“雙碳”目標下項目驅動式建筑環境與能源應用工程專業課程群建設探索

【摘" 要】 “雙碳”目標的提出，是我國推動綠色低碳發展的必然要求，這對建筑環境與能源應用工程專業的教學提出了更高要求。為了順應這一趨勢，文章研究通過課程群建設，改進教學方法，將項目驅動、線上線下相結合以及團隊協作等環節有機融入整個課程群的教學過程中，著重培養學生的自主學習能力和問題解決能力，旨在培育出符合“雙碳”目標要求、順應時代發展的應用型人才。

【關鍵詞】 “雙碳”目標；建筑環境與能源應用工程；課程群

《國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知》是我國實現碳達峰與碳中和目標的重要指導文件。根據“雙碳”目標協議，預計到2025年，我國將初步構建起綠色、低碳、循環發展的經濟體系，主要行業的能源利用效率將顯著提升。然而，面對這一宏偉目標，我國也面臨著嚴峻的挑戰。統計數據揭示，2005年至2020年間，我國建筑運營能耗增長了5.8億噸標準煤，年均增長率高達5.4%；同時，建筑運營碳排放也增長了近10.7億噸二氧化碳，年均增長率為4.7%。尤其在公共建筑領域，過去十年間碳排放增長了51%，總量達到6.34億噸。這表明，降低公共建筑的能耗已成為我國實現“雙碳”目標的關鍵所在。進一步分析發現，公共建筑中中央空調系統的能耗占比高達50%～60%，其中風機和水泵設備的用電量占建筑總用電量的30%～40%，約占建筑動力用電的40%～50%。在此背景下，建筑環境與能源應用工程專業（簡稱建環專業）作為主導建筑中央空調系統設計、施工及發展的核心專業，其教學改革的緊迫性日益凸顯。

一、“雙碳”背景下建筑環境與能源應用工程專業教學改革的挑戰與思路

（一）傳統教學模式的局限性

當前，建環專業的教學課程體系雖已初具規模，大致劃分為專業基礎課程群、專業課群及特色拓展類課程，但在“雙碳”目標的新要求下，傳統教學模式的缺陷逐漸顯現。具體而言，傳統教學側重制冷技術、供熱工程、通風與空調等基礎課程，過分強調設計原理與方法，而對暖通空調系統的運行與維護則關注不足。盡管部分課程涉及節能減排內容，但課程間缺乏緊密聯系，難以形成系統性、整體性的教學培養體系，難以滿足“雙碳”目標對人才的需求。

（二）核心課程群建設的實踐路徑

針對上述問題，建環專業核心課程群的建設需以“雙碳”目標為主線，旨在培養掌握暖通空調工程、建筑節能等領域基本理論和專業技術，熟悉建筑設備自動化、城市能源管理等相關理論和技術，具備營造“智慧低碳”城市基礎知識體系的應用型人才。他們應能在本專業領域從事工程設計、科學研究、施工安裝、工程管理、運行調試等技術或管理工作，為“智慧低碳城市”的建設貢獻力量。

為此，課題組根據各課程的教學內容及“雙碳”目標要求，構建了以“城市能源系統”“流體輸配管網”“樓宇自控原理”和“空調工程”為核心的課程群。其中，“城市能源系統”課程側重于優化建筑工程用能結構，進行城市能源系統建模與優化，以及建筑能耗模擬分析；“流體輸配管網”課程著重于優化水和空氣的輸配系統，利用BIM技術優化管網設計，以降低管網能耗；“樓宇自控原理”課程致力于冷熱源系統自控優化，流體輸配管網變工況自控方案的耦合與優化，以及空調系統實時變頻控制技術的研發；“空調工程”課程聚焦于負荷的精確計算與模擬分析，以及空調系統方案的技術分析與低碳性評估。通過這些核心課程的建設與優化，建環專業將更好地服務于“雙碳”目標，培養出更多符合時代需求的應用型人才。

二、建筑環境與能源應用工程專業課程群教學改革與實施策略

（一）革新課程群教學內容

以往的專業課程體系往往過于側重功能目標的實現，節能僅被視為滿足設計規范、標準的附加要求，這導致學生在設計實踐中對節能問題的關注嚴重不足，難以適應“雙碳”目標對人才的需求。為了扭轉這一局面，課題組在實施核心課程群建設的過程中，緊密圍繞“雙碳”主線，對各課程的教學方案和內容進行了全面調整。

