基于新工科人才培養(yǎng)要求的實驗教學(xué)體系改革

摘要：在新工科背景下，針對建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學(xué)的考核評價方式無法反映新工科背景對學(xué)生能力及綜合素質(zhì)的要求的不足，在現(xiàn)有考核評價方式基礎(chǔ)上，結(jié)合新工科對學(xué)生能力的要求及開設(shè)的創(chuàng)新實驗的特點，形成了過程評價與結(jié)果評價結(jié)合的定量化考核評價方式。同時探討了基于新工科背景的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建。實驗內(nèi)容和實驗教學(xué)體系的改革，可為培養(yǎng)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)必需的新工科人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新工科；建環(huán)專業(yè)；教學(xué)體系；改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

Abstract：Underthebackgroundofemergingengineering，theassessmentandevaluationmethodsoftraditionalexperimentalteachingonbuildingenvironmentandenergyapplicationengineeringcannotreflectthedeficiencyoftherequirementsofemergingengineeringonthestudents'capabilityandcomprehensivequality.Basedontheexistingassessmentandevaluationmethods，combinedwiththerequirementsofnewengineeringdisciplineonstudents'capabilityandthecharacteristicsofinnovativeexperiment，aquantitativeassessmentandevaluationmethodcombiningprocessevaluationandresultevaluationisformed.Atthesametime，theconstructionoftheexperimental teachingsystemofthemajorofthebuildingenvironmentandenergyapplicationengineeringbasedonthebackgroundofnewengineeringdisciplineisdiscussed.Thereformoftheexperimentcontentsandexperimentteachingsystemcanlayafoundationforcultivatingtalentsonemergingengineeringnecessaryforthebuildingenvironmentandenergyapplicationengineering.

Keywords：emergingengineering；buildingenvironmentandenergyapplicationengineering；experimentalteaching；reform

1概述

隨著世界范圍的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，新技術(shù)、新經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展促進著高等教育中工程教育的改革，新工科建設(shè)的提出正是對工程教育改革的積極引領(lǐng)。新工科建設(shè)是具有中國特色的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程［1］，核心目標可以表述為主動布局、設(shè)置和建設(shè)服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求、面向未來發(fā)展的工程學(xué)科與專業(yè)，培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、動態(tài)適應(yīng)能力、高素質(zhì)的各類交叉復(fù)合型卓越工程科技人才，使我國工科教育能夠?qū)有陆?jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求［23］。新工科最顯著的特征與要求就是學(xué)科的交叉融合，具有很強的學(xué)科交叉性與綜合性。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程（以下簡稱“建環(huán)”）專業(yè)是新型交叉學(xué)科，跨行業(yè)、跨學(xué)科，內(nèi)容覆蓋面廣，涉及供暖、通風(fēng)、空調(diào)、給排水、消防、新能源利用、城市燃氣、建筑節(jié)能技術(shù)、建筑智能化等多個領(lǐng)域［4］。隨著經(jīng)濟技術(shù)和社會的發(fā)展，專業(yè)內(nèi)容與研究方向也逐漸結(jié)合了“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”等先進技術(shù)，緊密結(jié)合低碳零碳、新能源開發(fā)利用等熱點方向，營造舒適的人居環(huán)境的同時關(guān)注建筑能源的高效利用，發(fā)展智慧建筑能源和智能熱網(wǎng)［5］。建環(huán)專業(yè)作為成功入選新工科建設(shè)的專業(yè)，呈現(xiàn)出極其貼切新工科特征與要求的業(yè)態(tài)。而教育部新工科建設(shè)的推進也對專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，亟須進一步培養(yǎng)學(xué)生的研究和創(chuàng)新能力、多學(xué)科知識融合能力，以及解決復(fù)雜工程問題的能力，更要鍛煉學(xué)生的家國思想、社會意識、團隊合作與跨學(xué)科系統(tǒng)思維，形成高素質(zhì)、復(fù)合型建環(huán)人才的培養(yǎng)體系［67］。

實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的重要補充，在建環(huán)專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐動手能力、解決實際問題能力、團隊合作意識的關(guān)鍵［4］。在新工科背景下，專業(yè)實驗教學(xué)在實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗教學(xué)方法上已進行了相對廣泛的探索，對于實驗課程的考核評價方式與建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建還需進行進一步研究，以下以北京工業(yè)大學(xué)建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)為例，對新工科背景下實驗教學(xué)體系的構(gòu)建與改革進行初步探索。

