新工科背景下“供熱工程”課程的教學改革與實踐

王 峰，孫春艷，雷翠紅

（山西大學 電力與建筑學院，山西 太原 030031）

引言

“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”構成了新工科建設的“三部曲”，奏響了人才培養主旋律，開拓了工程教育改革新路徑［1］。高等工程教育迫切需要培養一批“大國工匠”和高層次工科創新人才［2］。建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱“建環專業”）的任務是采用人工環境與能源利用工程技術創造適合人類生活和工作的建筑環境與工藝環境，培養的學生應掌握建筑環境調控與能源利用的科學知識和實踐方法［3］，符合新工科特征。因此，有必要針對建筑科技的安全化、智能化、節能化和環保化發展培養具有創新思維的人才，通過人才的輸送培養促進專業的進步［4］。

“供熱工程”課程是建環專業的主干專業課之一［5-6］，課程的主要內容是介紹以熱水和蒸汽作為熱媒的建筑物供暖系統與集中供熱系統［7］，包含冬季室內熱環境的營造與能源綜合利用技術的知識，是一門專業實踐性很強的課程［8-10］，由基本原理、供熱系統、設計計算、設備選型、課程設計、專業實習等部分組成一個獨立的課程體系。

隨著經濟社會的不斷發展，人們認識到了專業課程教學在人才培養中的重要地位，并且新工科也對專業課程教學提出了新的任務和挑戰。因此，“供熱工程”課程的教學必須緊密結合新工科特征，與時俱進，探索新的課程體系和教學模式。

一、“供熱工程”課程教學中存在的問題

（一）課程體系缺乏系統性

供熱工程的總體思路是通過能源的生產、輸送和應用的過程來解決用戶用熱需求。原有課程體系是按照室內供暖工程與室外集中供熱工程兩部分內容在教材中的章節順序依次介紹的，學生學完課程知識后，雖然對每個部分的知識都了解，但是卻難以形成整體的供熱系統，對完整的供熱工藝流程并不熟悉，在后續的“供熱工程”課程中進行課程設計時，普遍存在“課上聽得懂，課下不會做”的現象，對課程設計無從下手，不得不快速重學一遍教材［11-12］。這表明現有的課程體系并不能滿足供熱教學目標的要求。

（二）與相關專業基礎課內容重疊

現有課程的內容之間存在重疊，這既是對學時的浪費，又是對教學資源的浪費。供熱工程和流體輸配管網之間就存在內容重疊的問題。“供熱工程”第四章室內熱水供暖系統的水力計算與“流體輸配管網”第三章液體輸配管網水力特征與水力計算相重疊［13］，二者都介紹了熱水供暖系統管路水力計算的基本原理，重力循環和機械循環熱水供暖管路的水力計算方法和例題。流體輸配管網是先修課程，極大影響了后續供熱工程內容的學習。兩者內容重疊，導致學生在學習后者時不注意聽講，教學效果不盡如人意。因此，要優化“供熱工程”課程體系。

（三）課程教學模式傳統

教師在教學過程中多以傳統的灌輸式進行授課，雖然使用了多媒體，但也只是增加了信息量，缺少對學生自主學習能力的培養，學生始終處于被動接受知識的狀態，缺乏對理論知識的深刻理解和靈活應用，很容易讓學生覺得專業課沒有深度［14］，難以激發學生的學習興趣。例如，水壓圖是整個“供熱工程”課程最重要的知識點和難點，在講授水壓圖“四不一滿”的基本技術要求時，學生雖然理解，但是在繪制水壓圖時卻不明白如何運用，對供熱系統水壓圖的繪制疑惑不解；學生在學習重力循環熱水供暖系統水力計算時，雖然對并聯環路節點平衡原理已經理解，但是具體到并聯環路水力計算時就不會了。由此可見，在傳統教學模式中，學生作為被動接受者，僅學到一些碎片化的專業知識，且只能靠死記硬背來應對考試，對能力的提高作用非常有限。因此，現有的傳統教學模式已經不能滿足新工科背景下對創新型人才培養的需求。

（四）教學內容落后

當今供熱工程領域出現了很多新技術和新成果，而現有的各個版本的教材對新的技術和成果并未做詳細的介紹。如太陽能吸收式熱泵供暖技術、空氣源熱泵供暖技術、北方清潔能源供暖技術、長距離輸送熱水技術、新型末端散熱設備等。很多高校由于課時限制，教師只講授現有教材內的基礎理論知識，再另外開設選修課介紹新技術和新成果。無形之中增加了學生負擔，降低了學生的學習興趣和學習效果。

二、供熱工程課程教學改革與實踐

“供熱工程”課程內容多、圖表多、公式多、涉及規范多和工程實踐性強，且與當前國際國內出現的各種節能新設備和供熱系統節能新理念密切相關，教學難度大。而課程僅有48學時，要讓學生掌握課程全部的教學內容難度很大，必須修訂教學大綱、優化課程體系和改變教學方法。

（一）修訂教學大綱，融入課程思政

根據新工科背景下對人才培養的需求，調整“供熱工程”課程目標，修訂教學大綱。將課程目標設定為：教學過程中堅持以學生為中心，通過價值塑造、知識傳授、能力培養“三位一體”的教書育人理念，以及課程教學內容的學習，使學生具備必需的供熱工程基本知識和基本技能，培養學生供熱工程能源規劃、系統設計和運行管理等方面的能力，培養從事供熱工程施工、管理的基本技能，以及運用所學基本知識解決實際工程問題的能力。培養學生自主學習、探索、創新、思辨和應用知識的能力。將課程思政融入教學大綱，培養學生愛國熱情、敬業精神、工匠精神、團隊協作精神和節能意識，以及“溫暖千萬家”的胸懷和爭做“建筑節能領軍人才”的決心。

