基于工程思維能力培養的課程教學探討★

居發禮 余曉平 劉麗瑩

(重慶科技學院建筑工程學院,重慶 401131)

0 引言

隨著計算機及建筑BIM信息化的快速發展，建筑環境與能源應用專業(以下簡稱“建環”)中的許多復雜計算均可由計算機在很短時間內完成，這大大減輕了設計人員的負擔，讓其有更多的時間與精力放在方案比選及優化上，這就要求設計人員不能簡單的停留在制圖層面，應深入理解工程設計各環節、各步驟之間的關系，而目前嚴重缺乏此類應用型人才。為此，特開設《建環專業計算機應用》課程作為培養學生工程思維能力的課程之一。

1 建環工程思維

工程由實體與虛體構成，工程靠實體來構建，但沒有虛體，工程就會變成實體的盲目堆積；反之，工程就只能停留在圖紙上。工程思維是以籌劃為價值目的，尋求多約束問題的合理解決方案，它充滿了折衷與妥協[1]。對于工科學生來說，其經驗知識主要來源于課程實驗、課程項目、假期實習、各種學校及社會實踐活動[2]。現在的學生最大的困惑就是不知道工程是什么，工程活動要經過哪些環節、每個環節要做什么，如何來做，要遵循什么樣的規范，這些內容均需要在教學設計中系統、直觀地通過課堂教學活動讓學生了解、認知。建環工程主要是利用各種技術與設備優化集成系統以滿足建筑環境需求，進行資源、技術和設備的選配，追求相對合理的方案而不是最佳方案。建環專業計算機應用教學中較難把握的是如何培養學生的工程思維能力，不能僅僅讓學生被動地參與模擬項目的訓練，而是要在教學中創造條件訓練和引導學生去思考、總結和分析，形成把握工程設計的思維能力[3]。

2 工程思維指導下的課程教學思路與設計

2.1 課程教學思路與內容

以往的建環專業計算機教學往往針對某一軟件進行，這樣的教學往往是技能教學，并不能很好的培養學生的工程思維能力。工程思維能力建立在計算能力培養之上，又高于計算能力[4]。工程思維能力的建立和培養最重要、最核心、最關鍵的問題在于工程觀念的樹立[5]。本課程的教學思路立足于暖通空調工程，每位同學在課程第一節課領到一個小項目作為分析對象，基于該工程項目進行軟件學習、聯合使用和工程分析。該課程的教學內容框架如圖1所示。

2.2 課程教學安排設計

課程教學設計按照工程思維要求，采取了符合工程認證要求的課外課內學時不低于0.5∶1的配比要求，課程安排32學時，并按照1∶1配比設置課外學時。課內在計算機房上機練習，課外主要為建環工程分析軟件自學與訓練，借助于“互聯網+”平臺的“課堂派”進行監督，實現實踐作業提交、批改與交流輔導。

3 教學效果

3.1 教學效果調研設計

為了解課程教學效果及學生對該門課程的需求，為后期教改提供支撐，于2017年12月11日～12月22日，對65名學生利用問卷進行網絡調研。教學反饋表如表1所示。

表1 教學反饋表

3.2 調研結果及分析

1)對專業基礎理論知識鞏固。

有66%的同學認為該門課程對專業基礎理論知識鞏固作用較好，37%的同學認為一般。這是由于在教學時，教師均先簡要講解建環工程系統的每一部分的專業理論知識，然后再進行軟件操作應用于工程分析的講解，實質上是對所學專業基礎知識的鞏固教學。

2)對課程設計的幫助作用。

由于《暖通空調課程設計》被安排在該門課程之后，因此學習完該門課程后可以直接應用到課程設計中。有78%的同學認為對課程設計的幫助較好，這也說明了課程的前后安排較為合理。

3)對課程內容的認知。

通過學習后有65%的同學想嘗試利用軟件來分析工程問題，表明了該課程對激發學生的學習興趣具有一定的作用，但尚不明顯，需要加強課外的軟件工程應用。由圖2可知，超過80%的同學認為學習軟件的重點為掌握軟件的操作及科學的設置邊界條件，符合實際的邊界條件是正確模擬的前提條件，表明了同學們把握了專業軟件學習的重點。

由圖3可知，同學們對專業分析能力提升程度從高到低綜合排序依次為負荷計算分析、工程系統分析思維、空氣處理過程分析、水力計算與水力平衡、三維制圖能力和室內氣流組織。可以看出，安排在課程前期的內容如負荷計算分析的學習效果較好，而安排在后期的室內氣流組織和三維制圖的效果較差，后期的教學應注重課程內容的均衡性。

4)對教學方式、材料及學習方式的反饋。

在教學方式方面，有80%的同學認為以工程為主線的學習效果好，可以很好的鍛煉和提升建環工程系統分析能力。在學習組織方式方面，有74%的同學認為以團隊形式較好，而有25%的同學認為獨立完成較好。表明了同學們具備了對工程的團隊合作特性的認識與理解，后期的教學更應該強化團隊合作。

本課程采用了“課堂派”進行作業的分發與批改，僅有49.2%的同學認為非常好，有47.8%的同學認為效果一般，有3%的同學認為不好，這反映了此種方式的教學效果并不是太理想，需要改進。由圖4可知同學們對軟件操作視頻和演示與驗證案例的需求較高，達到了80%及以上，而對網絡學習平臺和軟件操作手冊的需求僅60%左右，由此可知，同學們更加注重形象的操作學習與案例教學，后期的教學應加強這方面的教學供給側改革。在課外學時方面，有26%的同學低于2學時，有47.7%的同學為2學時～4學時，有26%的同學大于4學時，由此可知，仍然有大部分同學沒有達到教學大綱要求，需加強課外學時的監督與監督方法的更新升級。

5)課程總體收獲的感受。

有73.8%的同學認為收獲很大，有26.2%的同學認為收獲一般，因此該門課程還有繼續提升的空間，需結合前文所述各方面的內容進行課程的優化設計、內容的更新升級、教學組織的優化等不斷提升學生對課程的滿意程度。

4 結論與建議

1)該課程是站在建環工程思維的角度開設的一門專業實踐必修課，主要訓練學生工程思維下的軟件應用能力，利用計算機模擬分析來了解建環工程。在課程中增加了對工程思維能力的講授與引導，并初步取得了較好的效果。

2)該課程課內機房上機與課外“互聯網+”答疑與交流的教學形式取得了較好的效果。應繼續深化以工程為主線，以小團隊為組織模式的學習模式；改進作業(任務)分配或作業批改模式，做到教師可針對每個小團隊(學生)的成果均能當面溝通指出問題的效果；在教學材料上，建立教改課題，形成課程教學體系，補充軟件教學視頻、案例庫建設等學生關注度較高的內容。

3)課堂教學只是該門課程學習的一部分，還應加強課外自學過程的監督與自學成果考核。利用教學平臺(或學習通)督促學生完成課外學時，建立課外學習效果評價方法與激勵機制。另外需繼續加強專業的外部環境，如利用專業協會在課外培訓CAD，Revit等軟件使用，組織相關專業技術活動與競賽等加強學生的課外學時。

4)課程教學內容與方法還需要繼續深化，深入將軟件學習和專業理論課與實踐課相關聯，構建基于工程項目過程的課程群；并深化建環工程思維能力的內涵，加強學生工程思維能力的訓練，探索較為完善的工程思維教學方法。