雙碳背景下“建筑供配電技術”課程教學改革與實踐

牛 瑩，張勛才，曹祥紅

（鄭州輕工業大學建筑環境工程學院 河南 鄭州 450002）

1 課程學情分析

1.1 課程內容面廣、度深，學習難度大

“建筑供配電技術”課程涵蓋電力系統基本知識、低壓配電、負荷計算、短路計算、電氣設備選用、民用建筑電氣設計、防雷措施、繼電保護、電氣施工圖等多方面的專業知識。內容繁雜、計算量大，所涉及的國家規范和圖表多，要求深入理解電氣原理，并按規范進行設計。理論學習難度大，容易產生畏難情緒，影響學習效果。

1.2 課程資源與技術發展存在更替時差

近年來，智慧建筑、綠色建筑等新發展戰略和新技術的出現，為建筑電氣發展注入新活力的同時對“建筑供配電技術”課程教學改革帶來了挑戰。受學時限制和場地條件等多種因素的制約，教師無法將行業發展新技術充分融入教學，導致學生的學習效果受到限制。同時國家規范及標準數量龐大、更新速度快，然而，從教材的編寫、出版再到用于課程教學，期間無法抗拒的時間差導致了教材內容必然滯后于當前技術的發展。因此，教師需要及時關注行業前沿技術，隨時對課程內容進行拓展，更替教學資源，以保證學生緊跟行業發展趨勢，掌握滿足市場需要的學習技能。

1.3 課程體系跨學科交叉性不足

“建筑供配電技術”課程需重視與其他學科的交叉融合。雙碳背景下，可持續建筑設計要綜合考慮能源效率、環保和節能減排。建筑電氣系統需與能源管理、智能控制協同工作，最優利用能源并減少對環境的影響。智慧建筑和物聯網發展對電氣系統提出新的要求，需要與計算機、通信等學科跨學科合作，培養學生綜合思考和解決問題的能力。

1.4 學生實踐及知識遷移能力不夠

學生在“建筑供配電技術”課程中實踐能力不足，特別在將理論知識應用于實際工程中的能力上存在困難。缺乏與實際工程相似的設計任務和場景，無法感受設計與施工的聯系；缺乏參與實際項目設計的機會，無法全面了解設計到施工的全過程和實際問題。課程應注重提升學生的實踐能力，增加學生參與實際工程實踐的機會，促進理論與實踐的有效銜接。

2 教學改革與實踐措施

2.1 思政引領，激發學習興趣

2.1.1 結合時政，學以致用

選擇合適的熱點新聞及時政素材引入課程教學，引導學生利用課程所學知識解決建筑電氣設計中的實際問題。例如，結合火神山、雷神山、方艙醫院的供配電設計，學以致用，提升學生的工程素養，培養其愛國主義情操。開展課堂討論，深化學生認識；激發學生的學習熱情和學習興趣，提升課程吸引力。

2.1.2 遵紀守法、恪守職業道德

學習建筑電氣設計相關法律法規，明確建筑供配電工程設計的重大責任，選用的電氣設備、導線電纜、管材等必須滿足國家規范及標準的設計要求，必須保證產品質量。杜絕采用劣質產品，保障工程質量，堅守職業道德規范。

2.1.3 科學嚴謹、培養大國工匠

建筑供配電系統設計是一項科學嚴謹的任務，設計中不僅負荷數量多、種類多，其負荷等級及供電要求也各異，導致負荷計算煩瑣、復雜，設備合理分組及計算參數的查找和選取也有難度，要求學生必須有吃苦耐勞的鉆研精神、科學嚴謹的學習態度才能完成這項設計工作。

2.2 構建多維度立體化教學資源

針對建筑供配電工程設計遵循的國家規范和設計標準多、更新快，學習和靈活運用難度大、教材更新難以保證時效性等問題，課程團隊積極運用現代教育技術，加強課程建設。進行了包括教材、配套課件、電子教案及中國大學慕課平臺等多種載體構成的立體化教學資源建設，為學生提供了良好的多媒介學習環境和豐富的教學資源。

2.2.1 深化應用“互聯網+教學”信息化平臺

課程團隊借助中國大學慕課平臺，建設豐富的課程線上資源，實現預習、授課、作業、討論、測驗環節的線上開展。學生可以借助電腦、手機等電子設備充分利用碎片化時間，隨時隨地進行學習。

2.2.2 打造數字化立體教材

課程團隊編寫出版“建筑供配電技術”課程配套教材，錄制了課程知識點講解視頻、配置了課外閱讀拓展材料、規范解讀等立體化教學資源，集中放置在教材二維碼中，學生掃碼即可學習。同時，二維碼內容也可以隨時補充更新，提高了教材的可讀性和實時性。

2.2.3 信息化手段應用于教學，實現虛實一體

借助信息化手段，搭建虛擬實驗室，例如采用模擬軟件、先進的編程語言開發電力系統實驗模擬平臺。利用Matlab 的Simulink 模塊和Mat-power 工具包模擬電網，完成負荷計算、短路電流計算等功能；建筑供配電系統電氣設備、導線及線纜、電氣開關種類繁多，線路鋪設走向復雜，在電氣施工圖中僅用圖形和符號進行表示，較為抽象，對空間想象和邏輯思維能力要求很高，學生理解很困難。課程團隊將建筑信息化模型技術（BIM）引入教學，通過建模，將二維平面圖紙轉換為三維立體模型，給學生以更加直觀、具體、形象的認識，便于學生理解建筑電氣施工圖，簡化學習難度。

