基于能力培養的“建筑自動化系統”教學改革研究

曾慧琴+王永秀

【摘要】建筑自動化系統課程具有多學科交叉、新技術多、實踐性強的特點。為了加強學生的學習興趣，培養學生解決實際問題的能力，提出了關于課程教學改革的思路，即以實際工程案例為線索，通過課堂講授、實驗平臺論證、組織學生討論，課程設計總結進行教學。

【關鍵詞】建筑自動化系統 教學方式 教學方法

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）02-0239-01

1.引言

智能建筑是一種新興建筑，特別是在二十一世紀以來智能建筑已經作為建筑領域的熱點，成為行業中最具有生命力的產業。為了適應我國智能建筑迅速發展的形勢，滿足市場對智能建筑技術人才需求的增長，青島理工大學成立了建筑電氣與智能化專業，培養能夠在建筑電氣與智能化領域從事工程設計與施工、科學研究與技術開發、工程試驗分析以及系統運行管理等工作的應用創新型人才。“建筑自動化系統”課程是建筑電氣與智能化專業的主干課程，包含了多個交叉學科，涉及計算機技術、自動控制理論、檢測技術、數字通信網絡、暖通工程、建筑機電設備等較多知識。

通過多年的教學實踐以及學生的學習效果反映出，建筑自動化系統課程由于多學科交叉性容易使得學生在學習過程中缺少獨立性和系統性，教材中大量的理論知識有讓學生容易感到枯燥乏味。而建筑自動化系統作為智能建筑的應用學科，具有很強的工程實踐性。這就要求教學要培養學生運用所學知識綜合解決有關工程實際問題的能力。傳統的教學模式很顯然不適合本課程的需求，因而有必要對這門課程進行深入研究，共同建設好這門新課程。

2.教學方式的改革研究

傳統的教學方式是先依次介紹相關的理論知識，然后把這些知識應用到工程實踐中去。但由于建筑自動化系統課程屬于多學科交叉互補，相關理論知識眾多，在有限的學時內只能泛泛而談，每個領域都沒法深入，容易使學生覺得知識點支離破碎，沒有系統性，也容易脫離實際問題。或者采取另一種教學方式，不介紹基礎知識，直接介紹各相關領域的應用技術。這樣更像一種技能培訓，學生缺乏知識外延和擴展能力。在工程實際當中，學生無法知道應該應用何種技術。現如今，通信技術、計算機技術、檢測技術、電子和機電設備等領域的發展迅猛，各種控制算法也不斷進步。所以，當學生工作后真正面對工程實踐時，在學校學習的知識或技術有可能已經被淘汰。所以，培養學生解決實際工程問題的能力才是重點。

那么如何安排教學，才能實現堅實的學術研究、知識的擴展外延、前瞻性的引導。建筑自動化課程的特點就是工程和實踐。因此可以用若干個實際工程案例帶出課程的全部教學內容。每個實際工程都會有困難要解決，而解決困難的過程就是課程的學習過程。為了解決困難，學生目標明確的去學習檢測、通信網絡、自動控制等相關方面的知識。在實際的工程中，學生需要了解市場上常用的傳感器、控制器、執行器等設備的價位，性能，提高自己的動手能力。在實際的工程中，學生要掌握相關行業規范，避免以后所做的設計紙上談兵，脫離實際。這種通過實際工程進行課程學習的教學方式是對學生的一種訓練，鍛煉學生解決實際問題的能力，學以致用。下面以建筑空調自動系統控制為例，說明如何通過實際的工程案例來引導學生對課程的學習。

