劉麗瑩 居發(fā)禮 余曉平 董秀坤

(重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 401331)

0 引言

我國(guó)已經(jīng)正式加入工程教育本科專(zhuān)業(yè)認(rèn)證國(guó)際互認(rèn)協(xié)議“華盛頓協(xié)議”，“華盛頓協(xié)議”以培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)工程師為目標(biāo)，畢業(yè)要求能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜性、全局性的問(wèn)題，在不具備成熟工具的條件下創(chuàng)新性地運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，在綜合考慮多因素的場(chǎng)景下通過(guò)分析、研究、評(píng)估、設(shè)計(jì)、實(shí)施等活動(dòng)帶領(lǐng)多學(xué)科背景團(tuán)隊(duì)高校完成工程目標(biāo)[1]。為達(dá)到此目標(biāo)，課程教學(xué)中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和工程素質(zhì)，教學(xué)中以目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，持續(xù)地進(jìn)行教學(xué)改革。案例教學(xué)是一種開(kāi)放式、互動(dòng)式的教學(xué)方式，開(kāi)展討論，通過(guò)針對(duì)同一問(wèn)題的不同觀(guān)點(diǎn)的互相交鋒和彼此互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高判斷能力、分析能力、決策能力、協(xié)調(diào)能力、表達(dá)能力和解決問(wèn)題的能力。建筑設(shè)備自動(dòng)化課程中在空調(diào)智能化設(shè)計(jì)中引入案例教學(xué)可以將理論知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際工程應(yīng)用很好地聯(lián)系起來(lái)，提高學(xué)生的分析解決問(wèn)題能力[2]，案例教學(xué)可以將“建筑設(shè)備自動(dòng)化”課程與先修課程“自動(dòng)控制原理”內(nèi)容銜接聯(lián)系起來(lái)[3]。如何構(gòu)建案例資源，是進(jìn)行案例教學(xué)的前提?，F(xiàn)代教育理論認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)認(rèn)知的主體，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)過(guò)程等進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和持續(xù)改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)師生之間的共同努力達(dá)成課程的教學(xué)目標(biāo)[4]。建筑能源系統(tǒng)自動(dòng)化是建環(huán)專(zhuān)業(yè)的主干課之一，本文以“建筑能源系統(tǒng)自動(dòng)化”課程為例，探索如何根據(jù)工程人才培養(yǎng)的目標(biāo)需求重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，研究如何以案例教學(xué)為主線(xiàn)，進(jìn)行教學(xué)組織和學(xué)生考核。

1 課程現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

《建筑能源系統(tǒng)自動(dòng)化》是體現(xiàn)建環(huán)專(zhuān)業(yè)作為新工科專(zhuān)業(yè)的重要課程，是一門(mén)典型的跨學(xué)科課程，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和建筑技術(shù)相結(jié)合的一門(mén)交叉學(xué)科。根據(jù)“高等學(xué)校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范”中的指導(dǎo)框架下，制定本課程主要目標(biāo)是要求學(xué)生了解國(guó)內(nèi)外建筑能源系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)。理解建筑能源自動(dòng)化系統(tǒng)的組成、基本實(shí)現(xiàn)過(guò)程和意義。了解建筑能源自動(dòng)化控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)與集成技術(shù)。理解建筑能源自動(dòng)化系統(tǒng)中的檢測(cè)、執(zhí)行、控制設(shè)備的工作原理，熟悉建筑能源自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)備的控制方法，掌握系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容和監(jiān)控原理、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)律等。能夠針對(duì)建筑能源系統(tǒng)的實(shí)際需求選擇適合的傳感器、控制器和執(zhí)行器。能準(zhǔn)確、全面地提出暖通空調(diào)系統(tǒng)需要檢測(cè)和控制的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)類(lèi)別、指標(biāo)、數(shù)量和控制策略，能繪制監(jiān)控原理圖；能夠根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并提出相應(yīng)有效的技術(shù)措施，能為電氣專(zhuān)業(yè)人員提供需求參數(shù)。了解智能小區(qū)設(shè)計(jì)要求；理解住宅小區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容、目的及意義；掌握住宅小區(qū)中自動(dòng)化系統(tǒng)的工作原理。本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生應(yīng)該能熟悉建筑與能源系統(tǒng)自動(dòng)化的概念及其在建環(huán)工程中的體現(xiàn)，能對(duì)建筑能源應(yīng)用工程問(wèn)題的解決方案進(jìn)行分析與改進(jìn)，并能針對(duì)不同功能的建筑能源系統(tǒng)進(jìn)行方案優(yōu)化與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是目前任課教師單一的專(zhuān)業(yè)背景和缺乏工程實(shí)踐背景，使教學(xué)內(nèi)容陳舊且脫離工程實(shí)際，難以滿(mǎn)足課程教學(xué)要求，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度低。針對(duì)這一問(wèn)題，2017年，將本課程確定為校企合作課程，聯(lián)系合作企業(yè)，探討校企聯(lián)合開(kāi)展課程資源庫(kù)建設(shè)，并進(jìn)行案例教學(xué)實(shí)踐。

