保溫系統工程應用技術實踐教學探索

張永明， 趙 紅

(同濟大學 材料科學與工程學院，上海200092)

0 引 言

2007 年，教育部啟動了“高等學校本科教學質量與教學改革工程”，要求高校切實加強學生實踐能力、創新精神和創新能力的培養，對實踐教學與人才培養模式進行改革創新。在教育部“關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見”(教高［2007］2 號文)［1］中指出要高度重視實踐環節，提高學生實踐能力，推進實驗內容和實驗模式改革和創新，培養學生的實踐動手能力、分析問題和解決問題能力。

同濟大學是具有百年高等工程教育優良傳統的高等學府，積累了大量工程教育的寶貴經驗。2007 年，同濟大學被列為國家開展工程教育改革的10 所試點學校之一，2009 年學校制訂“同濟大學深入開展高等工程教育改革實施方案”，將卓越工程師培養計劃作為深入開展高等工程教育改革的一項重要舉措。卓越工程師的培養離不開創新能力人才的培養，其中培養學生的動手能力和綜合實踐能力是不可或缺的。

材料學科作為同濟大學15 個工科試點專業之一，特別重視學生創新能力和綜合實踐能力的培養。實踐教學作為高等教育的一個重要組成部分，在培養學生的創新能力方面具有不可替代的重要作用［2-5］。筆者承擔的校實驗教改項目“低碳建筑用保溫材料工程應用綜合性實驗研究”就對保溫系統工程應用技術的實踐教學進行了積極的探索。保溫系統是目前建筑節能工程中普遍運用的圍護結構節能措施，是綜合運用新材料、新技術、新工藝的建筑構造，涉及材料、土木、建筑、暖通等學科［6］。本實驗教改項目利用歐盟資助的Switch-Asia 項目“Train-the-Trainers”(用歐洲建筑可持續發展技術培訓中國建筑業決策者的歐盟援助項目)的成功經驗以及位于同濟校園內的建筑節能技術培訓基地，針對本科學生特點設計了一套建筑節能技術培訓的實踐教程，旨在通過該實踐培訓，學生能夠掌握保溫材料的性能特點、對保溫系統有初步的認識以及了解外墻保溫系統的施工全過程。

1 建設目標

實踐教學是高校教學工作的重要組成部分，材料和土木等專業都是實踐性很強的學科，加強實踐教學對培養卓越工程師人才起著很重要的作用［7-9］。本教改項目旨在培養學生對可持續建筑用保溫材料與系統的認識，通過現場實踐環節，對各種保溫材料的性能特點以及應用有所了解，掌握各種節點處理技術，提高實踐技能。通過這些實踐環節的培訓，其根本目的是不僅讓學生簡單掌握這些操作技能，而是通過這樣一個實踐過程，了解工程應用對材料研發的重要性，節點設計與配件施工對提升整體工程質量的作用，冷熱橋的處理對節能效果的影響［10-12］等，從而培養學生系統性思維、獨立分析問題和解決實際問題的能力，成為名副其實的卓越工程師。

2 實施過程

2.1 招募參與學生

本項目立項后，根據既定建設目標，在全校各相關專業的本科生中招募參與項目的志愿者來完成教學實踐活動全過程。報名學生來自材料學院、土木學院、建筑與城規學院、機械學院以及中德工程學院。涉及專業有建筑材料、暖通、能源動力、土木工程、中德建筑設施智能技術、建筑學等。報名人數接近30 人，以大二、大三學生占大多數，也有部分大一和大四學生。

2.2 實踐教學

項目設計了3 個不同環節的授課和實踐內容:

(1)低碳建筑用保溫材料與系統理論知識講解。通過講座與討論，讓同學們對建筑物理知識及保溫系統構造有了初步的了解，為后面的實踐過程提供理論基礎。

(2)紅外熱成像檢測技術及現場實踐操作。紅外熱成像技術用于保溫系統工程質量驗收在國外比較成熟，在國內目前僅用于建筑物能效測評時對于圍護結構質量的判斷［13-14］。本課程首先讓同學親自操作紅外熱成像儀，拍攝紅外熱成像照片以及學習如何辨別保溫工程質量缺陷部位。有了很直觀的認識以后，再通過大量的案例分析來比較不同外墻外保溫系統的工程特性，使大家對該技術在檢驗外墻外保溫系統施工質量的應用上有深刻的理解，從而在實際施工時對容易產生缺陷的節點部位的處理更加關注，并對為何這樣處理提高認識。

(3)外墻外保溫系統墻體操作實踐。在前期學習的基礎上，選擇了8 位來自不同專業的學生參與外保溫墻體操作實踐活動。施工開始前給每位同學講解安全保護知識［15］，并配備全套勞動防護裝備，從安全帽、防護眼鏡、工作服到安全鞋一應俱全，培養學生的安全意識與工程現場自我保護能力，見圖1。每位同學在老師的指導下親自動手，完成材料準備、基墻準備、貼板、門窗節點處理、局部加強處理、抹面層施工、大面積掛網、錨栓加固、防水處理、伸縮縫處理、飾面層施工、底涂、面涂、表面處理等全套工序，見圖2 ～4。整個施工過程工作強度非常大，對從來沒有參加過工程施工的同學來講任務艱巨，但是每一道工序都配有專用工具與配件，只要按照標準流程操作，對沒有任何土木施工技能的學生來說也是可以完成的。雖然很辛苦，但是同學們在自己親手完成的外保溫施工墻前的興奮之情是不言而喻的。

