“雙碳”背景下“工業(yè)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(yè)通風在工業(yè)建筑室內(nèi)健康環(huán)境營造和國家“雙碳”目標實現(xiàn)上扮演著重要角色。“工業(yè)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(nèi)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(chuàng)新能力培養(yǎng)勝于傳統(tǒng)卷面分為基本落腳點，以期培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，提升實踐創(chuàng)新意識，為國家經(jīng)濟社會發(fā)展貢獻力量。

關鍵詞：雙碳；工業(yè)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(lián)合國大會上宣布力爭2030年前完成碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和的目標承諾，該目標對于能源相關專業(yè)既是機遇又是挑戰(zhàn)。依據(jù)《中國建筑能耗研究報告2022》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，工業(yè)能耗約占社會總能耗的70%，其中工業(yè)建筑能耗占15%，且大部分是環(huán)境控制能耗[1]。節(jié)能高效的工業(yè)通風方式是控制工業(yè)建筑室內(nèi)環(huán)境、減少碳排放的最佳途徑，因此，要實現(xiàn)工業(yè)建筑行業(yè)的“雙碳”目標，勢必要加強對工業(yè)通風基本控制理論的理解和工程實際應用能力的培養(yǎng)。

“工業(yè)通風”是高等院校建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的核心必修課程之一，在“暖通空調(diào)”“流體輸配管網(wǎng)”“建筑環(huán)境學”等專業(yè)課程修完后開設，課程講授內(nèi)容包括通風設計、除塵原理、凈化技術(shù)三大部分，主要介紹工業(yè)建筑室內(nèi)空氣污染物通風控制理論與技術(shù)、通風排氣顆粒物凈化原理及技術(shù)、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(huán)境、化學、公共衛(wèi)生等多學科的復雜課程[2]。“工業(yè)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(yǎng)學生對工業(yè)通風設計基本原理及方法、環(huán)境衛(wèi)生相關設計規(guī)范及標準、通風系統(tǒng)運維與節(jié)能方法的掌握，具備控制生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵、有害氣體、高溫、高濕，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境和保護大氣環(huán)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(chǎn)業(yè)發(fā)展對專業(yè)人才的需求，“工業(yè)通風”課程教學亟待改革，能夠凸顯人才培養(yǎng)、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(chuàng)新意識和能力，實現(xiàn)課程教學目的與保障教學質(zhì)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(yè)通風”課程教學改革現(xiàn)狀

當前，“工業(yè)通風”課程教學主要采納傳統(tǒng)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(yè)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(huán)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(tǒng)課堂中存在的問題，提高“工業(yè)通風”課程的教學質(zhì)量，增強學生對本課程實訓的實踐創(chuàng)新意識，提升學生對“工業(yè)通風”課程綜合知識的實踐應用能力，眾多學者對“工業(yè)通風”課程教學改革進行了探索，依據(jù)“工業(yè)通風”課程改革內(nèi)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(qū)動結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂、增加設計環(huán)節(jié)、調(diào)整考核要求、加強產(chǎn)教融合等方法重點培養(yǎng)學生的專業(yè)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(yōu)化實踐教學環(huán)節(jié)，調(diào)整考核方案，進而引導學生以最佳狀態(tài)學習內(nèi)容[4]。王冰等采用線上線下混合教學方式，通過教學內(nèi)容、教學方法、考核方式的改革提升學生的就業(yè)競爭力[5]。易燦南等基于CBE工程教育專業(yè)認證理念對課程能力培養(yǎng)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(yè)要求的達成[6]。張孝強等將網(wǎng)絡平臺和翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合，增強課堂師生互動，提升學生課堂參與度，發(fā)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(yè)通風課設相結(jié)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(yǎng)學生溝通及解決問題的能力[8]。劉雪莉等借助文獻調(diào)研配合問卷調(diào)查，采用啟發(fā)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(xiàn)代教學工具與多媒體結(jié)合，幫助學生掌握更多的專業(yè)知識[10]。黃婷等通過優(yōu)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(fā)現(xiàn)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(fā)學生學習熱情和積極性。盡管已有研究通過翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學等方法并結(jié)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(chuàng)新能力的培養(yǎng)，且前沿科研案例在教學改革中的應用匱乏，任務式的調(diào)動短期內(nèi)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(yè)通風”課程教學中的應用

