情景模擬教學法在建筑環境與能源應用工程專業實踐教學中的應用

摘要：為了提高建筑類高校學生的實際工作能力，提出情景模擬的實踐教學方法，并以建筑環境與能源應用工程專業為例，制訂了三條執行路線。采用情景模擬教學法指導本科生進行畢業設計，可以使畢業設計組內學生相互配合，培養工作能力和溝通能力，并使學生了解行業信息。

關鍵詞：情景模擬；畢業設計；建筑環境與能源應用；暖通空調

中圖分類號：TU；G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0131-04

一、背景概述

在經濟和科技快速發展的今天，學生如何快速融入社會發展，把握專業發展趨勢，激發學生創造力和想象力，培養實踐能力是關鍵。重慶大學肖明葵等^[1]在大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program，SRTP）中培養本科生的科研能力；北京交通大學文永奎等^[2]在大學生創新實驗活動中培養學生發現問題、解決問題的能力；長江大學劉昌明等^[3]提出“基地實訓—設計院”模式，增強學生的實際操作能力。可見，除傳統教學模式外，各個高校也在尋找新的人才培養模式。

建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱建環專業）屬于土木工程一級學科下的二級學科，屬于土建類專業，目前在全國范圍內需求量大。眾多用人單位面臨職位空缺卻招不到合適人選的尷尬境地。因此，如何培養合格的建環專業人才是一個重要而且緊迫的問題。

傳統的教學模式一般是這樣的：大一學習基礎課，大二學習專業基礎課，大三大四學習專業課，最后通過畢業設計環節，針對某棟建筑設計其空調、供暖、通風系統，達到綜合應用專業知識的目的。這種教學模式下，學生通過課程學習和畢業設計能積累一定的專業知識，但是，在專業能力和實踐能力的培養上存在較大的缺失。整個知識傳授過程是按照學科知識體系進行的，而實踐中會按照工作崗位和環境的要求進行，二者有較大的區別。這也是學生在進入工作崗位后較難及時適應工作要求的一個重要原因。

為此，文章提出情景模擬實踐教學法，通過模擬實際工程項目過程，培養學生實踐能力和溝通協作能力，并幫助他們初步了解行業發展形式，使之在畢業后能盡快適應工作要求。

二、課題實施方法

歐美的工科教學經驗值得借鑒參考。德國大學教育中有1～2年的時間供學生到企業實習工作，因此，德國的工科大學畢業生到企業工作后能較快適應實際工作要求。美國大學雖然沒有專門的學期供學生實習，但是美國學生從小獨立性強，參加社會工作較多，社會經驗較為豐富，再加上美國企業在員工培訓方面較為重視，因此，美國的畢業生也與社會需求較為吻合。

中國學生獨立性較差（包括經濟和心理方面）、社會經驗少（中學時期較少有工作和社工經歷），以及對專業實際認識較為模糊。隨著中國的經濟的快速發展，用人單位希望學生能盡快適應工作，而較少單位有耐心和資金對員工進行完善的培訓。目前在中國大學工科教育中，十分重視數理基礎和專業基礎課的教學，口授時間較多，專業實踐課程也僅局限傳統模式，且課時較少。同時，由于專業知識內容多，而且不同的職場發展方向需要的專業知識不盡相同，僅僅通過不同課程的學習往往讓學生感到頭緒眾多，無法從全局把握自身的發展方向。

文章提出的情景模擬實踐教學法，在進行課程設計、畢業設計或者科技創新項目時，抽象出本行業不同類型項目執行流程。學生通過模擬項目執行過程中不同公司的職能，認識實際項目執行過程，不僅能學習和運用知識，而且通過近似于實際項目的設計過程的鍛煉，提高實踐能力，了解本行業不同類型公司之間的定位與職責，并對工程實施過程中可能遇到的問題形成一定的概念，在實踐中提高專業能力，鍛煉實踐能力。

根據建環專業的特點，文章將該專業畢業生在社會中的工作項目分為三類：普通工程建設類項目、綠色與節能類項目和研究類項目。下面分析了三種不同項目的特點，并設計了各自的項目執行技術路線。

