新工科背景下課程體系與教學(xué)模式的改革實踐

●劉宏麗

在新工科大發(fā)展的背景下，工程實踐教育作為理論學(xué)習(xí)與工程實際應(yīng)用的紐帶，是培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力主要方式。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)符合新工科特征，“流體輸配管網(wǎng)”是該專業(yè)的主干專業(yè)課之一，由基本原理、流體輸配管網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)計計算、設(shè)備選型、拆裝實習(xí)等部分組成的一個教學(xué)實踐的課程體系。涉及供暖通風(fēng)、空調(diào)制冷、給水排水、消防等專業(yè)系統(tǒng)，既有理論也有實踐。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備相關(guān)領(lǐng)域流體輸配工程方案制定、設(shè)計與應(yīng)用能力，能夠解決流體輸配管網(wǎng)運行相關(guān)技術(shù)問題，具備相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)安裝、測試、調(diào)試、運行管理與操作能力，同時具備集成創(chuàng)新能力。

一、目前《流體輸配管網(wǎng)》課程在教學(xué)中存在的問題

1.教學(xué)體系缺乏系統(tǒng)性。流體輸配管網(wǎng)是介紹建筑物內(nèi)部及其小區(qū)水、暖、通風(fēng)及燃?xì)狻⑾?、滅火系統(tǒng)等的輸配管網(wǎng)設(shè)計方法、水力計算原理等。原有教學(xué)體系是按照管流水力特性與枝狀管網(wǎng)水力分析、枝狀管網(wǎng)水力計算案例與分析、泵與風(fēng)機(jī)的原理與性能、枝狀管網(wǎng)的動力調(diào)節(jié)裝置匹配、枝狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)分別介紹，學(xué)生完成該課程學(xué)習(xí)之后，不能形成對流體輸配管網(wǎng)的系統(tǒng)化認(rèn)識，對相關(guān)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)不能發(fā)揮基礎(chǔ)作用。因此，現(xiàn)有教學(xué)體系不能充分滿足于流體輸配教學(xué)目標(biāo)的要求。

2.與相關(guān)專業(yè)課程內(nèi)容重復(fù)。“流體輸配管網(wǎng)”第三章液體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算與“供熱工程”第四章室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的水力計算相重復(fù)，均介紹了熱水供暖系統(tǒng)管路水力計算的基本原理、重力循環(huán)和機(jī)械循環(huán)熱水供暖管路的水力計算方法和例題。這會給教學(xué)過程帶來較大的影響，不同課程的任課教師對同一內(nèi)容的教學(xué)處理有不同的方法和認(rèn)識，結(jié)果是學(xué)生的體會和收獲不同，課時也重復(fù)浪費。

3.課程教學(xué)模式存在弊端。教師在教學(xué)過程中多數(shù)以傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行授課，學(xué)生處于被動接受知識的狀態(tài)，缺乏對理論知識的深刻理解和靈活應(yīng)用，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。泵與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、聯(lián)合運行等部分是流體輸配管網(wǎng)中的重要章節(jié)，但是目前教學(xué)過程中，主要采用課堂講述和一些圖片演示，難以讓學(xué)生有實質(zhì)性的理解，對泵和風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)等始終是模糊概念，更難以理解泵和風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)運行，影響到了學(xué)生對管網(wǎng)運行和調(diào)節(jié)的進(jìn)一步理解和學(xué)習(xí)。在講授重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)管網(wǎng)水力計算時，即使理解了并聯(lián)環(huán)路的理論基礎(chǔ)，具體到并聯(lián)環(huán)路水力計算時學(xué)生也還是難以下手。因此現(xiàn)有的傳統(tǒng)型教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足新工科大環(huán)境下對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。

4.課程教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新。流體輸配管網(wǎng)工程課程內(nèi)容多，涉及范圍廣，包括氣體輸配管網(wǎng)、液體輸配管網(wǎng)、多相流輸配管網(wǎng)、泵與風(fēng)機(jī)的基本原理、運行調(diào)節(jié)等內(nèi)容，課程內(nèi)容計算量大、圖表多、公式多、依據(jù)的規(guī)范較多，并且與當(dāng)前國內(nèi)外出現(xiàn)的各種節(jié)能新設(shè)備和流體輸配技術(shù)系統(tǒng)節(jié)能新理念密切相關(guān)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大?，F(xiàn)有的各版本教材沒有對當(dāng)今流體輸配管網(wǎng)的新技術(shù)和新成果做詳細(xì)的介紹，如長距離輸送熱水管網(wǎng)新技術(shù)、水力平衡智能化、高效輸配數(shù)字化、泵閥節(jié)能一體化和智能管控數(shù)智化等。這樣就更難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

二、研究內(nèi)容

本文主要研究符合建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)特點和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求的流體輸配的課程教學(xué)體系和教學(xué)方法。其內(nèi)容主要包括三個方面：

