实践教学是大学教育的重要组成部分,是知识联系实际让理论转换为生产力,并在实践中验证以致创新突破的重要环节。AI时代,面对土木建筑专业如何培养出合格的工程技术人才这一命题,实践教学理应变得更为实际重要而不是被淡漠弱化。
年复一年地看着从书本里走出来的学生,我深谙大学实践教学的缺失。曾经我们也有工地实习,但终因诸如安全等问题而取消,一晃已近30年。尽管学生依然优秀,但他们获取知识的过程始终缺少由实践认知去开启创新性探索这一关键环节。为此,在学校支持下,我们打造了这所实体建筑教学模型平台,这也是围绕教育部重大改革“卓越工程师教育培养计划”导向做出的创新努力。该平台包含建筑结构、构造、设备仪器等教学硬件及软件开发,搭建起一个供课程实习用的过程建筑工程靶场,可供土木建筑课程研学实操,培养动手能力和创造性思维以及虚实场景沉浸式教学开发、互动研学。
“实体建筑教学模型平台”自立项起就作为一项特殊的教学活动研发运作了。平台的方案构成考虑了对多门专业课程的施教覆盖,打造了多样化教学展示点。我们编制了“设计与建造过程研学”课程教学大纲,把“场所实景项目式”教学法、“引导实操”研学法等多模式教学作为教研创新目标,让学生系统了解设计与建造过程的基本理论、方法和技能,培养学生独立分析解决问题的能力,提高实践操作创新能力和团队协作精神。为此,平台把从立项、方案、设计、招标到施工验收全部过程的档案、图纸资料编辑成册供给学生学习项目建设全过程。平台建设的每个环节都有实录照片,每张照片的注释都是故事。通常这些需要学生在毕业后数年的工作阅历中逐步积累获取。现在平台形成历程的直白展示让这一切实现了跨越。尤其是平台并不完美甚至存有问题的质疑点,恰又构成了研学考问的伏笔和批判性思考的切入点。借助平台,同学们能够掌握设计与建造的基本流程、技术要求和实施方法,培养良好的生态环境保护意识,为未来就业发展打下基础。
实体建筑教学模型平台包括:从场地总图工程到民居、院落、廊亭、园林组合;从坯屋、砖房、木屋、木构廊亭、钢筋混凝土平台到建筑内外装饰;从中国建筑草创的茅茨盖顶跨越到当代建构技术;从水电暖风设备配置到太阳能光伏发电、光热转换利用;由生态自然大环境结合到动植物厘米尺度小气候认知;由工程专业课程交叉到相关学科知识,甚至关联到社会学领域问题引发思考……它不断发出设问:如果说人类建造历史进步的缩影代码在此或能被纵跨涵盖,靠你的学识能感触得到吗?你又准备研究创新什么呢?同样,这就是平台让勇于探索的师生流连忘返的原因。当然,这里也有咖啡、茶和桦树原汁。还有你从未感受过的森林木屋+桦树香杉木熏+横断科学陶冶。而且它的春夏秋冬四季风光,春天的樱花、夏季的浓郁、秋天的红叶、冬天的皑雪以及为山大学生爱鸟小组在木屋塔顶建造的五星级鸟巢,都在为生态校园添色。
AI时代的教育更需要思考世界科技发展的整体趋势以及教育的实施模式与选项,包括工程领域人类赋能施展的切入点与范畴。教育既要激励学生的远大抱负又不可轻蔑对历史文明发展的认知以及递进探究和创造性推进。人类数千年建筑文明无论发展到被何等智能驾驭,材料的原生自然属性和建造发展的源点技术都是永固的阶段性起点。设备设施或平台无论如何打造都属于硬件,而真正让它发挥出研学功能的则取决于软件建设。我们把这个平台视为视窗就是借助它开启无限的理论与实际结合的推敲与联想。惟此才有生机,惟此才有价值。为此,平台结合科技前沿发展推出了知识创新探索百题释问知识库,并以标识牌形式布设在各教学展示窗口。
例1.“四阿重屋 茅茨盖顶”是对中国建筑草创的逼真描述,它延续七千年,直到上个世纪末,土坯麦秸民宅在济南华山周边一带仍很普遍。如今这种建造技艺突然消失,甚至连黄土地、麦田也没有了。你如何看待这一切?
例2.建筑学的格局指群落空间组织所形成的秩序状态。当把平台由建筑置入到横断学说理念求索的跨学科开放系统中思考,你的思维将打开何种格局?欢迎跨专业同学参加讨论。
例3.白桦树是艺术家的创作视点。树皮可造纸入药,树汁是饮料。走进桦树木屋会被森林甘露芬芳所涵养,那是香杉树地板散发的香杉木醇。请你测试评估木屋的舒适度并思考速生杉树的用途开发。杉木因木质松软不被用作地板,但当在这里铺上一层薄地毯时它成功了。你如何思考以上披露?
例4.榫卯结构在中国原始社会河姆渡建筑遗址中已经出现。榫卯木屋框架与钢筋混凝土框架有何区别?请拆卸平台为你准备的木凳榫卯分析它的力学原理。如果说中国木构架“墙倒屋不塌”的美誉好似“钢铰有机体”能以柔克刚、有机衰变,你思考过这一机理的应用吗?
例5.大门是出入口也是领地切分,无论院落街坊还是城市都是如此。门分隔区间、视线,也分隔风、光、热、声、气、水、火、爆以及信息。有个词叫关门闭户、闭关锁国。相反则是开放,是对复杂多变的开放系统主动参与。请联想讨论。
例6.平台1米深院落打造了一个月洞门且一半室内一半室外,半阴半阳,半月满月。17世纪,莱布尼茨发现伏羲的阴阳学说中隐喻了周易的天地万物平衡法则:阴爻(—)0和阳爻(—)1恰即当代控制论的二进制科学密码。这里无需刻意求证,而是激励联想思考。
例7.水泥是由石灰石高温煅烧制成,由此产生的CO2排放量占全球总碳排放量的8%。自19世纪水泥诞生至今,国外刚有在水泥中注入生物炭获得了负碳环保水泥。它不会是古代中国的糯米粉沙砾石合成的高强度土机理吧?大家可在圆明园遗址中研究它。
例8.芦苇帘是由多年生草本植物芦苇根状茎编制。它光滑空心薄壁,与竹帘、木帘、金属塑料百叶的作用有何差异?利用其空腔效应或改变其截面形态、材质甚至充盈流动介质,揣想可否让窗帘兼做发电或更多综合利用?
例9.太阳能利用分为光—热、光—电、光—化学和光—生物利用四类。平台配置了光伏发电系统和光热转换系统。光伏发电系统是集发电、蓄电、电压转变、自动控制一体化的装备。平台发电系统额定输出功率800W,连接时控照明和电教用电。如果说它展示了光伏电站的基本工艺,你能读懂吗?
实体建筑教学模型平台将成为培养科学家与工程师的学术摇篮。同时,其作为校园设施,我们同样期待它既成为景观小品又可作开放的公共空间,包括举办小型展览、讲座、沙龙,成为师生学术交流的平台。以场所精神思考百年山大的开放性学术场所,其价值有待运行开发探索,国家伟业社会责任,作育人才唯此为大。
(作者系山东大学土建与水利学院建筑学系名誉主任、教授,该平台项目负责人)