環境設計實驗教學課程改革實踐

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摘要：在全國高校一流本科專業建設的大背景下，分屬“虛擬仿真實驗課程”體系的環境設計專業實驗課程改革實踐已投入蓬勃建設。文章從環境設計專業實驗課程改革的要點、過程與評價體系出發，基于布魯姆認知目標金字塔，以“場地設計分析”課程為例，介紹顛覆傳統設計課程的多元一體教學改革模式。改革后的實驗課程以學生為本，強化理論與實踐、虛擬與現實的有機結合，立足真實場地信息，重視實驗模擬環節。通過綜合交叉評價機制，形成系統化、模塊化教學體系，提升教學效果，達到培養專業認知、提升學習技能、升華美學情感的教育目標。

關鍵詞：實驗課程；教學改革；環境設計；布魯姆認知目標

引言

2019年4月，教育部啟動一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知，在全國范圍內號召打造“金課”，消滅“水課”[1]。教育部高等教育司吳巖司長在介紹“金課”時曾提出：一流虛擬仿真實驗課程建設以其“智能+教育”的特色，深度融合信息技術、智能技術與實驗教學，有潛力成為新的教育生產力，開啟教育的未來[2]。環境設計專業作為前沿學科專業，在全國本科教育改革的浪潮下，更需立足自身特色，發揮科技前沿特色和設計美學優勢，打造一流課程。虛擬仿真實驗課程改革作為環境設計課程改革的重點方向之一，正成為其培養學生動手能力和創新能力的新型手段。“場地設計分析”課程原有教學模式側重理論講授和虛擬項目的設計練習，注重主觀審美而忽略科技審美，課程改革試圖改變傳統教學的不足，通過前沿科技，大力推進課程實驗模式，在實驗過程中引導學生完成戶外空間設計。

1改革目標與意義

改革后的教學以學生為主體，運用布魯姆認知目標金字塔為評價標準，通過對知識和技能的回顧與重述、描述與分類、解決與實施、比較與質疑、辯論與批判、創造與發明，引導學生遞進式地完成記憶、理解、應用、分析、評價、創造的認知階梯[3]。布魯姆認知目標分為初級和高級認知層面。在改革應用中體現為：課程前期以初級認知層面的目標為基石，學生處在不斷地向外提問與向內提問中，通過團隊討論、線上線下搜尋答案、自我解答、老師解答等多種途徑，反復驗證，自主確定個性化學習目標；課程后期以高級認知層面的目標做引導，激勵學生發現學習樂趣，鼓勵學生積極探究深層次、高水平的知識結構，幫助學生獲得學習產生的獲得感、幸福感，提升學習效率和學習質量，并將之進一步轉化為學習動力，完成自我價值的實現。改革后的實測和模擬實驗可有效幫助學生鞏固課堂理論知識，大幅提高發現問題、分析問題、解決問題的能力，培養創新能力和創新意識，并養成科學求真的嚴謹作風和協作共贏的團隊精神[4]。

2實驗教學改革要點

教學理念是課程改革的核心，貫穿教學的整個過程。一流課程改革理念應體現“以學生發展為中心”的宗旨，教學理念改革會引發教學模式的轉化、教學特色的體現、教學內容的組織、教學方法的改變和教學管理的提升，形成教與學的良性循環。

2.1教學特色體現

實驗教學特色符合學生的學習規律，依據學科前沿動態與社會發展需求，體現課程的思想性、科學性和前沿性，在教與學的過程中注重對學生知識、能力、素質的全面培養。思想性體現為全面引入課程思政，激發學生的思考辯證能力。運用設計學的形象感與生動性，承載意識形態內核。在教授專業知識理念的同時，傳授真善美的價值思索與判斷能力，提升學生的文化自信與政治自信。科學性體現為將學術研究的態度和方法引入課堂。結合虛擬仿真實驗載體，設計綜合性、創新性和研究型的實驗內容。課程內容與實驗實踐緊密結合，使學生能直接將課程所得運用到設計中，并通過模擬實驗結果，提前預知設計場地人群的使用反饋。通過實驗操作，幫助學生形成“資料搜索-文獻閱讀-現場調查-使用訪談-科學論證-初步設計-模擬使用-再設計”的整體設計思維觀，培養學生完成可推敲、可驗證的設計。前沿性體現為在課程中引入最新的科學技術前沿成果。指導學生使用新型戶外物理環境測試儀器，如便攜式氣象站、標高儀、測距儀、高精度監控器等，學會通過實驗掌握場地物理環境要素、空間使用特征。同時教授學生使用OpenCV人臉識別系統、Envi-met，Ecotect等環境模擬軟件，推敲設計方案，預評人群對設計空間的實際使用效果。

