新工科背景下智能建筑課程創新思考與實踐

丁研

摘要：“新工科”戰略實施是我國應對全球競爭、推動創建高等教育強國的重要舉措。為積極響應國家重大發展戰略、緊跟行業發展趨勢，天津大學緊抓機遇，在建筑環境與能源應用工程、電氣自動化等優勢學科基礎上開設智能建筑專業，通過構建學科間相互滲透和交叉融合的教學模式，旨在培養符合國家發展戰略需求的人才。由于天津大學智能建筑專業尚在起步階段，未能得到其他專業學生的廣泛認識，因此開設一門能夠為多個學院學生提供課程選擇的公共選修課具有重要意義。智能建筑課程建設，采用模塊化課程體系來設計不同授課階段的重點內容和精講內容，結合對創新型教材的打造、理論教學中技術應用前景的展望和實踐教學中回歸技術原理的思考，輔助多名具有不同研究方向和專業背景的教師聯合授課，以詮釋多學科交叉融合的課程特色，并在授課過程中關注行業發展與實踐要點。通過對課程組織模式、教學安排和課程評價等方面分析，提出了針對智能建筑創新課教學方法的混合式教學模式，構建了模塊化多維交叉課體系和多學科融合育人平臺，針對性地建立了混合式教學的創新型人才培養模式。

關鍵詞：新工科；智能建筑；模塊化教學；培養模式

中圖分類號：G642.0; TU855-4? ?文獻標志碼：A? ?文章編號：1005-2909（2023）03-0056-07

智能技術快速發展背景下，建筑智能化與新興信息技術交叉融合發展已成為趨勢。從傳統弱電安防系統建設到樓宇電氣自控系統建設，再到暖通空調自控系統，直至發展到智慧樓宇，人們生活質量與工作生活舒適度的提高都離不開建筑智能化水平的快速發展。當前，新一輪產業變革和科技革命正在加速進行，物聯網、云計算、人工智能等信息技術的出現和發展，打破了傳統學科相對獨立和封閉的局面。新產業、新技術為學科發展帶來機遇的同時，也暴露出我國高等教育發展創新不足的問題。為應對新一輪科技革命和產業變革挑戰，高校需加快工程教育改革，創新人才培養模式，推進跨學科培養交叉復合型人才[1]，以為我國產業發展提供具有國際競爭力和跨學科整合能力的科技人才[2]。

一、智能建筑公選課開設

背景及重要意義

人類的發展史可以說是建筑的發展史，建筑內部環境由過去單一的熱濕環境調控，轉向全時段、多方位的聲光熱環境營造，在此過程中愈發強調人們生活質量與環境舒適度的提升。隨著科技發展、建筑創新設計和使用過程中能源利用高效化，以及設備系統智能集成化趨勢，“智能建筑”這一概念應運而生。國家標準《智能建筑設計標準》（GB50314—2015）將智能建筑定義為“以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應用，集架構、系統、應用、管理及優化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環境互為協調的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續發展功能環境的建筑”，可見智能建筑涵蓋能源、環境、自動化、智能控制等內容，呈現出多學科交叉融合的特點[3]。

從某種程度上說，與智能建筑相關的各個學科專業，如建筑環境與能源應用工程、自動化、人工智能等，學生知識接受面仍局限于各自領域和特定的研究對象與方法，各學科傳統理論知識雖然成熟但缺少創新，與其他學科的交叉融合仍處于探索初始階段。推動建筑類、自動化、能源類與智能建筑相關學科交叉融合，需將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求嵌入教學過程、更新教學內容和創新課程體系中。因此，需要一門能夠適配于就讀不同專業、擁有不同知識儲備水平學生的課程，既能覆蓋智能建筑定義的廣度，又能深入智能建筑構建的深度，建成一門能夠滿足學生知識學習需要的公共選修課程[4]。

目前，科學技術的飛速發展使學科劃分越來越細，各個學科間交叉越來越多，智能建筑是涵蓋建筑環境與能源應用工程前沿理論與實踐知識的基礎選修課程，智能建筑課對各個專業的作用如表1所示。

