新工科背景下土木工程類專業(yè)建筑設備創(chuàng)新教學模式研究

摘 要：在新工科建設和工程教育認證背景下，為以學生終身發(fā)展為核心，培養(yǎng)適應新時期智能建筑和綠色建筑發(fā)展的高素質建筑人才，該文針對建筑設備教學過程中面臨的“專業(yè)素養(yǎng)不足、工程能力欠缺”等問題，從多維度開展課程創(chuàng)新改革，融入BIM虛擬實踐教學，對學生進行“全息式”工程能力培養(yǎng)，構建“1C-2A-4R～一芯兩軸四面”的創(chuàng)新教學模式。一系列教學創(chuàng)新措施和全新的教學模式，充分調動學生的學習積極性，學生的綜合素質、專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新意識、工程實踐能力等得到明顯提高，人才培養(yǎng)成效顯著。為土木工程類專業(yè)建筑設備教學改革提供參考和應用實踐。

關鍵詞：建筑設備；BIM虛擬實踐教學；一芯兩軸四面；土木工程；教學模式

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）23-0093-04

Abstract： Under the background of the construction of new engineering disciplines and certification of engineering education， in order to focus on students' lifelong development and cultivate high-quality architectural talents that adapt to the development of intelligent buildings and green buildings in the new era， this paper aims to address the "lack of professional literacy， lack of engineering ability" and other issues faced in the teaching process of "Building Equipment"， carries out curriculum innovation reform from multiple dimensions， integrating BIM virtual practice teaching， and conduct "holographic type" engineering ability training for students. The innovative teaching mode of "1C-2A-4S～one core， two axes， and four sides"is constructed. A series of innovative teaching measures and new teaching models have fully mobilized the learning enthusiasm of students， significantly improving their comprehensive quality， professional literacy， innovation awareness， engineering practice ability， etc.， and achieving significant results in talent cultivation. This study providesreference and application practice for the teaching reform of "Building Equipment" of the civil engineering majors.

Keywords： construction equipment; BIM virtual practice teaching; One core， two shafts， four sides; civil engineering; teaching mode

2017年2月20日，教育部高等教育司發(fā)布《關于開展新工科研究與實踐的通知》，提出以新技術、新業(yè)態(tài)、新模式、新產業(yè)為代表的新經濟蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新。新型工科人才是支撐實現國家戰(zhàn)略和新經濟快速發(fā)展的重要人力保障，高校人才培養(yǎng)要向應用型和創(chuàng)新型人才轉型。

在這種背景下，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)迎來了新問題和新需求，綠色建筑、智能建筑、智慧城市等理念不斷涌現，數字化轉型成為了絕大多數公司和個人討論的問題，據統計2022年超過半數的建筑公司正在進行數字化轉型，并且BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）在其中起到了關鍵作用。裝配式建筑、BIM等新技術的逐步成熟和廣泛推廣，使土木工程領域面臨前所未有的新挑戰(zhàn)和新機遇，迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才作為支撐。

建筑設備是高等院校土木和建筑類專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課程，其內容包含三個工科專業(yè)的基礎知識，在新興工程科技人才培養(yǎng)上占有重要地位，但是在課程教學過程中面臨著學生專業(yè)素養(yǎng)不足、工程能力欠缺等問題，傳統的教學模式已不能滿足新工科建設的需要。

為以學生終身發(fā)展為核心，培養(yǎng)適應新時期智能建筑和綠色建筑發(fā)展的高素質建筑人才，解決建筑設備教學過程中面臨的問題，本教學團隊從多維度開展課程創(chuàng)新改革，融入了BIM虛擬實踐教學，對學生進行“全息式”工程能力培養(yǎng)，構建了“1C-2A-4S～一芯兩軸四面”的創(chuàng)新教學模式。一系列教學創(chuàng)新措施和全新的教學模式，充分調動了學生的學習積極性，學生的綜合素質、專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和工程實踐能力等得到明顯提高，人才培養(yǎng)成效顯著。

一 “1C-2A-4R～一芯兩軸四面”的創(chuàng)新教學模式

“一芯”課程目標——信息化、能力化、素養(yǎng)化。

“兩軸”——BIM技術能力培養(yǎng)和節(jié)能減排理念培育。

“四面”——課程內容重構、教學方法創(chuàng)新、教學環(huán)境創(chuàng)設、教學評價改革。

1）課程內容重構——突出土建、融入思政、“四新”技術，全面提高學生的專業(yè)素養(yǎng)。

2）教學方法創(chuàng)新——案例教學、虛擬實踐、對分課堂，激發(fā)學生學習興趣，提高學生的工程實踐能力。

3）教學環(huán)境創(chuàng)設——學科競賽、智慧課堂、學銀在線，從不同的時間、空間保障學生能獲取各種優(yōu)質教學資源，提高學生自主學習能力及終身學習能力。

