地方高校新工科建設實踐探索

高龍 金旭 劉忠彥

摘 ?要：緊密圍繞我國“雙碳”遠景目標，主動適應社會發展對能源應用全過程復合型技術人才培養的迫切需求，依托學校特色優勢與行業資源，將工程教育理念、新工科建設思路融入人才培養全過程。據此，文章提出了培養“源-網-荷-儲”能源應用全過程復合型技術人才的目標，發揮了產業與科研平臺的育人作用，開展“虛實結合、開發共享”系列教學資源設計與應用，打破了傳統的學習過程管理與評價機制對人才綜合素質評判的局限性，形成了側重能源應用技術的建環專業特色發展方向。

關鍵詞：人才培養目標；實踐教學平臺；課外培養體系；教學資源設計；綜合評價機制

中圖分類號：G643 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2023）22-0036-04

氣候變化是全人類面臨的共同挑戰，在《巴黎協定》框架下，中國提出了“3060雙碳目標”［1］。現階段，建筑領域能耗已占我國能源消費總量的30%以上，以城鎮和農村的供熱、空調、燃氣等系統為代表的建筑運行階段節能降耗已成為建筑碳排放的主戰場［2］。為主動應對新階段科技革新與產業升級對人才的需求，教育部正積極推進新工科專業建設［3］。隨著我國社會經濟發展，建筑環境與能源應用工程專業從20世紀50年代初期的“供熱、供煤氣及通風”專業一路改革至今，形成了保障城市建設和工業生產環境的基本格局。然而，在我國航空航天、集成電路、智能制造等科技攻關重點領域快速發展的過程中，對空間站、芯片生產車間、潔凈實驗室等特殊人工環境的需求逐漸增加。此外，我國城鎮化和工業化轉型過程中出現了北方地區供暖能耗大、工業余熱資源浪費、能源品位利用不合理等新問題。這些新領域、新問題的產生賦予了建環專業發展和人才培養體系調整新的歷史任務。

在知識體系方面，多學科深度交叉融合是建環專業課程體系改革的重點，以土木、建筑、動力工程及工程熱物理、電氣等學科為基礎構建知識體系，為低碳建筑、智慧城市、大型機電設備、光儲直柔建筑等科技發展新方向提供支撐［4-6］。張東海等人通過定位“深部地下空間+能源高效利用+國際化”的人才培養特色、構建多維交叉融合的“4+3+X”課程體系［7］。呂石磊和王冉提出以新型建筑能源系統的新需求為導向改革課程體系，增設可再生能源、電氣控制、儲能技術等方面課程［8］。張亞竹等人基于OBE理念從實習基地建設，BIM及VLOG預習演練，再到過程及結果考核構建了實習質量保障體系［9］。

為深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想，全面貫徹落實全國教育大會、新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，東北電力大學建筑環境與能源應用工程專業緊密圍繞我國“雙碳”遠景目標，為適應社會發展對能源應用全過程復合型技術人才的迫切需求，將工程教育理念、新工科建設思路融入人才培養全過程，構建了以“目標導向、學科交叉、產研支撐”為核心的人才培養體系。

一、專業發展概況

東電建環專業歷史可追溯到1978年，電力部直屬高校東北電力學院下設動力工程系開設“工業熱能”專業，為電力系統和部分工業企業提供熱能方向專業人才。2001年為順應時代、社會和地區經濟發展需求，學校創辦建筑環境與設備工程專業。近二十年專業發展概況如圖1所示。歷經四十多年歷史沉淀與改革發展，以服務我國工業熱能領域為起點，持續支撐東北老工業基地建設，依托學校“動力工程及工程熱物理”和“土木工程”學科優勢，結合學校特色和行業優勢，形成了“源-網-荷-儲”能源應用全過程的人才培養體系。

二、專業發展亟須解決的主要問題

隨著社會發展對人才培養要求的進一步提升，專業發展亟須解決以下問題：在培養目標方面，解決了人才培養定位的時代性不強、清晰度不高，專業發展同質化的問題。地方部分高校同類專業發展過程中，因專業內涵和教育理念不明確，課程知識體系類同，不利于高素質應用型人才培養；在培養模式方面，解決了育人成才的符合度、支撐度、保障度不夠的問題。傳統培養模式重知識傳授，輕能力培養，以價值塑造、能力培養和素質提升為目標的平臺條件、教學設計與新時代教育技術脫節；在評價機制方面，解決了傳統學生評價機制對“潛在人才”綜合素質評判指標單一問題。傳統評價機制中以試卷成績為主導，嚴重抑制了學生創新源動力。東電建環專業以一流本科專業建設“雙萬計劃”為引擎，聚焦能源革命，錨定“雙碳”目標，將工程教育理念、新工科建設思路融入人才培養全過程，構建了“目標導向、產研支撐、多元評價”為核心的人才培養體系，培養新時代能源應用全過程復合型工程技術人才，具體提出了以下改革措施：

