新工科思維引導(dǎo)下的人工環(huán)境學(xué)教材改革實踐

丁研

人工環(huán)境學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)學(xué)科的一門核心專業(yè)課程，也是建筑技術(shù)、熱能工程、智能建筑等多個專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有多學(xué)科交叉的特色和本碩博貫通的特點。然而，目前很多高校在該課程的設(shè)置上忽視了對人工環(huán)境學(xué)教學(xué)體系的布局，缺少對專業(yè)性教材的建設(shè)和把握。究其原因：一方面，受傳統(tǒng)教材中專業(yè)領(lǐng)域劃分過細(xì)的局限，教材在更新過程中往往難以全方位結(jié)合最新的研究動態(tài);另一方面，傳統(tǒng)的教學(xué)思路固化于概念與計算模型的介紹，忽略了方法學(xué)原理和知識在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。國家新工科建設(shè)項目的提出，是在新的時代背景下面對新的國際形勢對高等教育教學(xué)模式的指導(dǎo)方案，其既是對高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的促進(jìn)，也對教材的改革建設(shè)提出了新的要求與挑戰(zhàn)。

一、教材改革建設(shè)的必要性

教材既是學(xué)生獲取知識的首要途徑，又是學(xué)生對課程體系進(jìn)行認(rèn)知的重要渠道。作為教學(xué)過程中核心的知識載體，當(dāng)前教材內(nèi)容普遍存在更新速度慢、與時代結(jié)合不夠密切、不能夠適應(yīng)新時代背景下解放學(xué)生創(chuàng)造力的要求等問題。一本高質(zhì)量的教材應(yīng)緊密結(jié)合教學(xué)大綱、課程教學(xué)要求以及專業(yè)特點來進(jìn)行編制，不僅能夠在教材中體現(xiàn)本課程的研究體系和教學(xué)重點，而且能夠在版本迭代過程中根據(jù)時代的發(fā)展和變化不斷對知識進(jìn)行更新，豐富自身內(nèi)涵。

教材改革的靈感來源于新工科思想的指導(dǎo)和筆者在教學(xué)、科研工作中的積累與感觸。筆者認(rèn)為，當(dāng)下普遍采用的教材存在以下問題：

一是教材內(nèi)容與學(xué)生正在或即將從事的科學(xué)研究差距較大，沒有結(jié)合最新的研究成果和發(fā)展動態(tài)。

二是教材靈活性和新穎性不足。先進(jìn)的科學(xué)研究技術(shù)、研究手段和研究理念沒有被引入教學(xué)內(nèi)容。

三是與實際結(jié)合不夠緊密。當(dāng)前教材多以知識講授的方式編寫，只強調(diào)基本概念與工程方法的介紹，卻忽略了方法學(xué)原理與工程技術(shù)應(yīng)用的結(jié)合。

教材改革是教育教學(xué)改革的先導(dǎo)內(nèi)容，脫離教材改革而空談教育方式與教育手段的改革如無源之水、無本之木。為了提高人工環(huán)境學(xué)系列課程的教學(xué)質(zhì)量，亟須開展以教材為先導(dǎo)的教學(xué)改革。

二、新工科的思維體系

新工科理念是為了應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所面臨的新機遇、新挑戰(zhàn)而提出的。從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合、從適應(yīng)服務(wù)轉(zhuǎn)向支撐引領(lǐng)是新工科的重要思想與內(nèi)涵要求。新工科，“新”在對學(xué)科知識交叉后的融合;“新”在動態(tài)中調(diào)整、注重知識的實際應(yīng)用性;“新”在繼承與創(chuàng)新。

新工科背景下，高等教育教學(xué)不應(yīng)僅僅局限于傳統(tǒng)教材的知識傳授模式，更應(yīng)該關(guān)注社會需求，依據(jù)社會需求建設(shè)專業(yè)，依據(jù)國際前沿科技設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)，加強知識領(lǐng)域的融合與創(chuàng)新，將技能化的方法在書本中進(jìn)行傳授。

三、教材改革的創(chuàng)新實踐

新工科的建設(shè)和發(fā)展應(yīng)落腳于新工科專業(yè)建設(shè)及其人才培養(yǎng)，因此，工程教育理念、人才培養(yǎng)模式和教育教學(xué)過程都將發(fā)生明顯的變化。基于新工科的思維引領(lǐng)，筆者通過對基本原理與新技術(shù)應(yīng)用的結(jié)合，在人工環(huán)境學(xué)教學(xué)改革上進(jìn)行創(chuàng)新實踐，打造出了創(chuàng)新型精品教材《人工環(huán)境構(gòu)建原理與技術(shù)應(yīng)用》。

教材應(yīng)該具有作為知識資源的豐富性和典范性，作為媒介的友好性和融洽性，作為教師和學(xué)生共同使用的工具的可操作性。課程既要注重內(nèi)容的知識性、前沿性與先進(jìn)性，又要強調(diào)對學(xué)生研究能力和研究素質(zhì)的培養(yǎng)，從而使課程成為研究生從課程學(xué)習(xí)階段向科研選題階段過渡的橋梁。因此，在教材編制時，除了參照《人工環(huán)境學(xué)》《建筑環(huán)境學(xué)》等經(jīng)典教材中的描述與寫作思路外，筆者還結(jié)合了近年來國內(nèi)外在人工環(huán)境學(xué)方面構(gòu)建的前沿研究領(lǐng)域發(fā)表的代表性學(xué)術(shù)論文。此外，在熱濕環(huán)境、空氣環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境等傳統(tǒng)人工環(huán)境的內(nèi)容基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步增加了建筑環(huán)境和能源應(yīng)用計算機仿真技術(shù)的章節(jié)。結(jié)合新工科思維所打造的教材具備以下特點：

