張春枝 尹寧波 陳 敏 劉冬華

工程類專業(yè)實踐教學嵌入理論課程教學的探索——以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)為例

張春枝 尹寧波 陳 敏 劉冬華

（武漢科技大學 武漢 430065）

以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)為例，闡述了該新工科專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)的設(shè)置，結(jié)合專業(yè)課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，分析了該教學環(huán)節(jié)存在的問題。通過綜合分析國內(nèi)部分高校已進行的改革，提出將實踐環(huán)節(jié)教學任務(wù)分解嵌入到理論課程教學環(huán)節(jié)中，將在形式上相互獨立的課程進行有機融合。在理論課程中學生以項目式學習專業(yè)知識，既可加深對專業(yè)知識的理解，也可強化專業(yè)的系統(tǒng)性與團隊合作精神，提高學生實踐能力。

新工科；實踐教學；專業(yè)課程設(shè)計；系統(tǒng)性

0 當前社會對工科專業(yè)人才的需求

隨著我國時代新經(jīng)濟的發(fā)展，社會對工科類人才也提出了更高的要求。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來社會發(fā)展需要的是實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才，不僅在某一學科專業(yè)上要學業(yè)精深，而且還應(yīng)具有“學科交叉融合”的特征；不僅能運用所掌握的知識去解決現(xiàn)有的問題，還要有能力學習新知識、新技術(shù)去解決未來發(fā)展出現(xiàn)的問題，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用。社會對工科人才的高要求決定了高等教育改革的方向，確定了新工科專業(yè)的人才培養(yǎng)的主要內(nèi)涵，即“以需求為導(dǎo)向，開放辦學，培養(yǎng)應(yīng)用型復(fù)合人才[1]”，與各類交叉復(fù)合型“卓越工程”科技人才[2]。

新工科專業(yè)主要指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實、智能科學與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（簡稱“建環(huán)”專業(yè)）屬于教育部定義的新工科專業(yè)之一，又屬于工程類專業(yè)。對于工程類的新工科專業(yè)，國外工程類高等院校在二十世紀八十年代就開始了“強調(diào)工程實踐能力”的高等工程教育改革，為了保證高等工程教育質(zhì)量、實現(xiàn)教育水平和工程執(zhí)業(yè)資格相互協(xié)調(diào)，美、英、德等國家開始實施工程教育認證。1989年，由美國等6個西方發(fā)達國家發(fā)起和簽署了針對本科高等工程教育的《華盛頓協(xié)議》。我國于2016年正式加入了《華盛頓協(xié)議》，成為該協(xié)議的第18個正式成員[3]。按照《華盛頓協(xié)議》的要求，我國的專業(yè)評估逐漸向?qū)I(yè)認證方式過渡。認證標準強調(diào)了對學生實踐環(huán)節(jié)的教學，從實驗教學(認知性、驗證性、綜合性和設(shè)計性實驗)到課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的選題和內(nèi)容，從師資隊伍的工程背景到實驗條件與實踐基地，都做出了詳細的規(guī)定。同時，進一步強化了以工程實踐能力為目標的教育培養(yǎng)要求。本文以建環(huán)專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)為例，對如何強化該專業(yè)人才實踐能力的培養(yǎng)進行了探討。

1 建環(huán)專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的設(shè)置與問題

1.1 建環(huán)專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的設(shè)置

工程類專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)大致都設(shè)置了實習、實驗和設(shè)計三類教學環(huán)節(jié)，其中實習主要包括了金工實習、認識實習、生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習四個環(huán)節(jié)，后三項可以稱為專業(yè)實習，實習時間和學分根據(jù)學校各專業(yè)培養(yǎng)方案不同而有所不同，通常金工實習安排在第一學年完成，認識實習安排在第二學年完成，生產(chǎn)實習安排在第三學年第二學期或第四學年的第一學期完成，畢業(yè)實習通常結(jié)合畢業(yè)設(shè)計，安排在第四學年最后一個學期完成；實驗教學環(huán)節(jié)根據(jù)課程設(shè)置有公共課基礎(chǔ)實驗、專業(yè)基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗等，實驗教學環(huán)節(jié)通常根據(jù)開設(shè)課程來安排完成；設(shè)計根據(jù)課程設(shè)置有公共基礎(chǔ)類設(shè)計、專業(yè)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，除畢業(yè)設(shè)計外，課程類的設(shè)計，大多是課程結(jié)束后進行的集中設(shè)計，本文討論的重點為專業(yè)課程設(shè)計如何嵌入到理論課程教學中。