2.3 優化課程內容，多領域融合

隨著綠色建筑領域新技術和新設備的不斷更新，“建筑供配電技術”課程需要與時俱進，適應雙碳背景下建筑供配電技術的發展需求。課程團隊秉承多領域融合的思想，優化課程內容，針對建筑電氣技術發展的最新趨勢，從以下幾個方面進行優化融合：

2.3.1 建筑供配電智能化

高層建筑的垂直分布、大量電氣負載和高電力需求帶來了建筑電氣設計的挑戰，對供配電系統的可靠性和安全性提出更高的要求。課程涵蓋需求側智能配電網、主動配電網和直流微電網等新興技術和理念，以滿足高層建筑對電氣安全和電力負荷的更高需求。學生還應了解如何實現源網荷儲的一體化設計和全局優化運行，以及建筑供配電與電力系統的深度互動，以應對可再生能源電力消納問題。

2.3.2 建筑供配電直流化

綠色建筑注重能源高效和環境友好，強調建筑供配電系統的節能減排和可再生能源利用。隨著直流技術的發展，建筑直流化成為一種趨勢。課程介紹了直流建筑和建筑直流配電的相關知識，并引入交流直流混合配電，探討光伏發電、儲能系統等新技術與建筑直流化的結合應用，讓學生了解不同電力形式的優勢和適用場景。

2.3.3 建筑物全面智慧化

雙碳背景下的建筑供配電技術需要關注建筑物智慧化和網絡化的發展趨勢，智慧建筑借助先進的信息技術和智能控制系統，突出建筑供配電系統的智能化和自適應性。課程內容涵蓋智慧建筑技術、建筑物聯網等領域的知識，介紹智能電網、能源互聯網、建筑物聯網等概念，以及與之相關的供配電系統設計和管理技術，強調運維階段的重要性，可培養學生在建筑智慧化方面的能力，通過智能技術手段實現智能感知、智能分析和智能決策，提高建筑供配電系統的運維效率。通過多領域融合、與時俱進，課程內容更貼近實際需求，培養學生的跨學科思維和實踐能力，以應對未來建筑供配電領域的挑戰。

2.4 培養工程思維，情境模塊化教學

“建筑供配電技術”是一門理論和實踐相結合，同時對工程素養要求很高的課程。課程團隊總結多年的教學經驗，結合雙碳背景下的“建筑供配電技術”課程教授的需要，將知識點融入若干模塊中，采用情境化模塊教學，引入項目案例，從單一的建筑供配電系統設計基本理論，轉變為以工程實踐為主線，夯實專業基礎，注重綜合設計。

2.4.1 能源及碳減排模塊

新能源和碳排放管理日益重要的背景下，課程涵蓋分時電價、電力交易和碳交易等相關知識，使學生了解用戶用能行為對能源需求和碳排放的影響。此外，還介紹了需求響應和虛擬電廠的概念和技術，包括能源管理、可再生能源的應用和能源效率的提升，以減少建筑電氣系統的碳排放，并培養學生綜合能源供應和碳排放管理的能力。

2.4.2 節能技術模塊

探討建筑供配電系統中的節能技術，如高效照明系統、智能控制系統和節能設備的選擇。學生了解如何在設計和運行建筑電氣系統時考慮節能因素，以降低碳足跡。

2.4.3 可再生能源集成模塊

隨著大規模分布式能源（如太陽能光伏系統、風能發電系統和地熱能利用）的應用，建筑供配電系統需要適應新能源供應低碳多元化的要求。課程介紹了建筑光伏和綠色建筑微電網的應用，使學生了解這些技術的原理、設計和運行要點，以實現可持續能源的利用，為建筑節能減排提供更有效的途徑。

2.4.4 工程實踐模塊

課程團隊引入實際工程案例，選擇難度適中的民用公共建筑（如圖書館、教學樓）的建筑供配電系統施工圖。按照電氣設計說明、電氣主接線系統圖、豎向配電系統圖、配電箱系統圖、動力配電平面圖、電氣照明系統平面圖、防雷與接地系統平面圖等逐一進行講授。以實際工程案例為線索，借助施工圖紙，將課程知識融入具體的設計實踐中。完成一部分內容后，再布置等價規模的工程設計任務給學生，引導學生自由選題，組成興趣攻關小組，通過探索研究、小組討論等形式完成設計任務。教師進行答疑輔導，組織小組間討論，并分享和點評典型設計案例。通過沉浸式學習，提升學生的工程素養和實踐能力。

3 總結與展望

在雙碳背景下，“建筑供配電技術”課程的教學改革與實踐應與我國實現綠色發展和碳達峰碳中和的目標緊密結合，促進建筑電氣領域的可持續發展。課程內容要根據國家規范的更新和新技術設備的發展不斷演進，關注建筑物的供電安全、節能減排、多元化可持續能源利用、消防保障和防雷等要求。引入綠色建筑、智慧建筑等領域的新技術和發展，培養學生解決實際工程問題的能力，提升綜合工程素養。課程改革要繼續跨學科融合，將建筑供配電技術與其他學科有機結合，培養學生的綜合能力和跨學科思維。展望未來，通過不斷的教學改革與實踐，推動課程在綠色建筑中發揮更大作用，更好地適應雙碳背景下行業發展的需求，培養具有創新能力和可持續發展意識的專業人才，為建設美麗中國和推動綠色建筑發展做出積極貢獻。