情景模擬教學(xué)法在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)實踐教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：為了提高建筑類高校學(xué)生的實際工作能力，提出情景模擬的實踐教學(xué)方法，并以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)為例，制訂了三條執(zhí)行路線。采用情景模擬教學(xué)法指導(dǎo)本科生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，可以使畢業(yè)設(shè)計組內(nèi)學(xué)生相互配合，培養(yǎng)工作能力和溝通能力，并使學(xué)生了解行業(yè)信息。

關(guān)鍵詞：情景模擬；畢業(yè)設(shè)計；建筑環(huán)境與能源應(yīng)用；暖通空調(diào)

中圖分類號：TU；G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0131-04

一、背景概述

在經(jīng)濟(jì)和科技快速發(fā)展的今天，學(xué)生如何快速融入社會發(fā)展，把握專業(yè)發(fā)展趨勢，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力和想象力，培養(yǎng)實踐能力是關(guān)鍵。重慶大學(xué)肖明葵等^[1]在大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃（Student Research Training Program，SRTP）中培養(yǎng)本科生的科研能力；北京交通大學(xué)文永奎等^[2]在大學(xué)生創(chuàng)新實驗活動中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力；長江大學(xué)劉昌明等^[3]提出“基地實訓(xùn)—設(shè)計院”模式，增強(qiáng)學(xué)生的實際操作能力。可見，除傳統(tǒng)教學(xué)模式外，各個高校也在尋找新的人才培養(yǎng)模式。

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（以下簡稱建環(huán)專業(yè)）屬于土木工程一級學(xué)科下的二級學(xué)科，屬于土建類專業(yè)，目前在全國范圍內(nèi)需求量大。眾多用人單位面臨職位空缺卻招不到合適人選的尷尬境地。因此，如何培養(yǎng)合格的建環(huán)專業(yè)人才是一個重要而且緊迫的問題。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式一般是這樣的：大一學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課，大二學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課，大三大四學(xué)習(xí)專業(yè)課，最后通過畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，針對某棟建筑設(shè)計其空調(diào)、供暖、通風(fēng)系統(tǒng)，達(dá)到綜合應(yīng)用專業(yè)知識的目的。這種教學(xué)模式下，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計能積累一定的專業(yè)知識，但是，在專業(yè)能力和實踐能力的培養(yǎng)上存在較大的缺失。整個知識傳授過程是按照學(xué)科知識體系進(jìn)行的，而實踐中會按照工作崗位和環(huán)境的要求進(jìn)行，二者有較大的區(qū)別。這也是學(xué)生在進(jìn)入工作崗位后較難及時適應(yīng)工作要求的一個重要原因。

為此，文章提出情景模擬實踐教學(xué)法，通過模擬實際工程項目過程，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和溝通協(xié)作能力，并幫助他們初步了解行業(yè)發(fā)展形式，使之在畢業(yè)后能盡快適應(yīng)工作要求。

二、課題實施方法

歐美的工科教學(xué)經(jīng)驗值得借鑒參考。德國大學(xué)教育中有1～2年的時間供學(xué)生到企業(yè)實習(xí)工作，因此，德國的工科大學(xué)畢業(yè)生到企業(yè)工作后能較快適應(yīng)實際工作要求。美國大學(xué)雖然沒有專門的學(xué)期供學(xué)生實習(xí)，但是美國學(xué)生從小獨(dú)立性強(qiáng)，參加社會工作較多，社會經(jīng)驗較為豐富，再加上美國企業(yè)在員工培訓(xùn)方面較為重視，因此，美國的畢業(yè)生也與社會需求較為吻合。

