建筑環境與能源應用工程專業現代高素質人才培養探討

陳麗萍 顏承初 龔延風 陸青松 周斌

摘要：回顧建筑環境與能源應用工程專業人才培養的歷程，分析現代建筑業發展對建筑環境與能源應用工程專業高素質人才培養的需求，探討面向未來建筑環境與能源應用工程專業高素質人才應具備的能力，提出建筑環境與能源應用工程專業高素質人才培養的有效舉措。分析建筑環境與能源應用工程專業加強專業宣傳的重要性，并提出強化專業宣傳的方法與途徑。論述專業教學理念應由知識傳授轉變為學生能力培養。闡明將大數據等創新技術納入人才培養體系的必要性，提出利用互聯網教學軟件解決各課程之間知識點交叉銜接的問題。闡述構建完善的專業實訓教學及創新創業訓練體系在人才培養中的作用，提出以畢業設計為抓手，分層次多方案培養學生解決復雜工程問題的能力。

關鍵詞：建環專業;人才培養;創新技術;人才素質

中圖分類號：G642.0; TU-4?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2021）01-0049-07

建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱建環專業）主要涉及采用一系列建筑設備為人們生活及生產營造最佳的室內環境，同時對建筑設備的運行調節進行自動控制和節能控制等內容。

當今智能建造、智慧運維及綠色發展已成為現代建筑業發展的趨勢，特別是隨著計算機技術的發展，以物聯網、云計算和大數據為代表的現代技術應用深刻改變了現代建筑業的發展形態[1]，對建筑內部設備也提出了更多、更高的要求，這就迫切需要培養適應現代建筑業發展的建環專業人才。本文通過回顧建環專業人才培養歷程，探究適應現代建筑業發展建環專業人才應具備的能力，并在此基礎上闡述建環專業高素質人才培養的舉措。

一、建環專業人才培養歷程

我國建環專業的前身是供熱、供燃氣、通風與空調工程專業，最早于1949 年在哈爾濱工業大學由蘇聯專家指導創建，當時專業名稱為“供熱、供煤氣及通風專業”[2]。此后東北工學院（現西安建筑科技大學）、清華大學、同濟大學、天津大學、太原工學院（現太原理工大學）、重慶建筑工程學院（現重慶大學）、湖南大學相繼開設供熱、供煤氣及通風專業。1958年前該專業核心內容偏重于能源的輸配應用，專業知識相對單一，人才培養的重點僅是傳授相關的專業知識。

隨著科學技術的不斷進步，空調系統的應用標志著人們可以不受室外氣候的影響，可自由創造能夠滿足人類生活和工作所需要的室內物理環境。1958年供熱、供煤氣及通風專業分為供熱通風與空調工程及城市煤氣兩個專業。專業的核心內容是實現人工環境的營造，滿足人居舒適健康環境和工藝精準環境的需求。

空調采暖的普及使人們不必再關心建筑本身的性能，因為只要消耗大量的能源就可以隨心所欲地獲得所要求的室內環境，但是這樣的結果是能源的緊缺和資源的枯竭，大量污染物被排放而造成的環境污染和生態環境的破壞。1992年，世界“環境與發展”會議將人類居區納入議題，人居環境科學成為供熱通風與空調工程專業發展的大方向。1998年供熱通風與空調工程專業和城市煤氣專業合并為建筑環境與設備工程專業。傳統的專業基礎課程傳熱學、流體力學和熱力學等無法體現人居環境科學的內涵，而生理學、心理學、氣象學、生態學、城市規劃以及聲、光等與人居環境相關的知識逐步納入建筑環境與設備工程專業的知識體系。建筑環境與設備工程專業人才培養要求學生掌握建筑外環境、室內的熱濕、空氣流動、空氣品質、聲光環境等客觀知識的同時， 還要掌握人的生理和心理對室內外環境舒適與健康的要求。

在可持續發展理念下，2012年建筑環境與設備工程專業再次更名為建筑環境與能源應用工程專業，并涵蓋“建筑設施智能技術（部分）”和“建筑節能技術與工程”[3]相關內容。在實現人工環境營造的同時，建環專業注重建筑能源的高效利用。專業內涵的變化必將帶來人才培養要求的調整，目前建環專業人才培養的目標是：要求學生通過了解中國能源資源狀況和社會可持續發展相關的法律法規，建立可持續發展理念，在建筑環境工程設計和實施過程中，主動推廣使用節能環保材料[4]。

二、建環專業高素質人才具備的能力

適應現代建筑業發展的建環專業高素質人才應具備的能力：主動獲取知識能力、實踐操作能力、溝通協調與表達能力、創新創業能力和解決復雜工程問題能力等。只有具備這些能力，才能在未來發展中具有競爭力和巨大發展潛力。

