建筑環境與能源應用工程專業新工科人才培養體系探索

蔡磊 向艷蕾 管延文

摘要：“新工科”是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的中國工程教育改革方向。在此機遇下，傳統的工科專業亟待改革。以建筑環境與能源應用工程專業為例，根據“新工科”人才培養的特點以及建環專業的特色，介紹了建環專業“新工科”建設的思路和措施，并對課程體系改革提出了合理的建議。

關鍵詞：建環專業；新工科；人才培養；物聯網

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2018）05-0009-05

隨著社會的發展，互聯網、物聯網、大數據、人工智能、新材料、新能源等新科技和新商業模式正快速改變著現代工業、經濟社會發展和勞動力市場。國家實施的創新驅動發展、“中國制造2025” “互聯網+”等重大發展戰略及“一帶一路”建設，為中國的創新發展提供了新的機遇，注入了新的動力[1]。為支撐快速發展的新經濟，培養新型工程創新人才，高等工程教育必須進行全面、深刻的改革和創新。“新工科”教育理念應運而生，于2016年提出，經過反復的研討、調研和論證， 2017年正式推出“新工科計劃” [2-3]。按照“新工科”教育要求，傳統的工科專業亟待改革。建筑環境與能源應用專業（以下簡稱“建環專業”）所涉及的燃氣輸配和建筑能源消耗等領域，在互聯網+、物聯網技術的影響下，智慧燃氣和智能建筑等相關產業發展迅猛。為使建環專業學生掌握相關知識結構，華中科技大學建環專業“新工科”建設在傳統工科教育的基礎上，通過多學科支撐、交叉融合與專業結構調整，正努力探索培養高素質創新型工程人才的新思路和新途徑。

一、“新工科”人才培養的特點

“新工科”以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。“新工科”作為一種新型工程教育，其育人的本質沒有變，但對人才的培養要求發生了深刻變化。

（一）“新工科”要求人才培養結構多元化

中國作為發展中國家，對工程技術人才的需求十分迫切。但是，中國產業發展并不均衡，既有勞動密集型產業，也有資本密集型產業，還有知識密集型產業。目前，中國正處于工業2.0和工業3.0并行發展階段，必須走工業2.0補課，工業3.0普及和工業4.0示范的并聯式發展道路[4-5]，因此，產業發展對工程人才的需求復雜多樣，必須健全與全產業鏈對接的從研發、設計、生產、銷售到管理、服務的多元化人才培養結構，同時建立起以人口變化需求為導向、以產業調整為依據的工程教育轉型升級供給機制。

（二）“新工科”要求工程人才培養質量提高

美國工程院發布的《2020的工程師：新世紀工程的愿景》報告中指出：優秀的分析能力、實踐能力、創造力、溝通能力、商業和管理知識、領導力、道德水準和專業素養、終身學習等是未來工程師應具備的素質。2016年世紀經濟論壇報告也特別強調了包括社會技能、系統技能、解決復雜問題的技能、資源管理技能和技術技能在內的交叉復合技能[6]。人才需求的目標不只是專業對口，而是要建立在高質量的人才培養基礎上，以實現提質增效的人才供給效能。順應時代的發展要求，工程人才培養目標應該強調以下核心素養：家國情懷、創新創業、跨學科交叉融合、批判性思維、全球視野、自主終身學習、溝通與協商、工程領導力、環境和可持續發展、數字素養等。

二、建環專業“新工科”特色

學校建環專業在建筑空調及供熱、建筑自動化領域、城市燃氣行業具有較高學術地位及行業影響力，是最早通過專業評估認證的專業之一，是中國最早設立燃氣方向的7所高校之一，通過三十多年的專業發展，已建立較完善的人才培養及學科發展體系，在建筑環境、建筑能源、城市燃氣供應及安全方向具備了較強的學科背景、辦學實力及專業特色，為暖通空調領域及燃氣行業培養輸送人才2 000余人。眾多校友成為企業高管及行業領軍人才，校友在行業內已有很好的口碑及影響力，學校是建筑環境、城市燃氣行業用人單位首選的人才基地之一。

一方面，智慧建筑環境與能源系統隨著人類對建筑內外暖通空調的信息交換、安全性、舒適性、便利性和節能性要求而產生，強調用戶體驗。發展智慧建筑環境理念，能提高人類工作環境的品質，提升建筑的舒適性，降低運行維護成本。另一方面，燃氣設施是城市的重要基礎設施，直接關系到城市的能源安全和公共安全。各大燃氣公司如北京燃氣、深圳燃氣等正積極推進智慧燃氣建設，并將其作為企業升級改造的重要組成部分。智能建筑與智慧燃氣的出現對建環專業人才培養提出了新要求。

目前，建環專業主干課程有自動控制原理、智能建筑、建筑電氣、建筑自動化、供熱工程、燃氣輸配、城市天然氣工程等，均具有與物聯網應用技術融合的空間，為升級改造現有專業平臺，促進該專業與物聯網信息技術的深度融合奠定了基礎。