具體而言，合理增加并調整了節能教學內容，根據各課程的特性和銜接方式，巧妙地將節能知識體系融入課程群中，特別強調建筑運營的節能性。通過系統、全面的節能教育，學生逐漸形成了節能、環保、可持續發展的工程思維。同時，大幅強化了實踐環節的教學，為學生提供參與綠色建筑、節能減排實際工程項目的機會，從而有效提升他們的實踐能力和創新意識。此外，還要及時更新教材和教學資源，引入最新的節能技術和綠色建筑理念，確保學生能夠掌握行業前沿的知識和技術。

（二）構建核心課程群教學主線，改革教學模式

以往的教學過程中，專業課程體系缺乏明確的教學主線，各課程獨立授課，導致課程間聯系松散，教學內容重復交叉，整體性和系統性不足。同時，理論與實踐脫節也是教學中的一大難題。針對這些問題，課題組經過深入討論，決定采取以下措施改進教學現狀。

首先，確立了教學主線，以提高核心課程群的教學系統性和整體性。經過慎重考慮，選擇了學校的體育館建筑中央空調系統項目作為課程群的教學主線。這一選擇不僅因為體育館建筑形體雖大但內部布局簡單，中央空調系統相對易于理解和掌握，而且因為該建筑位于學生生活區附近，便于學生隨時觀摩考察。圍繞這一主線，明確各課程之間的聯系和教學內容的邏輯關系，有效避免了教學內容的重復和脫節。

其次，對教學方法進行了全面改革。課程采用項目驅動的教學模式，讓學生在實際項目中學習知識、提高能力。根據主線任務的不同階段，將各課程的教學內容劃分為若干個節點。每個節點對應主線任務的一個具體階段，如冷熱源方案、節能措施、系統設計、設備選型、系統自控與調試等。這樣，每門課程的教學內容都與主線任務緊密相連，成為主線上的一個關鍵環節。對每門課程而言，還需要根據其具體內容，進一步將主節點細分為若干個分節點，確保每個階段的知識點和實踐技能都能得到全面覆蓋。以“流體輸配管網”課程為例，課題組將其教學內容劃分為管網總體方案、水力計算、動力設備選型與匹配、水力工況調節等階段，讓每個階段都對應一個分節點，以便于學生有針對性地學習和掌握相關知識和技能。

（三）組建學習團隊

在傳統教學模式下，學生往往處于被動學習的狀態。為了改變這一狀況，課題組在課程群教學開始之前，就著手組建學習團隊。在教師的指導下，學生根據興趣、學習背景及能力等因素，自主結成4～6人的小組，確保每個小組都具備多樣性和互補性。隨后，課程群教學團隊的教師根據小組的特點和需求，組建相應的指導團隊，每個教師負責指導兩到三個小組，以便更深入地了解各小組的學習動態和需求，為他們提供個性化、針對性的指導。在教學階段結束后，指導教師會綜合小組的整體表現及個體學生的學習情況，給出具體、詳盡的評價與反饋。這不僅有助于學生清晰地認識自己的學習狀況和不足，還能及時引導他們調整學習策略和方法，從而更有效地提升學習效果。

（四）實施線上線下混合式團隊學習模式

在每個根據主線劃分的教學階段開始之前，教師會利用雨課堂等線上平臺，引導學生總結上一階段的設計成果，并預習本階段的教學內容。在此基礎上，每位學生都會提出下一階段的技術路線和設計方法，在小組內部進行充分的討論和比較，最終確定一個最優方案，并在規定時間內發布到線上平臺。這種線上平臺的同步性，使教師能夠迅速了解各小組的技術路線和設計方案，對其合理性和可行性進行及時指導，幫助學生糾正不合理或不可行的部分。同時，通過線上平臺，教師還能準確掌握學生的預習情況和遇到的問題，從而在線下課堂教學中做出有針對性的調整，更加精準地講解相關內容。

在線下課堂教學中，學生帶著設計思路和具體問題參與教學，自然而然地成了課堂的主體。教師的角色也相應發生了轉變，從知識的傳授者轉變為引導學生發現問題、提出問題并嘗試解決問題的指導者。課堂上，教師通過檢測預習情況、解答疑問、講解難點、設置討論情境等互動方式，有效培養學生的獨立思考能力和創新思維習慣。

課堂教學結束后，學生需在規定時間內完成本節點的設計工作，并將設計成果提交到線上平臺進行展示。這不僅方便了教師和其他學生進行交流和討論，還使教師能夠針對每個學生的設計成果提出具體的修改建議。學生則根據這些建議及時對設計成果進行檢查和修改。在雨課堂、微信等線上平臺的支持下，學生可以隨時與教師或其他同學進行溝通交流，共同解決問題。

