基于能力培養(yǎng)的“建筑自動(dòng)化系統(tǒng)”教學(xué)改革研究

曾慧琴+王永秀

【摘要】建筑自動(dòng)化系統(tǒng)課程具有多學(xué)科交叉、新技術(shù)多、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。為了加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提出了關(guān)于課程教學(xué)改革的思路，即以實(shí)際工程案例為線(xiàn)索，通過(guò)課堂講授、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)論證、組織學(xué)生討論，課程設(shè)計(jì)總結(jié)進(jìn)行教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】建筑自動(dòng)化系統(tǒng) 教學(xué)方式 教學(xué)方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）02-0239-01

1.引言

智能建筑是一種新興建筑，特別是在二十一世紀(jì)以來(lái)智能建筑已經(jīng)作為建筑領(lǐng)域的熱點(diǎn)，成為行業(yè)中最具有生命力的產(chǎn)業(yè)。為了適應(yīng)我國(guó)智能建筑迅速發(fā)展的形勢(shì)，滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)智能建筑技術(shù)人才需求的增長(zhǎng)，青島理工大學(xué)成立了建筑電氣與智能化專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)能夠在建筑電氣與智能化領(lǐng)域從事工程設(shè)計(jì)與施工、科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程試驗(yàn)分析以及系統(tǒng)運(yùn)行管理等工作的應(yīng)用創(chuàng)新型人才。“建筑自動(dòng)化系統(tǒng)”課程是建筑電氣與智能化專(zhuān)業(yè)的主干課程，包含了多個(gè)交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論、檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)、暖通工程、建筑機(jī)電設(shè)備等較多知識(shí)。

通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐以及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果反映出，建筑自動(dòng)化系統(tǒng)課程由于多學(xué)科交叉性容易使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺少獨(dú)立性和系統(tǒng)性，教材中大量的理論知識(shí)有讓學(xué)生容易感到枯燥乏味。而建筑自動(dòng)化系統(tǒng)作為智能建筑的應(yīng)用學(xué)科，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。這就要求教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合解決有關(guān)工程實(shí)際問(wèn)題的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式很顯然不適合本課程的需求，因而有必要對(duì)這門(mén)課程進(jìn)行深入研究，共同建設(shè)好這門(mén)新課程。

2.教學(xué)方式的改革研究

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是先依次介紹相關(guān)的理論知識(shí)，然后把這些知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。但由于建筑自動(dòng)化系統(tǒng)課程屬于多學(xué)科交叉互補(bǔ)，相關(guān)理論知識(shí)眾多，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)只能泛泛而談，每個(gè)領(lǐng)域都沒(méi)法深入，容易使學(xué)生覺(jué)得知識(shí)點(diǎn)支離破碎，沒(méi)有系統(tǒng)性，也容易脫離實(shí)際問(wèn)題。或者采取另一種教學(xué)方式，不介紹基礎(chǔ)知識(shí)，直接介紹各相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)。這樣更像一種技能培訓(xùn)，學(xué)生缺乏知識(shí)外延和擴(kuò)展能力。在工程實(shí)際當(dāng)中，學(xué)生無(wú)法知道應(yīng)該應(yīng)用何種技術(shù)。現(xiàn)如今，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、電子和機(jī)電設(shè)備等領(lǐng)域的發(fā)展迅猛，各種控制算法也不斷進(jìn)步。所以，當(dāng)學(xué)生工作后真正面對(duì)工程實(shí)踐時(shí)，在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)或技術(shù)有可能已經(jīng)被淘汰。所以，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力才是重點(diǎn)。

那么如何安排教學(xué)，才能實(shí)現(xiàn)堅(jiān)實(shí)的學(xué)術(shù)研究、知識(shí)的擴(kuò)展外延、前瞻性的引導(dǎo)。建筑自動(dòng)化課程的特點(diǎn)就是工程和實(shí)踐。因此可以用若干個(gè)實(shí)際工程案例帶出課程的全部教學(xué)內(nèi)容。每個(gè)實(shí)際工程都會(huì)有困難要解決，而解決困難的過(guò)程就是課程的學(xué)習(xí)過(guò)程。為了解決困難，學(xué)生目標(biāo)明確的去學(xué)習(xí)檢測(cè)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等相關(guān)方面的知識(shí)。在實(shí)際的工程中，學(xué)生需要了解市場(chǎng)上常用的傳感器、控制器、執(zhí)行器等設(shè)備的價(jià)位，性能，提高自己的動(dòng)手能力。在實(shí)際的工程中，學(xué)生要掌握相關(guān)行業(yè)規(guī)范，避免以后所做的設(shè)計(jì)紙上談兵，脫離實(shí)際。這種通過(guò)實(shí)際工程進(jìn)行課程學(xué)習(xí)的教學(xué)方式是對(duì)學(xué)生的一種訓(xùn)練，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，學(xué)以致用。下面以建筑空調(diào)自動(dòng)系統(tǒng)控制為例，說(shuō)明如何通過(guò)實(shí)際的工程案例來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)。