2 教學(xué)改革思路及實(shí)現(xiàn)途徑

課題組針對(duì)課程的性質(zhì)和目前存在的問(wèn)題對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，以工程需求為主線(xiàn)，設(shè)置多模塊；然后以模塊為中心，進(jìn)行教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的重構(gòu)；再次圍繞著模塊進(jìn)行課程建設(shè)。知識(shí)單元重建思路如圖1所示。

首先，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料、參考多本教材、企業(yè)高校調(diào)研等方式，在教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃規(guī)定教學(xué)目標(biāo)框架下，考慮用人單位的實(shí)際需求出發(fā)，建立相應(yīng)的教學(xué)知識(shí)模塊，并整合模塊下各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。其次，圍繞著知識(shí)模塊，收集工程案例用于課堂教學(xué)，分析教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、微課等相關(guān)資源探索可視化動(dòng)態(tài)仿真資料庫(kù)的建設(shè)方案，收集部分資料用于知識(shí)模塊的課堂教學(xué)。再次，與企業(yè)聯(lián)系交流，圍繞知識(shí)模塊探索實(shí)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)方案，形成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；同時(shí)引進(jìn)工程技術(shù)人員走進(jìn)課堂、完善師資隊(duì)伍，派出學(xué)生去企業(yè)實(shí)習(xí)，探求實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)方案。再次，通過(guò)布置大作業(yè)、思考討論題目、實(shí)踐報(bào)告等形式，確定適宜的平時(shí)考核方式，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、擴(kuò)展知識(shí)能力，并提高學(xué)習(xí)的積極性。最后，可以通過(guò)教學(xué)實(shí)踐來(lái)分析評(píng)價(jià)教學(xué)改革效果。

課程模塊主要有：課程概論，基礎(chǔ)自控理論，基本自控元件，空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制，供暖系統(tǒng)自動(dòng)控制，消防、給排水等其他系統(tǒng)自動(dòng)控制，住宅小區(qū)自動(dòng)化等七大模塊，其中課程概論包含建筑設(shè)備自動(dòng)化概念、意義和組成等三個(gè)知識(shí)點(diǎn)；基礎(chǔ)理論包含技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)集成等兩大知識(shí)單元，自控元件包含傳感器、控制器、執(zhí)行器三大知識(shí)單元；空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制包含水泵、冷水機(jī)組的控制方法、空調(diào)水輸配系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容和監(jiān)控原理、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)律等四個(gè)知識(shí)單元。每個(gè)知識(shí)單元內(nèi)含若干知識(shí)點(diǎn)，本文就不一一贅述。針對(duì)重構(gòu)的七大知識(shí)模塊，在以下六個(gè)方面進(jìn)行課程資源建設(shè)和教學(xué)改革嘗試。

2.1 案例庫(kù)建設(shè)

課題組已經(jīng)建設(shè)了案例庫(kù)，案例資料全部來(lái)源于企業(yè)，目前針對(duì)知識(shí)模塊完成了五個(gè)案例的建設(shè)工作，各個(gè)案例與知識(shí)模塊的對(duì)應(yīng)如表1所示。每個(gè)案例包含案例文本(案例的目的、引言、正文、思考題)，案例的圖片、視頻、工程圖紙等附件組成。教學(xué)過(guò)程中建立模塊中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)與案例內(nèi)容之間的映射，工程案例作為課堂講授、課前預(yù)習(xí)和課后作業(yè)的主線(xiàn)、支點(diǎn)和素材。

