環(huán)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(yè)建設的大背景下，分屬“虛擬仿真實驗課程”體系的環(huán)境設計專業(yè)實驗課程改革實踐已投入蓬勃建設。文章從環(huán)境設計專業(yè)實驗課程改革的要點、過程與評價體系出發(fā)，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(tǒng)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(xiàn)實的有機結合，立足真實場地信息，重視實驗模擬環(huán)節(jié)。通過綜合交叉評價機制，形成系統(tǒng)化、模塊化教學體系，提升教學效果，達到培養(yǎng)專業(yè)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(huán)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(yè)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(huán)境設計專業(yè)作為前沿學科專業(yè)，在全國本科教育改革的浪潮下，更需立足自身特色，發(fā)揮科技前沿特色和設計美學優(yōu)勢，打造一流課程。虛擬仿真實驗課程改革作為環(huán)境設計課程改革的重點方向之一，正成為其培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)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(tǒng)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(chuàng)造與發(fā)明，引導學生遞進式地完成記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)。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(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，并養(yǎng)成科學求真的嚴謹作風和協(xié)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(xiàn)“以學生發(fā)展為中心”的宗旨，教學理念改革會引發(fā)教學模式的轉化、教學特色的體現(xiàn)、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(huán)。

2.1教學特色體現(xiàn)

實驗教學特色符合學生的學習規(guī)律，依據(jù)學科前沿動態(tài)與社會發(fā)展需求，體現(xiàn)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(yǎng)。思想性體現(xiàn)為全面引入課程思政，激發(fā)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(tài)內核。在教授專業(yè)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?？茖W性體現(xiàn)為將學術研究的態(tài)度和方法引入課堂。結合虛擬仿真實驗載體，設計綜合性、創(chuàng)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(xiàn)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(yǎng)學生完成可推敲、可驗證的設計。前沿性體現(xiàn)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(huán)境測試儀器，如便攜式氣象站、標高儀、測距儀、高精度監(jiān)控器等，學會通過實驗掌握場地物理環(huán)境要素、空間使用特征。同時教授學生使用OpenCV人臉識別系統(tǒng)、Envi-met，Ecotect等環(huán)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?yōu)橹鲃犹剿髡撸菇虒W從傳統(tǒng)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(huán)境的現(xiàn)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(xù)動態(tài)更新知識內容，以契合教學目標?！皥龅卦O計分析”課程共分理論與實驗操作講解、現(xiàn)場測試實驗、軟件模擬實驗、實驗結果分析、場地環(huán)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(huán)境要素和景觀要素展開，通過實測實驗獲取真實數(shù)據(jù)，討論分析各要素間的關系，并使用多種軟件完成場地環(huán)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?yōu)槎嘣拥膶嶒灲虒W，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(huán)境。改革后的教學方法注重啟發(fā)式、項目式、討論式、開放式和分層次教學法的使用。啟發(fā)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(yǎng)獨立創(chuàng)新的精神[5]。分層次方法是實現(xiàn)個性化教學的核心：可鼓勵基礎好、能力強的學生進行創(chuàng)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(guī)范性，構建政策平臺，建立系統(tǒng)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(jù)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(zhí)行課程教學、整理教學數(shù)據(jù)、指導競賽項目；實驗中心保存、管理、協(xié)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(yè)（包括實驗計劃、實驗結果、數(shù)據(jù)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(jiān)督。確保有效的組織、考核、評價、激勵及課程建設過程監(jiān)控，保障教改穩(wěn)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(jù)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(xié)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(jié)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(guī)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(shù)據(jù)分析的重難點，強調科學實驗結果與結論的信效度。

3.2現(xiàn)場測試實驗

現(xiàn)場測試實驗的目的在于獲取實驗基礎數(shù)據(jù)，鍛煉學生的實際操作能力和解決突發(fā)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(shù)據(jù)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(tǒng)計場地內包括光照強度、氣溫、風速、風向、相對濕度等各類環(huán)境要素，完成數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測記錄（圖2）。（3）在場地人流節(jié)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(xiàn)短時降水天氣、場地被征用、儀器故障等各類突發(fā)狀況，學生需積極主動應對解決，確保數(shù)據(jù)記錄的完整性與連續(xù)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(tǒng)計實驗和針對氣候環(huán)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(fā)行的跨平臺計算機視覺庫OpenCV軟件[6]，從現(xiàn)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(tǒng)計空間使用人次、性別、所處位置、駐留時長等數(shù)據(jù)，如圖3所示。Envi-met，Ecotect軟件可模擬通過現(xiàn)場測試實驗采集物理環(huán)境，如溫度、風速、太陽輻射等，自動計算環(huán)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(xiàn)（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(guī)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(yǎng)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(xiàn)場實測的氣象數(shù)據(jù)進行相關性分析，探討不同測點中氣候要素間的關聯(lián)度（表1），找尋影響環(huán)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(huán)境設計場地環(huán)境設計模塊是課程的成果考核模塊，要求方案滿足制圖規(guī)范，遵從實驗數(shù)據(jù)，具備設計美感。為增加考核的多元性、趣味性、研究性、創(chuàng)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(fā)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(xiàn)為，在課程中期與后期實現(xiàn)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(xù)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(guī)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(yè)內外的互通渠道。教學團隊不定時抽查教學任務的執(zhí)行情況和執(zhí)行結果，總結經驗教訓，以便后續(xù)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(yè)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(xiàn)評價結果系統(tǒng)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(yè)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(fā)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(fā)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(huán)節(jié)，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(huán)節(jié)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(fā)揮作用，根據(jù)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(shù)。組內互評不僅可使學生相互督促，同時也可培養(yǎng)學生客觀評價他人工作的意識和能力。

4.4專業(yè)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(yè)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(huán)境生態(tài)科技創(chuàng)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(xiàn)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(tǒng)線下教學的主要模式，調整教學結構，引入專業(yè)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(fā)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(fā)學生從原有的被動接受理論知識，逐漸向自主、自發(fā)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(huán)境實驗的課程教學與傳統(tǒng)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(yè)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(xiàn)一流“金課”建設。

參考文獻：

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作者：梅欹 陳煒 單位：浙江工業(yè)大學