4）教學評價改革——注重過程、理實兼顧、限定關分，全過程評價方式考核學生的學習情況，通過課堂提問、分組討論匯報、交流演示、課堂閉卷測驗、作品集、BIM實踐和期末考試等各種方式調動學生的積極性，激發(fā)學生認真學習、培養(yǎng)學生的團隊合作能力、表達能力、理論聯系實際的能力、創(chuàng)新能力等。

二 課程內容重構——突出土建、融入思政、“四新”技術

建筑設備課程內容涵蓋了三個本科專業(yè)的基本內容，分別是給排水科學與工程專業(yè)、建筑環(huán)境與能源應用工程和建筑電氣與智能化專業(yè)，均為土木類學科下的二級學科。由于涉及三個專業(yè)的教學內容，因此課程知識點眾多，加上基礎理論抽象，對于建筑、結構和工程管理專業(yè)的學生而言，認為內容與專業(yè)關聯度不大，學習興趣低，因此進行教學內容重構，有機融入課程思政元素，聚焦學科前沿，能有效地提高學生學習興趣，全面提高專業(yè)素養(yǎng)。

針對土木工程專業(yè)特點，增加建筑設備各施工案例的學時，并通過真實案例培養(yǎng)學生認真嚴謹的專業(yè)素養(yǎng)；同時利用國內外對比，激發(fā)學生愛國熱情，正視差距，矢志創(chuàng)新，科技報國。

采暖和空調是建筑設備的重要組成部分，并且其能耗占社會總能耗的20%。培養(yǎng)學生的節(jié)能減排意識，學習節(jié)能減排的方法對于降低社會總能耗，實現我國碳達峰與碳中和的目標意義重大。因此在教學內容上增加建筑設備節(jié)能的學時，同時從給排水到采暖空調到建筑電氣及設備自動化，將節(jié)能減排的理念培養(yǎng)貫穿整個教學過程。

智能建筑既可以為人們提供美好的生活，也是節(jié)能減排的重要途徑，將本課程重點放在智能建筑及設備自動化上，并且每一模塊都增加“四新”技術的發(fā)展動態(tài)與趨勢，具體內容見表1。

三 教學方法創(chuàng)新——案例教學、虛擬實踐、對分課堂

建筑設備課程的理論與實踐性均很強，案例的學習有助于學生更好地理解理論知識。本課程在每一模塊后都學習一個綜合施工案例，在學時少并且疫情的情況下學生無法去工地參觀學習，因而本課程創(chuàng)新采用三維虛擬實踐的方式進行，這種教學方法既解決了實踐的時間空間問題，又可使知識系統化，并且可以大大提高學生的創(chuàng)新能力。

在進行案例學習時采用對分課堂的教學方法。

對分課堂，其核心理念是分配一半課堂時間給教師講授，另一半給學生討論，并把講授和討論時間錯開，讓學生在課后有一周時間自主安排學習，進行個性化的內化吸收。對應的考核方法強調過程性評價，并關注不同的學習需求。本課程的對分課堂分為三個階段（圖1）。

（一） 教師講授階段

在進行案例學習時首先是教師進行講解，提綱挈領地對照施工圖紙將施工案例中的重點和難點給予提示，并不是詳細的講解，適當留白，讓學生了解這個施工案例的系統結構，然后在學習通平臺發(fā)布BIM實踐作業(yè)，讓學生根據二維圖紙建立施工案例的三維模型（圖2）。

（二） 學生BIM實踐階段

學生在課下完全獨立地根據教師的提點詳細解讀圖紙，并根據在線教學課程進行自學并完成BIM實踐作業(yè)，學生在完成作業(yè)時有不明白的地方首先小組內進行討論，小組內討論不能解決的問題，課上在全班交流，全班交流不能解決的問題由教師講解答疑。

（三） 學生教師交流討論階段

課上一半的時間由各小組間總結交流各自的學習心得，教師列出優(yōu)秀作業(yè)，各小組對照優(yōu)秀作業(yè)首先找出自己作業(yè)的問題，并改正問題，教師最后根據交流情況解答學生們不能解決的問題。

