建環專業建筑設備自動化課程的教學實踐探索

程建杰+龔延風+張廣麗

摘要：建筑設備自動化是體現建筑環境與能源應用工程專業新內涵的重要專業課之一，具有多學科交叉、實踐性強等特點。為適應“綜合性、寬口徑”的建環人才培養和專業建設的要求，本文以系統論為基礎，對課程的教學內容和教學方法進行了探索，重點探討了課堂教學、課程設計、課程考核等環節的改革實踐。

關鍵詞：自動化;教學體系;專業課程;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0154-02

2012年普通高等學校本科專業目錄將“建筑智能設施（部分）”、“建筑節能技術與工程”專業納入本科專業“建筑環境與設備工程”，專業范圍擴展為建筑環境控制、城市燃氣應用、建筑節能、建筑設施智能技術等領域，專業名稱調整為“建筑環境與能源應用工程”專業（以下簡稱“新建環”）。隨著時代的發展，高新科學技術已經滲透到許多方面，“新建環”作為我國土建領域高級人才培養和科技發展的重要支撐，對人才培養目標從培養單純的工程技術型人才向培養寬口徑的各類復合型人才轉變，重點培養學生的動手能力、創新能力、解決工程實際問題的能力和工程設計能力。這就要求學校人才培養模式要緊跟社會的需求。

建筑設備自動化課程是新建環一門重要的專業課程，教學內容包括暖通、控制、信號分析、網絡等知識，有很強的學科交叉特點，是培養學生創新能力、科研能力的重要途徑，是新建環專業在新形勢下有著其他專業理論課程教學無法替代的作用。因此，如何通過理論和實踐教學，使學生熟練地運用相關知識解決實踐問題，提高綜合實踐能力、自主創新能力，是教師需研究的一個重要課題。

一、理論教學內容的改革探究

我國建筑設備自動化系統建設已經進入全面發展的階段，尤其是在2013年國務院發布了綠色建筑行動方案，綠建是今后建筑業發展的主要形式，其要求在建筑投入使用后應切實地加強建筑的設備自動化運行管理，從而真正實現建筑節能的目標，這就更加亟須學校培養建筑設備學科與電氣控制學科相結合的復合型人才。但目前綠建的設備自動化系統中存在了一些問題，如工程建設水平、工程質量、設備自動化系統的實際運行效果等，究其根本原因，主要是建筑設備自動化系統建設中，一方面工程技術人才缺少理論研究體系的支撐，缺乏理論指導和科學評價，缺少應用系統觀念研究設備自動化化系統。另一方面欠缺對實際工程的客觀認識，因此如何調整教學內容，使得培養的學生真正具有設計、安裝、調試設備自動化系統的能力是極其迫切的。

我校建筑設備自動化課程的教學經歷了十余年的發展，從教學內容和學時分配兩個方面對建筑設備自動化課程的教學體系進行整體優化，從而提高教學效率和教學質量。調整內容包括理論教學大綱重難點、上課教材和推薦書目、課程設計大綱及指導書、授課模式等方面。

理論教學時數由24課時的課堂教學調整為32課時。因我校該課程的先修課程為“電工電子學”和“自動控制原理”，未開設“智能建筑”、“建筑電氣”等課程，因此學生對電氣自動化專業的相關理論及專業術語不了解，造成學生聽課吃力，理論教學效果不好。調整學時后，一方面教師可以抓住課堂的有限增加的課時數及時補充相關的知識;另一方面針對建筑設備自動化課程涉及了多學科的內容這一特點，要求學生轉變學習方法，主動適應，培養自主學習的意識，在老師的指導下，以點畫圓，擴展知識面，提高學習效率和效果。比如，在教學中涉及到了控制協議的相關知識，在課程中只能簡要地介紹BACnet的知識點，對于其他的協議如Lonworks就要求學生自己去分析理解。教師在課堂講解變水量控制知識點時，就引導學生分析現在工程應用中溫濕度獨立控制中水溫控制的一些問題，請學生查閱資料，分析癥結所在并提出策略。

