把握杆件结构力学性能与形态功能特性的基础上,结构选型课程从结构体系的几何特点、构成方式、力学特性及其空间特性等多方面定性认识结构的综合性能,将建筑力学部分通过量化分析得到的简单构件的力学概念在典型规则的结构体系中得到定性应用与拓展,使学生了解构筑结构体系的合理传力路径的规则与方法。该部分采用课堂讲授与讨论相结合的方式,遵循从结构体系的整体传力基本要求、规则结构的水平和竖向分体系的几何特点、构成方式、传力特性乃至基本构件的力学性能在分体系中的应用这一由整体而局部的认知途径,使学生对结构体系的力学及空间形态特性的认识有迹可循,并得以了解典型结构体系的组成规则、特点和传力特性。本阶段教学强调结构的演变性,即以直杆的力学特性为出发点,定性阐述各类基本结构(墙、板、拱、索以及曲面和空间网架结构等)与直杆的关联,从而建立定性把握复杂结构力学特性的认知途径。如图5所示,从柱的密排认识墙体的性质、梁的重叠认识板的性质、墙体—柱—筒体的相互转化认识高层建筑结构的竖向和水平传力机制,并初步认识曲面和空间网格结构等的演变规律和特性。从高层建筑结构、大跨空间结构以及现代科学技术与新材料的应用等角度分别选取现当代经典建筑案例,探讨结构体系的构筑与应用、结构空间形态与建筑空间形态之间的关系。结构选型综合学生课堂讨论参与情况、PPT讲述与综合作业情况进行考核,综合作业包括课程开始时浅述结构形式的演变与建筑材料应用的结合、课程结束后任选具体建筑案例分析其结构形式、材料运用与建筑功能的结合,课程进行中分组针对建筑案例进行PPT演讲。学生所表现出的活跃思路、生动多样的PPT讲述手法、对结构的浓厚兴趣以及被激发出的结构直觉令人惊喜(图6)。
建筑中的结构艺术作为该教学体系的最后环节,为任选课,共32学时,采用针对主题的分组课后准备、课堂研讨的方式,引导学生思考和探究建筑结构曾经发生了什么、正在发生什么、将来会怎样,建筑结构所固有的空间形态美之所在。考核成绩以课堂参与、讲述情况以及书面讨论作业等进行综合评价。该课程教学包括两个阶段:第一阶段主要针对结构的传力特性和构件的空间形态,讨论主题包括优美的结构、杆件的变形、组合与运动、结构体系的均衡与延性、平衡或反平衡等,学生分组选取案例展开分析与讨论,在结构的合理性、整体均衡性以及平衡稳定性的认识基础之上,总结表现结构固有逻辑所决定的形态美的方法,并认识某些当代建筑结构在形式上虽然反常规、反稳定与反平衡,而在构筑传力路径时仍严格遵循结构固有逻辑的特性。第二阶段的主题相对宏观、综合,侧重于结构与人类社会文明发展的关系,艺术、文化、经济与科学技术等对结构发展的影响,并针对目前颇受热议和关注的仿生、绿色、可持续等观点和建筑案例探究建筑结构仿生的意义和目的,引导学生挖掘结构整体与局部、规则与不规则的关系。该课程同时探索了一种全新的探讨式开放式的过程教学方法,教师不再以讲台的占有者和宣讲者的姿态出现,而是扮演了引导者、参与者、旁观者和听众的角色,学生对于各种主题的积极参与、活跃开放的思维达成了教学的互相激发,教与学的双方真正实现了自我发现与互相发现。以上构建的新的建筑结构教学体系以结构固有的特性及其本质为出发点、以量化分析为手段、以对结构体系的力学性能、结构演化的规律性与创造的可能性的认识为目的,避免了流于对现代建筑结构形式感的肤浅的讨好。已历5届的教学实践表明,新的建筑结构课程体系保障了内容的连贯性和整体性,弥补了传统建筑力学中三大力学划分造成的内容和教学安排的隔离、间断与冗长。所编教材,力求使力学理论与结构认知密切衔接。学生克服了对结构力学知识及分析技巧的畏惧和抵触,认识到力之于结构的形象特性———力流,把握了基本构件和典型杆件体系的力学性能。对结构传力特性的认识不再停留于结构的表面形式,而深入其力学本质。通过上述课程的学习,学生认识到建筑形式的自由源于内在结构骨架和材料的突破,而后者以技术和理论的发展为支撑,对结构形态及其功能的认识促进了学生在后续专业课程中建筑造型设计上的创新(图8)。正如学生的体会:“每一种结构都有着自己独特的品质,它同时会深深影响着建筑的外部形态和内部空间,甚至会给予你一些意想不到的收获,这或许也是结构最吸引人的地方。”(建筑学本科生———于思)。“建筑师提升自己的结构素养,寻求和结构师的更紧密合作,看来是未来更震撼人心的建构美学作品的必然前提。”
三、体会与冀望