（一）主動獲取知識能力

學生在學校學習的時間并不長，教師傳授的知識也相當有限，僅掌握教師傳授的知識對學生未來可持續發展是遠遠不夠的。學生在大學期間主動獲取知識是非常重要的，教師要著力培養學生主動獲取知識的能力，學生將受益終身。

（二）實踐操作能力

在建筑環境與能源應用工程項目的建設、運行過程中會產生大量的數據，這些數據是評價工程能效、環保的重要指標，能為重大項目決策提供可靠參考。因此，建環專業除了培養學生傳統的實踐操作能力外，還要培養學生強大的數據處理技術和計算分析能力。

（三）溝通協調與表達能力

建筑環境與能源應用工程項目在設計、建設、運行過程中涉及人員眾多，各方利益訴求也多有不同，彼此間的溝通協調是項目順利開展的重要前提。教師應采用各種途徑和多種方式，著力培養學生的調查研究能力、語言文字表達能力、組織協調能力、快速反應能力和執行力。

（四）創新創業能力

1998年教育部將原土建類的供熱通風與空調工程專業和城市燃氣工程專業合并調整為建筑環境與設備工程專業。2012年教育部又將建筑環境與設備工程專業、建筑節能技術與工程專業和建筑設施智能技術專業合并為現在的建環專業。建環專業兩次合并更名，說明該專業的內涵與外延都在發生變化。專業本身就在不斷創新發展，可見培養建環專業學生創新創業能力也是專業發展的需要[5-7]。

（五）解決復雜工程問題能力

住房和城鄉建設部高等教育建筑環境與能源應用工程專業評估（認證）對學生“畢業要求”的釋義有12條，其中9條涉及復雜工程問題，可見培養建環專業學生解決復雜工程問題能力的重要性，也說明培養學生解決復雜工程問題能力是建環專業教師的重要職責。

三、培養建環專業高素質人才的舉措

（一）加大專業宣傳力度，增強學生的專業認同感

加大專業宣傳力度，讓學生了解建環專業，對建環專業產生濃厚興趣，這是培養高素質建環專業人才的重要舉措之一。在專業宣傳上一是在關乎國家發展和人類命運的事件中找到關聯點，突出專業建設的重要性。如2020年初全球爆發新冠肺炎疫情，對中國乃至全球產生了不可估量的影響。在防控疫情方面建環專業可發揮專業特色和優勢，開展一些有針對性的研究，如新冠病毒在封閉空間（飛機、高鐵、大巴車、游輪等）內的傳播特性有哪些？集中空調是否會加劇新冠病毒在空間中的傳播？什么樣的通風系統有利于防控疫情？等等。以新冠肺炎疫情這一全球重特大事件為載體，展現建環專業獨特

的社會功能和社會擔當，讓學生了解建環專業的使命，增強學生的專業認同感。

二是通過介紹建環專業對科技發展的支撐作用，使學生對建環專業有更多的了解，增強學生的專業認同感。如建環專業對互聯網、大數據建設和發展所作出的貢獻，如數據機房環境、節能低碳的綠色建筑構建等都需要建環專業的支撐。

（二）建立引導式教學理念

建環專業在人才培養方面應放眼學生的未來發展，以培養學生主動獲取知識能力、實踐操作能力、溝通協調與表達能力、創新創業能力和解決復雜工程問題能力為核心，使學生實現可持續發展。教師的教學理念要由知識傳授轉變為能力培養，要明確知識傳授不是教育的最終目的，僅是人才能力培養的一種載體和方式，人才能力的培養才是最終目的。學生能力的培養，是學生可持續發展的前提，是學生潛能發揮的推進器。

教師的職責不僅是教授知識，更重要的是幫助學生將知識內化為各種能力。教師在知識講授過程中，要通過提出有效的問題來提高學生思考的積極性，引導學生主動發現解決問題的方法，并及時就學生思考過程出現的問題提出建設性意見，讓學生自己不斷修正思維軌跡，最后有效地解決問題。這就要求教師不僅要具備豐富的專業知識，而且還要善于分析和運用知識，并掌握恰當的講授方法，因此教師自身也要不斷學習提高。

（三）建立凸顯創新技術的建環專業高素質人才培養體系

建環專業教育需要以工程技術為依托，以建筑智能化系統為平臺，對建筑環境系統和供能設施進行設計、安裝、運行、維護以及技術經濟分析和管理，這就需要借助大數據平臺。大數據在建環專業的應用主要體現在：建筑負荷預測、末端設備優化、空調系統節能運行等方面[8]，所以要將現代互聯網+下的物聯網、大數據、云計算等創新技術納入建環專業高素質人才培養體系。

