建筑冷熱源核心課程群培養(yǎng)體系構(gòu)建

雷勇剛 宋翀芳 景勝藍(lán)

摘要：教學(xué)內(nèi)容滯后、教學(xué)方法與教學(xué)平臺狹窄是建筑冷熱源課程群培養(yǎng)體系社會效益不顯著的重要原因。建筑節(jié)能大背景下，建筑冷熱源課程群應(yīng)培養(yǎng)建環(huán)專業(yè)學(xué)生的節(jié)能意識。文章在分析建筑冷熱源培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，從教學(xué)體系的模塊劃分、研究型教學(xué)方法以及教學(xué)設(shè)計(jì)的探索等方面提出了構(gòu)建建筑冷熱源核心課程群培養(yǎng)體系的主要路徑，旨在為加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)和深化教學(xué)改革提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑冷熱源；核心課程群；培養(yǎng)體系；教學(xué)模塊

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2018）03-0082-05

一、建筑冷熱源核心課程群培養(yǎng)體系概述

根據(jù)2012年教育部頒布的本科專業(yè)目錄，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)）屬工學(xué)土木類本科專業(yè)之一，遵循國家教委高校專業(yè)目錄改革精神[1-6]，建環(huán)專業(yè)的任務(wù)是采用人工環(huán)境與能源利用工程技術(shù)創(chuàng)造適合人類生活與工作的建筑環(huán)境和工藝環(huán)境，培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)掌握建筑環(huán)境調(diào)控與能源利用的科學(xué)知識和實(shí)踐方法。為實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，彰顯專業(yè)特色，在新形勢下需對所設(shè)專業(yè)課程進(jìn)行重組和調(diào)整。建筑冷熱源核心課程群的構(gòu)建，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論進(jìn)行建筑冷熱源選擇和熱工計(jì)算的能力，以及建筑冷熱源機(jī)房工藝的設(shè)計(jì)能力[7-8]。建筑能耗中暖通空調(diào)能耗約占其一半左右[9-10]，參照發(fā)達(dá)國家建筑能耗增長歷程，可預(yù)見中國建筑能耗，特別是建筑冷熱源能耗占國內(nèi)總能耗的比重將越來越大。在建筑節(jié)能大環(huán)境的助推下，建筑冷熱源技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，建筑冷熱源課程體系也不斷更新[11-12]，因此，在當(dāng)前環(huán)境下只有對建環(huán)專業(yè)建筑冷熱源核心課程群的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的改革， 才能取得令人滿意的教學(xué)效果。

二、建筑冷熱源核心課程群培養(yǎng)體系整合

建筑冷熱源專業(yè)課程以建筑中應(yīng)用的制冷、制熱設(shè)備及系統(tǒng)為核心內(nèi)容，涵蓋制冷、熱泵及供熱鍋爐的基本理論和應(yīng)用技術(shù)。使學(xué)生掌握冷熱源的基本理論、冷熱源設(shè)備的工作原理、構(gòu)造及計(jì)算和冷熱源的基本設(shè)計(jì)方法，并具備冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際工作能力，了解該領(lǐng)域的新動(dòng)態(tài)、新技術(shù)和新產(chǎn)品等，是核心課程群的培養(yǎng)目標(biāo)。在教學(xué)過程中，對課程群體系進(jìn)行了整合優(yōu)化，平衡理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容分配，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）建筑冷熱源設(shè)備的評價(jià)

建筑冷熱源教學(xué)體系可分為熱力學(xué)原理、冷熱源設(shè)備、冷熱源系統(tǒng)和冷熱源運(yùn)行調(diào)節(jié)，其中冷熱源設(shè)備主要涵蓋功能、構(gòu)造、工作原理及性能。在學(xué)生畢業(yè)后的實(shí)際工作中，設(shè)備的選擇是關(guān)乎建筑冷熱源能耗的最主要因素。基于目標(biāo)評價(jià)模型將建筑冷熱源影響因素化繁為簡，對冷熱源的初投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較分析來確定各種冷熱源設(shè)備方案的取舍[13-14]。在冷熱源設(shè)備的特點(diǎn)講授中把經(jīng)濟(jì)模型植入課堂，使學(xué)生掌握設(shè)備選擇的定量化評價(jià)，在課程設(shè)計(jì)中，分小組進(jìn)行實(shí)際工程分析，每個(gè)小組的城市設(shè)計(jì)和建筑功能不同，指導(dǎo)學(xué)生針對不同地區(qū)的能源狀況進(jìn)行多種方案的比較，深化能源的合理利用。

