“雙碳”背景下“工業通風”課程案例式教學改革與實踐

莊加瑋　劉恩海　劉建麟

摘? ? 要：工業通風在工業建筑室內健康環境營造和國家“雙碳”目標實現上扮演著重要角色。“工業通風”課程案例式教學改革與實踐對課程教學模塊化、課程安排及組織實施、課程實踐內涵及課程考核與評價標準進行了探討。整個教學過程秉持一個中心、兩個基本點，即以全過程考核為中心，以課程理論與實踐應用并重和創新能力培養勝于傳統卷面分為基本落腳點，以期培養學生解決復雜工程問題的能力，提升實踐創新意識，為國家經濟社會發展貢獻力量。

關鍵詞：雙碳；工業通風；課程案例；教學改革；教學實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2024）05-0071-03

中國在第75屆聯合國大會上宣布力爭2030年前完成碳達峰，2060年前實現碳中和的目標承諾，該目標對于能源相關專業既是機遇又是挑戰。依據《中國建筑能耗研究報告2022》的統計數據，工業能耗約占社會總能耗的70%，其中工業建筑能耗占15%，且大部分是環境控制能耗[1]。節能高效的工業通風方式是控制工業建筑室內環境、減少碳排放的最佳途徑，因此，要實現工業建筑行業的“雙碳”目標，勢必要加強對工業通風基本控制理論的理解和工程實際應用能力的培養。

“工業通風”是高等院校建筑環境與能源應用工程專業的核心必修課程之一，在“暖通空調”“流體輸配管網”“建筑環境學”等專業課程修完后開設，課程講授內容包括通風設計、除塵原理、凈化技術三大部分，主要介紹工業建筑室內空氣污染物通風控制理論與技術、通風排氣顆粒物凈化原理及技術、通風排氣有害氣體凈化機理等基本理論知識，是一門涉及建筑、環境、化學、公共衛生等多學科的復雜課程[2]。“工業通風”是一門重要性極高的課程，通過該課程的學習，旨在培養學生對工業通風設計基本原理及方法、環境衛生相關設計規范及標準、通風系統運維與節能方法的掌握，具備控制生產過程中產生的粉塵、有害氣體、高溫、高濕，創造良好的生產環境和保護大氣環境的工程應用能力，能夠做到知行合一，學以致用。

為適應“雙碳”背景下高等教育與服務產業發展對專業人才的需求，“工業通風”課程教學亟待改革，能夠凸顯人才培養、課程體系與應用教學實踐模式，增強學生的學習熱情和參與度，提升學生對本課程的實踐創新意識和能力，實現課程教學目的與保障教學質量的同時，扎實推進理論與實踐并重的教學改革思路。

一、“工業通風”課程教學改革現狀

當前，“工業通風”課程教學主要采納傳統灌輸式

教學方法，一方面，教學資料老舊，學生學習興趣不高，師生課堂互動少，教學效果差；另一方面，“工業通風”概念多、知識面廣且涉及學科交叉，學生需要提前了解流體力學、毒理學、環境科學等相關知識，在實際教學中，學生的基礎不夠扎實，對某些知識點的理解困難，且課程設置學時較少，為完成教學進度，教師往往回避難懂的知識點或一帶而過，使得學生只能一知半解。

為克服傳統課堂中存在的問題，提高“工業通風”課程的教學質量，增強學生對本課程實訓的實踐創新意識，提升學生對“工業通風”課程綜合知識的實踐應用能力，眾多學者對“工業通風”課程教學改革進行了探索，依據“工業通風”課程改革內容的不同，分為理論課教學改革和實踐教學改革兩類。張艷秋通過任務驅動結合翻轉課堂、增加設計環節、調整考核要求、加強產教融合等方法重點培養學生的專業應用能力[3]。于敏基于TMB體系分析學生行為特性確定線下授課模式，優化實踐教學環節，調整考核方案，進而引導學生以最佳狀態學習內容[4]。王冰等采用線上線下混合教學方式，通過教學內容、教學方法、考核方式的改革提升學生的就業競爭力[5]。易燦南等基于CBE工程教育專業認證理念對課程能力培養指標體系進行劃分，通過排風罩、凈化裝置選擇能力訓練促進工程教育認證畢業要求的達成[6]。張孝強等將網絡平臺和翻轉課堂結合，增強課堂師生互動，提升學生課堂參與度，發揮學生主觀能動性，提升學習效率[7]。皮子坤等將CDIO理念與工業通風課設相結合，在課設選題、時間安排、考核角度方面進行改革，進而促進學生自主學習，培養學生溝通及解決問題的能力[8]。劉雪莉等借助文獻調研配合問卷調查，采用啟發式教學，增加學生學習積極性，提高學生解決實際問題的能力[9]。徐超等將現代教學工具與多媒體結合，幫助學生掌握更多的專業知識[10]。黃婷等通過優化課程設計時間安排和選題，完善課程設計考核方法，提升學生對課程設計的掌握程度[11]。

