面向新工科的《建筑能源環(huán)境》課程改革探索與實(shí)踐

顏蓓蓓 程占軍 李麗萍 杜桂月 陳冠益

摘要：《建筑能源環(huán)境》是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的先導(dǎo)課，在新時(shí)代新技術(shù)的沖擊下應(yīng)緊跟教育部新工科發(fā)展的腳步與號(hào)召進(jìn)行教學(xué)改革。本文針對(duì)于此，對(duì)《建筑能源環(huán)境》課程改革進(jìn)行探索與實(shí)踐，賦予課程內(nèi)容以新工科時(shí)代背景，使課程設(shè)計(jì)緊跟專業(yè)領(lǐng)域科研前沿，將課程實(shí)踐與行業(yè)尖端技術(shù)緊密結(jié)合，從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、激發(fā)創(chuàng)新的目的。

關(guān)鍵詞：課程改革；新工科；科研前沿；行業(yè)尖端技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）25-0099-02

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等技術(shù)在各領(lǐng)域的興起，產(chǎn)業(yè)與科技正面臨新一輪的革命，在此新形勢(shì)下，教育面臨新的挑戰(zhàn)。2018年教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，要求全面推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，發(fā)展智能教育。智能技術(shù)不僅改變教與學(xué)的方式，還深入影響到教育的理念、文化和生態(tài)。新形勢(shì)下，應(yīng)充分激發(fā)信息技術(shù)對(duì)教育的革命性影響，推動(dòng)教育觀念更新、模式變革、體系重構(gòu)，積極探索新模式、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、推進(jìn)新技術(shù)支持下的教育教學(xué)創(chuàng)新。

新工科在此背景下，先后經(jīng)過(guò)“復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)、北京指南”，進(jìn)入快軌道建設(shè)。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程此類的傳統(tǒng)工科專業(yè)在新工科背景下如何建設(shè)，這是新工科建設(shè)的一個(gè)重要著力點(diǎn)。在國(guó)家“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)發(fā)、共享”的發(fā)展理念指導(dǎo)下，我國(guó)建筑相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型升級(jí)速度大大加快。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)致力于建筑環(huán)境、建筑能耗、健康人居等領(lǐng)域，在這一背景下面臨著更多的挑戰(zhàn)與更高的要求。

天津大學(xué)始建于1895年，秉承“育人為本，教學(xué)優(yōu)先，質(zhì)量第一”的教學(xué)理念，為我國(guó)工程教育的發(fā)展與進(jìn)步做出了突出貢獻(xiàn)，目前是全國(guó)新工科建設(shè)的關(guān)鍵單位，肩負(fù)新工科建設(shè)的“天大行動(dòng)”的落實(shí)推進(jìn)。天津大學(xué)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)自1956年創(chuàng)立至今已經(jīng)有62年的歷史，教學(xué)成果顯著，專業(yè)人才輩出。作為該行業(yè)公認(rèn)的國(guó)內(nèi)頂尖院校，更肩負(fù)著在新時(shí)代背景下對(duì)專業(yè)課程進(jìn)行改革探索與實(shí)踐的重要責(zé)任。

二、《建筑能源環(huán)境》課程定位

《建筑能源環(huán)境》課程在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)教學(xué)中具有先導(dǎo)性地位，體現(xiàn)“建筑—能源—環(huán)境”的交叉融合，其知識(shí)點(diǎn)豐富、綜合性強(qiáng)、前沿性突出，發(fā)揮著關(guān)鍵的專業(yè)引導(dǎo)性作用。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生深刻理解建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的內(nèi)涵，明晰建筑室內(nèi)外環(huán)境的影響因素、評(píng)價(jià)方法與調(diào)控手段，認(rèn)識(shí)建筑能源的使用現(xiàn)狀、主要問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)，了解前沿的建筑節(jié)能技術(shù)與方法，掌握現(xiàn)代化建筑能源與環(huán)境技術(shù)。

