工程類專業實踐教學嵌入理論課程教學的探索——以建筑環境與能源應用工程專業為例

張春枝 尹寧波 陳 敏 劉冬華

工程類專業實踐教學嵌入理論課程教學的探索——以建筑環境與能源應用工程專業為例

張春枝 尹寧波 陳 敏 劉冬華

（武漢科技大學 武漢 430065）

以建筑環境與能源應用工程專業為例，闡述了該新工科專業的實踐教學環節的設置，結合專業課程設計實踐環節，分析了該教學環節存在的問題。通過綜合分析國內部分高校已進行的改革，提出將實踐環節教學任務分解嵌入到理論課程教學環節中，將在形式上相互獨立的課程進行有機融合。在理論課程中學生以項目式學習專業知識，既可加深對專業知識的理解，也可強化專業的系統性與團隊合作精神，提高學生實踐能力。

新工科；實踐教學；專業課程設計；系統性

0 當前社會對工科專業人才的需求

隨著我國時代新經濟的發展，社會對工科類人才也提出了更高的要求。相對于傳統的工科人才，未來社會發展需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才，不僅在某一學科專業上要學業精深，而且還應具有“學科交叉融合”的特征；不僅能運用所掌握的知識去解決現有的問題，還要有能力學習新知識、新技術去解決未來發展出現的問題，對未來技術和產業起到引領作用。社會對工科人才的高要求決定了高等教育改革的方向，確定了新工科專業的人才培養的主要內涵，即“以需求為導向，開放辦學，培養應用型復合人才[1]”，與各類交叉復合型“卓越工程”科技人才[2]。

新工科專業主要指針對新興產業的專業，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等相關工科專業。建筑環境與能源應用工程專業（簡稱“建環”專業）屬于教育部定義的新工科專業之一，又屬于工程類專業。對于工程類的新工科專業，國外工程類高等院校在二十世紀八十年代就開始了“強調工程實踐能力”的高等工程教育改革，為了保證高等工程教育質量、實現教育水平和工程執業資格相互協調，美、英、德等國家開始實施工程教育認證。1989年，由美國等6個西方發達國家發起和簽署了針對本科高等工程教育的《華盛頓協議》。我國于2016年正式加入了《華盛頓協議》，成為該協議的第18個正式成員[3]。按照《華盛頓協議》的要求，我國的專業評估逐漸向專業認證方式過渡。認證標準強調了對學生實踐環節的教學，從實驗教學(認知性、驗證性、綜合性和設計性實驗)到課程設計、畢業設計的選題和內容，從師資隊伍的工程背景到實驗條件與實踐基地，都做出了詳細的規定。同時，進一步強化了以工程實踐能力為目標的教育培養要求。本文以建環專業的實踐教學環節為例，對如何強化該專業人才實踐能力的培養進行了探討。

1 建環專業實踐教學環節的設置與問題

1.1 建環專業實踐教學環節的設置

工程類專業實踐教學環節大致都設置了實習、實驗和設計三類教學環節，其中實習主要包括了金工實習、認識實習、生產實習和畢業實習四個環節，后三項可以稱為專業實習，實習時間和學分根據學校各專業培養方案不同而有所不同，通常金工實習安排在第一學年完成，認識實習安排在第二學年完成，生產實習安排在第三學年第二學期或第四學年的第一學期完成，畢業實習通常結合畢業設計，安排在第四學年最后一個學期完成；實驗教學環節根據課程設置有公共課基礎實驗、專業基礎實驗和專業實驗等，實驗教學環節通常根據開設課程來安排完成；設計根據課程設置有公共基礎類設計、專業課程設計和畢業設計等環節，除畢業設計外，課程類的設計，大多是課程結束后進行的集中設計，本文討論的重點為專業課程設計如何嵌入到理論課程教學中。

1.2 專業課程設計面臨的問題

專業課程設計要求學生綜合應用所學基礎理論知識和專業知識，在教師指導下獨立、全面地完成規定的課程設計任務。專業課程設計既是對相關課程教學效果的檢驗，也是進一步提高學生動手能力及綜合素質的重要教學環節。這一教學環節要求學生將理論知識與實際工程相結合，將自己所學知識融會貫通，在完成課程設計任務的過程中，了解設計的內容、方法和步驟，增強收集資料、理論聯系實際的能力，培養學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，提高學生對未來工作的適應能力。設定的目標很好，但實施時結果往往差強人意。