1.教學(xué)體系研究：包括模塊化教學(xué)內(nèi)容的整合，課程體系的優(yōu)化。優(yōu)化教學(xué)體系的途徑是將教學(xué)內(nèi)容模塊化。通過對模塊課程進(jìn)行合理搭配，實現(xiàn)新工科教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)內(nèi)容模塊化是指將原有教學(xué)內(nèi)容按其性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和邏輯關(guān)系整合為相對獨立的若干部分，具體做法是將本課程的教學(xué)內(nèi)容整合成4大模塊，即泵與風(fēng)機(jī)的原理與性能、枝狀管網(wǎng)的動力和調(diào)節(jié)裝置匹模塊；流體輸配管網(wǎng)的功能與構(gòu)成、管流水力特性與枝狀管網(wǎng)水力分析、枝狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)模塊；枝狀管網(wǎng)水力計算案例與分析模塊；設(shè)計模塊。設(shè)計模塊是實踐的指導(dǎo)，包括負(fù)荷計算、系統(tǒng)選擇、水力計算和設(shè)備選型部分。這4大模塊邊界清晰，相對獨立，又覆蓋了流體輸配管網(wǎng)的基本理論和工程實踐。

2.教學(xué)方法研究：基于項目教學(xué)結(jié)合案例的教學(xué)模式、指導(dǎo)方式和實踐教學(xué)體系的共同構(gòu)建?！绊椖拷虒W(xué)法”最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，師生共同完成項目，共同取得進(jìn)步的教學(xué)方法。注重理論與實踐相結(jié)合，最大限度地增加學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題等讓學(xué)生感受成功的喜悅?；诹黧w輸配管網(wǎng)的課程特點，探索基于項目教學(xué)法的教學(xué)模式，同時將案例用于作業(yè)、思考題和討論題的設(shè)計，以及課程設(shè)計訓(xùn)練構(gòu)建實踐教學(xué)體系。

流體輸配管網(wǎng)的大部分內(nèi)容的工程實踐性很強，在課堂教學(xué)中采用項目教學(xué)結(jié)合案例的教學(xué)模式。滿足對新工科人才培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)，寬口徑，高素質(zhì)”的要求，教學(xué)過程和實踐過程融合在一起，將案例分析融入理論教學(xué)中，用理論教學(xué)指導(dǎo)課程設(shè)計，讓學(xué)生在理論學(xué)時和課程設(shè)計學(xué)時階段完成一個大的項目，將課程設(shè)計實踐和理論知識講授融為一體。比如在講授完第一章流體輸配管網(wǎng)的功能與構(gòu)成和第二章管流水力特征與枝狀管網(wǎng)水力分析之后，要求學(xué)生完成對應(yīng)管路的水力計算；講完第五章泵與風(fēng)的原理、第六章枝狀管網(wǎng)的動力和調(diào)節(jié)裝置匹配之后，要求學(xué)生完成給水管網(wǎng)中水泵的選型。在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)問題允許同學(xué)之間討論，然后再在課上形成統(tǒng)一的認(rèn)識，避免由于錯誤導(dǎo)致后續(xù)更大的問題出現(xiàn)。

這樣，案例教學(xué)起到啟發(fā)思考和銜接理論教學(xué)過程的作用；同時，要認(rèn)真設(shè)計課后作業(yè)、思考題和討論題目，將課堂教學(xué)中無法顧及到的細(xì)節(jié)通過思考題或者作業(yè)法方式留給學(xué)生課下學(xué)習(xí)和討論，也可作為理論教學(xué)的補充。切記注意定期和不定期檢查和督促，以保證教學(xué)質(zhì)量。

3.教學(xué)設(shè)計研究。在教學(xué)過程中根據(jù)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)制定教學(xué)大綱，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握流體輸配管網(wǎng)技術(shù)的理論、設(shè)備、系統(tǒng)形式、設(shè)計方法、施工、運行調(diào)節(jié)、管理等方面內(nèi)容。設(shè)計板塊是重點，包括進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計和教學(xué)過程設(shè)計，課程教學(xué)設(shè)計嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)大綱要求，設(shè)定教學(xué)目標(biāo)、知識框架和人才培養(yǎng)要求，要落實到每個章節(jié)每堂課的教學(xué)中，在課堂上實現(xiàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段。在教學(xué)過程中，盡量做到智慧教學(xué)，合理利用智慧教學(xué)平臺，對學(xué)生因材施教，達(dá)到大綱培養(yǎng)人才的要求。如：多媒體課件演示泵與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、泵與風(fēng)的工作原理、泵（風(fēng)機(jī)）的聯(lián)合運行、泵（風(fēng)機(jī)）的調(diào)節(jié)控制。設(shè)計計算中板書與多媒體配合，比如離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程的推導(dǎo)過程，板書推導(dǎo)，多媒體演示流體在泵與風(fēng)機(jī)中的復(fù)合運動，實踐證明這個知識點學(xué)生掌握深刻。

