基于綠色建筑可持續運行理念的工程教育與實踐

周斌

摘要：暖通空調系統能耗占建筑總能耗的比重較大。隨著建筑節能和綠色建筑的不斷發展，暖通空調系統運行中“人”的素質已經成為不容忽視的因素。為了適應時代的要求，培育高素質的公用設備運行管理人才，南京工業大學從教學理念與培養目標、課程群建設與教學體系重構、建設實踐教學基地與實踐教學模式、教師隊伍工程訓練等方面進行實質性教學改革，通過工程教育理論與工程實際的結合，為建筑可持續運行，實現真正“綠色”“節能”提供智力支持和保障。

關鍵詞：綠色建筑；建筑節能；工程教育；實踐教學

中圖分類號：G6420；TU98411文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2016）04000104

工程教育的教育理念、培養目標和教學手段應隨著時代的發展而調整和完善[1-2]。2012年，教育部頒布了《普通高等學校本科專業目錄》和《普通高等學校本科專業設置管理規定》，將建筑節能技術與工程、建筑設施智能技術和建筑環境與設備工程合并為建筑環境與能源應用工程專業（簡稱環能專業）[3]。環能專業是一個既古老又年輕的專業，古老是因為早在1902年威利斯

瘙 簚 開利博士發明空調系統至今，已有113年的歷史；中國該專業的開設也在20世紀50年代。說它年輕是因為新的專業名稱應該具備新的內涵，所培養的人才應該能夠體現時代發展對該專業人才的需求 [4]。為了提高環能專業本科教育水平，同濟大學在對本科生畢業設計環節的教學改革中，發現結合工程設計的“綜合設計知識”教學模塊受到學生的歡迎，學生對“建立工程概念”和“養成工程師素質”的認可度較高，教學效果較好[5]。重慶科技學院以培養學生工程應用能力為出發點，通過校企聯合搭建實驗平臺，促進了學生實踐和創新能力的培養[6]。華北水利水電大學提出了“思維連貫化、技術階段化”的建筑節能人才培養模式[7]。上述建筑節能方面的實踐教學創新對專業人才培養模式的完善和發展有很好的借鑒價值。

隨著城鎮化進程的不斷加快，建筑行業得到了較快的發展。建筑領域的各種新設備、新系統、新技術得以應用。但也應看到，在整個建筑的生命周期內，這些建筑設備帶來大量的能源消耗，給國家帶來了不小的能源壓力。而且公用設備的運行管理存在困境：一方面，對運行管理系統設備的“物業”人員，外界存在偏見，加上從業人員的工資待遇偏低，使得該領域不能吸引高素質的專業人員加入；另一方面，環能專業的本科畢業生實際工程能力有限，缺乏系統思維，不能較好地滿足用人單位的需要。用人單位和本科畢業生之間的這一矛盾如得不到緩解，國家的建筑節能事業將很難可持續發展。

為此，南京工業大學城市建設學院在近三年的專業建設中，從教學理念與培養目標、課程群建設與教學體系重構、實踐教學基地建設與實踐教學模式、教師隊伍工程訓練等方面進行了積極的教育教學改革。

一、培養目標與教學理念

作為江蘇省重點建設高校，南京工業大學成為首批入選“高等學校創新能力提升計劃（2011計劃）”的14所高校之一。在學校“綜合性、研究型、全球化”的建設目標指引下，結合環能專業的學科規律和生源的特點，確立了學生的培養目標，即培養具有創新、創業精神和實踐能力的復合型應用技術人才。培養的學生應具備從事環能專業所需的扎實基礎理論知識，以及發現并解決實際問題的專業技術能力。為了使學生更好地適應工程建設、設計研究院、設備制造和運行等企事業單位的需求，該專業堅持立足江蘇、服務行業、結合國家和地方需求的理念，逐步形成了“以工程設計能力的培養為核心，拓展學生的知識結構，使學生具備社會競爭力；立足江蘇，服務行業，重視學科交叉融合，拓展人才培養平臺，促進專業全面發展”的專業優勢和專業特色。

