建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)新形態(tài)教材建設(shè)探索

趙金玲 王樹剛 王宗山

摘 要：高等教育信息化對(duì)建筑環(huán)境與新能源應(yīng)用專業(yè)教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)資源等提出新的要求，開發(fā)內(nèi)容先進(jìn)、形式創(chuàng)新的新形態(tài)教材已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。文章梳理了新形態(tài)教材的內(nèi)涵與優(yōu)勢(shì)，提出了針對(duì)建筑環(huán)境與新能源應(yīng)用專業(yè)的新形態(tài)教材開發(fā)思路和措施，包括教材與課程的聯(lián)系形式設(shè)計(jì)、新形態(tài)教材的分層定位設(shè)計(jì)、數(shù)字化教學(xué)資源研發(fā)的內(nèi)容及形式，以期為同行提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：教育信息化;建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè);新形態(tài)教材;數(shù)字化資源

中圖分類號(hào)：G434? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-8454（2020）16-0035-04

一、引言

當(dāng)今世界正在進(jìn)入以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期，以信息技術(shù)為代表的新一輪科技革命正在興起。新一代信息技術(shù)以“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”為核心特征，給社會(huì)帶來廣泛而深刻的改變，尤其對(duì)傳統(tǒng)高等教育產(chǎn)生了巨大的沖擊，催生了教育信息化的變革。

以信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合為特征的教育信息化已成為全球范圍內(nèi)高等教育必然的發(fā)展趨勢(shì)，開放網(wǎng)絡(luò)課程、學(xué)習(xí)分析技術(shù)等得到越來越廣泛地應(yīng)用。截至2020年3月，中國(guó)在線教育用戶規(guī)模達(dá)4.23億，較2018年底增長(zhǎng)110.2%，占網(wǎng)民整體的46.8%[1] 。2018年4月，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》出臺(tái)[2]。而《教育部高等教育司2020年工作要點(diǎn)》中明確指出：建立“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”“智能+教學(xué)”新形態(tài)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式變革，提高教學(xué)效率，激發(fā)教與學(xué)的活力，以信息技術(shù)推動(dòng)高等教育高質(zhì)量?jī)?nèi)涵式發(fā)展。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“建環(huán)專業(yè)”）的任務(wù)是以建筑為主要對(duì)象，在充分利用自然能源的基礎(chǔ)上，采用人工環(huán)境與能源利用工程技術(shù)創(chuàng)造適合人類生活與工作的舒適、健康、節(jié)能、環(huán)保的建筑環(huán)境和滿足產(chǎn)品生產(chǎn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)要求的工藝環(huán)境以及特殊應(yīng)用領(lǐng)域的人工環(huán)境[3]。目前，我國(guó)建環(huán)專業(yè)的信息化教學(xué)改革正處于探索階段，建環(huán)專業(yè)在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)理念、教學(xué)模式與方法、教學(xué)資源等方面都將出現(xiàn)基于信息技術(shù)的重大改變。教材作為教學(xué)的重要資源，與時(shí)代契合、隨技術(shù)升級(jí)是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量教學(xué)的重要保障。

二、教育信息化對(duì)建環(huán)專業(yè)教材建設(shè)提出的新要求

1.教材建設(shè)理念與形式變革

信息技術(shù)與高等教育深度融合推動(dòng)教育理念、模式與方法全面發(fā)生變革。這種變革不僅體現(xiàn)在運(yùn)用新技術(shù)為學(xué)校及課堂提供新的教學(xué)方式，還體現(xiàn)在教學(xué)理念更加強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)者的自主性和選擇性更強(qiáng)。

2018年，教育部提出線上、線上線下混合式、線下、虛擬仿真以及社會(huì)實(shí)踐五大“金課”建設(shè)目標(biāo)，打造具有高效、有趣、有挑戰(zhàn)的“金課”成為當(dāng)前高質(zhì)量教學(xué)的主流。深度運(yùn)用信息技術(shù)提升教學(xué)效果是“金課”的重要指標(biāo)，從而促使教學(xué)方式從“知識(shí)傳授為主”向“自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)學(xué)習(xí)為主”轉(zhuǎn)變，考核方法從知識(shí)考核向能力考核、過程考核轉(zhuǎn)變，評(píng)價(jià)指標(biāo)也從“教得好”向“學(xué)得好”轉(zhuǎn)變。