從表中所舉例子可以看出，計算機、自動化、信息工程、化學、材料、數學等專業與建筑類專業相結合，在智能建筑課程平臺上相互交流、擴展，可以拓寬學生的基礎知識范圍。該課程體現了新工科交叉融合的特點，適用于多個學科的學生了解并認識智能建筑。通過該課程學習有助于學生思維能力的深度拓展開發，為培養出掌握跨學科領域知識的創新型人才、填補當前國家對智能建造、能源轉型、智能運維等領域的人才空缺做準備。對于有興趣在建筑類領域和智能化領域拓寬知識面的學生而言，這門公選課的安排是非常必要的。

二、智能建筑課程組織模式

（一）模塊化教學體系

對于智能建筑這門課程來說，因其本身屬于交叉學科，與許多專業都有密切聯系。如計算機、自動化、信息類專業；建筑及其配套類專業；數理化專業；管理類專業；法律外語類專業等都可以納入該課程學習。因此，不同于傳統各學科相對獨立的課堂教學模式，智能建筑這門課程宜采用混合式教學的人才培養模式。

為使各個學科學生能在交叉學科類選修課中獲取知識，在已有知識水平基礎上對選修課重點有所了解，部分學校采取小班教學或模塊化教學形式。小班教學，即根據學生本身專業和期望學習方向將他們劃分為不同的班級，在授課時分批次教授對應知識。然而，小班授課雖有利于降低課堂組織、教師教學和學生知識接受等難度，但機械化地將學生劃分為不同類別，不僅違背了該課程開設的初始需求，也違背了新工科理念中培養復合型人才的要求。

由于不同學生所學習的基礎課和專業課都不盡相同，單憑本課程便期望學生深刻掌握智能建筑的全部理論是不可能的，所以可采用模塊化課程體系來設計不同授課階段的重點內容和精講內容（圖1）。

（二）優化課程內容

智能建筑作為新興行業，其本身具有技術理論新穎、行業發展迅速和產品更新迭代較快的特點。作為一門公共選修課，在課程內容設置時應符合其本身的定位，即在滿足學生好奇心的基礎上增加智能建筑相關的基礎知識和前沿發展信息，如就智能建筑的提出、發展、構建要求、實現要素、技術支撐、倫理背景和法律需求等進行講解。

智能建筑作為一門多學科交叉的課程，在進行實際課程建設時需注意多學科交叉融合，應避免將原有不同學科專業課程簡單地添加，或僅從原來課程中摘出部分內容進行邏輯上的排列組合。打造具有明確指導方向性的創新型教材，需從基礎理論、技術原理、實踐方法、案例應用等環節貫穿課程主線，以達到培養學生專業領域的研究興趣和塑造學生新工科實踐能力的目標。授課過程中，教師也應避免對課程相關基本概念的泛泛而談，需在理論教學中對技術應用前景的展望、在實踐教學中回歸對技術原理的思考。此外，將土木工程、電力、暖通空調和自動化等多個學科融合在一門課程中，并達到理想的授課效果過程不是一蹴而就的，而是要經過不同學生的評價建議和多位授課教師的不斷努力和修正，才能夠形成一套能夠被學生和教師都認可的課程大綱與培養模式[5]。

（三）多教師聯合授課

針對智能建筑課程本身具有的多學科交叉性、內容廣泛性和研究深刻性，不同課程模塊設計，可邀請不同學科的教師來教授相關課程。采用不同學院、不同專業教師組合授課的教學形式，更好地將知識傳授給學生。

智能建筑創新課作為一門公共選修課，既注重通識教育課程內容對專業性課程的鋪墊和支撐作用，同時又注重專業性課程對通識教育課程內容的拓展和深化作用。由此可見，智能建筑這門課程不僅需要教師深刻把握其所在學科領域的發展歷程，對已經基本成熟的技術體系有著一定的研究積累，還需關注研究方向的發展動態和研究前沿的科學成果，對新出現的技術原理有準確認識。

不同教師往往有自己專精的領域，僅配備一名授課老師進行全過程講解難以保證授課效果。通過選擇一名教師作為課程的主導，負責課程整體邏輯框架和基礎知識的講授，其余幾名教師根據其研究方向和專業背景，就邏輯框架進行修訂并補充講授相關專業知識內容，以及前沿的智能建筑技術熱點等，可以實現更全面、更好的課程內容講授，使學生對該課程有更深入地認識和學習。

