新工科背景下“供熱工程”課程的教學(xué)改革與實踐

王 峰，孫春艷，雷翠紅

（山西大學(xué) 電力與建筑學(xué)院，山西 太原 030031）

引言

“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育改革新路徑［1］。高等工程教育迫切需要培養(yǎng)一批“大國工匠”和高層次工科創(chuàng)新人才［2］。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（以下簡稱“建環(huán)專業(yè)”）的任務(wù)是采用人工環(huán)境與能源利用工程技術(shù)創(chuàng)造適合人類生活和工作的建筑環(huán)境與工藝環(huán)境，培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)掌握建筑環(huán)境調(diào)控與能源利用的科學(xué)知識和實踐方法［3］，符合新工科特征。因此，有必要針對建筑科技的安全化、智能化、節(jié)能化和環(huán)?；l(fā)展培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的人才，通過人才的輸送培養(yǎng)促進(jìn)專業(yè)的進(jìn)步［4］。

“供熱工程”課程是建環(huán)專業(yè)的主干專業(yè)課之一［5-6］，課程的主要內(nèi)容是介紹以熱水和蒸汽作為熱媒的建筑物供暖系統(tǒng)與集中供熱系統(tǒng)［7］，包含冬季室內(nèi)熱環(huán)境的營造與能源綜合利用技術(shù)的知識，是一門專業(yè)實踐性很強(qiáng)的課程［8-10］，由基本原理、供熱系統(tǒng)、設(shè)計計算、設(shè)備選型、課程設(shè)計、專業(yè)實習(xí)等部分組成一個獨立的課程體系。

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，人們認(rèn)識到了專業(yè)課程教學(xué)在人才培養(yǎng)中的重要地位，并且新工科也對專業(yè)課程教學(xué)提出了新的任務(wù)和挑戰(zhàn)。因此，“供熱工程”課程的教學(xué)必須緊密結(jié)合新工科特征，與時俱進(jìn)，探索新的課程體系和教學(xué)模式。

一、“供熱工程”課程教學(xué)中存在的問題

（一）課程體系缺乏系統(tǒng)性

供熱工程的總體思路是通過能源的生產(chǎn)、輸送和應(yīng)用的過程來解決用戶用熱需求。原有課程體系是按照室內(nèi)供暖工程與室外集中供熱工程兩部分內(nèi)容在教材中的章節(jié)順序依次介紹的，學(xué)生學(xué)完課程知識后，雖然對每個部分的知識都了解，但是卻難以形成整體的供熱系統(tǒng)，對完整的供熱工藝流程并不熟悉，在后續(xù)的“供熱工程”課程中進(jìn)行課程設(shè)計時，普遍存在“課上聽得懂，課下不會做”的現(xiàn)象，對課程設(shè)計無從下手，不得不快速重學(xué)一遍教材［11-12］。這表明現(xiàn)有的課程體系并不能滿足供熱教學(xué)目標(biāo)的要求。

（二）與相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容重疊

現(xiàn)有課程的內(nèi)容之間存在重疊，這既是對學(xué)時的浪費，又是對教學(xué)資源的浪費。供熱工程和流體輸配管網(wǎng)之間就存在內(nèi)容重疊的問題?！肮峁こ獭钡谒恼率覂?nèi)熱水供暖系統(tǒng)的水力計算與“流體輸配管網(wǎng)”第三章液體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算相重疊［13］，二者都介紹了熱水供暖系統(tǒng)管路水力計算的基本原理，重力循環(huán)和機(jī)械循環(huán)熱水供暖管路的水力計算方法和例題。流體輸配管網(wǎng)是先修課程，極大影響了后續(xù)供熱工程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。兩者內(nèi)容重疊，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)后者時不注意聽講，教學(xué)效果不盡如人意。因此，要優(yōu)化“供熱工程”課程體系。

（三）課程教學(xué)模式傳統(tǒng)

教師在教學(xué)過程中多以傳統(tǒng)的灌輸式進(jìn)行授課，雖然使用了多媒體，但也只是增加了信息量，缺少對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，學(xué)生始終處于被動接受知識的狀態(tài)，缺乏對理論知識的深刻理解和靈活應(yīng)用，很容易讓學(xué)生覺得專業(yè)課沒有深度［14］，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，水壓圖是整個“供熱工程”課程最重要的知識點和難點，在講授水壓圖“四不一滿”的基本技術(shù)要求時，學(xué)生雖然理解，但是在繪制水壓圖時卻不明白如何運用，對供熱系統(tǒng)水壓圖的繪制疑惑不解；學(xué)生在學(xué)習(xí)重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)水力計算時，雖然對并聯(lián)環(huán)路節(jié)點平衡原理已經(jīng)理解，但是具體到并聯(lián)環(huán)路水力計算時就不會了。由此可見，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)生作為被動接受者，僅學(xué)到一些碎片化的專業(yè)知識，且只能靠死記硬背來應(yīng)對考試，對能力的提高作用非常有限。因此，現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新工科背景下對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