先通過介紹空調自動控制系統的末端設備，如溫度傳感器、濕度傳感器、電動調節閥等，讓學生接觸相關硬件，掌握相關傳感器和執行器的基本原理，了解行業中常用傳感器和執行器的型號與性能。然后通過現場層控制器實現恒溫控制這個實際的工程問題，了解控制器的結構與控制原理，使學生根據分析的結果掌握基本的控制算法，包括簡單的通斷控制、單一參數的閉環控制的控制算法（如PID調節等）。學生可以通過建筑自動化系統教學實驗平臺嘗試用各種控制算法來完成底層局部閉環控制，感受調節過程中各種因素的影響，掌握控制參數的設置。之后再全面的討論新風機組、空調機組的溫濕度控制調節、空調水系統的控制調節以及制冷系統的控制調節，并引導學生利用空調專業知識就變風量末端控制、風機排管末端控制、空氣處理室控制等幾個典型的空調控制問題進行討論，研究上層的控制策略。同時通過對空調控制系統整體架構的介紹和討論，延伸到使學生了解建筑自動化控制的要求、設計方法，以及常見的系統形式和通信網絡的結構與協議。在上述工程實例中涉及到傳感器、控制器、執行器的選型，控制策略的設計、控制算法的調試、控制硬件系統的安裝與施工，內容由淺入深，這種螺旋式上升的教學方式有利于加深學生對建筑自動化系統的理解，體會到控制工程中的實際問題和難點，并學會通過仿真實驗解決工程問題，提高解決實際問題的能力。

3.教學方法的改革研究

（1）課堂講授

課堂上教師結合實際工程案例說明問題的共性，在實際工程中有哪些難點，并簡要介紹解決此類工程問題所需的基礎知識。由于建筑自動化系統課程屬于多學科的交叉互補，所以必定會有一些課程內容與同學們的先修課程的內容重復。比如先行課中的綜合布線、計算機通信與網絡、自動控制原理、檢測技術等都包含一定的重復內容。因此，教師可以不深入講解此類工程問題的各項相關知識，避免重復教學，而只需要在介紹某種常用方案的基礎上指出其他相關研究方向，并鼓勵引導學生對其感興趣的方向深入研究。

（2）實驗平臺輔助教學

為了使學生更好地學習建筑自動化系統這門課程，提高學生的實際動手能力，學院創建了建筑自動化系統教學實驗平臺。對教學中涉及的每個實際工程問題，都設計有相應的實驗。學生可以在實驗平臺上試驗控制算法，考察控制策略在各種可能工況下的運行效果，觀察傳感器誤差及執行器調節精度對控制結果的影響，進而改進控制策略。獲得真正適用于實際工程的解決方案。

實驗平臺輔助教學是綜合培養學生知識、能力和素質的重要環節，可以培養學生的動手能力、創新能力和理論聯系實際的能力。

（3）組織討論

每個實驗完成之后可以組織課堂專題討論。每個實驗小組都介紹自己的設計方案、設備選型，設計過程中遇到的困難。教師引導各個小組對方案進行對比，質疑，引起討論。這樣能培養學生分析和綜合問題的能力，提出自己的見解，培養自學能力。不僅活躍了課堂氛圍，也調動了學生學習的主動性。教師通過學生的討論，可以發現某些學生理解的誤區，及時進行糾正；可以補充課堂上指出方向卻沒有深入講解的知識和方法；可以介紹相關領域的前沿技術，激發學生學習建筑自動化系統課程的興趣。對教師來說，討論課是檢查課堂授課效果、查遺補漏、再次強調授課重點的好機會。

（4）課程設計

課后，安排了兩周的課程設計，需要學生自己動手解決某個與課堂內容相對應的工程問題，畫出控制原理圖，列出控制點表，選擇傳感器、控制器、執行器等設備的型號數量，敘述控制策略。通過同學間討論、與指導老師交流、查閱文獻自學相關領域知識，每個學生在有限的時間內形成一套較完整的解決方案。

4.結束語

建筑自動化系統是建筑電氣與智能化專業的核心課程，與實際工程結合緊密。本文介紹了以實際工程案例為線索，培養學生工程實踐解決能力的教學思路。這種教學思路是多年來對該課程教學經驗和相關科研成果的總結，在摸索中不斷完善。

實踐證明，在實際教學過程中提高了課程的教學質量，獲得了良好的教學效果，培養了學生的綜合素質和各種能力，為學生的畢業設計和以后的工作打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]田文艷.樓宇自動化教學改革淺析[J].時代教育，2012，（13）

[2]江億，姜子炎.建筑設備自動化[M].北京：中國建筑工業出版社，2007