中國學(xué)生獨(dú)立性較差（包括經(jīng)濟(jì)和心理方面）、社會經(jīng)驗少（中學(xué)時期較少有工作和社工經(jīng)歷），以及對專業(yè)實際認(rèn)識較為模糊。隨著中國的經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用人單位希望學(xué)生能盡快適應(yīng)工作，而較少單位有耐心和資金對員工進(jìn)行完善的培訓(xùn)。目前在中國大學(xué)工科教育中，十分重視數(shù)理基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)，口授時間較多，專業(yè)實踐課程也僅局限傳統(tǒng)模式，且課時較少。同時，由于專業(yè)知識內(nèi)容多，而且不同的職場發(fā)展方向需要的專業(yè)知識不盡相同，僅僅通過不同課程的學(xué)習(xí)往往讓學(xué)生感到頭緒眾多，無法從全局把握自身的發(fā)展方向。

文章提出的情景模擬實踐教學(xué)法，在進(jìn)行課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計或者科技創(chuàng)新項目時，抽象出本行業(yè)不同類型項目執(zhí)行流程。學(xué)生通過模擬項目執(zhí)行過程中不同公司的職能，認(rèn)識實際項目執(zhí)行過程，不僅能學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識，而且通過近似于實際項目的設(shè)計過程的鍛煉，提高實踐能力，了解本行業(yè)不同類型公司之間的定位與職責(zé)，并對工程實施過程中可能遇到的問題形成一定的概念，在實踐中提高專業(yè)能力，鍛煉實踐能力。

根據(jù)建環(huán)專業(yè)的特點，文章將該專業(yè)畢業(yè)生在社會中的工作項目分為三類：普通工程建設(shè)類項目、綠色與節(jié)能類項目和研究類項目。下面分析了三種不同項目的特點，并設(shè)計了各自的項目執(zhí)行技術(shù)路線。

（一）普通工程建設(shè)類項目

工業(yè)與民用建筑類項目是大部分建環(huán)專業(yè)學(xué)生的主要工作內(nèi)容。按照工作中的不同角色，將這個項目的實施路線制訂流程（圖1）。

項目中由教師扮演甲方的角色，制訂項目定位與計劃書。將學(xué)生分為四組，分別是咨詢公司、設(shè)計院、施工單位與設(shè)備公司。其中，咨詢公司根據(jù)甲方的項目定位與計劃，為甲方提供項目執(zhí)行策略、方案設(shè)計以及施工監(jiān)理服務(wù)。設(shè)計院根據(jù)咨詢公司的要求，完成施工圖紙與設(shè)計服務(wù)。施工單位根據(jù)甲方要求和設(shè)計院圖紙，在咨詢公司的監(jiān)督下完成施工內(nèi)容。設(shè)備公司負(fù)責(zé)提供滿足實際需要的設(shè)備；或者是由能源監(jiān)測公司在咨詢公司、設(shè)計院的配合之下為甲方提供工程項目的能源監(jiān)測方案、圖紙及監(jiān)測驗證計劃。

在項目執(zhí)行時，代表咨詢公司的學(xué)生的職責(zé)通過方案設(shè)計、模擬分析等手段來體現(xiàn)，并需要協(xié)調(diào)其他單位積極完成項目。代表設(shè)計院的學(xué)生的職責(zé)較為明確，與建環(huán)專業(yè)傳統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容基本一致。代表施工單位的學(xué)生的工作可以通過建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）軟件，通過計算機(jī)仿真施工過程來實現(xiàn)。代表設(shè)備公司的學(xué)生，需要對建筑設(shè)備系統(tǒng)作細(xì)致了解，根據(jù)設(shè)計單位的要求為該項目提供合理的設(shè)備，并為咨詢方提供設(shè)備價格和概預(yù)算，以便進(jìn)行方案優(yōu)化選擇。代表能源監(jiān)測公司的學(xué)生，需要根據(jù)項目的具體情況，設(shè)計項目能源監(jiān)測方案，編制能源監(jiān)測軟件，并制訂能源系統(tǒng)的監(jiān)測—驗證計劃。本項目的成果是業(yè)主需求書（POR）、項目設(shè)計圖紙、施工組織方案及其在BIM中的實現(xiàn)、設(shè)備及材料供應(yīng)清單、能源監(jiān)測軟件、圖紙等。