表1 已建案例與知識(shí)模塊的對(duì)應(yīng)

2.2 可視化資料庫(kù)建設(shè)

教學(xué)過(guò)程中為了使呈現(xiàn)在學(xué)生面前的知識(shí)立體化、形象化，需要引入可視化教學(xué)資源，包含工程案例的現(xiàn)場(chǎng)視頻、理論教學(xué)的微課視頻等。案例資源中的現(xiàn)場(chǎng)視頻，能清楚的反映傳感器、執(zhí)行器、控制器的安裝使用情況；理論教學(xué)中針對(duì)學(xué)生自學(xué)、復(fù)習(xí)和了解的內(nèi)容制作微課視頻，表2為課題組已經(jīng)錄制完成的微課視頻，其中建筑與能源自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器這一微課視頻包含傳感器的基本工作原理的動(dòng)畫(huà)介紹、實(shí)際企業(yè)常用的傳感器的實(shí)物、樣本資料等內(nèi)容?？梢暬Y料庫(kù)上傳至超星課程中心，可用于指導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)并完成相應(yīng)習(xí)題，課堂上教師根據(jù)案例和微課視頻指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)討論模塊中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。將視頻觀(guān)看的百分比、可視化資料相關(guān)的習(xí)題納入課程的平時(shí)考核中。

表2 已錄制的部分微課視頻

2.3 實(shí)物試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)

知識(shí)模塊中的理論知識(shí)點(diǎn)需要通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目輔助和強(qiáng)化學(xué)習(xí)，因此針對(duì)知識(shí)模塊進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)是很有必要的。應(yīng)針對(duì)不同的知識(shí)模塊建設(shè)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生動(dòng)手參與學(xué)習(xí)，深化對(duì)知識(shí)的理解、掌握，以至于工程應(yīng)用。目前針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)自動(dòng)控制模塊，實(shí)驗(yàn)室具備空氣調(diào)節(jié)自動(dòng)控制和工況調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置，針對(duì)消防、給排水系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)驗(yàn)室具備樓宇給排水監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置，消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置等。后期課題組針對(duì)基礎(chǔ)自控理論和自控元件模塊建設(shè)相應(yīng)的實(shí)踐項(xiàng)目，具體可以選擇建筑能源系統(tǒng)常用的溫度傳感器、流量傳感器，PLC控制器，閥門(mén)類(lèi)執(zhí)行器等，通過(guò)弱電線(xiàn)、電腦終端、控制軟件組成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)控制要求自行選擇上述設(shè)備、完成系統(tǒng)的接線(xiàn)、調(diào)用控制程序、完成控制功能實(shí)現(xiàn)的操作過(guò)程。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維、協(xié)調(diào)能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

2.4 授課教師隊(duì)伍建設(shè)

授課教師知識(shí)工作背景多元化，既然是交叉學(xué)科課程、課程組應(yīng)包含暖通專(zhuān)業(yè)、自控或者機(jī)電專(zhuān)業(yè)的教師和工程師。該門(mén)課程的授課過(guò)程中曾邀請(qǐng)了來(lái)自重慶德易安科技發(fā)展有限公司、江森自控的高級(jí)工程師授課講解建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的工程案例和工程調(diào)試過(guò)程，效果很好。在案例教學(xué)實(shí)踐中，充分發(fā)揮企業(yè)講師的作用，基本的自控理論和空調(diào)、供熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制知識(shí)模塊中的系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析知識(shí)點(diǎn)可由企業(yè)工程師講解，后續(xù)繼續(xù)應(yīng)增加自控企業(yè)工程師的教學(xué)參與教學(xué)效果評(píng)價(jià)。