三、建環專業“新工科”建設思路與措施

（一）建設思路

建筑環境與能源應用工程已被列入“新工科”專業。建環專業需結合人工智能相關學科，形成綜合智能建筑和智慧燃氣的“新工科”方向，為中國在人工智能、建筑環境與能源應用工程交叉領域培養新型專業人才。人工智能、計算機、物聯網、互聯網+在國內外飛速發展，在“新工科”建設中，應將這些前沿科技融入建環專業，對人才培養體系進行升級，建設服務現代智慧建筑環境、智慧燃氣的新興專業方向，實現建環專業向“新工科”專業的轉變。

（二）建設措施

措施一：“學”與“教”的雙向改革

1.重構人才知識體系

對專業課程體系進行整合、改革，加強智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣課程物聯網等前沿知識的拓展。在建環專業學科核心課程體系的基礎上，新增計算機網絡、物聯網、人工智能等相關課程。

智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣是以智能建筑、智能管網建設為基礎，利用先進的通信、傳感、儲能、微電子、數據優化管理和智能控制等技術，實現人工智能與室內外空調環境、建筑樓宇自控、建筑能耗監測與評估，以及天然氣與其他能源之間、各類燃氣之間的智能調配和優化，以提高企業的管理水平和智能化水平。

“新工科”體系下建環專業培養的智能化建設人才應在精通制冷空調、采暖供熱、通風除塵、冷熱源設備、建筑物能源管理和燃氣輸配技術、燃氣場站工藝的基礎上，對建筑設備自動化系統（BAS）的設計調試、建筑物中弱電系統的集成，以及遙控遙測（SCADA）系統、地理信息（GIS）系統、管理信息（MIS）系統有相當程度的了解。

智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣以互聯網+、大數據和云平臺為基礎，依托通信網、互聯網、物聯網、大數據和云計算技術，為了培養掌握智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣的專門人才，需要重構人才知識體系，將傳統的行業知識基礎和新型的計算機技術、信息技術有機結合。

2.構建協同育人新理念

建環專業作為“新工科”專業，面對機遇和挑戰，需要轉變專業教學理念，結合人工智能、新型產業、引領性行業需求和可持續競爭力來培養人才。多專業學科交叉與行業融合協同育人，重視培養學生的創新思維和創造力，錘煉學生品格。將傳統教學模式變為個性化數字化學習，結合學生興趣以及智慧建筑環境能源系統、智慧燃氣要求，綜合考慮目前社會熱點問題（如樓宇自動化、智慧建筑、用氣安全，燃氣設備智能化等），真正落實以學生為中心的育人理念。

3.改革教學模式

目前，在建環專業的人才培養過程中，計算機技術、信息技術等與專業融合不夠，需要在增設物聯網類課程的基礎上，調整相關課程的教學大綱及教學方式，實行課堂教學、課下實驗和課外實習相結合的教學模式，推進研究型、自主型教學，強化學生實踐能力培養。開設研討課，把方法教給學生，實現自主學習、合作學習、探究學習和實踐體驗學習。構建與行業緊密相關的專業物聯網實驗平臺；注重產學研結合，建立3～5個建環物聯網工程實踐基地。

打造開放的學習環境，不單一使用傳統基礎課教材，創建云平臺，使用電子課本、電子書包等，實現學習資源的實時更新和及時共享。加強課程建設，不斷更新教學內容和改革教學方法，使之適應新教學計劃的要求。

措施二：實踐教學與創新創業育人平臺的打造

1.師資及教學條件改革

結合行業需求進行師資及教學條件的改革，支持專業教師進行相關培訓。聘請智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣研發和生產相關人員來校授課，組建專業教師與企業導師相結合的師資隊伍，打造前沿技術型師資。同時，與計算機專業合作，結合行業需求，開設互聯網課程，搭建實驗平臺，提供信息化資源及平臺，提供“新工科”專業教學的實踐條件。

注重實踐教學硬件建設。在實驗教學環節，應加速建筑自動化、暖通空調控制理論、智慧燃氣等相關基礎實驗設備及實驗條件改善。在校外實踐環節，應偏重智能建筑、樓宇自控、智能管網系統方向，讓學生在實踐中接觸實物，加深理解。為保證校外實踐環節效果，讓學生對全產業鏈有清晰的認識，需保證實踐時間的連續性。可根據人才培養要求及企業生產實際，安排寒暑假校外實踐學習。

2.完善創新型人才培養模式

主動與行業企業溝通，加強生產實習基地建設，了解行業動態，爭取課題，讓學生盡可能多參與實際項目。每年的“大創”項目申請，亦可與企業進行深入交流，培育好的項目。對于符合市場需求和具有創新性的項目，可聯系學校相關部門和相關企業為學生在校期間或畢業后提供技術和資金支持，培養學生的創新創業意識。

3. 技術轉移與成果轉化

加強本專業科研團隊在智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣系統的研發力度，增強學生的自主創新能力。增加與企業的合作，進行智慧建筑環境與能源系統、智慧燃氣系統的理論研究與軟硬件開發，努力實現智慧燃氣在智能終端上的應用。

