項目驅動的建環專業生產實習課程沉浸式教學研究與實踐

牛曉峰， 顏承初， 龔紅衛， 劉慧芳， 王 瑜

（南京工業大學 城市建設學院，江蘇 南京 211816）

建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱建環專業）具有較強的應用性和工程實踐屬性，培養學生應用理論知識解決復雜工程問題的能力是教學過程的重要目標。在“碳達峰”“碳中和”國家戰略背景下，暖通空調系統設計、建造與運維管理必須強調高效、節能理念［1］，相應地也賦予了建環專業更深內涵，在兼顧暖通空調系統設計能力培養的同時，使學生具備建筑節能、綠色建筑中涉及的建筑新能源應用、建筑能源系統智能化運維管理等相關知識，是新時代對建環專業高等教育提出的迫切要求。

實踐教學是工科專業教學的重要組成部分，對培養創新型人才起重要作用［2］，生產實習是建環專業實踐教學體系中的重要環節，《高等學校建筑環境與能源應用工程本科指導性專業規范》（以下簡稱《專業規范》）中對生產實習課程的定位為：“專業設施與設備制作、安裝或系統調試運行的工程實踐。”其基本要求為：“了解本專業設備生產、施工安裝、運行調試等工作內容，主要專業工種，常用的技術規范、技術措施、驗收標準等；增加對建筑業的組織機構、企業經營管理和工程監理等建立感性認識；增強對專業課程中有關專業系統、設備及其應用的感性認識。”［3］可以看出，生產實習課程與建環專業本身一樣具有高度的實踐性特征，但對于高等教育本科階段的實習環節而言，又應與簡單的實際操作訓練有明顯區別，該課程實際上發揮了理論知識與實踐能力相結合的重要作用，教師如何上好、學生如何學好生產實習課程，是很多高校面臨的痛點和難點。自2004 年起，為提升生產實習課程教學質量，南京工業大學建筑環境與能源應用工程專業持續開展教學改革和探索，積累了一定經驗。基于十余年的教學改革實踐，筆者分析了建環專業生產實習課程教學中面臨的問題，闡述了基于項目驅動的建環專業生產實習課程沉浸式教學方法及其成效。

一、建環專業生產實習教學中存在的問題

對全國高校建環專業生產實習課程的實施現狀開展了問卷調查，共返回有效問卷101 份，其中包括來自國家級一流本科專業建設點29份、省級一流本科專業建設點21份、普通公辦高校47份、獨立學院4 份，目前全國開設建環專業的本科高校189 所，本文所進行的調查問卷具有普遍性和代表性。

（1）關于生產實習組織形式和地點場所的調查問卷結果顯示（表1），盡管大多數高校是集體組織生產實習，比例達81.2%，但仍有18.8%的高校讓學生自行聯系實習單位，不難想象學生自行聯系的單位在實習時間、內容上難以統一，給實習管理帶來了難度。

表1 “生產實習組織形式和地點場所”問卷結果統計

從表1還可看出，校外非固定實習場所在目前建環專業生產實習課程中占比最高，達到70.3%，而在校內基地進行實習的比例只有41.6%。需要說明的是，關于實習地點場所的問卷設計為多選，部分高校兼有校內實習基地和校外實習場所。但在校內外固定場所進行生產實習的比例均低于校外非固定實習場所比例，這說明各高校建環專業在生產實習資源方面較大程度上依賴校外資源，并且校外資源也并不固定，沒有形成“以我為主”的局面，受企業配合程度和企業具體生產內容的制約。

（2）表2 列出了“生產實習內容”問卷結果，其中，“不固定，看合作單位項目正在做什么”以60.4%的比例居首，“走馬觀花式參觀學習”的比例高達33.7%，“實際參與系統調節”“實際動手制作、安裝、施工”和“動手現場測量測試”的比例分別為34.6%、31.7%和24.8%，在“其他”選項中，參與調研高校還提供了“專家講座”“集中式培訓”兩個其他實習內容。從表2可以看出，建環專業生產實習在內容上存在以下兩個突出問題。

表2 “生產實習內容”問卷結果統計（注：可多選）

一是教學內容零散，缺乏系統性和規范性。雖然在《專業規范》中規定了建環專業生產實習課程需要了解的設備生產、施工安裝、運行調試等工作內容，主要專業工種，常用的技術規范、技術措施、驗收標準等。然而，在實際教學組織、操作層面，各高校由于實習合作單位生產內容、專業方向側重等方面的差異，在教學內容上存在較大差別。

二是生產實習依賴實習合作企業提供實習資源，極易受到企業配合程度、經費/時間成本、安全隱患等多方因素制約，實習內容僅局限于企業涉及的生產環節，難以針對暖通空調系統設計、施工、調節、運行維護等全要素進行系統性訓練。此外，實習內容陳舊、低階，不能滿足新時代建環專業的內在需求，傳統的生產實習側重于施工層面的風系統、水系統部件制作和安裝技術訓練，滯后于行業最新技術發展，對以BIM 技術和自動控制技術為代表的暖通空調系統的先進建造技術、智能運維手段缺乏針對性認識和訓練，人才培養的內容和手段與行業發展需求脫節。