目前，建環(huán)專業(yè)的教材以傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材形式為主，在建設(shè)理念上忽視對(duì)學(xué)習(xí)者的吸引力，在呈現(xiàn)形式上主要是文字、表格和圖片等靜態(tài)形式，這種傳統(tǒng)的教學(xué)資源已經(jīng)不能滿足新形式教學(xué)的需求，需要在教材形態(tài)和功能上升級(jí)創(chuàng)新。教育信息化要求建環(huán)專業(yè)大量開發(fā)建設(shè)靈活豐富的線上教學(xué)資源，包括教學(xué)視頻、線上習(xí)題、互動(dòng)自測(cè)、虛擬資源等等。

2.人才培養(yǎng)目標(biāo)與培養(yǎng)模式調(diào)整

為了主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命，新工科建設(shè)成為我國(guó)高等工程教育的戰(zhàn)略行動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)目標(biāo)的“知識(shí)之新”和“人才之新”[4]，建環(huán)專業(yè)勢(shì)必需要與理科及相關(guān)工科交叉融合，拓展學(xué)科領(lǐng)域和專業(yè)內(nèi)涵，同時(shí)，需要面向新興產(chǎn)業(yè)和區(qū)域發(fā)展的需求調(diào)整人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)模式。

從2019年開始，建環(huán)專業(yè)的畢業(yè)要求開始采用《華盛頓協(xié)議》工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，除了以往傳統(tǒng)工程教育所重視的工程知識(shí)和能力外，更強(qiáng)調(diào)社會(huì)觀、可持續(xù)發(fā)展觀、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、管理及終身學(xué)習(xí)等多方面能力的培養(yǎng)[5]。為達(dá)成上述培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，建環(huán)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式需要探索多樣化和個(gè)性化改革，探索高級(jí)人才的培養(yǎng)新模式。為了適應(yīng)新工科背景下建環(huán)專業(yè)的發(fā)展需求，亟須改進(jìn)教材理念和內(nèi)容，建設(shè)與信息時(shí)代發(fā)展相匹配的專業(yè)教材和教學(xué)資源。

3.行業(yè)飛速發(fā)展加快知識(shí)更新需求

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及工程的復(fù)雜性和綜合性不斷增強(qiáng)，暖通空調(diào)行業(yè)出現(xiàn)日新月異的變化。節(jié)能減排、城鎮(zhèn)化、“一路一帶”和“互聯(lián)網(wǎng)+”都對(duì)暖通空調(diào)行業(yè)提出了新的需求和挑戰(zhàn)。節(jié)能減排的重大需求為建環(huán)專業(yè)的拓展升級(jí)提供了巨大的發(fā)展驅(qū)動(dòng)力，北方地區(qū)清潔取暖發(fā)展趨勢(shì)催化了清潔能源技術(shù)的提升，并提出了能源規(guī)劃教育的新要求，“一路一帶”建設(shè)使一些新技術(shù)向西亞和東南亞拓展，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能化工具越來越多地在暖通空調(diào)工程中應(yīng)用。

然而，由于傳統(tǒng)紙質(zhì)教材具有更新難度大、更新周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，教材內(nèi)容的更新速度往往滯后于行業(yè)的發(fā)展速度。同時(shí)由于課時(shí)有限，依靠課堂和實(shí)踐教學(xué)也難以使學(xué)生對(duì)拓展知識(shí)和行業(yè)發(fā)展充分深入地學(xué)習(xí)、領(lǐng)悟與吸收。因此，應(yīng)該選擇更加有效的信息傳遞方式作為傳統(tǒng)紙質(zhì)教材和課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。

三、新形態(tài)教材的內(nèi)涵與優(yōu)勢(shì)

新形態(tài)教材是通過數(shù)字平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將紙質(zhì)教材與數(shù)字資源有機(jī)聯(lián)系的新型教材，具有紙質(zhì)教材體系完整、數(shù)字資源呈現(xiàn)多樣等特點(diǎn)。新形態(tài)教材在編寫理念、內(nèi)容形式和出版機(jī)制等方面突破了傳統(tǒng)教材的模式，可以滿足教師課內(nèi)課外教學(xué)、學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)等信息時(shí)代的教學(xué)新需求，為高等教育信息化的教與學(xué)提供了全方位、立體化的支撐[6]。與傳統(tǒng)教材相比，新形態(tài)教材具有靈活性、開放性和動(dòng)態(tài)性優(yōu)勢(shì)。

1.知識(shí)呈現(xiàn)方式更符合人的學(xué)習(xí)規(guī)律

學(xué)習(xí)過程是一個(gè)從知識(shí)呈現(xiàn)（感知）到獲取、構(gòu)建、內(nèi)化、提取應(yīng)用的過程。從廣義上來看，教材、課件、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)、教師等都是知識(shí)呈現(xiàn)的載體，知識(shí)呈現(xiàn)的方式直接影響著學(xué)習(xí)者參與的興趣和質(zhì)量[7]。