傳統(tǒng)上，該課程的教學(xué)內(nèi)容更側(cè)重于經(jīng)典理論、傳統(tǒng)技術(shù)等方面的介紹，未能很好地將近年來(lái)本專業(yè)領(lǐng)域信息化、智能化的技術(shù)應(yīng)用案例融合，很難滿足行業(yè)對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。因此，面向新工科建設(shè)，對(duì)《建筑能源環(huán)境》課程進(jìn)行改革探索與實(shí)踐，引入建筑信息化管理、建筑設(shè)備智能化、建筑新能源技術(shù)以及緊密相關(guān)的環(huán)境技術(shù)等與時(shí)俱進(jìn)的新內(nèi)容，具有緊迫性與必要性。

三、《建筑能源環(huán)境》課程改革探索與實(shí)踐

1.課程內(nèi)容賦予新工科時(shí)代背景。為培養(yǎng)面向未來(lái)型的領(lǐng)軍人才，課程內(nèi)容設(shè)計(jì)緊扣新工科背景建設(shè)要求，融合大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等技術(shù)以及新一代信息技術(shù)。課程內(nèi)容上進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理與重構(gòu)，包括：（建筑能源環(huán)境）系統(tǒng)特征、基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)、通用技術(shù)、新型技術(shù)、未來(lái)發(fā)展、數(shù)據(jù)工程、智能應(yīng)用、信息化規(guī)范等。具體的分為基礎(chǔ)知識(shí)模塊、建筑環(huán)境模塊、建筑能源技術(shù)發(fā)展模塊和實(shí)踐教學(xué)模塊。其中基礎(chǔ)知識(shí)模塊包括課程概述、課程整體、考評(píng)方法、課程目標(biāo)；當(dāng)前世界與我國(guó)能源使用情況（從化石能源與新能源、工業(yè)交通以及建筑用能兩個(gè)角度展開(kāi)，重點(diǎn)是建筑用能及相關(guān)的技術(shù)分析）；建筑能源使用過(guò)程引起的環(huán)境問(wèn)題等。建筑環(huán)境模塊包括建筑外環(huán)境中的太陽(yáng)輻射、氣候環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、水環(huán)境等建筑環(huán)境和建筑室內(nèi)環(huán)境中的空氣環(huán)境（空氣污染物種類、來(lái)源、常見(jiàn)的控制方法）、熱濕環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境及上述環(huán)境達(dá)到人類宜居條件時(shí)采用的技術(shù)和能源使用情況。建筑能源技術(shù)發(fā)展模塊包括建筑新能源如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、海洋能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、未來(lái)能源（可燃冰等），其中著重介紹太陽(yáng)能與建筑結(jié)合（光伏發(fā)電與光伏建筑）的相關(guān)技術(shù)和生物質(zhì)能與建筑結(jié)合（農(nóng)業(yè)廢棄物氣化供暖與發(fā)電）的相關(guān)技術(shù)。實(shí)踐教學(xué)模塊包括天津中新生態(tài)城綠色小區(qū)垃圾氣力輸送系統(tǒng)和操控平臺(tái)參觀、天津中新生態(tài)城冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)參觀、天津大學(xué)鄭東圖書(shū)館地源熱泵供能系統(tǒng)參觀、天津西站太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程參觀、校園空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、室內(nèi)空氣甲醛與VOC監(jiān)測(cè)、教學(xué)樓教室與辦公室室內(nèi)風(fēng)速測(cè)量等。在課程內(nèi)容上設(shè)置認(rèn)知參觀模塊，帶領(lǐng)學(xué)生走入中新天津生態(tài)城，對(duì)垃圾氣力輸送系統(tǒng)有了直觀了解后，進(jìn)入中新天津生態(tài)城的城市生活垃圾管理體驗(yàn)館。在這里有現(xiàn)已啟用的垃圾氣力輸送系統(tǒng)操控平臺(tái)，垃圾輸送系統(tǒng)破碎、輸送、清障等功能的數(shù)據(jù)在此匯總，平臺(tái)的實(shí)時(shí)反饋與對(duì)應(yīng)指令也在此呈現(xiàn)。通過(guò)對(duì)課程內(nèi)容的設(shè)置改革和智能技術(shù)的直觀接觸，使課程順應(yīng)新工科要求，體現(xiàn)時(shí)代性特點(diǎn)。