（3）關于生產實習中遇到的主要困難，問卷調查結果如表3所示。“實習經費不足”以61.4%的比例高居首位，折射出市場經濟條件下以校外資源為主的實習形式面臨的窘境。排在第二位的是“實習現場存在的安全隱患”，選擇該答案的比例為55.5%，出于對學生人身安全考慮，部分動手實操的實習項目只能打折扣。排在第三位的是“學生參與實習興趣不大”，比例為35.6%，學生被動參與，積極性和主動性不強，對所學知識難以融會貫通、活學活用。“合作企業不配合”也是面臨的一大難題。在其他選項中，調研高校還提到了“實習內容不全面”“企業容量有限、所找企業較多、比較分散”等困難。綜上，各高校在生產實習中遇到的主要困難其根源還是實習資源依賴校外單位，以及學生主動參與、主動探究的教學氛圍缺失。

表3 “生產實習中遇到的主要困難”問卷結果統計（注：可多選）

通過上述問卷調查的結果分析，不難看出目前各高校建環專業生產實習課程教學組織形式、教學內容上面臨困境，實習效果不盡如人意，74.2%的被調研教師對各自學校的生產實習課程教學成效打分低于80分（表4）。因此，亟須開發校內實習資源，采用符合新時代青年學生認知特點的課程組織模式，提高學生參與度和學習效果。

表4 “從教師角度給生產實習課程教學成效打分”問卷結果統計

二、以項目驅動構建生產實習課程沉浸式教學模式

針對建環專業生產實習教學過程中存在的問題，必須從教學內容、教學手段、課堂組織方式等方面進行教學改革，改革的核心目的是使教學內容適應時代與行業發展需求，教學組織手段符合學生認知特點，激發學生的學習興趣和主觀能動性。項目驅動、沉浸式教學理念符合上述要求。

項目驅動實踐教學法以建構主義學習理論為基礎，強調教學以學生為中心，充分發揮學生的主體性和創造性，并且教學知識點與現實生活或工程實際緊密相關，學生能有效實現對所學知識的意義建構［4-6］。沉浸式教學的關鍵要義是構建一種接近真實工程或應用情境的學習環境，使學生自發投入到學習情境中，更直觀切實地感受和理解知識的內涵，在沉浸狀態中完成知識和理論的建構，提高學習興趣和學習效率，幫助學生高效學習［7-8］。項目驅動、沉浸式教學理念與生產實習課程的教學改革需求契合度極高，近年來，眾多學者基于項目驅動和沉浸式教學理念，針對傳統工科專業［9-10］、工程管理專業實踐教學環節［11］和創新創業教育［12］等方面的教學改革進行了卓有成效的探索，為基于項目驅動的建環專業生產實習課程沉浸式教學提供了有益參考。

南京工業大學建環專業是首批國家級一流本科專業建設點，長期以來以立德樹人為根本，服務建筑行業高質量可持續發展，著力培養專業基礎扎實、知識面寬、工程實踐能力強的暖通行業高素質創新創業人才。為提升生產實習課程教學效果，營造了基于現實工程情境實習環境，教學內容覆蓋暖通空調系統全要素知識，實現學生沉浸式主動探索學習，使學生更加深刻理解和牢固掌握暖通空調系統涉及的圖紙會審、施工組織、安全管理、竣工圖繪制、系統運行調節等全要素相關知識，靈活運用所學理論知識發現問題、解決問題的工程實踐能力得到提升，勞動精神、集體主義觀念、批判性思維和工匠精神也得以培養。

（1）以建筑環境與能源應用工程專業現實工程情境為載體，系統化串聯暖通空調系統全要素知識點，解決“教學內容零散，缺乏系統性”問題。南京工業大學建環專業在第七學期開設3學分、為期3周的生產實習課程，依托校內實訓中心搭建的真實小型空調系統（圖1），學生實習內容和整體流程包括：熟悉施工圖紙及有關技術資料，開展施工前準備工作，會審及變更施工圖紙，并進行安全技術交底；學習施工組織技術，參加施工組織設計的編制工作；任命組長，組員分工，學會簽發工作任務單，處理施工中遇到的技術問題；空調工程通風系統、空調工程水系統的零部件制作與安裝；工程質量的檢查和驗收及施工安全的檢查和處理；學習設備安全操作規程，實現中央空調系統高效節能運行維護（表5）。

圖1 南京工業大學城市建設學院實訓中心

表5 南京工業大學建環專業生產實習課程主要內容

（2）將信息化、智能化空調系統建造和運維知識充實于教學內容，解決“實習內容陳舊、低階”問題。利用BIM 技術對空調系統進行設計和施工圖紙會審，避免傳統暖通空調系統設計中平面圖紙可讀性差、管線交叉打架問題。適應“互聯網+”的時代教育需求，開發基于BIM 的建筑能源系統智能運維管控平臺，利用數字化手段對各種節能運行策略進行仿真實驗，培養學生解決復雜工程問題的能力，加強建筑能源環境專業理論教學和實際系統的融合；利用自主開發的“空調系統風量平衡虛擬現實實驗”平臺，借助虛擬現實手段，掌握空調系統風量的測量和調試方法，以信息化、智能化、系統化方式加強學生對暖通空調系統的運行調節管控能力。