三、研究方法

在深入分析與總結(jié)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)培養(yǎng)模式和專業(yè)課教學(xué)要求的基礎(chǔ)上，按照全國建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的本科生培養(yǎng)指導(dǎo)思想，結(jié)合社會需求的實際情況，本著提高培養(yǎng)質(zhì)量，改進(jìn)培養(yǎng)模式，增強服務(wù)意識的人性化理念。采用“既有理論與實踐分析→理論修正→實踐總結(jié)→理論模型創(chuàng)新→投入運行”的思考路線，進(jìn)行流體輸配管網(wǎng)課程體系設(shè)置、師資隊伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容與方式制定、專業(yè)技能培養(yǎng)、實踐訓(xùn)練、考核評價標(biāo)準(zhǔn)和方式等方面的設(shè)計，探索研究建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)課的培養(yǎng)流水線與質(zhì)量控制體系的教學(xué)思考。

1.現(xiàn)狀分析是本課題研究的切入點，因此需要對國內(nèi)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才培養(yǎng)的專業(yè)課教學(xué)基本狀況和數(shù)據(jù)加以調(diào)研。

2.項目加案例教學(xué)方法是本課題研究的關(guān)鍵，需要轉(zhuǎn)換教育觀念，更新教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法的教學(xué)實踐。

3.應(yīng)用能力課程平臺是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程應(yīng)用性人才培養(yǎng)的課程平臺，而實踐教學(xué)是應(yīng)用能力課程平臺的重點，因此，將根據(jù)建環(huán)專業(yè)應(yīng)用型本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)，分模塊分層次地安排實踐教學(xué)內(nèi)容，將實踐教學(xué)充分體現(xiàn)在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中。

四、解決關(guān)鍵問題

1.教學(xué)體系的模塊化。將流體輸配管網(wǎng)的教學(xué)內(nèi)容分為4個模塊。培養(yǎng)學(xué)生對流體輸配管網(wǎng)的一種思考路徑與工程概念；培養(yǎng)學(xué)生樹立整體意識和統(tǒng)籌觀念；設(shè)計模塊是應(yīng)用性較強的內(nèi)容，目的是培養(yǎng)學(xué)生運行設(shè)計分析意識，在科學(xué)研究和工程實際中樹立過程概念。

2.“項目+案例分析”型教學(xué)模式的構(gòu)建?！斑厡W(xué)邊做邊分析”是“項目+案例分析”教學(xué)模式的主要設(shè)計思路。在流體輸配管網(wǎng)課程講授中，將學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與工程實踐的培養(yǎng)結(jié)合起來，啟發(fā)學(xué)生在“做”的過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

3.教學(xué)過程中新技術(shù)的滲透。在流體輸配技術(shù)飛速發(fā)展的今天，流體輸配管網(wǎng)的教學(xué)過程不能單純依靠教材教條地講授課本知識，而應(yīng)該將新產(chǎn)品、新技術(shù)和新成果引入課堂，實現(xiàn)新工科對人才培養(yǎng)“寬口徑、高素質(zhì)”的要求。以當(dāng)今新技術(shù)、新思想的滲透方式，體現(xiàn)高等工科教育主動適應(yīng)社會發(fā)展需求這一特點。

4.評價上的創(chuàng)新性。在評價學(xué)生綜合能力的過程中，不僅要考察學(xué)生對基本知識的掌握，更要注重學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和實踐過程的考核。

五、創(chuàng)新之處

1.提出“項目+案例分析”教學(xué)法?！斑厡W(xué)邊做邊案例分析”的教學(xué)模式，將實際工程項目貫穿整個流體輸配管網(wǎng)課程的教學(xué)過程，培養(yǎng)了學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的基本能力：從實踐中挖掘科學(xué)問題并解決問題的能力；技術(shù)改進(jìn)的思路源于科學(xué)的分析能力。用實際工程促進(jìn)學(xué)生對理論知識的理解和運用，培養(yǎng)學(xué)生的工程概念和創(chuàng)新思維，符合建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)指導(dǎo)委員會提出的對多層次人才的培養(yǎng)，符合新工科大背景下人才培養(yǎng)的要求。

2.率先將流體輸配管網(wǎng)課程體系劃分為4大模塊。將流體輸配管網(wǎng)教學(xué)模塊化，以開展系統(tǒng)性、綜合性為教學(xué)目標(biāo)，將教學(xué)體系進(jìn)行有機(jī)組合，使課堂教學(xué)內(nèi)容更綜合、更便于二次開發(fā)。模塊化即是可以組合、可以拓展、可以隨著課程的建設(shè)和發(fā)展，不斷地對其中的子模塊進(jìn)行調(diào)整。還可以實現(xiàn)因材施教，根據(jù)每班學(xué)生學(xué)習(xí)的不同情況調(diào)整模塊的組合。

3.建立理論和實踐融合的教學(xué)體系。以應(yīng)用能力課程平臺的教學(xué)環(huán)節(jié)為中心，以實際工程案例項目驅(qū)動為手段，以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)專業(yè)課教學(xué)特色為支撐，系統(tǒng)全面地構(gòu)建起切實可行的完整有效的理論和實踐融合的教學(xué)體系。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)符合新工科特征，新工科也對專業(yè)課程教學(xué)提出了新的任務(wù)和挑戰(zhàn)。流體輸配管網(wǎng)課程的教學(xué)也必須緊密結(jié)合新工科特征，與時俱進(jìn)，探索新的課程體系和教學(xué)模式。