莊兆意　王斌　劉乃玲　崔萍　張林華

［摘 要］在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的專業(yè)課程體系中，制冷技術(shù)課程占據(jù)非常重要的地位。對(duì)制冷技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革有利于在現(xiàn)有教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及綜合素質(zhì)。以課程的改革創(chuàng)新為基本點(diǎn)，通過引入熱泵系統(tǒng)和空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)的仿真模擬平臺(tái)、加強(qiáng)教師團(tuán)隊(duì)的建設(shè)、建設(shè)“理論授課+虛擬仿真+工程實(shí)訓(xùn)”三合一教學(xué)體系，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

［關(guān)鍵詞］制冷技術(shù)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）04-0053-03

世界范圍內(nèi)新一輪的綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，與此同時(shí)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革也在加速進(jìn)行。為此，2017年2月以來(lái)，教育部積極開展新工科研究與實(shí)踐，先后形成“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，共同構(gòu)成了新工科建設(shè)“三部曲”，期望探索領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，助力高等工程教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)[1]。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)是立足于創(chuàng)造健康、舒適且節(jié)約能耗的辦公和居住環(huán)境的專業(yè)。制冷技術(shù)作為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的一門專業(yè)課程，在“綠色建筑，節(jié)能先行”的大環(huán)境下扮演著重要角色。隨著綠色建筑的概念深入人心，社會(huì)對(duì)于擁有豐富實(shí)踐經(jīng)歷和較強(qiáng)動(dòng)手能力的人才需求愈加迫切。如何提高制冷技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，以及如何讓剛走出校門的學(xué)生具備參與工程建設(shè)的能力成了一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。為此，筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)秉持以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，對(duì)制冷技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)改革及實(shí)踐，從理念引領(lǐng)、內(nèi)容及方法創(chuàng)新角度開展教學(xué)改革，通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的論證與實(shí)踐，就教學(xué)理念、教學(xué)方式等方面進(jìn)行了分析與總結(jié)[2]。以期突破現(xiàn)有教學(xué)方法所形成的桎梏，實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)教合一。

一、制冷技術(shù)課程教學(xué)改革的背景

山東建筑大學(xué)始建于1956年，自建校之初建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)就被作為一項(xiàng)重點(diǎn)學(xué)科設(shè)立。經(jīng)過60余年的辛苦耕耘，該專業(yè)逐漸形成了一支優(yōu)秀的教師團(tuán)隊(duì)，并且取得了豐碩的科研和教學(xué)成果。制冷技術(shù)課程作為該專業(yè)的一門專業(yè)課，其課程安排主要分為課堂授課、實(shí)驗(yàn)課程、空調(diào)制冷綜合課程設(shè)計(jì)；課程總課時(shí)為40學(xué)時(shí)，其中理論授課為38學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程為2學(xué)時(shí)，綜合課程設(shè)計(jì)與空調(diào)課程相結(jié)合，一般安排在學(xué)期末統(tǒng)一進(jìn)行，通常為5周。此課程安排旨在學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的制冷技術(shù)和空氣調(diào)節(jié)課程內(nèi)容有效地落實(shí)到工程實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解及掌握。

但是，隨著近些年學(xué)科的不斷發(fā)展，以及專業(yè)方向的不斷調(diào)整，現(xiàn)行的制冷技術(shù)課程教學(xué)方案、較為單一的課程體系和填鴨式的課堂教學(xué)模式下培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生，已無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)于工程類專業(yè)的專業(yè)性人才的需求，有以下幾個(gè)問題亟待解決。