另外在原有的理論教學中，由于課時數的限制，比較注重對自動控制系統的具體部件的性能教學，如傳感器、控制器的種類及選用，學生感到枯燥無趣，未能有效地體現出控制系統對建筑環境、建筑設備自動化課程對建環專業的作用。而現在的32學時的理論教學中，根據“環境是目的，系統是手段”這一原則，將系統原理應用于建筑設備自動化教學中，建筑設備自動化按照系統等級層次原理和系統與環境的互塑共生原理，建立建筑設備自動化的教學理論體系。在充分理解掌握服務對象的特性要求基礎上，分析控制系統的內擾和外擾，使學生充分認識到設備自動化系統不是孤立存在的，從而提出合理的控制策略和方案，完成控制系統的設計。通過理論教學，要求學生掌握智能的熱濕環境、光環境、聲環境、空氣品質等智能物理環境的要素。

總之，以教材基礎，課堂理論教學教學為引子，在建筑大系統的高度，使學生充分了解基本理論的含義，認識到課程在專業培養中的地位，同時外延到工程實踐，最后再回到理論，進一步提煉知識點，由淺入深、層層深入，逐步實現教學目標。

二、實踐環節的教學內容改革

實踐教學環節的設置，可以合理分配課堂理論教學和課程設計的內容，使理論教學與實踐教學相互融合，相得益彰，培養學生運用所學理論解決實際工程問題的能力。因此本校根據教學研討，在2010級培養計劃中增加了8個學時的上機課時，主要是學習軟件Matlab，針對簡單案例進行簡單的仿真，學生未能建立起對設備控制系統的全面認識。為了能夠系統地認識設備系統，尤其是暖通空調系統的子系統冷熱源、輸配、末端之間的耦合關系，本校在2012級的培養計劃中在增加了為期2周的課程設計，從而進一步鞏固所學的理論知識，培養學生綜合運用理論知識，獨立分析和解決實際工程設計問題的能力。

本校主要從培養模式、命題、指導方式以及考核方式進行了改革。在培養模式上采取請進來和走出去相結合，即將相關企業的工程師們請到學校來，給學生進行針對自控設備、系統調試等內容的實踐指導，并鼓勵學生到企業或者相關的設計院進行工程實踐能力的訓練，以盡可能地避免閉門造車。

對于課程設計的命題盡可能體現多元化、寬口徑。一方面教師確定選題范圍，同時鼓勵學生根據自己的興趣自己命題。因此結合我校的專業特色以及社會的需求，課程設計的主要選題范圍包括：建筑內外擾的仿真模擬（如基于Modelica和Dymola等開放性軟件）、暖通空調系統的測控系統的設計，如冷水機組、熱交換站、VRV多聯機、VAV變風量空調系統、風量空調系統、冷卻塔、風機盤管加新風系統、蓄冷系統等的自動化控制（DDC控制系統、PID控制系統）等。

在指導過程中注重學生工程實踐能力的培養，改變以往答疑的指導方式，將課程設計分成三個階段，采取集體講解與個別指導相結合，工地實習與課程設計相結合的方式，引導學生高質高效地完成設計。

為了更科學、客觀地評定學生的設計成績，從五個方面綜合進行評價：設計方案、圖紙繪制質量、設計說明書、答辯情況、獨立工作能力和團隊協作能力。其中答辯的組織形式，采取按設計小組進行答辯的方式，每組推選一名學生用15分鐘的時間簡要地陳述全組課程設計情況，然后組內共同討論，回答指導教師提出的問題。教師先根據小組的整體設計情況，評定出小組成績，然后再根據組內每個成員的完成情況，進一步給出每個成員的成績。

課程設計教學體系改革后，學生組成團隊完成設計，指導教師則充當團隊的教練，從入門、設計制圖一直到編寫設計說明書全程跟蹤指導。這種方式充分調動了學生的積極性和主動性，有利于學生創新能力和工程實踐能力的培養。

三、結語

建筑設備自動化作為新調整的建環專業的專業課旨在培養學生利用相關基本理論知識和技術進行建筑設備自動化系統的科研、設計、運行及施工管理的能力，在專業內涵建設中具有重要地位。本位結合南京工業大學建環專業的特點和實際，對建筑設備自動化課程的課堂教學和課程設計等環節的改革內容進行了探討。通過教學實踐發現科學、合理的建筑設備自動化課程有利于全面型、創新型建環人才的培養和新建環專業的發展。

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