2實驗課程體系的優(yōu)化整合及實驗課程考核評價方式的改革

2.1實驗課程體系的整合

我校建環(huán)專業(yè)的實驗教學(xué)經(jīng)過多年的實踐探索，已形成了結(jié)合本校學(xué)生實際和專業(yè)特色的實驗教學(xué)體系。近年來，在新工科建設(shè)的推進下，建環(huán)專業(yè)又進一步完善和優(yōu)化了實驗課程體系，在對基礎(chǔ)專業(yè)實驗（見下表）進行整合優(yōu)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科前沿和專業(yè)熱點，完善了創(chuàng)新實驗平臺的搭建與實驗內(nèi)容的更新，在創(chuàng)新實驗中加入了互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新能源利用、智慧供冷、供熱等新工科內(nèi)容。增設(shè)的創(chuàng)新實驗包括太陽能光伏、光熱系統(tǒng)性能綜合實驗、低碳多能互補能源系統(tǒng)實驗、基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑能耗數(shù)據(jù)挖掘與評價實驗、小溫差高效相變儲熱（冷）技術(shù)實驗、供熱、供冷系統(tǒng)性能的評價分析實驗、空調(diào)房間流場與溫度場的測量與評價分析實驗等。創(chuàng)新實驗的引入，突破了傳統(tǒng)專業(yè)實驗大多是結(jié)合理論課堂知識的驗證性實驗的不足。通過創(chuàng)新實驗的開設(shè)，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識的同時，充分了解學(xué)科前沿，融入了學(xué)科前沿，深入分析和跨學(xué)科解決問題的能力，用先進技術(shù)手段解決實際問題的能力得到提升。創(chuàng)新實驗對學(xué)生提出了更高的要求，要求學(xué)生之前要查閱相關(guān)的資料，并掌握一定的分析和解決問題的先進工具和方法，培養(yǎng)了學(xué)生的科研水平和創(chuàng)新意識。

2.2實驗課程考核評價方式的改革

傳統(tǒng)的實驗考核評價方式主要側(cè)重于實驗中教師對學(xué)生實驗操作技能的觀察、實驗后實驗數(shù)據(jù)的處理分析、實驗報告的撰寫等。然而，創(chuàng)新實驗的引入這樣的考核評價未能對學(xué)生的創(chuàng)新能力、解決實際問題的能力和跨學(xué)科知識融合能力等進行充分的評價，不能夠全面反映學(xué)生在實驗課程中的綜合能力和素養(yǎng)，主要問題集中在以下方面。

（1）專業(yè)實驗課程主要依賴實驗報告進行課程考核成績評定。學(xué)生在實驗后完成實驗報告，主要內(nèi)容重點在數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、結(jié)論，這樣的評價多為結(jié)果性評價。

（2）創(chuàng)新實驗課程考核只有通過、不通過兩種方式，體現(xiàn)不出學(xué)生的創(chuàng)新能力和水平。

（3）學(xué)生的實驗實際操作技能與實驗相關(guān)的理論知識水平并不能得到準確評價。學(xué)生實驗的實際操作大部分依賴實驗中教師的指導(dǎo)，學(xué)生并未真正理解實驗原理與目的，甚至不知道實驗裝置的工作原理，只是機械性學(xué)會了如何操作儀器，并按步驟進行調(diào)節(jié)與記錄數(shù)據(jù)。

針對以上不足，結(jié)合對新工科高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要與開設(shè)實驗的實際情況，我們在實驗考核評價中采用過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合的方式，量化學(xué)習(xí)成果考核指標。實驗課程的成績采用報告成績（40%）、答辯成績（30%）、過程表現(xiàn)成績（30%）來進行綜合評定。

重視過程評價，強化實驗過程管理，學(xué)生通過先期閱讀實驗指導(dǎo)書，查閱實驗相關(guān)的文獻資料，理解實驗原理和內(nèi)容，設(shè)計具體的實驗步驟和實驗方案。指導(dǎo)教師從實驗設(shè)計、實驗方案制訂、實驗操作、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)預(yù)處理、實驗中對相關(guān)知識的理解、遇到問題時能否提出解決的思路等環(huán)節(jié)評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