2.2教學模式轉化

課程改革重點在于更新教學模式，從側重教師授課的組織模式全面轉化為以學生為中心、多元混合互動的“教+學”模式。改革后的課程為學生科學增負，將學生從知識的被動接收者轉變為主動探索者，使教學從傳統的課堂師生問答互動轉化為“線上+線下”“課上+課下”“老師-學生”“學生-學生”的多類模式。課程教學以學生學習產出為導向，用學生的學習產出驅動實驗課程的資料搜索、場地考察、案例學習、團隊討論、師生問答、自我驗證等各類教學活動。

2.3教學內容組織

教學內容是教學過程得以推進的基礎。本課程改革的關鍵內容是微小空間氣候環境的現場實測實驗與虛擬仿真實驗。改革重組了教學內容，以層層疊加遞進的方式推動教學過程，并持續動態更新知識內容，以契合教學目標。“場地設計分析”課程共分理論與實驗操作講解、現場測試實驗、軟件模擬實驗、實驗結果分析、場地環境設計5個內容模塊（圖1）。除模塊一的知識講授外，每個模塊分別對應一份成績，形成階段式考核評價制度。模塊內容圍繞場地環境要素和景觀要素展開，通過實測實驗獲取真實數據，討論分析各要素間的關系，并使用多種軟件完成場地環境模擬，科學辯證地完成課程設計任務。

2.4教學方法改變

教學方法轉變為多元互動的實驗教學，以師生互動、生生互動的多向交流，營造良好的教學氛圍，打造奮進的教學環境。改革后的教學方法注重啟發式、項目式、討論式、開放式和分層次教學法的使用。啟發式方法傳授的是學習能力，引導學生主動積極地觀察、思考、分析。項目式方法以競賽項目為載體，鼓勵學生運用研究、探索的方法參與項目過程。討論式方法促使師生共同合作，帶著問題學，在頭腦風暴中擦出思想火花。開放式方法堅定學生的學習主體地位，鼓勵學生使用不同方法拓展實驗，培養獨立創新的精神[5]。分層次方法是實現個性化教學的核心：可鼓勵基礎好、能力強的學生進行創新實驗，參與科研競賽項目；對于基礎較弱、能力不足的學生，可引導其反復實驗，加強技能。

2.5教學管理提升

提升課程管理質量，加強實驗的規范性，構建政策平臺，建立系統的教學檔案。教學管理建立在各級組織共同構架的政策平臺上。為保障和促進實驗教學改革的深入開展，課程建立院-系-實驗中心三位一體的管理體系。學院根據教務處制定的基本管理政策，確立教學程序、教學目標，明確教師教學工作、認定學生實驗成果[3]；系部負責組建教學團隊、制定教學計劃與教學大綱、執行課程教學、整理教學數據、指導競賽項目；實驗中心保存、管理、協調實驗軟硬件設備，保障實驗教學有序進行。課程教學檔案包括教學計劃、教學大綱、授課計劃、實驗教案、課程作業（包括實驗計劃、實驗結果、數據分析、實驗報告、設計成果）等資料。將各部分資料的電子檔案和文本檔案分類歸檔，按學年排序，保證教學過程材料完整，過程可回溯、可借鑒、可監督。確保有效的組織、考核、評價、激勵及課程建設過程監控，保障教改穩步推進。