（一）普通工程建設類項目

工業與民用建筑類項目是大部分建環專業學生的主要工作內容。按照工作中的不同角色，將這個項目的實施路線制訂流程（圖1）。

項目中由教師扮演甲方的角色，制訂項目定位與計劃書。將學生分為四組，分別是咨詢公司、設計院、施工單位與設備公司。其中，咨詢公司根據甲方的項目定位與計劃，為甲方提供項目執行策略、方案設計以及施工監理服務。設計院根據咨詢公司的要求，完成施工圖紙與設計服務。施工單位根據甲方要求和設計院圖紙，在咨詢公司的監督下完成施工內容。設備公司負責提供滿足實際需要的設備；或者是由能源監測公司在咨詢公司、設計院的配合之下為甲方提供工程項目的能源監測方案、圖紙及監測驗證計劃。

在項目執行時，代表咨詢公司的學生的職責通過方案設計、模擬分析等手段來體現，并需要協調其他單位積極完成項目。代表設計院的學生的職責較為明確，與建環專業傳統設計內容基本一致。代表施工單位的學生的工作可以通過建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）軟件，通過計算機仿真施工過程來實現。代表設備公司的學生，需要對建筑設備系統作細致了解，根據設計單位的要求為該項目提供合理的設備，并為咨詢方提供設備價格和概預算，以便進行方案優化選擇。代表能源監測公司的學生，需要根據項目的具體情況，設計項目能源監測方案，編制能源監測軟件，并制訂能源系統的監測—驗證計劃。本項目的成果是業主需求書（POR）、項目設計圖紙、施工組織方案及其在BIM中的實現、設備及材料供應清單、能源監測軟件、圖紙等。

在項目執行過程中，通過與“合作單位”的共同協作完成項目，在實踐中了解本工作職位對專業知識的需求，培養學生的溝通能力，以及整個工程建設中各不同公司的職能、工作內容，提高實際工作能力。項目本身可以是實際或者虛擬的公共建筑、住宅建筑或者工業建筑中暖通空調與防排煙系統的工程內容。

對工程項目設計、建設有興趣的學生可以選擇普通工程建設類項目。

（二）綠色與節能類項目

在近幾年國家提倡節能減排的大背景下，綠色與節能類項目增長很快。綠色建筑公司、節能評估公司以及節能改造公司近幾年也吸納了較多的建環專業畢業生。因此，文章將綠色與節能類項目作為一類主要的項目類型，在完成項目的同時，能較多地了解這類項目的特點，以及執行過程中可能遇到的問題。

如圖2所示，項目中由教師扮演甲方的角色，制訂綠色建筑項目或者節能改造項目計劃書，并將學生分為四組，分別是咨詢公司、節能公司、施工單位與設備公司。其中，咨詢公司則根據甲方的項目定位與計劃，通過技術方法如軟件等為甲方提供按節能公司設計的方案進行的綠色建筑項目評估、能源審計、節能改造潛力評估等服務。節能公司根據咨詢公司的所制訂的項目方案以及甲方的要求，完成節能改造項目實施方案與設計服務或改造工程設計服務。施工單位根據甲方要求、咨詢公司的改進方案和節能公司的實施方案，在咨詢公司的監督下完成施工內容。設備公司則負責為項目提供符合標準和改造要求的設備。本項目的成果有節能公司的節能方案設計說明書、綠色建筑評價報告與能源審計報告、綠色建筑材料與設備清單及其概預算、節能改造工程在BIM中的實施方案。