1.2.1 設計起步難

傳統的課程設計是在每門專業課上完后，利用一到兩周的時間完成該門課的課程設計任務，由于課時少、時間短，設計內容往往受到限制，甚至有些學校把課程設計統一安排在大四上學期，距離專業課上完的時間較長，學生對專業課內容較為生疏，都會影響課程設計的效果。學生對所學知識的遺忘和掌握的不牢固，以致設計之初，難于進入設計狀態，往往需要3～4天才能進入設計狀態，導致設計進度緩慢，不能按時完成設計。

1.2.2 學生對設計缺乏系統性認識

根據課程而設置的課程設計，人為分割了課程之間的聯系，使得學生對設計缺乏系統性認識。例如，將空調工程課程設計與制冷技術的課程設計分開設計，則學生無法將冷熱源機房與建筑內空調系統聯系到一起，設計時，對制冷機房冷水系統的分集水器不知該如何設計。對于建環專業而言，無論是空調系統還是供暖系統，都是與冷熱源機房相連，冷熱源側與用戶側是不可分割的整體，系統設計應該有整體的理念，而這正是根據課程而設置的課程設計無法做到的系統化。

1.2.3 學生對設計規范的忽視

在課程設計中，學生喜歡用教材作為參考書，而忽視了參照設計規范做設計。原因是教材可以做到人手一本，而紙質版的設計規范無法做到，查詢電子版的設計規范不如翻看教材更直接方便，故通常導致學生的設計方案或者設計參數取值不合理。

1.2.4 對設計成果的輕視性

由于課程設計時間短，設計內容相對簡單，學生缺乏系統性認識，查閱設計資料不夠充足，對工程認知不充足，故設計方案單一，設計成果錯誤較多，學生的實踐能力沒有得到較好地鍛煉，并促成抄襲和應付現象。意在通過課程設計鍛煉學生運用專業知識解決實際問題的技能，為畢業設計環節在計算、繪圖、查閱資料以及解讀規范等打下基礎，其目的難以實現。

2 不同高校的建環專業對課程設計教學環節的改革

課程設計這一教學環節的設置意在指導學生將理論知識與實際工程相結合，將所學知識融會貫通，能夠在培養學生獨立分析和解決工程實際問題的能力的同時，也培養學生的創新精神和團隊合作意識，提高對未來工作的適應能力。

2.1 不同高校已做的改革

（1）北京工業大學

北京工業大學建環專業本科生課程設計安排在大四上學期第四周至十六周共14周，成績總計9學分。課程設計內容主要以“空調制冷”、“供熱鍋爐”課程的教學內容為基礎，要求學生以小組形式分工合作，完成從冷熱源到末端的供暖空調系統的設計[4]。

（2）東北電力大學

該校將四門專業課獨立的課程設計中的聯系緊密的三門課程設計整合為一個大系統設計，即給學生布置一個大系統設計題目，具體內容包括包含三個主要方面：“冷源設計”、“空調系統設計”、“供暖系統設計”，三個方面之間互相聯系，如按照供暖系統所需的熱負荷來設計熱源系統，按照空調系統所需要的冷負荷來設計冷源系統等，設計周期為6周。將原本在形式上相互獨立的幾門課程設計進行有機融合，對熱源、熱網、制冷、空調進行一系列的設計，最后形成相互聯系的完整的系統，這樣不但避免了以往設計中重復性工作，更有利于學生對設計過程整體的把握。將該設計模式應用于本科生的實踐教學過程，取得了良好的效果[5]。

（3）南華大學

該校針對建環專業水、電、暖緊密結合的特點，課題組提出了水電一體化、冷暖不分家和風系統、水系統并重的課程設計總思路，將相關課程中涉及冷暖、水電、風和水系統等分別綜合設置課程設計內容，即提出了空調冷熱源課程設計、建筑水電課程設計和暖通空調設計（包括風系統設計和水系統設計）。三大課程設計內容涵蓋了冷熱源工程、暖通空調、建筑電氣、通風工程、建筑消防設備、建筑給排水等多門專業課程，體現了綜合性和系統性；同時課程設計內容上緊密結合節能減排和低碳設計的思路，體現了時代性和應用性[6]。

（4）西南石油大學

西南石油大學建環專業開設的課程設計主要包括《燃氣輸配》、《空氣調節》、《供熱工程》、《冷熱源》、《燃氣燃燒與應用》、《站場設計》，根據課程設計管理的內容、特點，把PDCA循環理論運用到課程設計管理中去，對課程設計管理進行研究，對課程設計不同階段進行PCDA階段劃分、定位，探索出一套基于PDCA理論的專業課程設計全程質量監控體系，使課程設計的質量控制更加可控、有效，進一步提高本科生教學質量[7]。