（二）優化課程體系

將教學內容根據其性質、內容、邏輯關系進行模塊化劃分，并進行合理搭配，以實現新工科教學目標。將課程教學內容整合為五大模塊：一是將室內供暖系統的設計熱負荷、室內供暖系統的末端裝置和室內熱水供熱系統部分組成熱用戶（能源使用）模塊；二是集中供熱系統、熱水網絡水壓圖和熱水供熱系統的水力工況組成熱網（能源輸送）模塊；三是集中供熱系統的熱負荷和集中供熱系統的熱源組成熱源（能源生產）模塊；四是熱水供熱系統的集中運行調節對應調節控制模塊；五是設計模塊，設計模塊是實踐的指導，包括負荷計算、系統選擇、水力計算和設備選型。五大模塊邊界清晰、相對獨立，又覆蓋了供熱工程的基本理論和工程實踐。根據每個模塊的教學目標和各知識點的學習目標，進行課程教學設計，選擇合適的教學方法，制訂課程教學方案。

（三）探索教學方法，注重理論與實踐相結合

為了滿足新工科背景下對人才培養的需求，必須對授課過程進行詳細認真、有針對性地設計。根據“供熱工程”課程的特點，探索基于項目教學的教學方法，同時將案例用于作業、思考題和討論題的設計，與課程設計訓練共同融入教學體系。課前，給學生布置以實際工程項目改編的適合教學過程使用的題目。課中，去除大量技術細節與技巧性內容，教師以工程應用為依托介紹熱用戶、熱源和熱網等的相關知識；課后，學生通過自學和做項目掌握課上講授內容的細節部分，并且在教師的指導下根據課程進度逐步完成項目設計所涉及的各部分內容，將課中理論教學與課后作業融為一體，邊學邊做，共同完成設計項目大作業，真正實現理論與實踐相結合。教學過程中，將案例分析用于作業、思考題和課堂討論題，訓練學生分析問題和解決問題的能力。案例分析起到啟發思考和銜接理論教學過程的作用，是實現從傳統教學方法向啟發式教學方法轉變的關鍵所在，教師要認真設計課后作業、思考題和討論題目，將課堂教學中的細節通過思考題或作業的方式留給學生課后學習和討論。在教學中，引入注冊公用設備工程師考試元素，逐步建立并完善案例庫。

項目教學法結合案例分析法，以項目為主線，以學生為主體，以教師引導為輔助，增強了學生自主學習的能力，提高了學生解決工程實際問題的能力，激發學生的學習興趣，同時很好地解決了課程學時不夠的問題。

（四）改革教學模式

采用長江雨課堂智慧教學平臺實現BOPPPS的教學新模式。通過圖片、案例、問題、視頻等進行問題導入，并進行前測，提高學生學習積極性；課中，鼓勵學生積極參與教學，加深學生對所學內容的印象和理解，提升學生的學習興趣；課后，通過作業和分組討論檢測學生的學習成果。另外，對部分內容采用現場教學的方式，學生可以看到實物，以更加直觀的方式加深學生的印象，并通過提問、學生講解等方式引導學生思考，培養其解決實際問題的能力。對于重點和難點內容，采用翻轉課堂方式，以學生分組討論、教師總結的方式講授，教學效果事半功倍。例如，熱力站及其設備相關內容的教學就是采用現場教學的方式，通過教師啟發提問和學生講解并現場尋找答案的方式學習熱力站工藝流程、設備工作原理等內容，課后繪制熱力站工藝流程圖，學生一致反映喜歡這種教學方式。室內供暖系統水力計算是該課程重點和難點之一，采用翻轉課堂方式進行教學。某建筑分別采取不同的供暖系統形式，分別為異程式機械循環熱水供暖系統、同程式機械循環熱水供暖系統、重力循環熱水供暖系統、分戶式熱水供暖系統等，每組選擇一種形式在課后進行水力計算，各組成員自行分工合作，并在課中各自講解計算過程和計算結果，教師總結，學生反映這種方法學習效果非常好。學生還根據所學的水力計算原理，自己設計便捷使用的水力計算表，并用在課程設計和畢業設計中。

（五）教學內容注重與時俱進

在供熱領域飛速發展的今天，“供熱工程”課程的教學過程不能單純依靠教材內容，而應該將新產品、新技術和新成果引入課堂。供熱工程既解決了冬季室內熱環境的問題，又涉及清潔供暖和分布式能源應用技術。因此，在教學中增加供熱新技術、新設備的相關知識，比如太陽能供暖技術、空氣源熱泵供暖技術、北方清潔能源供暖技術、長距離輸送熱水技術、建筑節能新技術以及平板微熱管在供熱領域的應用技術等。新技術的引入既開闊了學生的視野，培養了學生不斷探索的創新精神，又豐富了課程內容，提升了學生的自主學習能力和對專業的興趣。

結語

筆者論述了“供熱工程”課程教學改革的措施及實踐過程，對課程教學目標、課程體系、教學方法、教學模式進行了改革，將以教師為中心有效地轉變為以學生為中心，且在教學內容中融入了課程思政，建立了“供熱工程”案例庫，為建環專業建設和深化教學改革提供了參考，教學效果得到了提高，同時獲得了學生的認可。