（一）教學(xué)方式

山東建筑大學(xué)的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)每年收受約170名新生，分為4個(gè)班級(jí)，目前制冷技術(shù)課程采用的是2個(gè)班級(jí)合堂授課方式，這和原有的4個(gè)班級(jí)大合堂授課相比，授課效果在一定程度上有所提升，但是該專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)相差較大，因此單一的教學(xué)方式無(wú)法照顧到每一位學(xué)生；同時(shí)，不同的學(xué)生對(duì)于自己未來(lái)的規(guī)劃也不盡相同，根據(jù)歷年本專業(yè)本科畢業(yè)生畢業(yè)去向數(shù)據(jù)可知：有半數(shù)以上的本科畢業(yè)生選擇考研；而超過40%的畢業(yè)生則選擇畢業(yè)后直接進(jìn)入設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)企業(yè)或地產(chǎn)公司（見表1）。相比于前者，后者則更希望可以在校內(nèi)擁有一定的實(shí)踐機(jī)會(huì)，以提高自己的動(dòng)手能力和專業(yè)熟練度。

由此可見，對(duì)未來(lái)有著不同規(guī)劃的學(xué)生對(duì)于理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力的需求也大相徑庭。因此，對(duì)于不同人生規(guī)劃的學(xué)生采用統(tǒng)一的教學(xué)模式勢(shì)必難以達(dá)到良好的實(shí)際教學(xué)效果，也不能使全部的學(xué)生都可以得到自己所需的知識(shí)及能力。

（二）教師資源

該專業(yè)相較于其他工科專業(yè)而言有著更強(qiáng)烈的實(shí)踐需求，因此，專業(yè)教師不僅要擁有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要具備較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。該專業(yè)歷經(jīng)多年的發(fā)展目前已經(jīng)初步形成了以老中青為代表的教師團(tuán)隊(duì)，但只有老一輩的教師擁有較豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而這些教師的數(shù)量相比于參與課堂教學(xué)較多的青年教師數(shù)量就略顯單薄。目前大多數(shù)院校都是青年博士畢業(yè)直接進(jìn)課堂，雖然這些青年教師對(duì)專業(yè)知識(shí)有著深刻的理解，但是參與過實(shí)際工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)于實(shí)際工程中的操作細(xì)節(jié)缺少完整的認(rèn)識(shí)，這就使得課堂內(nèi)容多以講述課本知識(shí)為主，這種填鴨式的課堂教學(xué)形式容易使學(xué)生感到乏味，進(jìn)而影響教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，專業(yè)課程涉及環(huán)境保護(hù)、能源應(yīng)用等眾多的內(nèi)容，不僅增加了學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的難度，而且一定程度上影響了學(xué)生專業(yè)課程知識(shí)學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量[3]。因此，專業(yè)課程的課堂教學(xué)應(yīng)以課本知識(shí)為基礎(chǔ)，以工程案例為輔，通過案例吸引學(xué)生注意力、激發(fā)學(xué)生的思考。制冷技術(shù)作為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)重要的一門課程，對(duì)于任課教師的要求更是如此，因此，“雙師型”教師的缺少，也是目前制冷技術(shù)課程教學(xué)改革所面臨的一個(gè)重要難題。

（三）實(shí)踐條件

制冷技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程，課程中所涉及的各種制冷機(jī)組、制冷系統(tǒng)及其組成構(gòu)件，因?yàn)槠湔嫉孛娣e大、設(shè)備昂貴等，無(wú)法在校內(nèi)進(jìn)行建設(shè)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與學(xué)生比例失調(diào)矛盾也較為突出，導(dǎo)致開放性實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)模式難以實(shí)行，導(dǎo)致學(xué)生把理論應(yīng)用到實(shí)踐的環(huán)節(jié)受到制約[4]。為提高學(xué)生實(shí)踐能力，本科階段大都采用實(shí)地參觀實(shí)習(xí)的方式，但方法也有著較大的限制，例如存在通勤安全、企業(yè)機(jī)房的申請(qǐng)難度以及學(xué)生只能參觀而不能參與實(shí)際建設(shè)等問題，使得課程存在實(shí)踐機(jī)會(huì)有限、實(shí)踐效果不佳等問題。