這種新型教學方法理念深刻、簡明易用，變被動學習為主動學習，培養(yǎng)學生批判性思維、創(chuàng)造性思維、溝通能力、合作能力，工程實踐能力大大提高。

四 教學環(huán)境創(chuàng)設——學科競賽、智慧課堂、學銀在線

建筑設備課程的BIM實踐需要學生具備相應的工程識圖及制圖的基礎，因而建筑設備的教學工作不局限于一學期、一門課，而是注重對學生不同階段認知的培養(yǎng)，服務于整體教學。在一、二年級，教學團隊承擔工程制圖及建筑工程制圖，為學生的BIM實踐奠定堅實基礎，同時教學團隊積極帶領新生參加全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創(chuàng)新大賽及全國三維數字化創(chuàng)新設計大賽，對學生進行制圖及三維建模的培訓，從大一就建立融洽的師生關系，從理論及心理上創(chuàng)建了良好的建筑設備BIM實踐教學環(huán)境。

在三年級上學期，進行本課程的教學，并且在教學過程中帶領學生參加全國BIM畢業(yè)設計大賽中的機電模塊，學生所學即所用，充分調動了學生學習的積極性，創(chuàng)建濃厚的學習環(huán)境。

學校支持各項教學改革，在現代教育技術部配備了多個智慧教室，智慧教室為學生的交流演示和對分課堂的進行提供了必備的教學條件（圖3）。

教學團隊建設的建筑設備課程在學銀在線平臺全部對外開放，本課程包括6個模塊92個共計802分鐘的教學視頻，其中BIM實踐模塊共計420分鐘，詳細講解了建筑設備相關系統的三維建模方法及實例，是學生課下優(yōu)質的學習資源，為本課程的對分課堂教學方法提供切實保障。

五 教學評價改革——注重過程、理實兼顧、限定關分

建筑設備是一門理論與實踐均很強的課程，平時的積累與學習尤為重要，教學團隊探索了并實踐了“注重過程、兼顧實踐、限定關分”多種形式齊頭并進的“過三關”全過程考核方式。

將最終考核成績分為“平時理論成績、BIM實踐作業(yè)成績、期末考試成績”“三關”。課程總成績=平時理論成績（包含課堂提問、學習過程、課堂閉卷測驗、討論匯報和交流演示等）30%+BIM實踐作業(yè)40%+期末考試 30%。每關限定過關分為50分，有一關低于50分總成績將界定為不及格。

BIM實踐作業(yè)分為建筑給水工程、消防給水工程、排水工程、建筑排煙工程、建筑空氣調節(jié)工程和建筑電氣工程六次大作業(yè)，每次作業(yè)都采用國內外先進的建筑施工案例進行，作業(yè)后分組進行討論匯報。BIM實踐作業(yè)培養(yǎng)了學生細致嚴謹的工程態(tài)度，提高了學生的理論聯系實際能力、團隊協作能力及信息化技術能力，體現了過程與結果、定量與定性、個人與團隊、科學與人文、能力與素養(yǎng)“五結合”的考核理念。

六 教學創(chuàng)新成果

通過以上各個層面的創(chuàng)新舉措，有效地激發(fā)了學生們的自主性學習、團隊協作活力，全面提高了專業(yè)素養(yǎng)及工程實踐能力。

學生在企業(yè)實習過程中工程能力明顯提高，能利用所學的BIM技術解決企業(yè)施工過程中的難題，得到企業(yè)的一致好評（圖4）。

學生的學習熱情高漲，思維能力、創(chuàng)新能力、專業(yè)素養(yǎng)得到很大提高，在各類學科競賽中取得了優(yōu)秀的成績，獲得省級以上獎勵百余項。

在教學改革和推廣過程中教學團隊取得了一系列創(chuàng)新成果。獲得2項校級教學改革項目，2項校級專創(chuàng)融合課程建設項目， 4項教育部產學合作育人項目，2項中國高等教育協會研究課題，3門線上課程（山東省本科一流課程1門），3項山東省、1項國家級教學改革項目，獲省級以上教學成果獎1項。

七 結束語

課程團隊的課程教學創(chuàng)新初見成效，在今后的教學過程中我們將堅持不懈，并根據教學過程中反饋的問題及跟蹤學生畢業(yè)5年內的工作情況及時調整融合，持續(xù)改進。

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基金項目：教育部2021年第二批產學合作協同育人項目“智能+綠色建筑——《建筑設備》課程建設”（202102425034）；教育部2024年第一批產學合作協同育人項目“綠色建筑節(jié)能減排的數字化設計與應用”（230804459303747）

第一作者簡介：趙宏霞（1976-），女，漢族，山東煙臺人，博士，副教授。研究方向為建筑設計、BIM設計。

*通信作者：苑宏憲（1979-），男，漢族，山東菏澤人，博士，副教授。研究方向為工程管理。