（四）教學(xué)內(nèi)容落后

當(dāng)今供熱工程領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新技術(shù)和新成果，而現(xiàn)有的各個版本的教材對新的技術(shù)和成果并未做詳細(xì)的介紹。如太陽能吸收式熱泵供暖技術(shù)、空氣源熱泵供暖技術(shù)、北方清潔能源供暖技術(shù)、長距離輸送熱水技術(shù)、新型末端散熱設(shè)備等。很多高校由于課時限制，教師只講授現(xiàn)有教材內(nèi)的基礎(chǔ)理論知識，再另外開設(shè)選修課介紹新技術(shù)和新成果。無形之中增加了學(xué)生負(fù)擔(dān)，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

二、供熱工程課程教學(xué)改革與實踐

“供熱工程”課程內(nèi)容多、圖表多、公式多、涉及規(guī)范多和工程實踐性強(qiáng)，且與當(dāng)前國際國內(nèi)出現(xiàn)的各種節(jié)能新設(shè)備和供熱系統(tǒng)節(jié)能新理念密切相關(guān)，教學(xué)難度大。而課程僅有48學(xué)時，要讓學(xué)生掌握課程全部的教學(xué)內(nèi)容難度很大，必須修訂教學(xué)大綱、優(yōu)化課程體系和改變教學(xué)方法。

（一）修訂教學(xué)大綱，融入課程思政

根據(jù)新工科背景下對人才培養(yǎng)的需求，調(diào)整“供熱工程”課程目標(biāo)，修訂教學(xué)大綱。將課程目標(biāo)設(shè)定為：教學(xué)過程中堅持以學(xué)生為中心，通過價值塑造、知識傳授、能力培養(yǎng)“三位一體”的教書育人理念，以及課程教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備必需的供熱工程基本知識和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生供熱工程能源規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計和運行管理等方面的能力，培養(yǎng)從事供熱工程施工、管理的基本技能，以及運用所學(xué)基本知識解決實際工程問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索、創(chuàng)新、思辨和應(yīng)用知識的能力。將課程思政融入教學(xué)大綱，培養(yǎng)學(xué)生愛國熱情、敬業(yè)精神、工匠精神、團(tuán)隊協(xié)作精神和節(jié)能意識，以及“溫暖千萬家”的胸懷和爭做“建筑節(jié)能領(lǐng)軍人才”的決心。

（二）優(yōu)化課程體系

將教學(xué)內(nèi)容根據(jù)其性質(zhì)、內(nèi)容、邏輯關(guān)系進(jìn)行模塊化劃分，并進(jìn)行合理搭配，以實現(xiàn)新工科教學(xué)目標(biāo)。將課程教學(xué)內(nèi)容整合為五大模塊：一是將室內(nèi)供暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負(fù)荷、室內(nèi)供暖系統(tǒng)的末端裝置和室內(nèi)熱水供熱系統(tǒng)部分組成熱用戶（能源使用）模塊；二是集中供熱系統(tǒng)、熱水網(wǎng)絡(luò)水壓圖和熱水供熱系統(tǒng)的水力工況組成熱網(wǎng)（能源輸送）模塊；三是集中供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷和集中供熱系統(tǒng)的熱源組成熱源（能源生產(chǎn)）模塊；四是熱水供熱系統(tǒng)的集中運行調(diào)節(jié)對應(yīng)調(diào)節(jié)控制模塊；五是設(shè)計模塊，設(shè)計模塊是實踐的指導(dǎo)，包括負(fù)荷計算、系統(tǒng)選擇、水力計算和設(shè)備選型。五大模塊邊界清晰、相對獨立，又覆蓋了供熱工程的基本理論和工程實踐。根據(jù)每個模塊的教學(xué)目標(biāo)和各知識點的學(xué)習(xí)目標(biāo)，進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計，選擇合適的教學(xué)方法，制訂課程教學(xué)方案。

