曲明璐，嚴(yán)旭峰，李 釗

（上海理工大學(xué) 環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093）

2020年我國正式提出“雙碳”目標(biāo)，自此“雙碳”目標(biāo)上升為國家戰(zhàn)略和行動方案，展現(xiàn)出我國追求凈零排放與碳排放脫鉤的決心，讓環(huán)境污染和資源耗損不再成為經(jīng)濟(jì)增長的負(fù)效應(yīng)[1]。在此背景下，加強(qiáng)對研究生的專業(yè)能力培養(yǎng)，為實現(xiàn)這一目標(biāo)起到了至關(guān)重要的作用。此外，隨著社會對專業(yè)學(xué)位研究生教育質(zhì)量要求的不斷提高，教學(xué)案例建設(shè)作為其重要的實踐路徑，已成為高校人才培養(yǎng)模式改革的關(guān)注重點[2]。

教學(xué)應(yīng)該是多動態(tài)因素之間的多邊互動的統(tǒng)一體，而不僅是師生之間的雙邊活動[3]。案例教學(xué)法，主要指的是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方式，其從根本上來講與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，是一種兩難的教育情境，沒有標(biāo)準(zhǔn)、唯一或者特定的解決辦法。教師在案例教學(xué)中處于激勵者、設(shè)計者以及引導(dǎo)者的角色，能夠更好地將知識傳播給學(xué)生[4]。

實現(xiàn)教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變，在當(dāng)前的教育背景下，最直接的解決辦法是改變案例教學(xué)的評分標(biāo)準(zhǔn)，降低理論知識分?jǐn)?shù)的占比，讓學(xué)生從自我意識層面上發(fā)生轉(zhuǎn)變，提高對案例討論的重視程度，轉(zhuǎn)變以理論記憶為主的學(xué)習(xí)方式。進(jìn)而通過案例素材的收集、交流，使學(xué)生掌握獨立解決該專業(yè)問題的能力[5]?，F(xiàn)有教學(xué)實踐證明，案例教學(xué)法實施后學(xué)生的各項指標(biāo)均有較大的提高，有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)質(zhì)量顯著提高[6-9]。

本文將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，引入綜合性工程案例，通過知識點案例讓學(xué)生更深層次理解所傳授的知識點，在教師的引導(dǎo)下思考如何解決問題。把理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，作為實例教學(xué)和學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的課題或項目，使學(xué)生更明確學(xué)習(xí)目的，加深對基礎(chǔ)知識的理解，避免單純課本知識的枯燥無味。我國建筑節(jié)能發(fā)展至今各項技術(shù)已趨成熟，進(jìn)一步的節(jié)能減排需要在建筑可再生能源系統(tǒng)方面探尋新的路徑。通過案例庫的理論分析、系統(tǒng)仿真、實例分析、交流討論等手段，鍛煉和提高暖通研究生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題等工程實踐能力。

1 總體思路

對標(biāo)國家建設(shè)重大需求和學(xué)科內(nèi)涵，創(chuàng)新教學(xué)模式，在理論教學(xué)中融入案例教學(xué)，滲透實踐能力培養(yǎng)；將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)中開展分組創(chuàng)新活動培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣；通過專業(yè)實驗平臺及虛擬平臺，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解，增強(qiáng)動手能力；通過專業(yè)碩士實踐基地，開闊學(xué)生視野，增強(qiáng)團(tuán)隊合作意識。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程以建筑為對象，用人工環(huán)境與能源應(yīng)用工程技術(shù)，創(chuàng)造適合人類生活與工作環(huán)境以及滿足生產(chǎn)與科學(xué)實驗要求的環(huán)境。為新工科模式“環(huán)境與建筑平臺”重要學(xué)科，培養(yǎng)工程型和創(chuàng)新性專業(yè)人才。

本案例依托的兩門課程《空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用》與《現(xiàn)代空調(diào)技術(shù)與運維》均屬于學(xué)術(shù)型碩士生與專業(yè)學(xué)位碩士生專業(yè)課程模塊，課程內(nèi)容歸屬建筑新能源與設(shè)備環(huán)保節(jié)能技術(shù)方向，是暖通工程師培養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)。其中，《空調(diào)用熱泵技術(shù)及應(yīng)用》課程建設(shè)的目的是使研究生了解熱泵在空調(diào)應(yīng)用方面的新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備和應(yīng)用前景，節(jié)約能源，使基礎(chǔ)理論與專業(yè)新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合?！冬F(xiàn)代空調(diào)技術(shù)與運維》課程主要以當(dāng)前空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)最新發(fā)展為主要內(nèi)容，針對不同類型建筑，從空調(diào)系統(tǒng)的基本概況、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)備及空氣處理設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)測試與控制、空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試運行與節(jié)能的角度進(jìn)行授課，從空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)知識的廣度與深度對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)。這兩門課程旨在提高學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)科發(fā)展的了解，使其獲得對該領(lǐng)域問題進(jìn)行分析和解決的基本能力，提升學(xué)生的基本科研能力與工程專業(yè)素養(yǎng)。