我国《绿色建筑评价标准》中,绿色建筑被定义为“在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑”。绿色建筑的概念特别关注建筑的“环境”属性,它强调利用一切可行措施来解决生态与环境问题,不局限于生态学的原理与方法,是一种更易为普通大众所理解与接受的概念。高校建筑学专业是培养具备建筑设计专业知识与技能的摇篮,在推动绿色建筑人才的培养这一需求中承担着重要的角色与任务。绿色建筑的兴起是绿色设计观念在建筑学领域的体现,与传统建筑设计相比,绿色建筑具有两个特征:一是在保证建筑物的性能、质量、寿命、成本要求的同时,优先考虑建筑物的环境属性,从根本上防止污染,节约资源和能源;二是设计时所考虑的时间跨度大,涉及建筑物的整个生命周期,即从建筑的前期策划、设计概念形成、建造施工、建筑物使用直至建筑物报废后对废弃物的处置的全寿命周期环节。
2高校建筑学专业教学改革的应对策略分析
绿色建筑设计设计的相关学科包括:绿色建筑文化与历史、绿色建筑基础理论、绿色建筑技术基本知识、绿色建筑分析、绿色建筑设计、绿色建筑评价、绿色建筑运营与管理等。它贯穿于建筑物的全寿命周期,只有通过对建筑学专业课程结构的调整与修订,才能将绿色建筑的知识体系融入到建筑学专业长达五年的教学过程之中。本文旨在从建筑设计实践课的课程结构调整方面着手去探索高校建筑学专业基于绿色建筑思潮下的教学调整和应对策略。建筑设计基础、建筑设计、毕业设计是高校建筑学专业最重要的核心主干实践类课程。作为生产实践类课程,它要求学生通过一系列课程设计的实践,了解不同类型建筑自身的特点和使用要求,初步掌握各类建筑设计的一般方法和步骤,学会处理各种流线的关系,学习建筑体型处理技巧和方案设计的表现方法。指导教师在进行设计指导的时候,可以从以下几个方面加以强调,帮助学生在设计过程之中融入绿色建筑的理念、充分考虑绿色设计的要求并逐步掌握绿色设计的技术与手段。
2.1建筑的选址与布局
建筑应选址在远离自然灾害与环境污染的地方,并应考虑使城市在现有的区域以内沿着已有的运输线路集中发展,以此增加公共交通的利用率。通过多功能建筑的开发和保持开发密度来减少土地使用中的分隔状态。为了达到节地的目的,设计过程中应充分考虑地下空间、旧建筑改造、城镇废弃地的利用等手段。在城镇中修建绿地以改善城市的微气候,提高城市空气质量;在开阔地带栽种密集的防护林以保护城市边缘不受不利气候条件的侵蚀。因此,在制定设计任务书的时候,指导教师就应充分考虑绿色设计的要求,根据不同课程设计题目的训练目标,合理地选择基地的地理位置,综合考虑基地周围的环境条件,包括所有场地、场所、场景的特征。规划布局是建筑节能设计的一个重要方面,老师应指导学生从分析气候条件出发,将规划设计与节能技术、能源利用有效地结合起来,使采暖地区建筑在冬季最大限度地利用日照等自然能采暖,减少热损失;使炎热地区建筑夏季最大限度减少得热和利用自然条件防热。在平面布局的过程中有些学生片面追求构图与形式,指导教师应提醒他们综合考虑建筑布局、建筑朝向与间距、建筑采光与通风等因素。
2.2平面设计与形体组合
建筑平面形式对建筑能耗的影响很大。通过墙壁、屋顶和地板最大限度的共享,减少建筑结构的热量损失。在保证使用功能的前提下,建筑平面组合应充分体现当地气候特点,炎热地区建筑平面宜舒展开敞以利于加大通风量;采暖地区平面应集中布置,以减少外墙面积有利于节约采暖能耗。许多学生在平面设计的过程中,为了追求形式的丰富感,可能会处理很多凹凸进退转折分割的体形,造成建筑外墙表面积增加,建筑传热耗热量增大。这一过程中,老师应正确引导学生处理好造型与节能之间的关系,既要兼顾造型的美观与创意,又要考虑建筑的节能需求。设计中建筑的进深不要太大,必要时增设天井,并利用天井来促进以烟囱效应为基础的自然通风。栽种植物来改善建筑四周的微气候。指导教师应帮助学生去理解,天井、空中花园、绿化带等元素的出现,不仅仅是为了满足形式上的需求,而更是承载了一定的技术功能。
2.3立面设计与材料的选用
在立面与造型设计的过程中,学生常因缺乏对窗地比、建筑遮阳、外门窗节能等概念的理解,为了追求建筑的纯净感、轻盈感、通透感,过度地选择玻璃幕墙作为外墙材料。指导教师应给他们补充这些相关方面的材料与构造知识,有助于他们利用开窗形式、幕墙形式、遮阳构件等技术手段,找到进行立面和造型设计的有效方法。设计过程中,还应考虑到外墙保温层、外墙材料构造方式等因素可能会对立面造型带来的影响。
2.4材料与能源
虽然建筑学专业学生的课程设计最后图纸深度通常只要求达到方案深度,但老师亦可在设计过程之中,指导学生综合考虑材料与能源的选择。因为材料与能源选择一定程度要也会影响到建筑的形式与造型。设计过程中应最大限度使用可再生能源,特别是清洁的太阳能和风能。不论结构材料或表皮装饰材料,应选用具有满意的使用性能和优良的环境协调性的材料,或选用能够改善环境的生态环境材料,即在原料采取、产品制造、使用或者再循环以及废料处理环节中对地球环境负荷最小和有利于人类健康的绿色材料。因地理位置因素,我校建筑学专业指导教师可以引导学生尝试就地取材采用地方材料,如重庆地区常见的砾石、条石、鹅卵石等进行立面设计的创作与探索。
3结语