先通過(guò)介紹空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的末端設(shè)備，如溫度傳感器、濕度傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等，讓學(xué)生接觸相關(guān)硬件，掌握相關(guān)傳感器和執(zhí)行器的基本原理，了解行業(yè)中常用傳感器和執(zhí)行器的型號(hào)與性能。然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)層控制器實(shí)現(xiàn)恒溫控制這個(gè)實(shí)際的工程問(wèn)題，了解控制器的結(jié)構(gòu)與控制原理，使學(xué)生根據(jù)分析的結(jié)果掌握基本的控制算法，包括簡(jiǎn)單的通斷控制、單一參數(shù)的閉環(huán)控制的控制算法（如PID調(diào)節(jié)等）。學(xué)生可以通過(guò)建筑自動(dòng)化系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)嘗試用各種控制算法來(lái)完成底層局部閉環(huán)控制，感受調(diào)節(jié)過(guò)程中各種因素的影響，掌握控制參數(shù)的設(shè)置。之后再全面的討論新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組的溫濕度控制調(diào)節(jié)、空調(diào)水系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)以及制冷系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)，并引導(dǎo)學(xué)生利用空調(diào)專(zhuān)業(yè)知識(shí)就變風(fēng)量末端控制、風(fēng)機(jī)排管末端控制、空氣處理室控制等幾個(gè)典型的空調(diào)控制問(wèn)題進(jìn)行討論，研究上層的控制策略。同時(shí)通過(guò)對(duì)空調(diào)控制系統(tǒng)整體架構(gòu)的介紹和討論，延伸到使學(xué)生了解建筑自動(dòng)化控制的要求、設(shè)計(jì)方法，以及常見(jiàn)的系統(tǒng)形式和通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與協(xié)議。在上述工程實(shí)例中涉及到傳感器、控制器、執(zhí)行器的選型，控制策略的設(shè)計(jì)、控制算法的調(diào)試、控制硬件系統(tǒng)的安裝與施工，內(nèi)容由淺入深，這種螺旋式上升的教學(xué)方式有利于加深學(xué)生對(duì)建筑自動(dòng)化系統(tǒng)的理解，體會(huì)到控制工程中的實(shí)際問(wèn)題和難點(diǎn)，并學(xué)會(huì)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)解決工程問(wèn)題，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.教學(xué)方法的改革研究

（1）課堂講授

課堂上教師結(jié)合實(shí)際工程案例說(shuō)明問(wèn)題的共性，在實(shí)際工程中有哪些難點(diǎn)，并簡(jiǎn)要介紹解決此類(lèi)工程問(wèn)題所需的基礎(chǔ)知識(shí)。由于建筑自動(dòng)化系統(tǒng)課程屬于多學(xué)科的交叉互補(bǔ)，所以必定會(huì)有一些課程內(nèi)容與同學(xué)們的先修課程的內(nèi)容重復(fù)。比如先行課中的綜合布線(xiàn)、計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制原理、檢測(cè)技術(shù)等都包含一定的重復(fù)內(nèi)容。因此，教師可以不深入講解此類(lèi)工程問(wèn)題的各項(xiàng)相關(guān)知識(shí)，避免重復(fù)教學(xué)，而只需要在介紹某種常用方案的基礎(chǔ)上指出其他相關(guān)研究方向，并鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其感興趣的方向深入研究。

（2）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助教學(xué)

為了使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)建筑自動(dòng)化系統(tǒng)這門(mén)課程，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，學(xué)院創(chuàng)建了建筑自動(dòng)化系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)教學(xué)中涉及的每個(gè)實(shí)際工程問(wèn)題，都設(shè)計(jì)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上試驗(yàn)控制算法，考察控制策略在各種可能工況下的運(yùn)行效果，觀察傳感器誤差及執(zhí)行器調(diào)節(jié)精度對(duì)控制結(jié)果的影響，進(jìn)而改進(jìn)控制策略。獲得真正適用于實(shí)際工程的解決方案。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助教學(xué)是綜合培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

（3）組織討論

每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成之后可以組織課堂專(zhuān)題討論。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組都介紹自己的設(shè)計(jì)方案、設(shè)備選型，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的困難。教師引導(dǎo)各個(gè)小組對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比，質(zhì)疑，引起討論。這樣能培養(yǎng)學(xué)生分析和綜合問(wèn)題的能力，提出自己的見(jiàn)解，培養(yǎng)自學(xué)能力。不僅活躍了課堂氛圍，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。教師通過(guò)學(xué)生的討論，可以發(fā)現(xiàn)某些學(xué)生理解的誤區(qū)，及時(shí)進(jìn)行糾正；可以補(bǔ)充課堂上指出方向卻沒(méi)有深入講解的知識(shí)和方法；可以介紹相關(guān)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)建筑自動(dòng)化系統(tǒng)課程的興趣。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，討論課是檢查課堂授課效果、查遺補(bǔ)漏、再次強(qiáng)調(diào)授課重點(diǎn)的好機(jī)會(huì)。

（4）課程設(shè)計(jì)

課后，安排了兩周的課程設(shè)計(jì)，需要學(xué)生自己動(dòng)手解決某個(gè)與課堂內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的工程問(wèn)題，畫(huà)出控制原理圖，列出控制點(diǎn)表，選擇傳感器、控制器、執(zhí)行器等設(shè)備的型號(hào)數(shù)量，敘述控制策略。通過(guò)同學(xué)間討論、與指導(dǎo)老師交流、查閱文獻(xiàn)自學(xué)相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)，每個(gè)學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)形成一套較完整的解決方案。

4.結(jié)束語(yǔ)

建筑自動(dòng)化系統(tǒng)是建筑電氣與智能化專(zhuān)業(yè)的核心課程，與實(shí)際工程結(jié)合緊密。本文介紹了以實(shí)際工程案例為線(xiàn)索，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐解決能力的教學(xué)思路。這種教學(xué)思路是多年來(lái)對(duì)該課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)科研成果的總結(jié)，在摸索中不斷完善。

實(shí)踐證明，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中提高了課程的教學(xué)質(zhì)量，獲得了良好的教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)和各種能力，為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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