新形態(tài)教材的紙質(zhì)資源承載著知識(shí)體系的主干內(nèi)容，而數(shù)字資源提供了教學(xué)配套資源，包括知識(shí)點(diǎn)講解、拓展素材、交互式學(xué)習(xí)材料等。新形態(tài)教材不僅能通過視頻、音頻、動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字資源提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還可以支持自測(cè)等互動(dòng)學(xué)習(xí)方式，使知識(shí)呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)多樣化和情景化，體現(xiàn)知識(shí)的真實(shí)性與動(dòng)態(tài)性，符合人的認(rèn)知規(guī)律和互動(dòng)學(xué)習(xí)需求，尤其適合當(dāng)今大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。

2.拓展自主學(xué)習(xí)和資源傳播的可能性

為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，終身學(xué)習(xí)能力已成為信息化社會(huì)高級(jí)人才的必備基本素質(zhì)。培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力的新需求，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)提出了突破課堂教學(xué)局限、打破學(xué)校圍墻界限的挑戰(zhàn)。新形態(tài)教材構(gòu)成教材、課堂、教學(xué)資源三者融合的立體化形式，提高了學(xué)習(xí)時(shí)間和空間的靈活性，提高了自主學(xué)習(xí)的可能性。

另外，新形態(tài)教材也有利于克服優(yōu)秀教學(xué)資源的地域局限。由于數(shù)字化資源具有便捷性和共享性等特點(diǎn)，新形態(tài)教材提高了教學(xué)資源校際、國(guó)際間傳播的可能性，惠及更多的自主學(xué)習(xí)者，提高了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的使用率，同時(shí)節(jié)約了教材建設(shè)的人力資源成本[8]。

3.教材內(nèi)容動(dòng)態(tài)更新迅捷

對(duì)于建環(huán)專業(yè)而言，新形態(tài)教材尤其適用于行業(yè)前沿、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、實(shí)用案例的動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)、行業(yè)發(fā)展和實(shí)踐的兼顧，滿足了教材內(nèi)容適時(shí)更新的要求。其主要原因是新形態(tài)教材具有可以在支持平臺(tái)上迅捷地更換數(shù)字資源的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)教材相比，新形態(tài)教材的優(yōu)勢(shì)是更新難度小、更新周期短、更新成本低[9]。

四、建環(huán)專業(yè)新形態(tài)教材開發(fā)思路

1.新形態(tài)教材的分層定位設(shè)計(jì)

現(xiàn)有建環(huán)專業(yè)的課程體系包括通識(shí)類、基礎(chǔ)大類、專業(yè)基礎(chǔ)類、專業(yè)課程等。本文主要針對(duì)建環(huán)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)類和專業(yè)類課程特點(diǎn)（見表1），提出分層次定位的新形態(tài)教材開發(fā)思路。

專業(yè)基礎(chǔ)類課程涵蓋建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)需要的基本概念、基本理論和基本方法，為學(xué)生構(gòu)建了工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、建筑環(huán)境學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)體系。這些基礎(chǔ)知識(shí)的特點(diǎn)是短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生顛覆性改變，但是會(huì)隨著學(xué)科發(fā)展產(chǎn)生新知識(shí)、新理論和新方法。鑒于此，專業(yè)基礎(chǔ)類課程的新形態(tài)教材應(yīng)側(cè)重于學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的“準(zhǔn)確”和“透徹”，使學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的來龍去脈、千變?nèi)f化以及衍生知識(shí)都理解透徹，并對(duì)學(xué)科前沿進(jìn)展及時(shí)掌握。

專業(yè)課程主要由《建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)》《暖通空調(diào)》《建筑設(shè)備自動(dòng)化》《燃?xì)鈨?chǔ)存與輸配》等課程構(gòu)成，這些課程與專業(yè)實(shí)踐密切關(guān)聯(lián)、與行業(yè)技術(shù)發(fā)展結(jié)合緊密，專業(yè)類課程的新形態(tài)教材應(yīng)側(cè)重于學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的“靈活”和“綜合”，能夠靈活地將各類基本知識(shí)結(jié)合，綜合性地解決問題。

2.教材與課程的聯(lián)系形式設(shè)計(jì)