圖1 防護裝備

圖2 材料準備

圖3 門窗節點處理

圖4 局部加強處理

3 教學體會

3.1 跨學科授課

同濟現有材料學科的建材方向和土木學科的建筑工程、結構工程等專業相關性很強。在課程設置中已安排了交叉課程，特別是學校近幾年來在復合人才的培養方面加大力度，讓學生有了更多的選擇。但是在非常需要實踐教學的建材和相關專業中，跨學科的實踐課程還比較缺乏，本次教學實踐中有特別深的體會。

以外墻保溫系統為例，涉及到材料、結構、暖通等多專業知識的應用，學生要掌握多專業方面的知識才能對保溫系統有全面的了解。教學過程中學生也不斷地反饋類似的信息。材料專業的學生:“今天的課令我意識到了跨學科合作的重要性，也讓我對材料專業更感興趣”;土木工程專業學生:“幫助很大，出色的土木工程師不應該只懂結構，足夠的建筑相關知識是極其必要的”;暖通專業學生:“學科交叉性高，可以接觸多方面知識。形式輕松，很容易令人接受”;建筑學專業學生:“是我專業學習中很有必要的補充部分，在我平時的必修教育中很缺少這一塊知識”。

由此可見，針對各學科特點設計一些跨學科的理論和實踐課程，對培養綜合性人才和學生多學科合作的能力是非常有必要的。

3.2 本科教學中的應用

本項目利用學校現有的建筑節能技術社會化實踐教育基地，以及較成熟的實踐課程資源，對本科學生進行理論與實踐兩方面的培訓。通過本實驗教學改革項目的扶持，針對本科實驗教學特點，項目培訓中出現的不足之處和學生反饋的信息，優化課程方案，增加部分內容，就可以形成完整的實踐課程，既可為現有的課程服務，也可單獨開設實驗選修課。將來在積累和完善的基礎上納入學校卓越工程師配套課程體系。

本次教學實踐中，雖然學生來自不同的專業，但是每個學生都有不同的體會和收獲。對材料學科的學生增加了材料應用環節的訓練，了解了材料研發的目標;對土木學科的學生能理解結構與功能一體化設計的相關內容;對建筑學的學生理解外立面設計以及節點構造設計有很大幫助，并且對建筑節能技術的理解有了感性的認識;對暖通空調與能源專業的學生理解墻體圍護結構以及其熱濕傳遞規律也有幫助;對其他專業的學生理解建筑構造、建設工程施工、建筑節能與可持續發展技術、現場工程管理等都有好處。因此，在今后開設課程時應面向全校工程類專業開放，只有不同專業的學生一起共同學習，協同創新，才能碰撞出智慧的火花。

3.3 學生反饋

在項目實施過程中，從目的、感興趣程度、課程開設時間、理論課與實踐課授課比例、對現有專業課程學習的幫助等方面全面了解學生參與本項目的體會和建議，為將來課程設計提供支撐材料，以便更好地設置課程各環節。

從學生的反饋意見來看，此次教學實踐活動受到參與學生的一致好評。同學們對項目內容非常感興趣，理論與實踐相結合的教學模式以及建筑節能培訓墻的現場施工，討論互動環節等形式多樣，學生比較有新鮮感，參與度也非常高。同學們也提出了很多非常好的建議和意見，如:理論部分需加強系統性整合，班級容量適合小班化教學等。由于各專業學生對專業基礎知識了解的范圍和程度都不一樣，以后在課程安排中要考慮到這些因素。

4 結 語

(1)該實驗教改項目綜合性很強，涉及很多交叉學科，如建筑物理、建筑材料、建筑施工、建筑管理、全生命周期評價等。通過參與本實驗教改項目，學生對建筑節能建筑用墻體保溫系統的知識以及在工程中的應用技術有了一個感性的認識和全面的了解，對提高學生學習綠色建筑與可持續發展技術的興趣有很大幫助，激發學生學習相關知識的動力。

(2)實踐教學中采用了全過程培訓方式，從建筑節能原理、保溫系統構造與材料組成、系統設計與施工、質量驗收與評估，貫穿建筑業保溫工程的全過程來培養學生的綜合能力。

(3)材料和土木等相關專業開設跨學科理論和實踐課程非常有必要，特別是針對卓越工程師的培養。本次實驗教改項目的成果包括實驗講義、教學視頻以及積累的實踐教學經驗等，對現有本科生實踐教學將會起到完善和提高的作用。

［1］ 教育部.教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見［Z］.教高［2007］2 號文，2007.

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