1.2 專業(yè)課程設(shè)計面臨的問題

專業(yè)課程設(shè)計要求學生綜合應(yīng)用所學基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識，在教師指導(dǎo)下獨立、全面地完成規(guī)定的課程設(shè)計任務(wù)。專業(yè)課程設(shè)計既是對相關(guān)課程教學效果的檢驗，也是進一步提高學生動手能力及綜合素質(zhì)的重要教學環(huán)節(jié)。這一教學環(huán)節(jié)要求學生將理論知識與實際工程相結(jié)合，將自己所學知識融會貫通，在完成課程設(shè)計任務(wù)的過程中，了解設(shè)計的內(nèi)容、方法和步驟，增強收集資料、理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，提高學生對未來工作的適應(yīng)能力。設(shè)定的目標很好，但實施時結(jié)果往往差強人意。

1.2.1 設(shè)計起步難

傳統(tǒng)的課程設(shè)計是在每門專業(yè)課上完后，利用一到兩周的時間完成該門課的課程設(shè)計任務(wù)，由于課時少、時間短，設(shè)計內(nèi)容往往受到限制，甚至有些學校把課程設(shè)計統(tǒng)一安排在大四上學期，距離專業(yè)課上完的時間較長，學生對專業(yè)課內(nèi)容較為生疏，都會影響課程設(shè)計的效果。學生對所學知識的遺忘和掌握的不牢固，以致設(shè)計之初，難于進入設(shè)計狀態(tài)，往往需要3～4天才能進入設(shè)計狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)計進度緩慢，不能按時完成設(shè)計。

1.2.2 學生對設(shè)計缺乏系統(tǒng)性認識

根據(jù)課程而設(shè)置的課程設(shè)計，人為分割了課程之間的聯(lián)系，使得學生對設(shè)計缺乏系統(tǒng)性認識。例如，將空調(diào)工程課程設(shè)計與制冷技術(shù)的課程設(shè)計分開設(shè)計，則學生無法將冷熱源機房與建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)系到一起，設(shè)計時，對制冷機房冷水系統(tǒng)的分集水器不知該如何設(shè)計。對于建環(huán)專業(yè)而言，無論是空調(diào)系統(tǒng)還是供暖系統(tǒng)，都是與冷熱源機房相連，冷熱源側(cè)與用戶側(cè)是不可分割的整體，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該有整體的理念，而這正是根據(jù)課程而設(shè)置的課程設(shè)計無法做到的系統(tǒng)化。

1.2.3 學生對設(shè)計規(guī)范的忽視

在課程設(shè)計中，學生喜歡用教材作為參考書，而忽視了參照設(shè)計規(guī)范做設(shè)計。原因是教材可以做到人手一本，而紙質(zhì)版的設(shè)計規(guī)范無法做到，查詢電子版的設(shè)計規(guī)范不如翻看教材更直接方便，故通常導(dǎo)致學生的設(shè)計方案或者設(shè)計參數(shù)取值不合理。

1.2.4 對設(shè)計成果的輕視性

由于課程設(shè)計時間短，設(shè)計內(nèi)容相對簡單，學生缺乏系統(tǒng)性認識，查閱設(shè)計資料不夠充足，對工程認知不充足，故設(shè)計方案單一，設(shè)計成果錯誤較多，學生的實踐能力沒有得到較好地鍛煉，并促成抄襲和應(yīng)付現(xiàn)象。意在通過課程設(shè)計鍛煉學生運用專業(yè)知識解決實際問題的技能，為畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)在計算、繪圖、查閱資料以及解讀規(guī)范等打下基礎(chǔ)，其目的難以實現(xiàn)。

2 不同高校的建環(huán)專業(yè)對課程設(shè)計教學環(huán)節(jié)的改革

課程設(shè)計這一教學環(huán)節(jié)的設(shè)置意在指導(dǎo)學生將理論知識與實際工程相結(jié)合，將所學知識融會貫通，能夠在培養(yǎng)學生獨立分析和解決工程實際問題的能力的同時，也培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和團隊合作意識，提高對未來工作的適應(yīng)能力。

2.1 不同高校已做的改革

（1）北京工業(yè)大學

北京工業(yè)大學建環(huán)專業(yè)本科生課程設(shè)計安排在大四上學期第四周至十六周共14周，成績總計9學分。課程設(shè)計內(nèi)容主要以“空調(diào)制冷”、“供熱鍋爐”課程的教學內(nèi)容為基礎(chǔ)，要求學生以小組形式分工合作，完成從冷熱源到末端的供暖空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計[4]。