在項目執(zhí)行過程中，通過與“合作單位”的共同協(xié)作完成項目，在實踐中了解本工作職位對專業(yè)知識的需求，培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力，以及整個工程建設(shè)中各不同公司的職能、工作內(nèi)容，提高實際工作能力。項目本身可以是實際或者虛擬的公共建筑、住宅建筑或者工業(yè)建筑中暖通空調(diào)與防排煙系統(tǒng)的工程內(nèi)容。

對工程項目設(shè)計、建設(shè)有興趣的學(xué)生可以選擇普通工程建設(shè)類項目。

（二）綠色與節(jié)能類項目

在近幾年國家提倡節(jié)能減排的大背景下，綠色與節(jié)能類項目增長很快。綠色建筑公司、節(jié)能評估公司以及節(jié)能改造公司近幾年也吸納了較多的建環(huán)專業(yè)畢業(yè)生。因此，文章將綠色與節(jié)能類項目作為一類主要的項目類型，在完成項目的同時，能較多地了解這類項目的特點，以及執(zhí)行過程中可能遇到的問題。

如圖2所示，項目中由教師扮演甲方的角色，制訂綠色建筑項目或者節(jié)能改造項目計劃書，并將學(xué)生分為四組，分別是咨詢公司、節(jié)能公司、施工單位與設(shè)備公司。其中，咨詢公司則根據(jù)甲方的項目定位與計劃，通過技術(shù)方法如軟件等為甲方提供按節(jié)能公司設(shè)計的方案進(jìn)行的綠色建筑項目評估、能源審計、節(jié)能改造潛力評估等服務(wù)。節(jié)能公司根據(jù)咨詢公司的所制訂的項目方案以及甲方的要求，完成節(jié)能改造項目實施方案與設(shè)計服務(wù)或改造工程設(shè)計服務(wù)。施工單位根據(jù)甲方要求、咨詢公司的改進(jìn)方案和節(jié)能公司的實施方案，在咨詢公司的監(jiān)督下完成施工內(nèi)容。設(shè)備公司則負(fù)責(zé)為項目提供符合標(biāo)準(zhǔn)和改造要求的設(shè)備。本項目的成果有節(jié)能公司的節(jié)能方案設(shè)計說明書、綠色建筑評價報告與能源審計報告、綠色建筑材料與設(shè)備清單及其概預(yù)算、節(jié)能改造工程在BIM中的實施方案。

項目本身可以是實際或者虛擬的綠色建筑評估項目。節(jié)能改造項目應(yīng)選擇實際的節(jié)能改造項目，以供學(xué)生在項目中進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研、能源審計等工作。

對建筑節(jié)能和綠色建筑感興趣的學(xué)生可以選擇綠色與節(jié)能類項目。

（三）科研類項目

在科研類項目中，教師扮演科研主管機(jī)構(gòu)的角色，制定本年度研究項目指南與計劃，學(xué)生向科研主管機(jī)構(gòu)遞交研究項目方案，申請成功后開展研究工作。

科研類項目的成果根據(jù)內(nèi)容不同，形式和協(xié)作單位可有所不同，具體操作時應(yīng)根據(jù)實際內(nèi)容分別對待，此類成果一般為較高水平的科研項目申請書、綜述研究報告、科研報告或論文。

對解決工程實際中遇到的基礎(chǔ)問題感興趣，且有志于讀研究生的學(xué)生可以選擇科研類項目。

三、實踐內(nèi)容及成果

情景模擬實踐課題的執(zhí)行周期為3～6個月，實踐對象為大四學(xué)生。在大四上學(xué)期選擇實踐內(nèi)容，準(zhǔn)備就業(yè)的學(xué)生可以在前兩種項目中選擇，準(zhǔn)備讀研究生的學(xué)生建議選擇科研項目。