依據(jù)教材與課程的聯(lián)系方式，新形態(tài)教材主要有三種形式[10]：①書配網(wǎng)形態(tài)教材：在已有教材的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂或改造，形成與開放課程配套的書配網(wǎng)形態(tài)教材。②網(wǎng)配書形態(tài)教材：在已建設(shè)的開放課程基礎(chǔ)上，依據(jù)開放課程的內(nèi)容和形式元素研發(fā)的新形態(tài)教材。③書網(wǎng)一體化形態(tài)教材：教材與開放課程同步設(shè)計(jì)開發(fā)的新形態(tài)教材。這三種新形態(tài)教材的特點(diǎn)及適用范圍見圖1。

根據(jù)紙質(zhì)教材以及開放課程的建設(shè)情況，可以選擇不同的新形態(tài)教材建設(shè)形式。對(duì)于已有教材的升級(jí)改造，可以采用書配網(wǎng)的形式。如果已經(jīng)建成開放課程，可以采用網(wǎng)配書形式開發(fā)新形態(tài)教材。而書網(wǎng)一體化形式的新形態(tài)教材，需要教材和開放課程同步建設(shè)，既可以由教材為主導(dǎo)，也可以由課程為主導(dǎo)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)課程與教材的整合優(yōu)勢(shì)。

3.數(shù)字化教學(xué)資源研發(fā)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字資源與紙質(zhì)教材的有機(jī)聯(lián)系，新形態(tài)教材的編寫者需要進(jìn)行以下兩方面的開發(fā)工作：

（1）紙質(zhì)教材版式設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)

一般可以采用設(shè)置邊欄方式，即在相關(guān)知識(shí)點(diǎn)附近的邊欄中放置數(shù)字資源的標(biāo)題，從而建立紙質(zhì)教材內(nèi)容與數(shù)字資源的關(guān)聯(lián)。在此過程中需要構(gòu)建知識(shí)單元并對(duì)知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行分解。例如，筆者主講的《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》課程，根據(jù)知識(shí)體系分解為170個(gè)知識(shí)點(diǎn)，錄制了57個(gè)重難點(diǎn)講解視頻資源，制作了79個(gè)虛擬交互資源，這些數(shù)字資源能夠拆分、組合、修改和重復(fù)使用。

（2）根據(jù)課程定位設(shè)計(jì)并開發(fā)相應(yīng)的數(shù)字資源

例如，《建筑環(huán)境學(xué)》《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》《流體輸配管網(wǎng)》等專業(yè)基礎(chǔ)課程，可以基于“夯實(shí)基礎(chǔ)、強(qiáng)化練習(xí)、拓展視野、把握前沿”的原則進(jìn)行開發(fā)。配套數(shù)字資源內(nèi)容主要包括重點(diǎn)難點(diǎn)解析、知識(shí)溯源、典型例題講解、自測(cè)題及答案、應(yīng)用案例、科學(xué)家小傳、學(xué)科前沿等。

而《暖通空調(diào)》《建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)》《建筑設(shè)備自動(dòng)化》等專業(yè)課程，可以基于“聯(lián)系實(shí)際、靈活應(yīng)用、綜合分析”的原則，數(shù)字資源主要包括基本概念與原理解析、典型案例精講、行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)、工具文件、相關(guān)工程建設(shè)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、工程倫理等。數(shù)字資源形式可以為微視頻、動(dòng)畫、音頻、交互式信息處理界面或平臺(tái)，還可以采用場(chǎng)景展示、情境分析、交互實(shí)訓(xùn)和模擬演練等，是對(duì)紙質(zhì)教材體系框架的有力補(bǔ)充。

五、結(jié)語

高等教育信息化促使教學(xué)需求發(fā)生變化是建環(huán)專業(yè)教材形態(tài)轉(zhuǎn)型的原動(dòng)力，而互聯(lián)網(wǎng)、多媒體以及媒體傳播等先進(jìn)技術(shù)為傳統(tǒng)教材與數(shù)字資源深度融合提供了支撐。隨著高等教育信息化建設(shè)的推進(jìn)和發(fā)展，建環(huán)專業(yè)的教學(xué)與數(shù)字資源緊密聯(lián)系將成為新常態(tài)，開發(fā)適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)形式和新工科內(nèi)涵的內(nèi)容先進(jìn)、形式創(chuàng)新的新形態(tài)教材也是必然的發(fā)展趨勢(shì)。這也要求教師不斷更新教學(xué)理念，提高信息化教學(xué)的能力，并與出版社緊密合作開發(fā)信息化教學(xué)產(chǎn)品。教師充分利用新形態(tài)教材在教學(xué)改革方面的積極作用，對(duì)提高建環(huán)專業(yè)線上與線下教學(xué)的質(zhì)量和效率將是有力保障。

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