（2）東北電力大學

該校將四門專業(yè)課獨立的課程設(shè)計中的聯(lián)系緊密的三門課程設(shè)計整合為一個大系統(tǒng)設(shè)計，即給學生布置一個大系統(tǒng)設(shè)計題目，具體內(nèi)容包括包含三個主要方面：“冷源設(shè)計”、“空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計”、“供暖系統(tǒng)設(shè)計”，三個方面之間互相聯(lián)系，如按照供暖系統(tǒng)所需的熱負荷來設(shè)計熱源系統(tǒng)，按照空調(diào)系統(tǒng)所需要的冷負荷來設(shè)計冷源系統(tǒng)等，設(shè)計周期為6周。將原本在形式上相互獨立的幾門課程設(shè)計進行有機融合，對熱源、熱網(wǎng)、制冷、空調(diào)進行一系列的設(shè)計，最后形成相互聯(lián)系的完整的系統(tǒng)，這樣不但避免了以往設(shè)計中重復(fù)性工作，更有利于學生對設(shè)計過程整體的把握。將該設(shè)計模式應(yīng)用于本科生的實踐教學過程，取得了良好的效果[5]。

（3）南華大學

該校針對建環(huán)專業(yè)水、電、暖緊密結(jié)合的特點，課題組提出了水電一體化、冷暖不分家和風系統(tǒng)、水系統(tǒng)并重的課程設(shè)計總思路，將相關(guān)課程中涉及冷暖、水電、風和水系統(tǒng)等分別綜合設(shè)置課程設(shè)計內(nèi)容，即提出了空調(diào)冷熱源課程設(shè)計、建筑水電課程設(shè)計和暖通空調(diào)設(shè)計（包括風系統(tǒng)設(shè)計和水系統(tǒng)設(shè)計）。三大課程設(shè)計內(nèi)容涵蓋了冷熱源工程、暖通空調(diào)、建筑電氣、通風工程、建筑消防設(shè)備、建筑給排水等多門專業(yè)課程，體現(xiàn)了綜合性和系統(tǒng)性；同時課程設(shè)計內(nèi)容上緊密結(jié)合節(jié)能減排和低碳設(shè)計的思路，體現(xiàn)了時代性和應(yīng)用性[6]。

（4）西南石油大學

西南石油大學建環(huán)專業(yè)開設(shè)的課程設(shè)計主要包括《燃氣輸配》、《空氣調(diào)節(jié)》、《供熱工程》、《冷熱源》、《燃氣燃燒與應(yīng)用》、《站場設(shè)計》，根據(jù)課程設(shè)計管理的內(nèi)容、特點，把PDCA循環(huán)理論運用到課程設(shè)計管理中去，對課程設(shè)計管理進行研究，對課程設(shè)計不同階段進行PCDA階段劃分、定位，探索出一套基于PDCA理論的專業(yè)課程設(shè)計全程質(zhì)量監(jiān)控體系，使課程設(shè)計的質(zhì)量控制更加可控、有效，進一步提高本科生教學質(zhì)量[7]。

（5）湖南工業(yè)大學

對分散在三個學期的8個單一課程設(shè)計進行優(yōu)化整合，全部調(diào)整到第7學期，除燃氣貯存與輸配課程設(shè)計、燃氣燃燒設(shè)備課程設(shè)計單獨設(shè)置外，將其他6個單一課程設(shè)計合并成暖通空調(diào)工程綜合課程設(shè)計、建筑供熱與給排水綜合課程設(shè)計，通過綜合課程設(shè)計改革，進一步提高學生的專業(yè)實踐技能[8]。

（6）中國礦業(yè)大學

該校改變課程設(shè)計模式，采用專業(yè)課教學與課程設(shè)計同步的方法，在學生學習理論知識的同時布置課程設(shè)計任務(wù)，讓理論知識與實際應(yīng)用能夠更加有效結(jié)合在一起，使學生在學習理論知識的過程中更加有目的性，同時也能提高學生學習的積極性[9]。

筆者所在專業(yè)也做了類似上述學校的改革，將原來獨立的空調(diào)工程課程設(shè)計與制冷技術(shù)課程設(shè)計合并為空調(diào)制冷綜合課程設(shè)計，將供熱工程和鍋爐與鍋爐房課程設(shè)計合并為供熱工程綜合課程設(shè)計，保留了通風工程和施工組織預(yù)算獨立課程設(shè)計。