（三）探索教學(xué)方法，注重理論與實踐相結(jié)合

為了滿足新工科背景下對人才培養(yǎng)的需求，必須對授課過程進(jìn)行詳細(xì)認(rèn)真、有針對性地設(shè)計。根據(jù)“供熱工程”課程的特點，探索基于項目教學(xué)的教學(xué)方法，同時將案例用于作業(yè)、思考題和討論題的設(shè)計，與課程設(shè)計訓(xùn)練共同融入教學(xué)體系。課前，給學(xué)生布置以實際工程項目改編的適合教學(xué)過程使用的題目。課中，去除大量技術(shù)細(xì)節(jié)與技巧性內(nèi)容，教師以工程應(yīng)用為依托介紹熱用戶、熱源和熱網(wǎng)等的相關(guān)知識；課后，學(xué)生通過自學(xué)和做項目掌握課上講授內(nèi)容的細(xì)節(jié)部分，并且在教師的指導(dǎo)下根據(jù)課程進(jìn)度逐步完成項目設(shè)計所涉及的各部分內(nèi)容，將課中理論教學(xué)與課后作業(yè)融為一體，邊學(xué)邊做，共同完成設(shè)計項目大作業(yè)，真正實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。教學(xué)過程中，將案例分析用于作業(yè)、思考題和課堂討論題，訓(xùn)練學(xué)生分析問題和解決問題的能力。案例分析起到啟發(fā)思考和銜接理論教學(xué)過程的作用，是實現(xiàn)從傳統(tǒng)教學(xué)方法向啟發(fā)式教學(xué)方法轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵所在，教師要認(rèn)真設(shè)計課后作業(yè)、思考題和討論題目，將課堂教學(xué)中的細(xì)節(jié)通過思考題或作業(yè)的方式留給學(xué)生課后學(xué)習(xí)和討論。在教學(xué)中，引入注冊公用設(shè)備工程師考試元素，逐步建立并完善案例庫。

項目教學(xué)法結(jié)合案例分析法，以項目為主線，以學(xué)生為主體，以教師引導(dǎo)為輔助，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，提高了學(xué)生解決工程實際問題的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時很好地解決了課程學(xué)時不夠的問題。

（四）改革教學(xué)模式

采用長江雨課堂智慧教學(xué)平臺實現(xiàn)BOPPPS的教學(xué)新模式。通過圖片、案例、問題、視頻等進(jìn)行問題導(dǎo)入，并進(jìn)行前測，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性；課中，鼓勵學(xué)生積極參與教學(xué)，加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的印象和理解，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；課后，通過作業(yè)和分組討論檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。另外，對部分內(nèi)容采用現(xiàn)場教學(xué)的方式，學(xué)生可以看到實物，以更加直觀的方式加深學(xué)生的印象，并通過提問、學(xué)生講解等方式引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)其解決實際問題的能力。對于重點和難點內(nèi)容，采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，以學(xué)生分組討論、教師總結(jié)的方式講授，教學(xué)效果事半功倍。例如，熱力站及其設(shè)備相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)就是采用現(xiàn)場教學(xué)的方式，通過教師啟發(fā)提問和學(xué)生講解并現(xiàn)場尋找答案的方式學(xué)習(xí)熱力站工藝流程、設(shè)備工作原理等內(nèi)容，課后繪制熱力站工藝流程圖，學(xué)生一致反映喜歡這種教學(xué)方式。室內(nèi)供暖系統(tǒng)水力計算是該課程重點和難點之一，采用翻轉(zhuǎn)課堂方式進(jìn)行教學(xué)。某建筑分別采取不同的供暖系統(tǒng)形式，分別為異程式機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)、同程式機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)、重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)、分戶式熱水供暖系統(tǒng)等，每組選擇一種形式在課后進(jìn)行水力計算，各組成員自行分工合作，并在課中各自講解計算過程和計算結(jié)果，教師總結(jié)，學(xué)生反映這種方法學(xué)習(xí)效果非常好。學(xué)生還根據(jù)所學(xué)的水力計算原理，自己設(shè)計便捷使用的水力計算表，并用在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中。

（五）教學(xué)內(nèi)容注重與時俱進(jìn)

在供熱領(lǐng)域飛速發(fā)展的今天，“供熱工程”課程的教學(xué)過程不能單純依靠教材內(nèi)容，而應(yīng)該將新產(chǎn)品、新技術(shù)和新成果引入課堂。供熱工程既解決了冬季室內(nèi)熱環(huán)境的問題，又涉及清潔供暖和分布式能源應(yīng)用技術(shù)。因此，在教學(xué)中增加供熱新技術(shù)、新設(shè)備的相關(guān)知識，比如太陽能供暖技術(shù)、空氣源熱泵供暖技術(shù)、北方清潔能源供暖技術(shù)、長距離輸送熱水技術(shù)、建筑節(jié)能新技術(shù)以及平板微熱管在供熱領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)等。新技術(shù)的引入既開闊了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生不斷探索的創(chuàng)新精神，又豐富了課程內(nèi)容，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和對專業(yè)的興趣。

結(jié)語

筆者論述了“供熱工程”課程教學(xué)改革的措施及實踐過程，對課程教學(xué)目標(biāo)、課程體系、教學(xué)方法、教學(xué)模式進(jìn)行了改革，將以教師為中心有效地轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，且在教學(xué)內(nèi)容中融入了課程思政，建立了“供熱工程”案例庫，為建環(huán)專業(yè)建設(shè)和深化教學(xué)改革提供了參考，教學(xué)效果得到了提高，同時獲得了學(xué)生的認(rèn)可。