不難發現改革的落腳點都是幫助學生掌握理論知識和提升實際應用能力，關鍵是激發學生學習熱情和積極性。盡管已有研究通過翻轉課堂、混合式教學等方法并結合CBE工程教育理念在教學改革上取得了一定的成果，但大部分研究忽視了學生創新能力的培養，且前沿科研案例在教學改革中的應用匱乏，任務式的調動短期內雖可提高學習效果，但很難持久。

二、“雙碳”背景下案例式教學在“工業通風”課程教學中的應用

結合“雙碳”目標，以“工業通風”課程案例教學為抓手，鼓勵學生參與教師科研項目，提倡學生參加課程相關的節能減排社會實踐與科技競賽，分期、分時段走進實驗室和企業進行實訓，將參賽作品視為載體，學生依據社會實踐、企業實訓現場發現的新問題，結合課程領域的知識，運用科研項目中的新方法、新技術，提出創新性解決方案，進而提升學生對“工業通風”課程綜合知識的實踐應用能力。

（一）課程內容教學模塊化創新

“工業通風”課程整個教學過程（理論環節、實踐環節）均采用模塊劃分的課程教學方式，結合工業通風設計理論及流程，課程知識點可分為通風氣流原理、通風管道輸運、通風除塵凈化三個模塊。在理論教學環節過程中，教師要摒棄傳統的章節授課方式，例如，介紹通風方法時要按照全面通風、局部通風的順序系統完整講授，轉而采用工程案例式授課方式，即教師將復雜的工程系統進行簡化，依托課程知識點歸類進一步模塊化，最終按照知識模塊順序逐一講授，通過多個經典案例的講解覆蓋課程所有核心知識點，完成對應畢業目標和畢業要求指標點。

為保證教學活動高效有序進行，在理論教學環節將學生按照課程知識點模塊進行分組，并隨著案例講解及時調換小組所屬模塊，在24個學時內保證理論教學案例講解數量在6個以上，提供每名學生每個模塊超過2次小組學習機會，每個學習小組案例匯報6次以上，班級人均至少1次。針對不同教學模塊，教學過程中教師還會采用科技前沿講座、翻轉課堂、虛擬現實技術等手段加強師生互動，提升學生學習專注力，幫助學生掌握新型節能通風方式、管道阻力優化方法、除塵凈化煙氣余熱回收等知識，更好地將“雙碳”目標融入“工業通風”課程教學。

（二）課程安排及組織實施優化

案例式教學重新恢復學生的學習主體地位，打破傳統重理論、輕實踐的教學思維，全過程貫穿理論與實踐并舉理念，該教學模式主要分為教學手段、教學內容模塊化、第二課堂及實踐實訓四個重要組成部分。

理論教學環節占總學時的2/3，共計16個學時，每個教學周只安排2個課時。整個授課過程分為5個階段，各階段的具體教學安排如下。

1.課前準備階段。建立課程交流群（微信或QQ），上課前一周發布教學案例，組織學生按照不同模塊劃分為3個學習小組（模塊I、II、III），到下一個教學案例時，小組成員不變但所屬模塊按排列組合方式進行調整，每個小組安排一名學習組長，課前組織組員針對教學案例，認真做好本模塊的預習工作，查閱資料，制作小組匯報的PPT。

2.翻轉課堂階段。該階段繼續以學生為主體，分為小組熱點前沿動態分享和模塊知識點講解兩個部分，每個小組匯報的時間約15分鐘，學生提問和任課教師點評5分鐘，總時長不超過1個小時，需要注意的是，每個小組匯報的學生均由任課教師現場隨機抽取，教師點評主要從模塊知識點理解、如何助力“雙碳”目標完成的角度對學生進行引導。

3.教學講解階段。教師就教學案例，結合學生匯報情況，按模塊順序進行核心知識點講解，每個模塊每次課安排3～4個核心知識點和1～2次提問互動環節，確保每個模塊知識點在15分鐘內可以講授完畢，單個案例教學講解總時長不超過45分鐘，講解時可采用多媒體視頻、虛擬現實技術、科技前沿成果等形式幫助學生理解和消化知識點。

4.第二課堂階段。這一教學階段并非要求全體學生參與，鼓勵專業學生積極參加與“工業通風”課程相關的科研課題、創新創業訓練計劃項目、節能減排社會實踐與科技競賽以及學術會議等。

5.實踐實訓階段。按照教學安排，這一教學階段共計有8個學時，學生分時、分期進實驗室，每個學生至少參與課程實驗4項，實踐環節會安排4個課時的企業實習、實訓，整個教學過程中學生須完成3次通風設計的大作業。