二、課程群建設與教學體系重構

為了推進“人才培養強基工程”，學校頒布了《南京工業大學關于深化本科教育教學改革的若干意見》（簡稱教改30條）。為了更好地體現南京工業大學環能專業特色，組建了八個課程群，即：（1） 熱質交換原理與設備（32學時）、流體輸配管網（32學時）、建筑環境學（32學時）；（2）專業基礎課：流體力學（64學時）、傳熱學（64學時）、工程熱力學（64學時）；（3）熱工測量與自動控制（48學時）、建筑設備系統自動化（32學時）；（4）供熱與供燃氣工程（64學時）、通風與空調工程（64學時）、冷熱源工程（64學時）；（5）建筑給排水工程（32學時）；（6）工程經濟：施工組織管理（32學時）、設備工程預算（32學時）；（7）任選課程群；（8）三大實踐環節：認知實習、生產實習和畢業實習。根據教改30條縮短授課學時的要求，授課教師凝練課程知識點，在課程教學計劃中設置自主學習學時，結合實際工程項目或課題設置實踐任務，讓學生以小組形式圍繞實踐任務進行學習，期間教師和學生定期進行小組討論。這種項目和問題驅動的培養方式既提高了學生個體學習的積極性、增強了團隊協作精神，也鍛煉了學生分析實際工程特性、發現問題和解決問題的能力。

一方面，為了提高學生學習的主動性和選擇權，學校增加了自主學習的學分和學時，這在一定程度上擠壓了正常上課的學時數。為此，專業教師團隊在梳理知識點、構建上述課程群的同時，通過慕課和微課等互聯網教學平臺，將實驗操作和現場工程案例拍攝成短片進行教學。通過這種方式，使得學生在課余也可使用互聯網進行學習，既保證了教師在較短的課時內完成教學任務，又通過學生事先觀看實驗視頻，確保實驗過程的有序進行。

另一方面，為了體現南京工業大學“工程教育”的特色，讓學生真正學有所獲，專業教師多方收集整理專業素材，形成經典案例集。通過案例和實時采集的建筑節能數據，對具體工程存在的問題，組織學生進行思考和研討，然后由任課教師進行指導解答。通過這種方式，為暖通空調系統的物業管理和遠程故障診斷培養具有系統思維的技術人才。

重構教學體系，旨在構建符合學生未來發展需求的專業教育模式。環能專業的學生主要發展方向有攻讀研究生、就業、創業和出國深造。近五年來的統計數據表明，這些方向所占的比例分別達到10%、85%、2%和3%。考慮到學生畢業就業的實際情況，尤其是近年來本科畢業生的多樣化發展途徑，學院制定了如圖1所示的專業教育路線圖。該路線圖的最大特點是：因材施教。學生在第五學期學完流體力學、傳熱學、工程熱力學和建筑環境學等專業基礎課后，已經具備了基本的專業理論知識。此時，學院組織具有工程實踐能力、行業影響力大、科研能力強的教師組成面試小組，與學生進行深度交流，了解他們的個人興趣愛好和未來職業發展規劃，進而進行有針對性的個性化分類培養，包括：學科前沿課程、復合交叉課程、職業能力提升課程和留學預備課程。這些課程的教學以學生為主體，充分調動學生的主觀能動性，教師和行業專家以授課和講座的方式來開展教學。此外，這些課程的評價指標也不再是基于單一的試卷成績，而是采用課程進行過程中的全過程、全方面和多角度的學習評價方法[8]。

三、實踐教學基地建設與實踐教學模式改革

多年以來，環能專業實踐教學基地都較緊缺，難以滿足教學所需。為了聯系實習場地和工程現場，實習教師團隊需要多方進行協調。實習學生人數較多，實習單位往往很難一下子接納如此眾多的學生實習。2014級之前每個年級達60多人，學校整合土木工程學科設置“節能”專業后，從2015級開始環能專業達90多人。如此多的學生到工程現場實習，往往只能走馬觀花，無法深入進行，實習效果不佳。要提升實習品質、加強學生的工程能力鍛煉，必須重視實踐教學基地的建設與實踐教學模式的改革。

正如上文所述，環能專業涉及政府主管部門、設計研究院、工程建設、設備制造和運行等就業單位，同時還涉及冷熱源主機設備、冷卻塔、風機、水泵、換熱器、自動化、新風系統、空氣過濾、節能裝備等各類系統。為此，學校積極拓展對外聯系和交流，逐步建立并完善以產學研合作為培養模式的本科生創新實踐教學基地。目前南京工業大學環能專業已經與《暖通空調》雜志社、中國制冷學會、中國建筑學院暖通空調分會、江蘇省綠色建筑工程技術研究中心、天加空調設備有限公司、南京市建筑設計研究院、蘇州蘇信環境科技有限公司、蘇州蘇凈集團等合作建立了校外實踐基地。在這些基地，教師不同程度地參與到工程施工、調試、測試和后期的運行維護過程中，了解實際工程存在的一些問題。在學生校外實踐過程中，教師將這些問題提出，結合專業基礎課和專業課知識點，組織學生探討、交流，提升學生系統性思維能力[9]。