2.課程設(shè)計(jì)緊跟專業(yè)領(lǐng)域科研前沿。課程緊緊圍繞新工科建設(shè)要求，注重學(xué)生的科研探索能力與科研綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，向?qū)W生闡述行業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向，激發(fā)學(xué)生科研探索熱情。在實(shí)踐教學(xué)模塊設(shè)置天津大學(xué)圖書(shū)館地源熱泵功能系統(tǒng)參觀和天津西站太陽(yáng)能光伏發(fā)電工程參觀。結(jié)合參觀內(nèi)容，介紹地源熱泵和太陽(yáng)光伏發(fā)電技術(shù)在建筑能源和環(huán)境領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，將課程傳統(tǒng)學(xué)習(xí)內(nèi)容與當(dāng)前領(lǐng)域研究熱點(diǎn)、新點(diǎn)緊密結(jié)合，通過(guò)展開(kāi)故事般的介紹，跳出傳統(tǒng)教學(xué)的死板授課模式，給學(xué)生留下深刻印象。特殊設(shè)計(jì)若干實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)展示與互聯(lián)網(wǎng)模擬技術(shù)演示課程，向?qū)W生介紹行業(yè)重點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展演變歷程，結(jié)合最新研究成果，重點(diǎn)闡述技術(shù)開(kāi)發(fā)歷程與作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與科研實(shí)踐的相輔相成。通過(guò)對(duì)科技前沿的觀摩教學(xué)和設(shè)置需學(xué)生親手完成虛擬仿真計(jì)算任務(wù)，實(shí)現(xiàn)課程與科研前沿緊密結(jié)合。

3.課程實(shí)踐與行業(yè)尖端技術(shù)緊密結(jié)合。依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)建筑環(huán)境行業(yè)重點(diǎn)緊缺人才的目標(biāo)，課程設(shè)計(jì)緊密結(jié)合當(dāng)前行業(yè)技術(shù)的應(yīng)用的現(xiàn)狀。與深圳奇信建設(shè)集團(tuán)有限公司合作，以建筑、能源、環(huán)境領(lǐng)域的基本知識(shí)為基礎(chǔ)，教師與工程人員專題介紹當(dāng)前室內(nèi)裝修與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)解析目前行業(yè)發(fā)展面臨的瓶頸問(wèn)題，依據(jù)自身的研究基礎(chǔ)，從能源、環(huán)境的角度提出對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)與新裝飾行業(yè)的思考。在實(shí)踐教學(xué)模塊開(kāi)設(shè)室內(nèi)裝修后空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)甲醛與VOCs。使學(xué)生掌握國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法、測(cè)量?jī)x器使用方法、數(shù)據(jù)讀取與分析以及超標(biāo)后應(yīng)急處理技術(shù)與方案。將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的最新要求引入到教學(xué)過(guò)程中，建立從理論學(xué)習(xí)，到實(shí)際應(yīng)用，再到重點(diǎn)技術(shù)突破的全方位、復(fù)合型、全周期教育模式，培養(yǎng)行業(yè)緊缺的創(chuàng)新實(shí)踐型人才。課程通過(guò)企業(yè)應(yīng)用技術(shù)和行業(yè)面臨發(fā)展瓶頸的實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)課程與當(dāng)前應(yīng)用技術(shù)緊密結(jié)合。

四、小結(jié)

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程屬于傳統(tǒng)工科專業(yè)，在新時(shí)代新技術(shù)的沖擊下應(yīng)緊跟教育部新工科發(fā)展的腳步與號(hào)召，積極推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)置改革，培養(yǎng)具有工程師視野的學(xué)生。《建筑能源環(huán)境》是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的先導(dǎo)課，而該課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀之間有所割裂，教學(xué)改革勢(shì)在必行。本文針對(duì)于此，對(duì)《建筑能源環(huán)境》課程改革進(jìn)行探索與實(shí)踐，賦予課程內(nèi)容以新工科時(shí)代背景，使課程設(shè)計(jì)緊跟專業(yè)領(lǐng)域科研前沿，將課程實(shí)踐與行業(yè)尖端技術(shù)緊密結(jié)合，從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的熱愛(ài)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、激發(fā)創(chuàng)新的目的。

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