3實驗教學過程

實驗教學過程的建立對應教學內容組織，根據布魯姆認知目標金字塔，呼應教學模塊內容，全程通過團隊協作形式完成。實驗教學不僅強調實驗報告的撰寫與設計結果的得出，細節操作也是實驗過程的要點。在教學過程中，教師與學生積極互動、共同研究、教學相長。下文從課程教學各大模塊分別闡釋實驗教學模塊的推進過程。

3.1理論與操作講授

理論講授和操作指導模塊旨在為學生的課程圖2　學生在場地進行實測實驗（圖片來源：作者拍攝）圖1　“場地設計分析”課程模塊內容（圖片來源：作者自繪）學習打下理論基礎、搭建課程框架，幫助學生建立對課程內容的初步認知。首先，課程教學開展初期，在教學內容中導入場地設計基礎知識及相應設計規范；其次，說明課程教學的主要目的，考核要求、形式與內容，推廣文本式、報告式、討論式、問答式等教學方式，激活課程氣氛；再次，提供重點參考文獻列表，督促學生提高資料文獻搜索閱讀量，加強閱讀整理與評判能力；最后，為學生展示實驗儀器的操作方法與步驟，講解模擬軟件的使用，討論數據分析的重難點，強調科學實驗結果與結論的信效度。

3.2現場測試實驗

現場測試實驗的目的在于獲取實驗基礎數據，鍛煉學生的實際操作能力和解決突發問題的應變能力。學生通過前期的理論學習和預實驗演練，能基本了解實驗難點，掌握實驗流程，明晰實驗重點。正式實驗共分三部分，學生通過團隊分工，相互配合完成。（1）使用紅外線測距儀在既定實驗基地測繪場地空間尺度，所得數據用于繪制實驗場地的平面圖和立面圖。（2）確定場地圖紙后，各團隊分別使用便攜式氣象儀，統計場地內包括光照強度、氣溫、風速、風向、相對濕度等各類環境要素，完成數據的實時監測記錄（圖2）。（3）在場地人流節點處設置攝像設備，拍攝記錄活動人群軌跡，保存人臉記錄文件。實驗共進行3天，期間可能會出現短時降水天氣、場地被征用、儀器故障等各類突發狀況，學生需積極主動應對解決，確保數據記錄的完整性與連續性。

3.3軟件模擬實驗

軟件模擬實驗在本課程中主要指針對人臉識別的OpenCV軟件分析統計實驗和針對氣候環境的ENVI-met，Ecotect軟件模擬實驗。學生在模擬實驗中，采用基于BSD許可發行的跨平臺計算機視覺庫OpenCV軟件[6]，從現場實驗采集的信息中，自動識別樣本圖像的面部信息，獲取并統計空間使用人次、性別、所處位置、駐留時長等數據，如圖3所示。Envi-met，Ecotect軟件可模擬通過現場測試實驗采集物理環境，如溫度、風速、太陽輻射等，自動計算環境狀況，模擬場地整體氣候條件，并通過可視化結果直觀展現（圖4）。通過該軟件的使用，學生可更直接清晰地了解場地熱能的時空變化規律，獲得實驗結果的定性認知。

3.4實驗結果分析

實驗結果分析模塊培養學生的科學理性思維和分析判斷能力。該模塊建立在前3個教學模塊的基礎上，測試和模擬實驗模塊結束后，學生運用Excel、SPSS等軟件對現場實測的氣象數據進行相關性分析，探討不同測點中氣候要素間的關聯度（表1），找尋影響環境變化的主要變量。而后，結合景觀元素與氣候要素，分析空間設計重點，為后期課程模塊學習做鋪墊。3.5場地環境設計場地環境設計模塊是課程的成果考核模塊，要求方案滿足制圖規范，遵從實驗數據，具備設計美感。為增加考核的多元性、趣味性、研究性、創新性、綜合性，設計教學模塊時引入討論式教學法（圖5）。通過論壇式的教學模式，推動實驗結果和設計方案的有機結合。課堂間師生、生生激烈互動，大幅激發了學生自我學習、相互探討、相互督促的學習熱情。課后注重增加學生的自主學習任務，促使學生投入大量學習精力與時間，在高頻討論中完成頭腦風暴，理性與感性并重地設計場地方案。