此外，如何能夠通過實踐教學模式的改革，提升學生的科學思維能力？這個問題多年來一直困擾著專業教師。在實踐教學中發現學生的系統性、邏輯性、批判性思維能力對應對各類專業難題起著很重要的作用。為此，學校構建校內實訓基地，讓學生參與風機盤管風管的制作和連接。同時，以南京工業大學逸夫圖書館為基地，通過了解圖書館的熱水、供暖、通風和空調系統，引導學生掌握并運用基本的仿真軟件使用技能，包括CAD二維建模、BIM三維建模軟件、DeST或EnergyPlus能耗軟件、CFD氣流組織軟件和Dymola系統控制軟件等，對系統的能耗和環境進行仿真，并將仿真數據與實際運行狀態進行對比分析。然后，根據圖書館所處位置的水文、氣候條件，以及師生進出圖書館的人流量特征，將綠色建筑和節能環保的新技術應用到仿真模型中，對仿真系統進行調試和故障診斷等，進一步鍛煉學生的測試和自動控制能力，提高學生系統思考能力，以及發現和解決工程問題的實際能力。

這種理論+實訓、校內+校外的實踐教學模式，為提升環能專業學生工程實踐能力提供了一條很好的途徑。

四、教師隊伍的工程訓練

在保證教學和科研質量的同時，學院一直重視加強師資隊伍工程設計能力以及解決工程實際問題能力的訓練，即“雙師型”隊伍建設。學院服務江蘇省建筑節能行業，承擔了大量科研課題，是江蘇省建筑節能的主要技術依托單位，為江蘇省建筑節能、綠色建筑的發展提供了強有力的支撐。學院也通過科研工作帶動一批教師的成長，大部分教師承擔過工程設計、節能評估、施工指導、產品開發、項目咨詢、科學研究等工作。專業教師具有豐富的理論知識和實踐經驗，無論是教授專業課程，還是指導學生的實踐活動，都能取得很好的實際效果，對提高人才培養的質量有積極的作用。

需要指出的是，在教師隊伍建設規劃與發展方面，為了提升師資隊伍的工程能力，一方面，通過南京工業大學建設工程技術有限公司和暖通空調實驗室，給新進教師提供參與檢測和調試工程運行期節能評估的機會，通過接觸實際工程，加深教師對冷熱源工程、流體輸配管網等專業課知識的理解。另一方面，著力構建老中青教師相結合的隊伍，以課程群和項目組為載體，組織教師集體探討科研教學，開展互幫互帶。這樣既加強了教師隊伍的團結，又能集思廣益，匯聚集體智慧，不斷提升專業教師的專業水平和業務能力。

五、教學效果

在以往的本科教學過程中未能注重運行節能相關內容的傳授，往往只是基于概念、機理和系統的靜態講解。目前更重視通過系統動態特性及節能潛力分析、數值模擬和系統仿真，幫助學生建立空調系統節能運行的全局觀，使學生獲得了很好的系統性思維的培養，也提高了學生發現和解決問題的能力。在建筑業整體就業形勢不佳的背景下，參與了節能思維和項目鍛煉的學生2016年就業出路都較理想。

近年來，南京工業大學環能專業在教學質量及人才培養方面也獲得了行業和政府主管部門的認可，其中學院教師指導學生參加全國“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽獲得一等獎 1 項、二等獎 1 項、 江蘇省特等獎 1 項；全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽三等獎 1 項； 江蘇省普通高校本專科優秀畢業設計（論文）一等獎 1 項、二等獎 1 項、三等獎 2 項；江蘇省高等學校本專科優秀畢業設計團隊獎 2 項。此外還承擔了各類教學改革項目5項。

針對環能專業的工科特色，尤其是江蘇地區行業的實際情況，學院組織編寫了多部專業教材， 2011 年出版了《建筑節能技術及應用》。2014 年由Springer出版了“Fundamentals of Air Cleaning Technology and Its Application in Cleanrooms”。這些教材內容深入淺出地總結經驗，介紹最新教學改革思路和行業技術信息，拓展了學生的專業視野。

六、結語

互聯網的高速發展給環能專業的教學改革提供了有力的支撐。為了破解該專業工程教育現狀和行業需求之間的難題，南京工業大學環能專業教師團隊結合學校的總體目標，明確了環能專業的定位，并結合學校教改30條構建了專業課程群，并重構了教學體系。在教學體系重構過程中，能夠充分把握學生的未來發展方向，因材施教，構建相應的評價機制。為了提升師生的工程素養，進一步完善了校內外實踐教學基地的建設，著重培養學生的科學思維，鼓勵并支持學生大膽發現并嘗試解決工程問題。重視“雙師型”教師隊伍的建設，為提升課堂教學效果，提高學生的整體工程分析和解決問題能力提供了很好的保障。參考文獻：

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