第一，以立德樹人為核心，以“聚戰略、適需求、顯特色”為導向，提出“源-網-荷-儲”能源應用全過程復合型工程技術人才的培養目標；第二，面向時代特征，拓展專業內涵，確立“1345”進階融合型課程體系，創建“虛實結合、開放共享”混合教學模式；第三，秉承“大實踐觀”理念，拓寬交叉學科專業實踐能力培養途徑，“產&研”協同支撐打造實踐教學平臺，賦能課外培養；第四，遵循新時代教育改革評價綱領，以高素質應用型人才成長為牽引，構建“過程監控+結構多元”的課程考核和綜合素質評價機制。

三、人才培養體系建設途徑

1. 對OBE理念進行運用是目前國內高等工程教育改革的主流方向。東電建環專業在對社會用人需求充分調研的基礎上，結合專業教指委和行業領域專家建議，基于OBE理念和社會與時代變革中的技術迭代特點設計了“源-網-荷-儲”能源應用全過程復合型技術人才的培養目標，建立多維度評價體系分析培養目標的達成程度；綜合行業發展和人才需求，結合專業特點與學校特色重組專業核心知識點，提出東電建環專業特色課程群，制訂課程目標和對畢業達成的評價，建立具有工程認證能力素質指標點達成高度一致性特征的必修課與選修課互補型課程群體系模塊，形成可持續改進的新課程體系，并在此基礎上整合原有課程體系，設計獨立課程《暖通空調工程綜合設計》；構建適應終身學習和社會發展變化需要的知識能力體系，形成適合專業培養目標的先進人才培養模式，提升畢業生行業能力。

2. 建立以專業基礎實驗平臺、專業綜合實驗平臺、工程科技創新實驗平臺、校企合作創新實踐中心、校企合作學科實驗基地為基礎的協同創新實踐平臺，組織科技文化周活動，在培養復雜工程問題解決能力的同時激發學生的學習興趣，提升其科學素養。該成果通過對大學課外培養進行頂層設計，建立了理論體系、目標體系、模塊體系、路徑體系、保障體系和考核體系六大課外培養體系。凝練了課外培養的重要理念和觀點，提出了課外培養的“德智體美勞”五種素質和十種能力培養目標，構建了課外培養六大教育模塊，制訂了課外培養的十二條實現路徑，確立了思想、組織、隊伍、制度、物質五大保障體系，制定了十三項考核指標體系。通過設計和構建使大學課外培養成為一個結構完整、運行有序的科學體系。

3. “虛實結合、開發共享”系列教學資源設計與應用提出“理論課程-虛擬實踐-創新實踐”三者相結合的教學資源設計途徑，在理論教學中引入超星、智慧樹、雨課堂等平臺，自主設計微課資源公眾號，結合教師科研成果、在線專家講座、直播工程現場等素材推進混合式教學，支撐“金課”建設；在虛擬實踐方面，融合BIM與VR技術，探索“元宇宙+工程教育”實踐教學模式，開發“熱電聯產設備工作原理虛擬仿真系統”“基于大數據能耗分析的管網綜合控制云平臺”“蒸汽壓縮制冷熱泵系統虛擬仿真實驗”等項目，在多校實現資源共享；在創新實踐方面，改革演示性實驗教學，基于協同創新實踐教學平臺開發具有互動性、開放性、綜合性和實用性自主創新實驗，教學過程引入Revit、TRNSYS、DeST等先進BIM設計與建筑能耗仿真平臺，系統化提升學生科技競賽水平。

4. 以立德樹人為目標的多元化思政設計與綜合素質評價機制改革。以立德樹人為目標，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，在專業課程中引入國之重器、工匠精神等思政元素，啟發學生對社會、人文和經濟的思考；在實踐環節，通過對比國外與國內設備差異、技術成熟度、工程方案等，在明晰國內技術差距的同時帶學生走出崇洋媚外的誤區，從專業技術角度幫助學生堅定“四個自信”；深入研究工程認證對于學生素質、能力培養的要求，有針對性地制訂能夠提升學生素質和能力的培養計劃，實施本科導師制評價和考核機制，探索以課內專題研討和課外科技競賽為載體的學生團隊整體素質、能力提升新途徑，建立新形勢下以立德樹人為核心的學習過程管理、評價機制。