讓學生充分接觸并了解不同領域、不同專業方向的知識，正是模塊化課程組織模式的重要內容。一方面有利于打破科研人員學科邊界概念；另一方面有助于學生了解多學科發展的態勢，成為未來具有跨界整合能力的卓越工程科技人才。不同學科教學內容為學生了解交叉學科知識提供可能，使學生能夠根據專業興趣和職業規劃，探索個人發展和未來社會發展的關系，從而成為具有創新能力、國際視野的復合型人才。

（四）基礎知識與實踐創新并行

當下，學科創新往往就是學科交叉融合的地方。僅通過一門公共選修課就想讓學生擁有足夠的創新能力或達成某種創新成就是不現實的。要保證基礎知識與實踐創新并行的系統性，首先要改變學生對理論和實踐的傳統認知，雖然學生普遍認為公共選修課的理論知識不會在未來的工作中直接應用，但實際上企業用人不僅要求理論基礎扎實，更要求員工進行實操性實踐，從而為企業創造價值效益。如建筑設計工作不僅要求從業人員會設計自己領域的系統及繪制圖紙，也需要了解其他相關領域的工藝、材料等有關專業知識及相關行業的國家規范或標準，才能在整體設計方案中展示出各專業銜接的協調性。因此，在教學環節中，教師在課程中除了為學生講解智能建筑行業發展的基礎內容外，可就相關從業者解決面臨的實際問題時提出的新想法、新思路，積極探索和制定相關行業標注規范并進行介紹，在講清基本理論的同時，也要講清楚實踐要點，以及在實踐中有何作用和如何運用。此外，課程應加強認識實習、社會調查、企業走訪、課程設計等實踐環節的創新教學和指導，鼓勵學生將創新想法運用到實踐中，使學生在實踐活動中加深對理論知識的理解并檢驗創新實踐效果。

（五）教學與實踐相結合

根據《中國工程教育質量報告》顯示，我國普通工科專業的招生人數、在校生人數和畢業生人數穩居世界首位，遠遠高于其他國家。工科畢業生在專業知識、邏輯思維、研究能力和職業道德等方面得到了企業和用人單位的充分肯定，但在前沿知識、創新能力和分析解決工程問題的方面得到的評價相對較低[6]。此現象既反映出我國工程教育的傳統優勢，也暴露出我國在工學教育現階段發展中存在不足。

就目前各專業教學現狀來看，各學科課程教學更傾向于傳統書本理論知識，缺乏對實踐教學和技術前沿應用講解。相比而言，企業導師在實踐和應用方面有明顯經驗優勢。學校與企業間可開展有條件的聯合人才培養模式[7]，通過到企事業單位實習實踐，將部分考核環節安排在校企合作的智能建筑平臺，使學生利用理論知識解決實際問題的方案，可作為考查學生工程實踐能力水平的依據，以使學生更加深入了解智能建筑設計、建造和運維的全過程[8]，在實習實踐中，學生本人有機會和具有豐富實踐經驗的從業人士溝通，也能深化對所學知識的理解。與此同時，企業事單位在聯合培養的過程中，既可以達到為自身宣傳招聘目的，也可以為本行業的未來人才儲備作出貢獻。

三、教學安排與課程評價

公共選修課的特殊性決定了學生對此種課程重視程度不如專業課。從主觀上講，部分學生認為只要學好了專業課就是完成了學業，公選課只是被動地為了積累學分，很難認識到課堂所講授知識對于拓寬自身知識領域的重要性。由于公選課受課程安排時間有限，不能深度展示出智能建筑領域的知識體系和脈絡，所以提高學生課堂參與度是智能建筑這門課程必須關注的重點問題。以公共選修課作為智能建筑專業前置課程，用于激發學生的學習熱情，同時通過不同專業教學模塊由淺入深的順序銜接，可完成對各部分教學內容的條理性展現。

智能建筑是一門以應用和技術為主的課程，提高學生的課堂參與度，讓學生在課堂上多思考、多互動必不可少。建議在智能建筑課教學中采用互動式教學方法，根據課程模塊內容，將互動式課堂分為兩個階段。在學習智能建筑的相關理論知識階段，以教師講授為主要開展形式，互動內容主要體現課堂教學過程中師生間互動。教師在授課過程中要注意精講和課程重點內容的時長分配，也要充分利用多媒體手段，加強教學聽覺與視覺效果。在課程實踐和實習階段，教師可有針對性地提出相關的問題供學生進行思考和探討，學生可選擇單獨或合作的形式完成此環節，針對教師提出的、或自主選題的某個專題或案例[9]，以小組的形式進行發散性思考交流活動，進而制定創新性智能建筑前沿領域分析報告或實踐報告，最終通過課堂PPT展示分享的形式就探索成果進行分享匯報。