（3）構建現實工程情境沉浸式教學模式，激發學生興趣，提高實習效果，克服“學生被動參與，學習積極性和主動性不強”問題。設立工程管理人員與實際操作人員兩類角色，每7～8名學生組成一個實習小組，每個小組成員在不同的階段以不同角色投入實習、發揮不同作用，一類為管理層面項目經理、技術員、質檢員、安全員、預算員、材料員，另一類為實際施工層面的通風工、管道工、保溫工、運維工。緊抓設計、施工、造價、運維等四類重要知識點，實施四個環節（安全、角色模擬、實際訓練、工程質量獎），獲得五項成果（空調風、水、保溫、末端、實習報告），使學生在高度沉浸情境和歡樂氛圍之中，構建動手、動腦、動心、動情的主動式學習機制。每個學生都是實習的主角，每一個生產小組都是分工明確、團結一致、互助肯干的集體。在教師引導下，學生進行生產環節各工種角色扮演，深度沉浸融入教學過程。通過設置任務關卡，學生在實習過程中運用所學理論知識，主動完成實際生產任務達到“通關”，從而更加深刻理解和牢固掌握理論知識，避免實習淪為低層次技工培訓，提高了生產實習教學效果。

同時，課程的評價與反饋也是本課程教學改革的重要內容。引入動態評價，構建過程性、多元化成績形成機制（圖2），對學生知識掌握程度和工程應用能力進行全面考核，采用教師評價與學生分組自評、互評相結合的方法。在工程質量獎評選環節，充分考慮學生特點，允許多元化的表現形式（歌曲、舞蹈、小品、演說等），以小組為單位進行成果展示和實習回顧總結匯報。

圖2 過程性、多元化成績形成機制

三、教學改革成效

基于項目驅動的建環專業生產實習課程沉浸式教學實踐顯示，學生能真正投入到實習中，達到了非常好的學習效果，真正收獲了知識、鍛煉了技能、提高了能力。依托本課程的學習，學生對暖通空調實際工程有了更加深刻的認識，在校內專用的實習實訓場地，以建筑環境與能源應用工程專業現實工程情境為載體，每名學生分別進行管理層面和施工層面不同角色的訓練，深入理解空調系統設計、施工組織、概預算、安裝、運行維護等各環節知識，理論知識和工程實踐有機融合，學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維得以提升。經本課程訓練的學生在后續的畢業設計環節表現優異，屢次斬獲江蘇省優秀本科團隊畢業設計獎，并榮獲2019年度CAR-ASHRAE學生設計競賽特等獎。

近年來，本課程以信息化手段提升教學效果，采取微課、無線影音系統等形式使課堂教學形式更加靈活、豐富、有趣，進一步提升了教學效果，學生對課程反饋評價很高，最近一學期教學質量評分為95.36，各評價指標滿意度基本都在95%以上（表6）。

表6 最近一學期本課程教學質量評價表

此外，通過課程改革，充分發揮了課程思政的作用。要想達成暖通空調系統的優質施工和高效運行，每位學生、每個小組都需要秉持踏實認真的勞動態度，展現追求卓越的精神風貌。在設計、施工、運維過程中，小組內每位學生承擔不同職責，協作完成一系列任務，協同通關一個個有挑戰性的任務，給學生深入思考的機會，加強了學生之間的凝聚力，增強了學生的集體主義觀念，提升了學生的批判性思維、敬業愛崗意識、質量控制意識以及安全生產意識。

正是由于長期在教學改革方面的持續探索和教學成果積累，南京工業大學建環專業生產實習課程于2021年被遴選為江蘇省首批一流本科課程（線下）。在南京工業大學建環專業所經歷的3次專業評估中，基于項目驅動的生產實習課程沉浸式教學模式得到了評估專家的肯定與贊賞，認為“這種模式和經驗值得向全國相關高校推廣”。兄弟高校和業內同行200余人次前來參觀、交流和學習，發揮了較好的示范帶動效應。

四、結語

在建環專業生產實習課程采用項目驅動的沉浸式教學模式，以接近真實的專業現實工程場景為載體，將造價、施工管理、信息化、智能化空調系統建造和運維知識納入生產實習教學和實踐內容，實現了專業知識全要素化。

在教師引導下，學生分組進行暖通空調系統工程實踐，完成空調系統的制作、安裝、運行、調節任務，分別進行管理層面和實際施工層面的不同角色的訓練，深度融入沉浸式教學過程，運用課堂所學理論知識“通關”。

后續將進一步加強智能化運維環節的實習訓練，適應“碳達峰、碳中和”背景下暖通空調行業對建環專業人才培養的要求，提升學生解決復雜工程問題的能力。