2.5 自控企業(yè)實(shí)習(xí)方案

已與部分企業(yè)簽訂了產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)議，在模塊控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)中應(yīng)增加企業(yè)的參與度，與企業(yè)建立良好關(guān)系，大一認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)選擇1家自控企業(yè)參觀(guān)學(xué)習(xí)，大三生產(chǎn)實(shí)習(xí)階段鼓勵(lì)部分學(xué)生走進(jìn)相關(guān)的企業(yè)從事建筑設(shè)備自控相關(guān)崗位的實(shí)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研階段教師帶領(lǐng)部分畢業(yè)設(shè)計(jì)題目與自控相關(guān)的同學(xué)參與企業(yè)的相關(guān)工作。例如：針對(duì)傳感器、控制器和執(zhí)行器的認(rèn)識(shí)、選擇、使用的全過(guò)程可以與學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)—生產(chǎn)實(shí)習(xí)—畢業(yè)調(diào)研一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，最終達(dá)到教學(xué)能力層面的目標(biāo)：能夠針對(duì)建筑能源系統(tǒng)的實(shí)際需求選擇適合的傳感器、控制器和執(zhí)行器。

2.6 應(yīng)用情況和初步效果分析

課程改革的所有成果包含5個(gè)案例、7個(gè)微課視頻，習(xí)題庫(kù)等，資料均上傳至超星課程中心平臺(tái)。微課視頻主要供學(xué)生課下對(duì)于不懂的問(wèn)題反復(fù)學(xué)習(xí)觀(guān)看，對(duì)于學(xué)習(xí)主動(dòng)性強(qiáng)的同學(xué)有一定效果。后續(xù)可以借助其開(kāi)發(fā)翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主、主動(dòng)學(xué)習(xí)。已經(jīng)收集和編寫(xiě)的案例資源中案例二某醫(yī)院的能效監(jiān)管系統(tǒng)和案例五某醫(yī)院外科病房大樓弱電智能化系統(tǒng)工程主要用于講授緒論部分課堂穿插講授和課后自主學(xué)習(xí)。案例一某銀行數(shù)據(jù)中心冷凍機(jī)房控制和案例四某醫(yī)院空調(diào)末端設(shè)備控制用于空調(diào)自動(dòng)化教學(xué)模塊下的案例作業(yè)題目的大背景，納入課后考評(píng)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)該部分的學(xué)習(xí)掌握。案例能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)吸引更多學(xué)生參與到教師的實(shí)踐學(xué)習(xí)調(diào)研中。其中習(xí)題庫(kù)的習(xí)題已經(jīng)作為知識(shí)模塊章節(jié)的課后作業(yè)納入考評(píng)。經(jīng)過(guò)對(duì)照分析，對(duì)于已經(jīng)完備案例、案例作業(yè)、微課視頻、實(shí)踐項(xiàng)目的知識(shí)模塊，教學(xué)效果明顯提高，同時(shí)2018屆級(jí)學(xué)生課程期末考核的不及格率明顯下降，多種形式多角度的講授也受到學(xué)生的歡迎。部分學(xué)生更積極的，并有能力參與一些建筑節(jié)能改造的項(xiàng)目，分析能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，分析系統(tǒng)控制運(yùn)行的問(wèn)題，提出有價(jià)值的技術(shù)措施。同時(shí)，用人單位對(duì)學(xué)生的工程素質(zhì)和工程能力給予一定的肯定，吸引更多的企業(yè)來(lái)校招聘。本課程還在持續(xù)建設(shè)中，后續(xù)將針對(duì)重點(diǎn)知識(shí)模塊，完善課程資源建設(shè)、加強(qiáng)應(yīng)用、量化考評(píng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)當(dāng)前工程教育的要求，以“建筑能源系統(tǒng)自動(dòng)化”課程為例，探討以工程案例為主線(xiàn)、模塊化知識(shí)為單元教學(xué)改革思路及實(shí)現(xiàn)途徑。分別從案例庫(kù)建設(shè)、可視化資源建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)、企業(yè)實(shí)習(xí)方式、應(yīng)用效果等方面詳細(xì)介紹了課程建設(shè)的情況，教學(xué)改革成果的完整實(shí)施和實(shí)施效果分析及改進(jìn)措施是今后的教改工作重點(diǎn)。