表1是南京工業大學建環專業2019級課程結構。建環專業與土木大類課程涉及許多以物聯網、云計算和大數據為代表的現代技術，因此設置包含有大數據理論教學的公共基礎課（如土木工程信息技術）、專業基礎課程（大數據系統基礎）和專業課程（大數據分析與處理、數據挖掘、大數據構架設計基礎等）是非常必要的。南京工業大學數理科學學院2018年新增數據科學與大數據技術專業，對建環專業增設大數據相關課程提供了支撐。從知識廣度來說，建環專業還應增加建筑節能類課程，如建筑節能原理及技術、建筑能效評估、建筑能效管理與節能、太陽能建筑一體化等課程。總之，強化課程的“高階性”“創新性”對培養建環專業高素質人才是非常必要的。

（四）基于學情數據采用以學習成效為目標的教學新手段

上文已論述教師的職責不僅是教授知識，更重要的是幫助學生將知識內化為各種能力。那么應通過何種教學手段來實現呢？學生的學習過程會產生大量的學習數據，應充分利用學生的學習數據以確保學生的學習成效。互聯網的發展打破了傳統的課堂時空限制，如國家精品課、資源共享課、微課、MOOC等的出現，使學生隨時隨地都可以學習，學習變得更加自由[9-13]。超星學習通、清華大學研發的雨課堂教學軟件等都能實時準確收集每一個學生學習狀態的數據。教師通過學情數據的分析及時知曉學生學習的情況，然后

有針對性地開展教學，從而有效地幫助學生將知識內化為各種能力。

多年來，傳統教學模式中各個課程都相對獨立，課程之間的銜接不夠緊密，

以致學生難以把握專業的整體性和系統性，缺乏處理實際工程中多工種、多需求的沖突與矛盾的能力。因此，利用教學數據做好課程之間的交叉銜接問題非常重要。課程之間的銜接可分兩步走：第一步是收集、整理若干學生各門課程課前、課中、課后的學習動態;第二步是將學生各門課程學習動態數據有機地整合起來，提煉相關課程的交叉知識點，在之后的各專業課程教學中要相互顧及這類知識點，以培養學生綜合運用專業知識解決復雜工程問題的能力，全面提升學生的專業整體素養。

（五）構建完善的專業實訓教學及創新創業訓練體系

實驗教學一直是建環專業實踐教學的重要組成部分，是建立學生工程意識，培養學生知識運用能力、創新能力和實踐能力，提高學生綜合素質的重要載體;同時也是學校開展教學、科研、生產實踐三結合的重要環節[14]。傳統實驗教學存在實驗場地小，儀器、設備數量不足，設備維護、更新換代慢等問題，影響了實驗教學的開展和學生實踐創新能力的培養。此外，

傳統實驗過程中學生只需記錄有關的測量數據，然后進行一般性的處理計算，實驗內容和實驗手段難以跟上專業發展的步伐滿足社會對專業人才能力的要求，學生的專業綜合能力得不到提高。

開展虛擬仿真實驗教學能很好地解決上述傳統實驗教學中存在的諸多問題。南京工業大學建環專業近年積極推進虛擬仿真實驗教學重點項目，完成了空調系統風量平衡虛擬仿真實驗系統建設，實現了理論教學與實踐教學的一體化。空調系統風量平衡實驗內容、實驗方法、實驗設備和實驗技術等緊密結合專業前沿知識，對提高學生素質，促進學生的學習能力、實踐能力和創新能力具有重要的作用。目前，南京工業大學建環專業正在建設虛實結合的樓宇自動控制系統實驗平臺。

除了開展虛擬仿真實驗教學，南京工業大學建環專業還通過大學生創新創業訓練培養學生的實踐能力。“大學生創新創業訓練計劃項目”（以下簡稱“大創項目”）是教育部在“十二五”期間實施的國家級大學生創新創業訓練計劃項目，“大創項目”為學生提供自主實踐、自主學習的平臺，引導學生獨立自主完成實驗。實驗的構思、設計、申報、過程、結論等都由學生獨立完成，教師只起輔助作用。這不僅能提高學生的創新意識，培養學生的團隊協作精神，提高學生的鉆研能力、實踐能力，還能促進學生自主創業。目前，南京工業大學已建立完善的“國家—省—校—院”四級大學生創新創業訓練計劃體系，為培養學生的創新精神和實踐能力提供項目平臺、經費支持、教師指導、教學條件等保障服務。南京工業大學城市建設學院對“大創項目”經費支持力度大，極大地調動了學生的積極性。建環專業每年近80%的學生參與“大創項目”，每年校級立項22項，省級立項4項，其中省級重點（國家級）2項。每年學生申請專利5～6項，發表論文3～4篇，還有學生參加國際學術會議。在此基礎上，遴選優秀項目參與全國“挑戰杯”