2 具體舉措

（1）將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，在理論教學(xué)中開展分組創(chuàng)新活動培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。通過知識點案例讓學(xué)生更深層次理解所傳授的知識點，在教師的引導(dǎo)下思考如何解決問題。讓學(xué)生認(rèn)識到在雙碳目標(biāo)的時代背景下，作為暖通工程師更要始終牢記肩上的綠色使命，樹立專業(yè)榮譽(yù)感與社會責(zé)任感，在建筑中大力推廣使用可再生能源以及節(jié)能環(huán)保的暖通空調(diào)新技術(shù)，走可持續(xù)的建筑能源之路，助推“雙碳”目標(biāo)。

（2）引入綜合性工程案例，把可再生能源理論、建筑能源系統(tǒng)、建筑冷熱源知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，作為實例教學(xué)和學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的課題或項目，使學(xué)生更明確學(xué)習(xí)目的，加深對基礎(chǔ)知識的理解，避免單純課本知識的枯燥無味。

以地源熱泵工程教學(xué)為例，首先通過與學(xué)生交流互動的形式，回憶所學(xué)知識。在此基礎(chǔ)上掌握鞏固地源熱泵的概念與理論基礎(chǔ)，土壤換熱器的傳熱分析，以及地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計要點與步驟等理論性知識，組織學(xué)生分組討論，互動再進(jìn)一步講解地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用場合與運行特性，最后介紹地源熱泵工程實例并通過虛擬平臺進(jìn)行運行展示。

圖1 虛擬平臺：在地源熱泵機(jī)房場景中進(jìn)行制冷機(jī)組的啟動、數(shù)據(jù)記錄等相關(guān)操作

智慧建筑集中空調(diào)系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)虛擬仿真實驗平臺可以為學(xué)生提供近似實際工程項目運行調(diào)節(jié)的實踐訓(xùn)練，而與線下的模塊化縮尺集中空調(diào)系統(tǒng)實體實驗結(jié)合則可以有效形成線上線下混合式教學(xué)。學(xué)生通過線上虛擬仿真，實踐不同工況下的系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)方法，并在線下實體實驗進(jìn)行印證，從而可以加深對運行調(diào)節(jié)知識點的掌握[10]。圖2展示了在地源熱泵機(jī)房場景中進(jìn)行制冷機(jī)組的啟動、數(shù)據(jù)記錄等相關(guān)操作。

圖2 光伏光熱聯(lián)合雙源熱泵系統(tǒng)實驗臺布置圖

（3）依據(jù)太陽能光熱光電利用、熱泵等技術(shù)在建筑中的應(yīng)用實際，2～3位學(xué)生組成一個團(tuán)隊，根據(jù)教材、文獻(xiàn)、相關(guān)網(wǎng)站等課業(yè)資料進(jìn)行團(tuán)隊討論，利用2～4學(xué)時的時間，按團(tuán)隊進(jìn)行PPT匯報。在先掌握了太陽能熱泵工作原理和太陽能光伏建筑一體化的基礎(chǔ)上，通過綜合案例的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對知識體系的理解，提高學(xué)生的知識運用能力與團(tuán)隊合作精神。教學(xué)中從理論層面解釋降低能源消耗和二氧化碳排放的原因和方法，提高學(xué)生節(jié)能和環(huán)保的相關(guān)意識及對專業(yè)知識的渴求，培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的思想方法觀察、思考、分析問題的能力，勇于實踐、不斷創(chuàng)新、進(jìn)取，為我國節(jié)能減排的發(fā)展注入新的活力。

在此案例中，依托上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院光伏光熱聯(lián)合雙源熱泵系統(tǒng)實驗臺，如圖2所示，學(xué)生有機(jī)會在學(xué)習(xí)理論知識的同時，提出一些假設(shè)和猜想，最后通過該實驗臺實測驗證，通過理論加以實踐的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對知識的運用能力，加深學(xué)生對理論知識的認(rèn)知。

此外，學(xué)生還可以借助TRNSYS模擬軟件進(jìn)一步學(xué)習(xí)。TRNSYS軟件大部分是用在主動或被動利用太陽能的新能源工程領(lǐng)域，由美國威斯康星大學(xué)開發(fā)，是基于圖形界面的極其靈活的軟件環(huán)境，用于模擬系統(tǒng)瞬時的性能。光伏光熱聯(lián)合雙源熱泵系統(tǒng)TRNSYS模型如圖3所示。通過輸入的參數(shù)，學(xué)生可以對系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，獲得運行參數(shù)。通過軟件仿真模擬的形式學(xué)習(xí)，既培養(yǎng)了學(xué)生軟件操作能力，也鞏固了所學(xué)知識。

圖3 光伏光熱聯(lián)合雙源熱泵系統(tǒng)TRNSYS模型圖

3 結(jié)論

（1）本案例教學(xué)內(nèi)容結(jié)合產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求、領(lǐng)域內(nèi)重點問題、實踐中代表性問題，更新教育觀念、轉(zhuǎn)變教學(xué)理念和教學(xué)方法。

（2）利用產(chǎn)學(xué)研合作擴(kuò)充案例教學(xué)資源。通過校企合作，收集建筑能源系統(tǒng)領(lǐng)域有價值的案例，歸納總結(jié)，收集入庫。

（3）充分發(fā)揮“線上”和“線下”兩種教學(xué)的優(yōu)勢改造傳統(tǒng)教學(xué)，并從課程組織形式上有的放矢地進(jìn)行創(chuàng)新改善，尤其對如虛擬實驗、翻轉(zhuǎn)課堂、電子移動設(shè)備應(yīng)用等新型教學(xué)方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、參與度。