結(jié)合“雙碳”目標，以“工業(yè)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(jié)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(yè)進行實訓，將參賽作品視為載體，學生依據(jù)社會實踐、企業(yè)實訓現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的新問題，結(jié)合課程領域的知識，運用科研項目中的新方法、新技術(shù)，提出創(chuàng)新性解決方案，進而提升學生對“工業(yè)通風”課程綜合知識的實踐應用能力。

（一）課程內(nèi)容教學模塊化創(chuàng)新

“工業(yè)通風”課程整個教學過程（理論環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)）均采用模塊劃分的課程教學方式，結(jié)合工業(yè)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(huán)節(jié)過程中，教師要摒棄傳統(tǒng)的章節(jié)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(tǒng)完整講授，轉(zhuǎn)而采用工程案例式授課方式，即教師將復雜的工程系統(tǒng)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(jīng)典案例的講解覆蓋課程所有核心知識點，完成對應畢業(yè)目標和畢業(yè)要求指標點。

為保證教學活動高效有序進行，在理論教學環(huán)節(jié)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(diào)換小組所屬模塊，在24個學時內(nèi)保證理論教學案例講解數(shù)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(zhuǎn)課堂、虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(jié)能通風方式、管道阻力優(yōu)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(yè)通風”課程教學。

（二）課程安排及組織實施優(yōu)化

案例式教學重新恢復學生的學習主體地位，打破傳統(tǒng)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(nèi)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(huán)節(jié)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(fā)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(diào)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(zhuǎn)課堂階段。該階段繼續(xù)以學生為主體，分為小組熱點前沿動態(tài)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(xiàn)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(jié)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(huán)節(jié)，確保每個模塊知識點在15分鐘內(nèi)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(xiàn)實技術(shù)、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(yè)學生積極參加與“工業(yè)通風”課程相關的科研課題、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、節(jié)能減排社會實踐與科技競賽以及學術(shù)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(huán)節(jié)會安排4個課時的企業(yè)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(yè)。

（三）課程實踐內(nèi)涵提升

實踐教學環(huán)節(jié)主要包括案例式課程教學、第二課堂、課程設計與實驗、企業(yè)實習實訓四個重要組成部分。實踐教學環(huán)節(jié)占總學時的1/3，共計8個學時，主要用于實驗教學和企業(yè)實習實訓。整個實踐教學環(huán)節(jié)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(xù)教學階段的部分實際案例提前引進理論教學環(huán)節(jié)，使得學生在課前準備和翻轉(zhuǎn)課堂學習過程中發(fā)現(xiàn)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(jié)，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(yè)，按照理論環(huán)節(jié)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(yè)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(shù)據(jù)測試方法，更好地做到理論聯(lián)系實際。

3.第二課堂階段。針對目前工業(yè)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(yè)通風領域新方案、產(chǎn)品等，積極參與教師科研課題、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、節(jié)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(chǎn)品和方案，提升學生的創(chuàng)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(yè)通風除塵系統(tǒng)不同關鍵部件的參數(shù)，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(shù)進行實時監(jiān)測，并對記錄數(shù)據(jù)進行分析；邀請企業(yè)專家針對學生課程設計、現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)的問題進行講解，并就系統(tǒng)設計方案進行回顧，讓“工業(yè)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(jié)合“工業(yè)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(fā)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(chuàng)新能力勝于卷面分數(shù)，課程考核與評價標準改進的主要內(nèi)容如下。

1.全過程考核（采用百分制），包括翻轉(zhuǎn)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(zhuǎn)課堂隨機抽人匯報的成績?yōu)樾〗M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?yōu)樾〗M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(jié)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(shù)成果情況。

3.翻轉(zhuǎn)課堂階段會邀請教務督導、其他專任教師聽課，成績?yōu)槁犝n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?yōu)閷＜以u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?yōu)槠髽I(yè)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?yōu)槎叩钠骄帧?/p>

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

三、結(jié)論

“工業(yè)通風”課程教學改革面臨工業(yè)建筑室內(nèi)健康環(huán)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(nèi)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(nèi)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(yè)通風”教學質(zhì)量提升及學生綜合能力培養(yǎng)提供參考。

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[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