通過合理化設置的課程評價手段也是提高課程參與度的重要手段之一。傳統的課程評價手段采用考勤和結課考試的方式對學生的學習效果進行評價。此種考核方法雖然應用廣泛，但并不能夠很好地滿足智能建筑這門公選課的需求。為保證課堂的教學效果，避免學生的學習僅是為了考試而對學習浮于表面，建議采取考勤、問題回答、PPT展示和結課論文/考試并行的課程考核方式（表2）。

通過在專業課和選修課課程的教學中多次使用該方式，對學生學習效果進行考核，發現該方法對于提升學生平時上課參與度和最終學習效果公正評價有很大幫助。智能建筑課教學目標不只是完成論文，而是通過教與學使學生擴展視野，將課程與其所學專業建立聯系，啟發學生在交叉學科運用所學知識開拓新領域。

四、結語

新工科建設的核心理念是強調專業之間的交叉和融合，確立新知識結構，利用增加的課程實踐和企事業單位實習來拓寬學生視野，讓學生能夠對行業前景、自身發展有更加深刻認識，在學習中重視理論知識和實踐經驗積累。具體說，智能建筑創新課程的目的是拓寬學生的視野和知識儲備，培養適合科技發展、推動交叉學科向更深更廣方向發展的新型工科人才，為智能建筑發展作出貢獻。

從普通建筑到智能建筑，實際上是建筑類專業對信息技術、自動化技術、計算機技術等高度科技化的過程，是對信息技術、暖通空調、自動化等學科應用的過程。培養具備綜合專業知識的人，培養的是適應當前建筑科技發展、適合未來智能建筑發展的人。通過智能建筑課程設置，就是如何進一步優化多學科交叉相融的知識內容，拓展知識運用和實踐的渠道，提升學生分析和解決實際應用問題的能力[10]。智能建筑課程重要性無需質疑，但同時也存在需調整和解決的問題，需在實踐中不斷完善和解決，以為智能建筑這門公共選修課發揮更大作用。

參考文獻：

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[8]王素君.建筑產業化背景下高等建筑教育發展戰略研究[J].高等建筑教育，2019，28（2）：8-14.

[9]王昭俊，劉京，周志剛，等.基于學習成效驅動的暖通專業研究生課程多元化考核方法研究與實踐[J].高等建筑教育，2020，29（1）：169-174.

[10]羊梅.智能建筑專業建設的實踐和探索[J].成都航空職業技術學院學報，2005，21（1）：24-26.

Abstract：

The implementation of the “new engineering” strategy is an important measure for China to cope with the global competition and promote the creation of a higher education power. For positive response to the national major development strategy， following the industry development trend， Tianjin university is seizing the opportunity to offer the intelligent building major on its advantage in disciplines of building environment and energy application engineering， electrical automation， etc. By building a teaching mode of mutual penetration and cross integration among disciplines， the aim is to cultivate talents that meet the needs of national development strategy. Since the intelligent building major of Tianjin University is still in its infancy and has not been widely recognized by students of other majors， it is of great significance to open a public elective course that can provide course selection for students of multiple colleges. In intelligent building course construction， the modular curriculum system is taken to design the focus of different teaching stage and intensive content. Combined with innovative teaching materials， theory teaching of technology application prospect and regression technical principle of practice teaching， supplemented with joint teaching by teachers with different research direction and professional background， the multidisciplinary integration curriculum features is interpreted， and the industry development and practical key points are paid attention to in the process of teaching. Through the analysis of curriculum organization mode， teaching arrangement and curriculum evaluation， the hybrid teaching mode for the intelligent building innovative course is put forward， the modular multi-dimensional cross course system and multi-disciplinary integration education platform are constructed， and the innovative talent training mode of mixed teaching is established.

Key words：

new engineering; intelligent building; modular teaching; training mode

（責任編輯 崔守奎）