制冷技術(shù)課程的改革和創(chuàng)新的思路總體為建立一套相對(duì)完善的課程體系，加強(qiáng)校企合作，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和參與度。用現(xiàn)有教學(xué)資源、師資力量及企業(yè)平臺(tái)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，通過內(nèi)容比較、問題引入，激發(fā)學(xué)生探索、求知的興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)[5]。教師課堂講授與學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作相結(jié)合，以理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐互補(bǔ)的方式開闊學(xué)生視野，做好理論與實(shí)踐的銜接工作，在夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)改造方案

基于上述現(xiàn)行的制冷技術(shù)課程教學(xué)方案存在的弊端，結(jié)合新工科背景下對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求，擬從以下幾點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革。

（一）引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

模擬仿真教學(xué)過程是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬模型開展仿真教學(xué)，是學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過觀察、討論、思考等方法主動(dòng)獲取知識(shí)的過程[6]。引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以有效緩解學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少、實(shí)踐能力差的現(xiàn)狀。目前，學(xué)校和北京象新力科技有限公司合作，共同研發(fā)了熱泵性能及空調(diào)機(jī)組性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生可通過改變相關(guān)參數(shù)（室內(nèi)溫度、環(huán)境溫度等），觀察各設(shè)備的運(yùn)行情況，通過后臺(tái)仿真模型實(shí)時(shí)計(jì)算，給出各設(shè)備的運(yùn)行曲線及性能參數(shù)（耗功率、制熱/冷量、性能系數(shù)等）。

仿真模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以通過三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和底層數(shù)學(xué)模型相聯(lián)系等手段實(shí)現(xiàn)交互操作，學(xué)生可以通過改變熱泵機(jī)組的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵機(jī)組（蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、節(jié)流裝置等）各部件實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)及性能的改變；也可通過改變空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組各組成部件的運(yùn)行狀態(tài)及性能的改變，繪制運(yùn)行曲線或生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

通過此平臺(tái)學(xué)生可以自己動(dòng)手設(shè)計(jì)并搭建一套完整的由熱泵系統(tǒng)（地源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵）和末端空調(diào)系統(tǒng)（全空氣系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)系統(tǒng)）組成的系統(tǒng)，主要可以操作設(shè)備及部件連接，觀察移動(dòng)及調(diào)試等操作，并通過可視化三維系統(tǒng)構(gòu)建和數(shù)值模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果。

將熱泵性能及空調(diào)機(jī)組性能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)引入制冷技術(shù)課程體系中，學(xué)生通過虛擬環(huán)境下的漫游認(rèn)知、實(shí)操練習(xí)、理論計(jì)算及設(shè)備性能分析等環(huán)節(jié)，可加深對(duì)課堂教學(xué)理論的理解，熟悉和掌握暖通空調(diào)設(shè)計(jì)流程及重難點(diǎn)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)模擬仿真為學(xué)生提供了可以操縱、觀察和分析的模型，能激發(fā)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)活動(dòng)的積極性，這種教學(xué)模式能夠迅速提高學(xué)生對(duì)于網(wǎng)絡(luò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的整合能力，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的飛躍[7]。此外，還能提升學(xué)生的系統(tǒng)工程思維及解決工程實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)研究素養(yǎng)。

（二）加強(qiáng)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)

在我國(guó)，校企合作培養(yǎng)“雙師型”職教師資已經(jīng)具備了理論基礎(chǔ)、現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)、政策基礎(chǔ)和關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)，為構(gòu)建校企合作培養(yǎng)“雙師型”職教師資的機(jī)制提供了理論支撐、政策依據(jù)和工作基礎(chǔ)[8]。為此，針對(duì)“雙師型”教師稀缺的現(xiàn)狀，結(jié)合校外專業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，以骨干教師為主體，通過專業(yè)工程師帶隊(duì)，加強(qiáng)對(duì)青年教師和“雙師”型教師的培養(yǎng)。在提高青年教師理論素質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加大青年教師與企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作，對(duì)教師進(jìn)行專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐的培訓(xùn)，鼓勵(lì)他們考取專業(yè)注冊(cè)資格證書。同時(shí)，學(xué)院可與暖通行業(yè)中的企業(yè)建立長(zhǎng)期合作關(guān)系，邀請(qǐng)企業(yè)的專業(yè)人員加入課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，邀請(qǐng)合作企業(yè)中有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的工程師走進(jìn)課堂。具體而言，有以下幾種方式。