（三）課程實踐內涵提升

實踐教學環節主要包括案例式課程教學、第二課堂、課程設計與實驗、企業實習實訓四個重要組成部分。實踐教學環節占總學時的1/3，共計8個學時，主要用于實驗教學和企業實習實訓。整個實踐教學環節分為4個階段，各階段的具體教學安排如下。

1.案例教學階段。將后續教學階段的部分實際案例提前引進理論教學環節，使得學生在課前準備和翻轉課堂學習過程中發現問題，任課教師對這些問題進行解惑，同時對實際工程中不同模塊的設計問題進行歸納總結，幫助學生帶著問題思考、設計方案等進入下一階段的學習。

2.課程設計與實驗階段。整個教學過程中每位學生完成3次課程設計大作業，按照理論環節學生分組情況（模塊I、II、III），提前給定題目并安排各小組選擇模塊，每次設計各小組負責的模塊不同，課程設計的題目與課程實驗、實習實訓企業的案例保持一致；學生分時、分期進實驗室，幫助學生了解設計原理，掌握數據測試方法，更好地做到理論聯系實際。

3.第二課堂階段。針對目前工業通風領域工程設計的難點、痛點，借助掌握的理論知識，學生設計出工業通風領域新方案、產品等，積極參與教師科研課題、創新創業訓練計劃項目、節能減排社會實踐與科技競賽，得到同行專家寶貴的建議，不斷完善產品和方案，提升學生的創新實踐能力，助力國家“雙碳”目標達成。

4.實習實訓階段。為獲取工業通風除塵系統不同關鍵部件的參數，將班級學生按模塊分為3個小組，各小組分別對不同模塊的重要參數進行實時監測，并對記錄數據進行分析；邀請企業專家針對學生課程設計、現場實測發現的問題進行講解，并就系統設計方案進行回顧，讓“工業通風”課程理論知識與實踐充分融合。

（四）課程考核與評價標準改進

結合“工業通風”課程案例式教學與實踐方案，提出更適應工程教育認證理念和學生發展的考核新方法，即一個核心，兩個基本點，一個核心是堅持全過程考核，兩個基本點是課程理論與實踐應用并重、創新能力勝于卷面分數，課程考核與評價標準改進的主要內容如下。

1.全過程考核（采用百分制），包括翻轉課堂（20%）、課程設計（20%）、課程實驗（15%）、實習實訓（15%）、期末考試（30%）五個部分，即平時成績占總成績的70%，期末考試成績占總成績的30%，第二課堂作為平時成績的加分項，最多可加總成績的10%，但保證學生平時總成績不超過70分。

2.單次翻轉課堂隨機抽人匯報的成績為小組所有

成員此次平時成績；每次課程設計小組成員的平均成績為小組所有成員此次平時成績；每位學生課程實驗報告、實習實訓心得總結為其平時成績；期末考試成績參考卷面得分；第二課堂加分主要參考學生的競賽獲獎、學術成果情況。

3.翻轉課堂階段會邀請教務督導、其他專任教師聽課，成績為聽課教師打分、課程教師打分、學生互評的平均分；課程設計要邀請設計院專家評閱，成績為專家評閱成績和任課教師評閱成績的平均分；課程實驗、實習實訓會成績為企業專家評閱成績和任課教師評閱成績的平均分；期末考試采用筆試和答辯兩種形式，筆試占70%，問題答辯占30%，總成績為二者的平均分。

為加強過程性考核，鼓勵學生提升實踐創新能力，緊跟國家“雙碳”戰略，考核標準會向能力培養傾斜，不再拘泥課堂表現這類細節考核，新的考核體系既有團隊協作，又包含個人表現，理論與實踐并重。需要注意的是，學生有兩個考核環節低于50分或者總成績低于60分直接進行重修。

三、結論

“工業通風”課程教學改革面臨工業建筑室內健康環境營造和國家“雙碳”目標達成的雙重壓力，從課程教學模塊化、課程安排及組織實施、課程實踐內涵及課程考核與評價四個方面對案例式教學改革與實踐進行研究。形成了通風氣流原理、通風管道輸運、通風除塵凈化三個教學模塊，教學模式由教學手段、教學內容模塊化、第二課堂及實踐實訓四個重要部分組成并通過四個教學階段完成，實踐教學貫穿整個教學過程，提出一套新的考核評價體系，為“工業通風”教學質量提升及學生綜合能力培養提供參考。

參考文獻：

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[10]? 徐超，王凱，郭海軍.安全工程專業“工業通風與除塵”課程? 教學方法優化與實踐[J].教育現代化，2018（20）.

[11]? 黃婷，段在鵬.工業通風與防塵課程設計的教學改革與? 實踐[J].海峽科學，2017（1）.

[責任編輯? 韓曉雨]

收稿日期：2023-10-08

作者簡介：莊加瑋，常州大學城市建設學院講師，博士