4教學評價體系

綜合評價體系主要體現為，在課程中期與后期實現教學成果的多方位、多角度評價。課程中期，基于各模塊教學成果，打造階段式、連續性、共建共享的線上成果展示平臺。平臺可推動課程平行班級相互學習，共促共進、交流溝通，也為今后教學提供可參考、可借鑒的經驗和可警示、規避的教訓。課程后期，使用課程網絡教學平臺和教學樓展示大廳，布置線上+線下成果展示，為課程建設提供專業內外的互通渠道。教學團隊不定時抽查教學任務的執行情況和執行結果，總結經驗教訓，以便后續教學良性推進。綜合教學評價體系包含教師評價、專家評價、學生自評與互評、專業競賽評價4類評價方式，各評價方式綜合交叉，相互彌補。

4.1教師評價

教師是實驗課程的掌舵者和首席評價官。課程內容組織借助實驗任務導向，幫助教師實現評價結果系統化。實驗模塊階段，教師通過實驗任務完成情況評價學生專業知識結構與能力結構的建立；設計模塊階段，教師在互動式教學過程中評價學生的口頭表達能力和手頭表達成果，考核理論、設計與實踐能力。

4.2專家評價

在實驗進展和設計成果展評過程中，聘請設計師與工程專家配合授課教師，參與課程重難點指導，評價學生實驗結果和設計成果（圖6）。專家評價可多方位、多角度地激發學生學習和設計思維。學生在互動式教學中，通過學習不同專家的思考角度與表達方式，完成思維碰撞、頭腦風暴，達到綜合鍛煉、實驗實踐和設計表達能力的提高。4.3學生自評與互評學生評價模式主要分為以下步驟：第一，組員分工合作，跨學科、跨領域發揮各自特長，合作完成最終的設計成品，并同步在線上與線下進行公開展示。第二，匯報演示，交流成果，在設計成果展示環節，進行較大范圍的交流展示。第三，結合學生自評+學生互評的評價模式，通過評價環節總結反思，促進學生間相互學習，形成良好共贏的教學氛圍。督促每個學生在項目中發揮作用，根據組內匿名互評和自評，每個學生的最終成績在小組得分基礎上乘以個人系數。組內互評不僅可使學生相互督促，同時也可培養學生客觀評價他人工作的意識和能力。

4.4專業競賽評價

改革強調實踐性，為此，特引入第三方評價，即將課程成果“推出去”參加全國性專業競賽項目。借用外部專家的評價，驗證課堂改革效果。本課程2019—2020學年的部分學生成果參與了浙江省環境生態科技創新大賽“科技理念作品組”競賽，經過研究綜述、競賽設計作品、論文（設計）完成過程及記錄、論文（設計）報告層層篩選，獲得二等獎（圖7）[7]，體現了課堂改革的成效。結語本次改革從教學模式調整入手,轉變傳統線下教學的主要模式，調整教學結構，引入專業競賽評價方法,突出實驗教學模塊，構建符合素質教育和人才發展的虛擬仿真實驗教學新模式。課程教學經過先期改革和實踐，已取得初步成效。改革后的課程設置更科學化、高階化，啟發學生從原有的被動接受理論知識，逐漸向自主、自發建立設計過程中的邏輯推導、鍛煉設計理性思維的方向轉變。課程內容模塊化重組后，強化了教學目標，明確了學生各階段的學習任務，使課程評價更全面客觀。學生對課程改革效果普遍滿意，并表示引入環境實驗的課程教學與傳統模式的教學相比具有更有趣、更吸引人、更能學習到實用性專業知識的特色。課程將進一步完善改革機制，提升改革效果，實現一流“金課”建設。

參考文獻：

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[7]梅欹,李天劼,金冰欣.杭州戶外空間小氣候環境改造策略與模擬研究[J].建筑與文化,2020(05):55-56.

作者：梅欹 陳煒 單位：浙江工業大學