此外，積極與優秀企業對接，搭建創新創業實踐平臺，形成校企產學研合作協同育人體系，成立創新創業實踐平臺，在為學生提供實訓平臺的同時，也為企業提供優秀人才。

措施三：人才培養的“本土化”與“國際化”

1.打造中國特色，扎根祖國大地辦學

“新工科”建設必須堅持面向國家重大戰略需求和國民經濟主戰場，探索同中國歷史、國情、文化相適應，同中國發展的現實目標和未來方向更加緊密的工程教育體制機制。

一方面，2013—2017年中國智能建筑行業發展前景與投資戰略規劃分析報告表明，中國建筑業產值的持續增長推動了建筑智能化行業的發展，未來幾年智能建筑領域的發展前景看好。另一方面，中國的能源利用現狀是以煤炭為主體，天然氣占比僅為6.5%左右，目前天然氣占全球一次能源消費量平均為25%左右。國家發改委提出要將天然氣培育成為清潔能源體系的主體能源之一。2020年，天然氣在一次能源消費結構中的占比力爭達到10%。加快推動天然氣發展，是中國能源結構優化調整的戰略舉措和現實選擇。

結合中國智慧建筑及其環境的發展、能源利用特點以及各地區實際，打造具有中國特色的學科專業；將國家政策與專業教育相結合，實現智慧燃氣的應用與推廣，加快天然氣市場的開拓，讓智慧燃氣之花開在祖國的大地上。

2. 培養學生的家國情懷，構建家國情懷育人體系

家國情懷是對國家歷史、文化的深刻認同和深厚情感。目前，能源結構不合理、天然氣等清潔能源占比小、使用方式落后，因此建筑環境與能源系統、城市燃氣的發展具有極大的發展潛力，需要一大批為建筑環境與能源行業、燃氣行業做貢獻的專業人才。“新工科”建設應將家國情懷融入工程人才培養全過程，增強學生“四個自信”，鼓勵學生走進智慧建筑環境、智慧燃氣企業，走進用戶，深入一線，引導學生為實現中華民族偉大復興的中國夢作出應有貢獻。

3.拓寬國際視野，構建國際工程科技協作育人模式

加強與國際工程科技領域合作，鼓勵學生積極參與國際會議，開闊視野。與國外高校加強學術交流，建立項目孵化平臺，引進先進技術及軟件資源，實現教育的國際化，構建國際工程科技協作育人模式，迎接大數據時代的挑戰。

四、“新工科”及大類招生背景下課程體系構建

在大類招生背景下，根據“新工科”建設的要求，將智能建筑、智慧燃氣方面基本知識及工程技術能力作為人才培養目標之一。在專業分流之前增加互聯網技術基礎、計算機網絡技術及應用、自動控制原理等基礎課程；在分流之后，加強專業主干課程，增設選修課程及實踐課程，突出專業、人才培養定位與特色。對燃氣輸配、城市天然氣工程、供熱工程、建筑自動化等課程教學大綱進行修訂，充實物聯網、遙測遙控、系統控制等內容，增設智能建筑課程設計、智慧燃氣課程設計等實踐課程。

課程體系的改革，還需要教材的更新和完善。建環專業與物聯網技術的融合不應該是簡單的“1+1=2”，而應該是兩個學科有機結合形成的統一體。對此，需對課程教材進行修訂，在傳統主干課程教材中增加“新工科”相關內容。對于沒有合適教材的課程，應以“自主研究開發為主，引進為輔”原則[7]，自行編寫教材，增加工程實踐內容，注重專業新產品、新技術、新思想的介紹，并融合物聯網的思維與技術，搭建新的專業體系。

五、結語

建環專業承擔為建筑空調及供熱、建筑自動化領域、城市燃氣行業培養輸送人才的重任，在“新工科”的機遇下，人才培養理念及方式亟待更新。建環專業“新工科”建設要求將專業傳統課程與物聯網技術融合，通過“學”與“教”的雙向改革、實踐教學與創新創業育人平臺的打造，以及人才培養的“本土化”與“國際化”協同教育模式，打造綜合智能建筑和智慧燃氣的新型專業。

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[7] 牛永紅，武文斐，金光，等. 建環專業課程體系建設及教學改革[J].中國冶金教育，2010（5）：47-48.

Abstract： “New engineering” is the direction of engineering education reform in China based on the new requirements of national strategic development， the new situation of international competition， and the new requirements of moral education. Under this opportunity， the traditional engineering majors urgently demand reform. Taking building environment and energy engineering as an example， according to the personnel training characteristics of “new engineering” and the professional features of building environment and energy engineering， the ideas and measures for “new engineering” construction of building environment and energy engineering are introduced， and reasonable suggestions for curriculum system reform are put forward.

Key words： building environment and energy engineering； “new engineering”； personnel training； internet of things

（責任編輯 梁遠華）