和省級大學生課外學術科技作品競賽、節能減排大賽，都取得了優異成績，學生的實踐操作和動手能力有了較大的提高。

（六）以畢業設計為抓手，培養學生解決復雜工程問題的能力

建環專業以培養學生解決復雜工程問題能力為導向，著力培養學生自發、主動鉆研的學習意識，以及獨立、創新的學習精神。畢業設計是培養學生綜合應用所學知識解決實際問題的能力，以及引導學生進行知識創新的主要途徑，是本科人才培養方案中學分比重最大，也是最重要的實踐教學環節，最能綜合反映高等工程教育教學質量與水平。南京工業大學建環專業畢業設計方式分三類：第一類是專業成績最優秀的學生參加CAR-ASHRA設計競賽，以此為依托完成畢業設計。CAR-ASHRA設計競賽的宗旨是推動我國建環專業的教學改革，培養和提高學生工程設計的能力，發現和培養適應專業未來發展的暖通空調工程師。2019年學校組織3名保研學生參加CAR-ASHRA設計競賽，選派指導教師3人，最終獲得全國特等獎的優異成績。第二類是與建筑、土木、建筑電氣、給排水專業學生共同模擬設計院場景進行多專業團隊畢業設計。團隊畢業設計作品多次獲得江蘇省優秀畢業設計獎。在多專業團隊畢業設計中，學生的專業素養與協作意識有了明顯提高，尤其對學生建立大工程理念具有積極的作用。第三類是學生根據教師提供的畢業設計題目進行選題設計。教師提供的題目要求綜合性強、知識覆蓋面較寬，具有復雜工程問題屬性，能使學生受到比較全面的專業訓練，以有利于提升學生解決復雜工程問題的能力。

在畢業設計的不同階段，南京工業大學邀請江蘇省建筑設計院、南京市建筑設計院、江蘇省城市規劃設計院等機構專家講授設計過程和設計方法，并邀請行業專家參與畢業設計答辯，按工程設計標準與規范要求對學生畢業設計成果進行評價，以達到強化學生工程實踐能力的目的。

四、結語

建環專業對人類的健康生活、國民經濟和科技的發展、國防安全起著重要的保障作用。隨著科技的發展與人類認知水平的提高，建環專業的內涵在不斷延展，從最初的“供熱、供煤氣及通風”到現在充分利用自然能源，以最低的能源消耗構建適宜的人居環境和精準的工藝環境。物聯網、云計算和大數據等現代技術造就現代建筑業的發展形態，對建環專業人才培養也提出新要求。建環專業人才培養應緊跟時代科技的發展和社會需求的步伐，充分認識加強專業宣傳的重要性，積極構建具有創新性的人才培養體系，著力培養學生主動獲取知識能力、實踐操作能力、溝通協調與表達能力、創新創業能力和解決復雜工程問題能力，以適應現代建筑業的快速發展。

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Discussion on talent cultivation of building environment and

energy application engineering specialty in civil engineering

category： A case study of Nanjing Tech University

CHEN Liping， YAN Chengchu， GONG Yanfeng， LU Qingsong， ZHOU Bin

（College of Urban Construction， Nanjing Tech University， Nanjing 211816， P. R. China）

Abstract：

The demands of the development of modern building industry for talent cultivation of building environment and energy application engineering specialty after the implementation of civil engineering category enrollment are analyzed. The capacities of high-quality talents of building environment and energy application engineering with competitiveness and great potential for future development are investigated. The efficient ways for talent cultivation of building environment and energy application engineering specialty in civil engineering category are shown. It is pointed out that the professional education of building environment and energy application engineering should broaden the field of vision， rely on hot events at home and abroad to expand professional publicity and enhance students professional identity. The importance of teaching idea change from knowledge-transference to ability training and the necessary of a personnel training system including innovative technology such as big data are explained. The suggestions for solving knowledge link-up between courses by using internet instructional software are proposed. The effect of establishment of training system for innovation and entrepreneurship is discussed. The hierarchical training programs for cultivating students ability to solve complex engineering problems in guiding graduation project are presented.

Key words： building environment and energy application engineering; talent cultivation; innovative technology; talent capacity

（責任編輯 王 宣）