四、課程實施效果

（一）學生綜合素質顯著提升

在理論課方面，“空氣調節”“空氣調節用制冷技術”等課程實施翻轉課堂教學，通過成績分析發現學生在翻轉課堂教學對知識的掌握更加靈活，更符合復合型技術人才的培養要求。在實踐和課外培養方面，“暖通空調綜合課程設計”經過不斷完善，學生設計能力和教師指導水平顯著提升。基于協同創新實踐平臺，在專業認知、工程基礎實踐、生產實習等環節為學生提供了更多自主設計、創新和研究條件。以科技競賽為載體，在實際項目中獲得了知識、能力和素養的綜合訓練，學生在節能減排大賽、挑戰杯、“互聯網+”、空調制冷大賽等國家和行業內科技競賽獲獎。

（二）畢業生滿意度持續增長

本科畢業生主要從事熱電、供熱、燃氣、制冷空調等方面的規劃設計、研發制造、施工安裝、運行管理及系統保障等技術與管理工作。就業單位主要包括國家能源集團、中國大唐集團、中國燃氣集團等能源供應企業，格力、海爾、美的等國內外制冷空調企業，以及國內主流工程公司和設計研究院。用人單位總體滿意度達98.9%，認為本專業的課程設置與社會需求結合度較好，畢業生綜合素質較高，專業知識扎實，有較強的工程實踐和管理能力。

（三）成果推廣應用效果顯著

針對新冠肺炎疫情期間現場實習存在的實際困難，融合BIM與VR技術，探索了“元宇宙+工程教育”實踐教學新模式。開發了“熱電聯產設備工作原理虛擬仿真系統”和“樓宇暖通空調虛擬仿真系統”，使學生能夠更直觀地了解系統和設備的工作原理與內部結構，VR的沉浸式體驗有效提升了學習興趣；在虛擬實驗教學平臺，可提供線上管網水力平衡、熱力平衡、控制策略等方面的實驗和科研任務；搭建了“蒸汽壓縮制冷熱泵系統虛擬仿真實驗項目”，可提供線上線下虛擬仿真實驗，優化了能力素質培養方法和達成度評價設計，研究成果在十余所國內高校中推廣使用。

五、結語

在我國“雙碳”目標、新工科建設、一流專業建設等行業發展與人才培養戰略的指引下，以建筑環境與能源應用工程專業為代表的具有多學科交叉特征的工程類專業面臨新的發展機遇，東電建環專業適應社會發展對能源應用全過程復合型技術人才的迫切需求，將工程教育OBE理念、新工科建設思路融入人才培養全過程，構建了以“目標導向、學科交叉、產研支撐”為核心的人才培養體系，旨在培養“源-網-荷-儲”能源應用全過程復合型技術人才，系統化發揮了產業與科研平臺的育人作用，打破了傳統的學習過程管理與評價機制對人才綜合素質評判的局限性，形成了側重能源應用技術的建環專業特色發展方向。

參考文獻：

［1］ 周天軍，陳曉龍. 《巴黎協定》溫控目標下未來碳排放空間的準確估算問題辨析［J］. 中國科學院院刊，2022，37（02）：216-229.

［2］ 中國建筑能耗研究報告2020［J］. 建筑節能（中英文），2021，49（02）：1-6.

［3］ 張登春，郝小禮，于梅春，等. 新工科背景下建筑環境與能源應用工程專業生產實習改革與實踐［J］. 當代教育理論與實踐，2022，14（01）：93-98.

［4］ 王戴薇，呂祖軍. “碳達峰、碳中和”背景下的低碳建筑研究和運用［J］. 中國工程咨詢，2021（12）：50-54.

［5］ 陳振寧. 智慧城市理念與未來城市發展［J］. 數據，2021（12）：73-74.

［6］ 江億. 光儲直柔——助力實現零碳電力的新型建筑配電系統［J］. 暖通空調，2021，51（10）：1-12.

［7］ 張東海，高蓬輝，黃建恩，等. 新工科背景下多學科交叉融合的建環專業人才培養模式探索與實踐［J］. 高等建筑教育，2021， 30（01）：1-9.

［8］ 呂石磊，王冉. “30·60”雙碳目標下建環專業的教學改革與思考［J］. 高教學刊，2021，7（30）：62-65+69.

［9］ 張亞竹，牛永紅，張立，等. 基于OBE理念的建環專業實踐環節改革及探討［J］. 科技視界，2021（22）：59-60.

（責任編輯：胡甜甜）

基金項目：2022年吉林省高等教育學會教育科研課題“雙碳目標背景下多學科交叉融合的新工科專業改革路徑探索”（課題編號：JGJX2022D173）。

作者簡介：高龍（1988—），男，博士，東北電力大學建筑環境與能源應用工程系主任，副教授，研究方向為低碳人工環境與儲能技術；金旭（1977—），男，博士，東北電力大學能源與動力工程學院副院長，副教授，研究方向為制冷熱泵理論與應用技術；劉忠彥（1986—），男，博士，東北電力大學建筑環境與能源應用工程系副主任，講師，研究方向為余熱回收技術及應用。