2.2 對課程設(shè)計改革后所取的效果

通過課程設(shè)計整合后，學生在各個方面都有了很大的提高，學生能將自己的專業(yè)知識與理論進行有效的結(jié)合，能夠全面考慮問題和實際工程的需要，將自己的理論知識與實際工程更好的結(jié)合。其次，提高了自主學習以及分析問題解決問題的能力，學生通過自己動手，收集資料，查閱規(guī)范，與同學探討等方式，不僅僅加深了對專業(yè)知識與行業(yè)規(guī)范的了解，更加強了自己獨立分析和解決問題的能力，還培養(yǎng)了團隊合作能力與教師的溝通能力，學生通過團隊合作，使得學生能夠更好的培養(yǎng)團隊意識[4-9]。

3 課程設(shè)計嵌入理論課程教學的探討

盡管很多學校做了課程設(shè)計的整合，初見成效。但是有些問題仍舊沒有解決，比如學生進入設(shè)計狀態(tài)的緩慢、專業(yè)知識的遺忘和系統(tǒng)概念缺乏等這些問題仍存在，如何更好地解決這些問題，并能讓學生更加深入地學習專業(yè)課程知識，筆者認為只有將課程設(shè)計嵌入到理論課程教學中，方能解決上述問題，下面將以本校建環(huán)專業(yè)的空調(diào)制冷綜合課程設(shè)計為例進行闡述。

3.1 專業(yè)課程設(shè)計與理論課程之間的聯(lián)系

空調(diào)制冷綜合課程設(shè)計是將空調(diào)工程和制冷技術(shù)兩門專業(yè)課程的課程設(shè)計綜合而成，內(nèi)容上是一個小型的空調(diào)工程畢業(yè)設(shè)計，這個課程設(shè)計以建筑環(huán)境學、流體輸配管網(wǎng)、空調(diào)工程、制冷技術(shù)和暖通CAD課程的知識作為基礎(chǔ)，因此該設(shè)計的安排是在這五門課程授課完成之后進行。該綜合課程設(shè)計的主要內(nèi)容與各門課程之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 空調(diào)制冷綜合課程設(shè)計內(nèi)容與專業(yè)課程之間的關(guān)系

3.2 專業(yè)課程設(shè)計嵌入理論課程教學的解決方法

將專業(yè)課程設(shè)計嵌入到理論課程教學中，目的是探索教學—設(shè)計—實習三者交互進行的教學模式，改善當前各環(huán)節(jié)獨立、效率與效果低下的現(xiàn)狀，也為了讓學生在課程學習的過程中，就能將所學知識加以利用，則如何將專業(yè)課程設(shè)計嵌入到理論課程教學中？下面將分別加以闡述。

（1）先確定設(shè)計任務(wù)和設(shè)計團隊

首先確定好下階段將要做的課程設(shè)計任務(wù)，比如，筆者所在的課程設(shè)計教師團隊，會提前確定好多套建筑設(shè)計圖紙和每套圖紙需設(shè)計人數(shù)。然后，吩咐班長將班上同學根據(jù)圖紙需要進行分組，確定好每個設(shè)計團隊，等待各位理論課程老師布置任務(wù)。

（2）確定每門理論課程需完成的設(shè)計任務(wù)

課程設(shè)計教師團隊分別將設(shè)計任務(wù)在自己負責的理論課程中教學中完成，比如：圖紙的導(dǎo)入需在《暖通CAD》課程學習中導(dǎo)入專業(yè)軟件（如天正暖通軟件）中，通常導(dǎo)入的圖都是分散非模塊化的圖，則要求學生完成建筑圖的模塊化，使建筑平面圖在專業(yè)軟件中為一個圖層，并能鎖定圖層等。依次類推，建筑負荷計算在《建筑環(huán)境學》中需學會計算氣象參數(shù)和圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取等。

（3）分階段完成設(shè)計任務(wù)

設(shè)計任務(wù)分解到各門課程中后，完成每個階段的設(shè)計任務(wù)，按作業(yè)的形式上交各個任務(wù)，成績計入到各門課程的平時成績考核中。