1.通過開展形式多樣的實(shí)地考察培訓(xùn)活動(dòng)，提升青年教師的實(shí)踐和教學(xué)能力，并在校內(nèi)定期開展教師知識(shí)技能大賽或課堂競(jìng)賽。

2.利用與建筑工程公司、設(shè)計(jì)院以及設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的交流機(jī)會(huì)，加強(qiáng)青年教師的工程實(shí)踐能力的培訓(xùn)。如，挑選部分青年教師趕赴相關(guān)實(shí)踐基地參與工程項(xiàng)目或技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，掌握先進(jìn)的專業(yè)知識(shí)和技能。

3.邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)工作人員來(lái)校講座，提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教學(xué)質(zhì)量與綜合技能水平。將前沿的科學(xué)技術(shù)與實(shí)際工程案例結(jié)合起來(lái)，強(qiáng)化教師對(duì)理論實(shí)踐的認(rèn)知能力。

（三）形成“理論授課+虛擬仿真+工程實(shí)訓(xùn)”三合一教學(xué)體系

建設(shè)“理論授課+虛擬仿真+工程實(shí)訓(xùn)”相結(jié)合的綜合實(shí)踐教學(xué)體系，應(yīng)從以下幾點(diǎn)著手。

1.采用開放性實(shí)驗(yàn)。放棄原有的學(xué)生被動(dòng)接受的實(shí)驗(yàn)形式，采取開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，提高學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力。

2.設(shè)置綜合課程設(shè)計(jì)。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)宜選取多門課交叉項(xiàng)目，使學(xué)生掌握整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的組成，從系統(tǒng)原理到設(shè)備選型再到系統(tǒng)優(yōu)化控制等，熟悉本專業(yè)與其他專業(yè)的接洽融合，通過課程設(shè)計(jì)強(qiáng)化學(xué)生的系統(tǒng)知識(shí)。

3.校內(nèi)理論學(xué)習(xí)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與校外實(shí)訓(xùn)聯(lián)合教學(xué)。校內(nèi)學(xué)理論，做虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在校外實(shí)訓(xùn)基地將課堂知識(shí)延伸到具體的工程項(xiàng)目。通過觀摩學(xué)習(xí)及動(dòng)手操作，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的印象，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

4.鼓勵(lì)學(xué)生參與校企合作項(xiàng)目。與合作企業(yè)進(jìn)行充分的溝通交流，共同商議校外企業(yè)實(shí)訓(xùn)基地的搭建問題，合理分配校內(nèi)與校外實(shí)訓(xùn)的時(shí)間問題，探討校企合作教學(xué)模式。

三、結(jié)語(yǔ)

通過上述的一系列改革措施，學(xué)生在課堂的學(xué)習(xí)積極性將得到明顯提升，對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的理解和認(rèn)識(shí)也會(huì)更加深刻。在引入仿真模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之后，學(xué)生對(duì)于熱泵系統(tǒng)和空調(diào)機(jī)組的組成和運(yùn)行過程將更加熟悉，參加國(guó)內(nèi)各類設(shè)計(jì)大賽或者挑戰(zhàn)杯的學(xué)生也會(huì)越來(lái)越多。通過實(shí)踐教學(xué)體系的實(shí)施，達(dá)到一些傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)，如培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手、分析解決問題和進(jìn)行科學(xué)研究的能力，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的教學(xué)目標(biāo)[9]。在此教學(xué)模式的教導(dǎo)下，學(xué)生的理論知識(shí)將會(huì)更加扎實(shí)，創(chuàng)新能力也會(huì)得到進(jìn)一步的提高，在畢業(yè)季的就業(yè)高潮中將會(huì)具備強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力。

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［責(zé)任編輯：雷 艷］