（一）以新工科思維為先導(dǎo)

教材改革的創(chuàng)新實踐以新工科思維為先導(dǎo)，致力于通過“理論—方法—技術(shù)—案例”所建立的邏輯編撰思路，形成創(chuàng)新性方法和充實的工程案例緊密融合的示范性教材，使學(xué)生在閱讀學(xué)習(xí)中變被動記憶為主動思考。教材第一章承擔(dān)對教材整體內(nèi)容的匯總和整合，將為讀者展示本教材的主要內(nèi)容和教材講解的側(cè)重點。后續(xù)章節(jié)承擔(dān)對教材具體內(nèi)容的闡釋與介紹。通過層層展開的內(nèi)容介紹，學(xué)生在搭建起基本知識體系框架的基礎(chǔ)上對人工環(huán)境的營造原理和營造技術(shù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)。本教材在編撰過程中秉持技術(shù)終將應(yīng)用于指導(dǎo)實踐的思想，教材中講解的技術(shù)均將在實際案例中進(jìn)行展示，使學(xué)生不僅掌握人工環(huán)境構(gòu)建技術(shù)的原理，而且能對它們的實際應(yīng)用有所了解。

（二）以科研成果引領(lǐng)課程教學(xué)

隨著近年來新理論、新技術(shù)、新工藝的不斷涌現(xiàn)，帶來了建筑技術(shù)的迅猛發(fā)展。作為在新時代背景下面向研究生教育的高等教材，在教學(xué)內(nèi)容上不斷地融入新知識，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，改善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)是其應(yīng)有之義。同時，新時代背景下的變革要求學(xué)校和學(xué)生能夠從關(guān)注當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展轉(zhuǎn)向關(guān)注未來產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展。

因此，教材中通過理論和案例的展示對國內(nèi)外的最新研究內(nèi)容進(jìn)行介紹，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)理論知識的同時對于研究前沿有所涉獵，在鞏固現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上汲取最新鮮的營養(yǎng);通過經(jīng)驗豐富的教師的講解，培養(yǎng)學(xué)生的國際化視野和對科學(xué)研究的興趣，進(jìn)而對研究生未來的科學(xué)研究工作起到拋磚引玉的作用。

（三）將工程案例與技術(shù)原理緊密結(jié)合

傳統(tǒng)教材側(cè)重于理論知識的講解，對技術(shù)原理的實際應(yīng)用不夠重視，雖然理論知識的講解充分豐富，但是無法滿足新工科對教材內(nèi)容的要求、學(xué)生對實踐應(yīng)用知識的需求，自然不利于培養(yǎng)出能夠引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新型科技人才。面對原有教材存在的結(jié)構(gòu)性問題和時代的新需求，本教材針對所介紹的技術(shù)方法均附以國內(nèi)外工程經(jīng)典案例和研究案例的介紹和分析，將案例部分作為理論部分的有效補充與驗證。

如，在教材中通過對被動式建筑的原理講解、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和評價方法的介紹，使學(xué)生對被動式房屋的概念和原理有了系統(tǒng)的了解，進(jìn)而介紹被動式房屋營造中所需要的技術(shù)方法，最后介紹如何將技術(shù)方法應(yīng)用于實際案例。其目的在于使讀者能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，不僅明白技術(shù)方法的內(nèi)在原理，而且掌握如何將技術(shù)方法應(yīng)用于實際，最終在達(dá)到加深對知識的理解與掌握的基礎(chǔ)上豐富讀者的理論實際經(jīng)驗。

通過講解教材內(nèi)的理論知識，還原工程技術(shù)蘊含的基本原理，本教材以實際工程案例評判分析與討論的形式，實現(xiàn)了對技術(shù)手冊、工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及研究論文的綜合把握。此外，通過運用新的教育教學(xué)方法的培養(yǎng)，使學(xué)生跳出“死記硬背”的概念記憶學(xué)習(xí)模式，真正掌握人工環(huán)境的構(gòu)建和研究方法，以及多元創(chuàng)新型的思維方式，為其日后開展科研或從事本專業(yè)工作提供指導(dǎo)。

教材改革的建設(shè)，一方面可為學(xué)生搭建起與國際化研究接軌的平臺，另一方面也可為教師搭建起實踐教育教學(xué)新方法的實驗平臺，進(jìn)而為高等教育與行業(yè)發(fā)展的對接貢獻(xiàn)力量。

教材是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的第一手資料。在新工科理念的指導(dǎo)下，教材內(nèi)容不僅應(yīng)囊括本課程的重點內(nèi)容，而且應(yīng)緊跟時代潮流，結(jié)合當(dāng)下最新的技術(shù)和觀念，為學(xué)生展開一幅磅礴美麗的專業(yè)畫卷。學(xué)生不僅能從教材中獲得必須的專業(yè)知識，而且能在與教師的交流討論中培養(yǎng)自己的邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。

在新工科改革的背景下，筆者希望通過教材改革的創(chuàng)新實踐真正培養(yǎng)出學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，為學(xué)生日后獨立開展科研技術(shù)工作打下堅實的基礎(chǔ)。