項目本身可以是實際或者虛擬的綠色建筑評估項目。節能改造項目應選擇實際的節能改造項目，以供學生在項目中進行現場調研、能源審計等工作。

對建筑節能和綠色建筑感興趣的學生可以選擇綠色與節能類項目。

（三）科研類項目

在科研類項目中，教師扮演科研主管機構的角色，制定本年度研究項目指南與計劃，學生向科研主管機構遞交研究項目方案，申請成功后開展研究工作。

科研類項目的成果根據內容不同，形式和協作單位可有所不同，具體操作時應根據實際內容分別對待，此類成果一般為較高水平的科研項目申請書、綜述研究報告、科研報告或論文。

對解決工程實際中遇到的基礎問題感興趣，且有志于讀研究生的學生可以選擇科研類項目。

三、實踐內容及成果

情景模擬實踐課題的執行周期為3～6個月，實踐對象為大四學生。在大四上學期選擇實踐內容，準備就業的學生可以在前兩種項目中選擇，準備讀研究生的學生建議選擇科研項目。

筆者按情景模擬實踐教學思路，在2012年畢業設計環節中進行了嘗試。在實際操作中，采用了普通工程建設類項目模式。共有三位學生參加，其中：一位學生代表咨詢公司，負責能耗模擬與系統調試計劃的工作；一位學生代表設計院，負責空調系統設計工作（也是傳統建筑環境與能源應用工程專業的畢業設計內容）；一位學生代表能源監測公司，負責建筑能源監測系統的設計及測量與驗證（Measurement and Verification，MV）計劃的制定。

在課題實施過程中，前期由咨詢公司和設計院共同制訂出幾種系統方案，咨詢公司對設計院的方案進行能耗模擬和改進，通過經濟技術分析，選擇最佳方案。在此基礎上，設計院進行深化，出系統圖、施工圖等圖紙和計算說明書，而咨詢公司則形成建筑能耗報告，并對針對所選用的空調通風系統，按照ASHRAE（American Society of Heating，Refrigerating and Air-conditioning Engineers，美國采暖、制冷與空調工程師協會）標準制訂調試計劃（ASHRAE標準的調試計劃較為全面，且滿足國際要求）。能源監測公司則針對該建筑與系統的特點，設計建筑能源監測系統，設計能源監測系統的界面、接口以及監測程序，并選擇末端監測設備，形成建筑能源監測的解決方案；同時，根據國際節能效果測量和認證規程（International Performance Measurement and Verification Protocol，IPMVP），制訂該建筑的MV計劃。整個工程三個職能不同的公司合作關聯圖見圖3所示。

該項目經過約3個月的畢業設計實踐，甲乙丙三位學生的畢業設計題目等信息見表1所示，通過畢業設計和論文審閱以及答辯，其中兩位學生的畢業設計獲得優秀，一位獲得良好，畢業設計的質量獲得了大部分教師的認可。在畢業設計的過程中，代表咨詢公司、設計院和能源監測公司的學生在畢業設計過程中，不僅要學習專業知識，完成畢業設計，更要相互之間進行合作，才能完成該項目。在畢業設計過程中，學生對行業內不同單位所擔任的角色也有了初步的了解，能幫助他們在工作后盡快進入角色。

四、結語

文章通過對中國學生基本情況和目前高等教育實際情況的分析，提出了情景模擬實踐教學方法，并論證了其可行性和實效性。以建環專業為例，對該專業的實際工程項目進行梳理和分類，分為三種類型，并制訂了每種類型項目的實施路線。

在2012年度的畢業設計環節中，筆者應用情景模擬實踐教學法指導學生進行畢業設計，達到了較好的效果。該方法能切實幫助學生掌握知識、提高能力，提高了他們學習的主動性和積極性，使他們學會了在復雜工作中了解全貌，鍛煉了他們的溝通能力和專業知識的實際應用能力。面對目前工程行業越來越多的大協作、大交叉，情景模擬實踐教學法則是一種適應現代社會運作模式的應用型人才培養方法。

參考文獻：

[1]肖明葵，李英民.在SRTP項目總培養本科生科研能力的探討[J].高等建筑教育，2012，21（2）：91-93.

[2] 文永奎，盧文良，楊麗輝.基于研究型教學的土木工程專業大學生創新實驗活動的探討[J].高等建筑教育，2009，18（6）：122-125.

[3] 劉昌明，曾磊.地方高校土建類大學生設計能力培養模式研究[J].高等建筑教育，2010，19（5）：49-51.

Application of scene simulation teaching method in practice course of built environment and facilities engineering specialty

HAN Xing， HUANG Chen

（School of environment and architecture， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， P. R. China）

Abstract：In order to improve the students’ working ability of building and architecture majors， put forward the practical teaching method of scene simulation. Taking built environment and facilities engineering specialty as an example， three implementation ways are suggested. Using this method， the teachers guide the students’ graduation design， to improve their working ability， communication ability， and obtain more information about the engineering.

Keywords：scene simulation； graduation design； building environment and energy application； HVAC