筆者按情景模擬實踐教學(xué)思路，在2012年畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中進(jìn)行了嘗試。在實際操作中，采用了普通工程建設(shè)類項目模式。共有三位學(xué)生參加，其中：一位學(xué)生代表咨詢公司，負(fù)責(zé)能耗模擬與系統(tǒng)調(diào)試計劃的工作；一位學(xué)生代表設(shè)計院，負(fù)責(zé)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作（也是傳統(tǒng)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容）；一位學(xué)生代表能源監(jiān)測公司，負(fù)責(zé)建筑能源監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及測量與驗證（Measurement and Verification，MV）計劃的制定。

在課題實施過程中，前期由咨詢公司和設(shè)計院共同制訂出幾種系統(tǒng)方案，咨詢公司對設(shè)計院的方案進(jìn)行能耗模擬和改進(jìn)，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，選擇最佳方案。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計院進(jìn)行深化，出系統(tǒng)圖、施工圖等圖紙和計算說明書，而咨詢公司則形成建筑能耗報告，并對針對所選用的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，按照ASHRAE（American Society of Heating，Refrigerating and Air-conditioning Engineers，美國采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)制訂調(diào)試計劃（ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)試計劃較為全面，且滿足國際要求）。能源監(jiān)測公司則針對該建筑與系統(tǒng)的特點，設(shè)計建筑能源監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)計能源監(jiān)測系統(tǒng)的界面、接口以及監(jiān)測程序，并選擇末端監(jiān)測設(shè)備，形成建筑能源監(jiān)測的解決方案；同時，根據(jù)國際節(jié)能效果測量和認(rèn)證規(guī)程（International Performance Measurement and Verification Protocol，IPMVP），制訂該建筑的MV計劃。整個工程三個職能不同的公司合作關(guān)聯(lián)圖見圖3所示。

該項目經(jīng)過約3個月的畢業(yè)設(shè)計實踐，甲乙丙三位學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計題目等信息見表1所示，通過畢業(yè)設(shè)計和論文審閱以及答辯，其中兩位學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計獲得優(yōu)秀，一位獲得良好，畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量獲得了大部分教師的認(rèn)可。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，代表咨詢公司、設(shè)計院和能源監(jiān)測公司的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中，不僅要學(xué)習(xí)專業(yè)知識，完成畢業(yè)設(shè)計，更要相互之間進(jìn)行合作，才能完成該項目。在畢業(yè)設(shè)計過程中，學(xué)生對行業(yè)內(nèi)不同單位所擔(dān)任的角色也有了初步的了解，能幫助他們在工作后盡快進(jìn)入角色。

四、結(jié)語

文章通過對中國學(xué)生基本情況和目前高等教育實際情況的分析，提出了情景模擬實踐教學(xué)方法，并論證了其可行性和實效性。以建環(huán)專業(yè)為例，對該專業(yè)的實際工程項目進(jìn)行梳理和分類，分為三種類型，并制訂了每種類型項目的實施路線。

在2012年度的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中，筆者應(yīng)用情景模擬實踐教學(xué)法指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，達(dá)到了較好的效果。該方法能切實幫助學(xué)生掌握知識、提高能力，提高了他們學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使他們學(xué)會了在復(fù)雜工作中了解全貌，鍛煉了他們的溝通能力和專業(yè)知識的實際應(yīng)用能力。面對目前工程行業(yè)越來越多的大協(xié)作、大交叉，情景模擬實踐教學(xué)法則是一種適應(yīng)現(xiàn)代社會運(yùn)作模式的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方法。

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[3] 劉昌明，曾磊.地方高校土建類大學(xué)生設(shè)計能力培養(yǎng)模式研究[J].高等建筑教育，2010，19（5）：49-51.

Application of scene simulation teaching method in practice course of built environment and facilities engineering specialty

HAN Xing， HUANG Chen

（School of environment and architecture， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， P. R. China）

Abstract：In order to improve the students’ working ability of building and architecture majors， put forward the practical teaching method of scene simulation. Taking built environment and facilities engineering specialty as an example， three implementation ways are suggested. Using this method， the teachers guide the students’ graduation design， to improve their working ability， communication ability， and obtain more information about the engineering.

Keywords：scene simulation； graduation design； building environment and energy application； HVAC