實驗報告和答辯環(huán)節(jié)是考核評價的重點。在實驗報告撰寫中，摒棄了學(xué)生簡單地描述實驗現(xiàn)象和提交實驗數(shù)據(jù)的撰寫方式，鼓勵學(xué)生使用數(shù)據(jù)分析軟件、大數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)值模擬軟件等對實驗數(shù)據(jù)進行更深層次的處理分析，完成實驗報告。對于實驗中可能是失敗的實驗或者不符合常理的實驗結(jié)果，鼓勵學(xué)生能夠嘗試運用課程所學(xué)知識進行解釋說明，鞏固課上所學(xué)知識，提升學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力。同時在實驗報告考核中還增設(shè)了一些新的環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生全面素質(zhì)的培養(yǎng)。這些環(huán)節(jié)包括：（1）增設(shè)思考題、案例分析環(huán)節(jié)，讓學(xué)生根據(jù)思考題的引導(dǎo)深入思考實驗現(xiàn)象及實驗過程中遇到的問題與困難，再結(jié)合實際工程案例，理解并分析實際案例中的設(shè)計要點與設(shè)計原因，進一步深化理論知識的理解和掌握，增強創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生從實驗向?qū)嶋H工程思維轉(zhuǎn)變的意識；（2）增設(shè)實驗感悟環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生反思當(dāng)次實驗，對實驗過程和結(jié)果進行回顧和總結(jié)，形成較為系統(tǒng)和全面的實驗思考，也會有對實驗中的問題、挑戰(zhàn)和意外情況進行分析和思考，培養(yǎng)了學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度與批判性思維；（3）增設(shè)了小組分工、自評與他評環(huán)節(jié)，學(xué)生在小組合作中合理分配任務(wù)，協(xié)作實驗加深團隊協(xié)作經(jīng)驗，評價自己與其他組員的任務(wù)完成情況，綜合考查學(xué)生個人在小組中的貢獻量，培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識、合作精神和溝通能力。

完成實驗報告后，學(xué)生制作課件進行實驗答辯，要求學(xué)生口頭表達實驗原理、設(shè)計以及自己的實驗過程、結(jié)果和結(jié)論，鍛煉學(xué)生的口頭報告技巧及語言組織與表達能力。重點考查學(xué)生對實驗原理與實驗?zāi)康牡睦斫猓疾閷W(xué)生對實驗設(shè)計中重點的思考、對難點的克服，對實驗操作中遇到的問題進行的思考解決，對實驗結(jié)果的解釋和應(yīng)用，加強學(xué)生將理論知識應(yīng)用于解決實際問題的能力。教師在答辯中提供實時反饋，為學(xué)生提供與教師充分對話的機會，幫助學(xué)生糾偏，方便學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)進行查漏補缺，促進學(xué)生的個人和學(xué)業(yè)發(fā)展。

3新工科背景下建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)體系的構(gòu)建

3.1搭建實驗創(chuàng)新平臺

我校建環(huán)專業(yè)注重推進創(chuàng)新實驗平臺的不斷建設(shè)。實驗平臺是實驗教學(xué)的硬件條件基礎(chǔ)，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，特將新能源、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等引入實驗教學(xué)，搭建相應(yīng)的創(chuàng)新實驗平臺。這些創(chuàng)新平臺和實驗內(nèi)容的增加，使得學(xué)生對新能源、大數(shù)據(jù)和節(jié)能技術(shù)等學(xué)科前沿在建筑中的應(yīng)用有了深層次的理解，利用大數(shù)據(jù)分析對系統(tǒng)的性能進行優(yōu)化、分析、評價，提升了學(xué)生解決實際問題的能力和手段［4］。此外，把握多學(xué)科交叉的重大項目研究、高水平師資團隊引進等契機，加快建立多學(xué)科交叉實驗平臺［67］。