（5）湖南工業大學

對分散在三個學期的8個單一課程設計進行優化整合，全部調整到第7學期，除燃氣貯存與輸配課程設計、燃氣燃燒設備課程設計單獨設置外，將其他6個單一課程設計合并成暖通空調工程綜合課程設計、建筑供熱與給排水綜合課程設計，通過綜合課程設計改革，進一步提高學生的專業實踐技能[8]。

（6）中國礦業大學

該校改變課程設計模式，采用專業課教學與課程設計同步的方法，在學生學習理論知識的同時布置課程設計任務，讓理論知識與實際應用能夠更加有效結合在一起，使學生在學習理論知識的過程中更加有目的性，同時也能提高學生學習的積極性[9]。

筆者所在專業也做了類似上述學校的改革，將原來獨立的空調工程課程設計與制冷技術課程設計合并為空調制冷綜合課程設計，將供熱工程和鍋爐與鍋爐房課程設計合并為供熱工程綜合課程設計，保留了通風工程和施工組織預算獨立課程設計。

2.2 對課程設計改革后所取的效果

通過課程設計整合后，學生在各個方面都有了很大的提高，學生能將自己的專業知識與理論進行有效的結合，能夠全面考慮問題和實際工程的需要，將自己的理論知識與實際工程更好的結合。其次，提高了自主學習以及分析問題解決問題的能力，學生通過自己動手，收集資料，查閱規范，與同學探討等方式，不僅僅加深了對專業知識與行業規范的了解，更加強了自己獨立分析和解決問題的能力，還培養了團隊合作能力與教師的溝通能力，學生通過團隊合作，使得學生能夠更好的培養團隊意識[4-9]。

3 課程設計嵌入理論課程教學的探討

盡管很多學校做了課程設計的整合，初見成效。但是有些問題仍舊沒有解決，比如學生進入設計狀態的緩慢、專業知識的遺忘和系統概念缺乏等這些問題仍存在，如何更好地解決這些問題，并能讓學生更加深入地學習專業課程知識，筆者認為只有將課程設計嵌入到理論課程教學中，方能解決上述問題，下面將以本校建環專業的空調制冷綜合課程設計為例進行闡述。

3.1 專業課程設計與理論課程之間的聯系

空調制冷綜合課程設計是將空調工程和制冷技術兩門專業課程的課程設計綜合而成，內容上是一個小型的空調工程畢業設計，這個課程設計以建筑環境學、流體輸配管網、空調工程、制冷技術和暖通CAD課程的知識作為基礎，因此該設計的安排是在這五門課程授課完成之后進行。該綜合課程設計的主要內容與各門課程之間的關系，如圖1所示。

圖1 空調制冷綜合課程設計內容與專業課程之間的關系

3.2 專業課程設計嵌入理論課程教學的解決方法

將專業課程設計嵌入到理論課程教學中，目的是探索教學—設計—實習三者交互進行的教學模式，改善當前各環節獨立、效率與效果低下的現狀，也為了讓學生在課程學習的過程中，就能將所學知識加以利用，則如何將專業課程設計嵌入到理論課程教學中？下面將分別加以闡述。

（1）先確定設計任務和設計團隊

首先確定好下階段將要做的課程設計任務，比如，筆者所在的課程設計教師團隊，會提前確定好多套建筑設計圖紙和每套圖紙需設計人數。然后，吩咐班長將班上同學根據圖紙需要進行分組，確定好每個設計團隊，等待各位理論課程老師布置任務。

（2）確定每門理論課程需完成的設計任務

課程設計教師團隊分別將設計任務在自己負責的理論課程中教學中完成，比如：圖紙的導入需在《暖通CAD》課程學習中導入專業軟件（如天正暖通軟件）中，通常導入的圖都是分散非模塊化的圖，則要求學生完成建筑圖的模塊化，使建筑平面圖在專業軟件中為一個圖層，并能鎖定圖層等。依次類推，建筑負荷計算在《建筑環境學》中需學會計算氣象參數和圍護結構參數的選取等。

（3）分階段完成設計任務

設計任務分解到各門課程中后，完成每個階段的設計任務，按作業的形式上交各個任務，成績計入到各門課程的平時成績考核中。

簡而言之，在《暖通CAD》課程階段，熟悉和掌握CAD和專業軟件，并完成建筑的建模；在《建筑環境學》課程的教學的同時，以CAD課程中完成的建筑模型來計算建筑的空調負荷；在《空調工程》課程的學習中，確定空調系統的方案和空調設備的末端選型、氣流組織的計算等設計任務；在《制冷技術》課程的學習中，完成冷熱源的選擇與制冷機房的設計；在《流體輸配管網》課程的學習中，學會管網的水力計算，確定管道的直徑與布置。空調制冷綜合課程設計的任務就分解成各個課程學習階段的任務，這樣不僅可以讓學生充分理解和掌握教師所講授的專業知識，并提高了學生學以致用的能力。隨著專業課程的開設，學生逐步將課程設計的各個階段進行下去，這樣，學生運用所學的知識進行實際建筑的空調工程設計，解決了教學與實踐相脫節的問題；同時，在教學的過程中，可以帶學生現場參觀學習，增加感性認識的同時，增加了學生的理性認識，并且能提高學生學習的興趣，改變當前學習興趣普遍不高的現狀；在學習、設計與參觀的過程中，也增強了師生之間的交流，提高了學生解決問題的能力，也可以促進教師教學水平的提高，教學相長。