三、項目驅動式建筑環境與能源應用工程專業課程群建設成效

線上線下混合式團隊學習模式，其核心在于強調學生的自主學習與深度思考能力。在這一模式下，學生需對每個階段的學習成果進行細致分析，不僅要找出已完成任務中存在的問題與不足，以便在下一階段進行針對性改進，還要根據工程設計的內在邏輯，主動思考接下來需解決的問題及其解決方案。這種帶著明確問題去學習的方式，無疑極大地提升了學習效果。

課程群教學結束后，進入“空調工程課程設計”課程階段，學生的主要任務是將課程群中各節點的設計成果進行整合與完善，形成一個完整、協調的設計方案。在這一過程中，學生需特別關注各設計成果之間的銜接與協調性，確保整個設計方案的統一性和可行性。每屆學生都能針對項目提供多達二十幾種不同的設計方案，充分展示了他們的創新思維和問題解決能力。這些方案在運營節能指標上均表現良好，充分體現了綠色、低碳、高效的“雙碳”理念。

在課程設計總結階段，教師精心組織討論環節，為學生提供相互學習、交流設計思路和方法的平臺。這不僅有助于學生更深入地理解各種設計背后的邏輯與思考過程，還能進一步激發他們的創新思維。在這種以項目驅動的教學模式下，學生能夠自主總結分析每個階段的理論教學內容，并將其靈活應用于工程項目中，實現了理論教學與工程實踐的有機融合。

與以往相比，線上線下混合式團隊學習模式顯著提升了課程群的教學效果。學生不僅學習興趣盎然，還養成了良好的學習習慣。更重要的是，通過學習與實踐中頻繁的頭腦風暴和團隊協作，學生鍛煉了與同伴交流配合的能力，為未來的職場生涯奠定了堅實基礎。這種教學模式不僅提升了學生的自信心，更為他們的個人發展提供了廣闊的空間和無限的可能。

四、結語

本課程群則以學校體育館中央空調系統設計為實際工程背景，將完成這一工程設計作為貫穿整個課程群的教學主線。通過精心的教學設計，教學階段與工程項目的設計階段緊密相連，使學生在邏輯上能夠清晰地認識到，在不同的學習階段，自己應當完成哪些設計任務，以及接下來需要解決哪些問題。這種教學模式讓學生既能夠體驗到完成工程分段設計的成就感，又能夠保持對未知領域的探索欲望。學生勤于思考、勇于實踐，懷揣著強烈的求知欲，全情投入每一堂課的學習中。這一轉變徹底顛覆了以往以教師為主導、過度講授的教學模式，解放了學生的手腳，激發了他們的學習活力。

課程群教學改革實施后，課題組通過調研了解到，學生之所以在學習中表現出如此高的積極性和活躍度，是因為他們覺得每個學習節點都充滿了未知性和挑戰性。每完成一個學習節點和項目設計任務，就像在網絡游戲中通關一樣，既讓他們感受到緊張后的輕松，又讓他們體會到成功后的喜悅和成就感。核心課程群建設的教學改革實施后，首批學生在畢業設計環節展現出了非凡的風采。他們不僅設計出了優秀的作品，還展現出了強烈的節能意識，并在答辯過程中表現出了高度的自信，這讓所有教師都感到驚喜。此外，學生在課余時間也積極參與各類學科競賽，并在由建環專業指導委員會與清華同方股份有限公司共同設立的“人環獎”學科競賽中，有多位同學榮獲二、三等獎。對地方二本院校的學生而言，這一成績實屬難能可貴，不僅充分證明了他們在本專業領域的卓越實力，也彰顯了他們在學術研究和實踐應用方面的出色能力。學生在畢業設計中的出色表現以及在學科競賽中的優異成績，充分說明基于“雙碳”目標以項目驅動的課程群建設探索已經取得了預期的效果。

參考文獻：

［1］ 清華大學建筑節能中心. 中國建筑節能年度發展研究報告2020［M］. 北京：中國建筑工業出版社，2020.

［2］ 中國建筑能耗研究報告2020［J］. 建筑節能：中英文，2021，49（02）：1-6.

［3］ 王利霞. 應用型建筑環境與能源應用工程專業課程內容建設研究［J］. 西部素質教育，2018，4（14）：173+175.