簡而言之，在《暖通CAD》課程階段，熟悉和掌握CAD和專業(yè)軟件，并完成建筑的建模；在《建筑環(huán)境學》課程的教學的同時，以CAD課程中完成的建筑模型來計算建筑的空調(diào)負荷；在《空調(diào)工程》課程的學習中，確定空調(diào)系統(tǒng)的方案和空調(diào)設(shè)備的末端選型、氣流組織的計算等設(shè)計任務(wù)；在《制冷技術(shù)》課程的學習中，完成冷熱源的選擇與制冷機房的設(shè)計；在《流體輸配管網(wǎng)》課程的學習中，學會管網(wǎng)的水力計算，確定管道的直徑與布置?？照{(diào)制冷綜合課程設(shè)計的任務(wù)就分解成各個課程學習階段的任務(wù)，這樣不僅可以讓學生充分理解和掌握教師所講授的專業(yè)知識，并提高了學生學以致用的能力。隨著專業(yè)課程的開設(shè)，學生逐步將課程設(shè)計的各個階段進行下去，這樣，學生運用所學的知識進行實際建筑的空調(diào)工程設(shè)計，解決了教學與實踐相脫節(jié)的問題；同時，在教學的過程中，可以帶學生現(xiàn)場參觀學習，增加感性認識的同時，增加了學生的理性認識，并且能提高學生學習的興趣，改變當前學習興趣普遍不高的現(xiàn)狀；在學習、設(shè)計與參觀的過程中，也增強了師生之間的交流，提高了學生解決問題的能力，也可以促進教師教學水平的提高，教學相長。

將課程設(shè)計結(jié)合課程教學同步進行，目標性強，與實際工程相結(jié)合，不僅可以改善當前這種學時不理解、學完即忘的現(xiàn)狀，還可以加強對理論課程知識的理解。本人在美國KANSAS大學訪學期間，發(fā)現(xiàn)將課程與設(shè)計相結(jié)合的方式，教學效果好，學生學完該課程后，就可以從事相關(guān)專業(yè)的設(shè)計。

4 結(jié)束語

實踐教學環(huán)節(jié)是鍛煉學生從理論學習向工程應(yīng)用能力過渡的一個重要的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生工程素養(yǎng)的重要部分。而課程設(shè)計正是實踐教學的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在課程設(shè)計過程中，學生圍繞某一題目，按照課程設(shè)計任務(wù)書的要求，通過查閱資料，確定方案，設(shè)計計算，繪制圖紙等工作，進行一次綜合的系統(tǒng)訓練，既可使學生將書本上學到的理論知識應(yīng)用于實踐，提高其分析問題和解決問題的能力，同時，學生也得到了專業(yè)設(shè)計方面的基礎(chǔ)訓練，為以后的畢業(yè)設(shè)計以及將來畢業(yè)后的實際工作奠定了必要的、堅實的基礎(chǔ)。將專業(yè)實踐教學嵌入到理論課程教學中，實際是采取工程實例目標驅(qū)動教學模式，加強實踐教學與理論課程的聯(lián)動性，開展了多渠道協(xié)同教學,以多種形式完成課程設(shè)計任務(wù)，最終使學生將所學知識融會貫通，綜合應(yīng)用，提升專業(yè)素質(zhì)。充分利用實踐教學嵌入理論教學的方法，實現(xiàn)理論教學和實踐教學無縫對接，將是提高學生學習效率、保證教學質(zhì)量的重要途徑。

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Exploration for Practice Teaching Embedded in Theory Courses of Engineering Specialty——Taking Building Environment and Energy Engineering as an Example

Zhang Chunzhi Yin Ninbo Chen Min Liu Donghua

( Wuhan University of Science&Technology, Wuhan, 430065 )

Taking the building environment and energy engineering specialty as an example, this paper expounds the setting of practical teaching of this new engineering specialty, and combines with the practical teaching links of professional curriculum design, analyses the existing problems in this teaching link, and through comprehensive analysis of reforms that some universities have made, put forward the method of embedding the practice teaching into the theory courses, and decompose the design tasks into each theoretical course, which not only strengthens the students' project-based learn for professional knowledge in theory courses, but also better master professional knowledge. It can also strengthen the links between various courses and systematize the professional knowledge and train team spirit, and truly improve students' practical ability.

New Engineering Subjects; Practical Teaching; Professional Course Design; Systematization

G642.0

A

1671-6612（2020）05-629-05

湖北省教育廳教研項目：土建類專業(yè)虛擬實踐教學平臺建設(shè)研究（項目編號：2018262）；湖北省教育廳教研項目：基于Web-App的土木類專業(yè)實踐教學質(zhì)量控制研究（項目編號：2015225）

張春枝（1971.6-），女，碩士研究生，副教授，E-mail：576193622@qq.com

2020-01-09