3.2建立質(zhì)量保證體系

為提高教學(xué)質(zhì)量，更好地培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型交叉學(xué)科人才，我校建環(huán)專業(yè)在采用結(jié)果評價與過程評價相結(jié)合的定量化學(xué)習(xí)成果考核方式的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了上一輪實驗學(xué)習(xí)效果分析、下一輪實驗持續(xù)改進的體系，依據(jù)每屆學(xué)生學(xué)習(xí)成果的考核評價數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)實驗教學(xué)方式與考核評價方式，支持實驗教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

根據(jù)工程教育專業(yè)認證理念，結(jié)合高等教育中工程教育發(fā)展趨勢，建環(huán)專業(yè)構(gòu)建了實驗課程的持續(xù)改進體系，保證了課程教學(xué)質(zhì)量。以學(xué)生的實驗課程成績數(shù)據(jù)評估教學(xué)目標達成度，分析實驗課程教學(xué)過程中實驗內(nèi)容、教學(xué)方式等方面存在的問題。結(jié)合上一輪改進的效果，制定下一輪實驗課程教學(xué)的改進措施，構(gòu)成循環(huán)式的實驗教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進體系，改善實驗的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式，優(yōu)化實驗的學(xué)習(xí)成果考核評價方法，不斷提升實驗的教學(xué)質(zhì)量。

3.3加強實驗教學(xué)隊伍建設(shè)

我校建環(huán)專業(yè)制定了教師職業(yè)發(fā)展路徑與定期培訓(xùn)制度，提高教師實驗教學(xué)的專業(yè)水平與教學(xué)能力。選聘行業(yè)技術(shù)專家擔(dān)任兼職教師或?qū)嶒灲虒W(xué)評議委員，為實驗教學(xué)的方式提出改進建議，為實驗教學(xué)的內(nèi)容提供專業(yè)支持與指導(dǎo)。制定教師到企業(yè)實踐的相關(guān)政策，鼓勵教師進入相關(guān)企業(yè)了解前沿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，了解高校科研成果轉(zhuǎn)化落地措施與情況，進行實踐鍛煉，了解行業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)與企業(yè)對人才的具體要求。增強教師的工程實踐意識，使實驗教學(xué)內(nèi)容與方式更加貼近行業(yè)產(chǎn)業(yè)需求，有助于培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型、跨學(xué)科的建環(huán)專業(yè)人才。

3.4完善校企協(xié)同育人機制

加強校企協(xié)同，通過建立從理論、實踐到探索學(xué)習(xí)的教育鏈條，實現(xiàn)理論教學(xué)和實驗教學(xué)的交叉螺旋進行，重點培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)理論開展實驗分析和實驗設(shè)計到解決實際工程問題的能力，有目的地融入企業(yè)實際工程項目，使學(xué)生獲得有意義的綜合設(shè)計體驗，培養(yǎng)復(fù)合型跨學(xué)科建環(huán)專業(yè)人才的綜合品質(zhì)和工程能力。建立和完善與其他高校、科研院所、行業(yè)單位等之間的協(xié)同育人體系，實現(xiàn)實驗教學(xué)與經(jīng)濟社會發(fā)展的有效“耦合”。

結(jié)語

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能制造等不斷深入工科，新工科建設(shè)對建環(huán)專業(yè)提出了培養(yǎng)創(chuàng)新意識強、動手能力強、綜合素質(zhì)高、學(xué)科視野寬的復(fù)合型高素質(zhì)人才的目標與要求。培養(yǎng)過程中，實驗教學(xué)扮演了十分關(guān)鍵的角色，針對建環(huán)專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學(xué)的考核評價方式過于單一，無法反映學(xué)生綜合能力的問題，在現(xiàn)有考核評價方式基礎(chǔ)上形成了過程評價與結(jié)果評價結(jié)合的定量化考核評價方式。對建環(huán)專業(yè)實驗教學(xué)體系進行了調(diào)整，對體系的構(gòu)建進行了討論。通過實驗教學(xué)體系的改革，學(xué)校不斷提高人才培養(yǎng)工作的針對性和有效性，為培養(yǎng)新工科建設(shè)所要求的建環(huán)專業(yè)人才奠定必要的基礎(chǔ)。

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項目基金：北京工業(yè)大學(xué)城建學(xué)部教學(xué)研究項目（CJXBYB202109）

作者簡介：李俊梅（1970—），女，漢族，河南新密人，博士，教授，研究方向：建筑火災(zāi)安全及建筑節(jié)能。