將課程設計結合課程教學同步進行，目標性強，與實際工程相結合，不僅可以改善當前這種學時不理解、學完即忘的現狀，還可以加強對理論課程知識的理解。本人在美國KANSAS大學訪學期間，發現將課程與設計相結合的方式，教學效果好，學生學完該課程后，就可以從事相關專業的設計。

4 結束語

實踐教學環節是鍛煉學生從理論學習向工程應用能力過渡的一個重要的環節，是培養學生工程素養的重要部分。而課程設計正是實踐教學的關鍵環節之一，在課程設計過程中，學生圍繞某一題目，按照課程設計任務書的要求，通過查閱資料，確定方案，設計計算，繪制圖紙等工作，進行一次綜合的系統訓練，既可使學生將書本上學到的理論知識應用于實踐，提高其分析問題和解決問題的能力，同時，學生也得到了專業設計方面的基礎訓練，為以后的畢業設計以及將來畢業后的實際工作奠定了必要的、堅實的基礎。將專業實踐教學嵌入到理論課程教學中，實際是采取工程實例目標驅動教學模式，加強實踐教學與理論課程的聯動性，開展了多渠道協同教學,以多種形式完成課程設計任務，最終使學生將所學知識融會貫通，綜合應用，提升專業素質。充分利用實踐教學嵌入理論教學的方法，實現理論教學和實踐教學無縫對接，將是提高學生學習效率、保證教學質量的重要途徑。

[1] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究,2017,(3):1-6.

[2] 陸國棟,李拓宇.新工科建設與發展的路徑思考[J].高等工程教育研究,2017,(3):20-26.

[3] 潘云鋼,付祥釗,陳敏.對建筑環境與能源應用工程專業本科教育培養工程思維的思考[J].暖通空調,2018, 48(4):1-6.

[4] 潘嵩,王新如,李娜,等.建環專業本科生課程設計組織與效果分析[J].教育教學論壇,2016,(9):71-72.

[5] 車德勇,孫佰仲,秦宏,等.建筑環境與設備工程專業本科生課程設計改革與實踐[J].東北電力大學學報,2010, (3):24-26.

[6] 謝東,劉澤華,陳剛,等.基于工程應用型人才培養的地方高校建環專業實踐教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備,2012,(11):51-53.

[7] 張鵬,吳曉南,馬紅艷.基于PDCA的建環專業課程設計教學質量提升研究[J].科技資訊,2017,15(33):124-126.

[8] 王志勇,劉暢榮,寇廣孝.基于工程教育專業認證的建環專業實踐教學體系改革[J].高等建筑教育,2015,24(6): 44-47.

[9] 姚麗,許寬.關于建環專業應用型人才培養的若干思考[J].綠色科技,2016,(17):175-176.

Exploration for Practice Teaching Embedded in Theory Courses of Engineering Specialty——Taking Building Environment and Energy Engineering as an Example

Zhang Chunzhi Yin Ninbo Chen Min Liu Donghua

( Wuhan University of Science&Technology, Wuhan, 430065 )

Taking the building environment and energy engineering specialty as an example, this paper expounds the setting of practical teaching of this new engineering specialty, and combines with the practical teaching links of professional curriculum design, analyses the existing problems in this teaching link, and through comprehensive analysis of reforms that some universities have made, put forward the method of embedding the practice teaching into the theory courses, and decompose the design tasks into each theoretical course, which not only strengthens the students' project-based learn for professional knowledge in theory courses, but also better master professional knowledge. It can also strengthen the links between various courses and systematize the professional knowledge and train team spirit, and truly improve students' practical ability.

New Engineering Subjects; Practical Teaching; Professional Course Design; Systematization

G642.0

A

1671-6612（2020）05-629-05

湖北省教育廳教研項目：土建類專業虛擬實踐教學平臺建設研究（項目編號：2018262）；湖北省教育廳教研項目：基于Web-App的土木類專業實踐教學質量控制研究（項目編號：2015225）

張春枝（1971.6-），女，碩士研究生，副教授，E-mail：576193622@qq.com

2020-01-09