（二）制冷劑性能的考量

制冷劑的選用是一個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題，需要考慮的因素很多，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況，進(jìn)行全面的技術(shù)分析，包括制冷劑的熱力學(xué)性質(zhì)、物理化學(xué)性質(zhì)、安全性和環(huán)境性，同時(shí)還要與壓縮機(jī)和工作環(huán)境匹配。近年來隨著環(huán)保要求的提高，選擇制冷劑時(shí)還要符合相關(guān)的國家環(huán)保法規(guī)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新工質(zhì)不斷出現(xiàn)，在專業(yè)課學(xué)時(shí)有限的情況下，這部分內(nèi)容采用弱化記憶性講授方式，增加相關(guān)國際會議的延展介紹，對傳統(tǒng)教學(xué)中制冷劑部分適當(dāng)增加課后演繹，以節(jié)能環(huán)保為宗旨，以制冷劑的發(fā)展演化為脈絡(luò)，通過制冷劑認(rèn)識到制冷劑選擇，乃至制冷劑研發(fā)幾個(gè)階段的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的分層次培養(yǎng)。

（三）冷熱源輸送的優(yōu)化

冷熱源系統(tǒng)教學(xué)部分主要講授水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)等的輸送，輸送動(dòng)力設(shè)備的能耗不容忽視。教學(xué)內(nèi)容主要針對系統(tǒng)形式和特點(diǎn)，沒有單獨(dú)章節(jié)講授能源應(yīng)用，這部分內(nèi)容反而在課程設(shè)計(jì)中表現(xiàn)比較突出[15-18]。根據(jù)多年的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)，在現(xiàn)有的實(shí)踐體系中引入設(shè)計(jì)理論，將設(shè)計(jì)理論穿插在課程設(shè)計(jì)過程中，要求學(xué)生在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將水力計(jì)算、風(fēng)機(jī)水泵選擇與輸送能耗有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思維。

三、建筑冷熱源核心課程群教學(xué)體系和培養(yǎng)模式

通過研究建環(huán)專業(yè)特點(diǎn)和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，從建筑冷熱源核心課程教學(xué)體系和教學(xué)方法入手，建立建筑冷熱源教學(xué)體系和培養(yǎng)模式。

（一）教學(xué)體系的建立

基于課程群的培養(yǎng)目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容模塊化，優(yōu)化課程體系。將建筑冷熱源教學(xué)內(nèi)容按其性質(zhì)、 結(jié)構(gòu)、 內(nèi)容和邏輯關(guān)系，整合為相對獨(dú)立的五大模塊，即基本理論模塊、工質(zhì)模塊、設(shè)備模塊、系統(tǒng)模塊、調(diào)節(jié)控制模塊。理論模塊是基礎(chǔ)，工質(zhì)模塊是載體，設(shè)備模塊是實(shí)現(xiàn)形式，系統(tǒng)模塊是工程應(yīng)用，調(diào)節(jié)控制模塊是優(yōu)化措施。這五大模塊覆蓋了建筑冷熱源的基本理論和工程實(shí)踐，分層次滲透在能源利用教學(xué)中。課程教學(xué)體系基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（二）教學(xué)方法的探索

激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的核心是誘發(fā)內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。誘發(fā)內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力是引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題，讓學(xué)生感受成功的喜悅，產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)力。通過理論教學(xué)創(chuàng)新、實(shí)踐活動(dòng)拓展、學(xué)習(xí)方式優(yōu)化和研究過程設(shè)計(jì)4個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)“理論與實(shí)踐并重、學(xué)習(xí)與研究融合”的教學(xué)理念。研究型教學(xué)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

探索基于節(jié)約能源的研究型教學(xué)模式，同時(shí)通過課堂案例分析和課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系。如，講解《能源與燃料》章節(jié)時(shí)，以當(dāng)前世界能源結(jié)構(gòu)和中國能源結(jié)構(gòu)為引入點(diǎn)，介紹一次能源和二次能源，最后對不可再生能源和可再生能源展開討論。在課程設(shè)計(jì)階段輔導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行不同冷熱源方案的比較[19]，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識。畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，研究型教學(xué)可更為深入。由于一些可再生能源的利用還處于研究階段，研究成果尚未大量應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，如土壤源熱泵地下?lián)Q熱量解析、太陽能集熱器設(shè)計(jì)、吸收式熱泵設(shè)計(jì)等，可鼓勵(lì)和輔導(dǎo)一些學(xué)生進(jìn)行探索性設(shè)計(jì)，將新能源應(yīng)用于工程實(shí)踐。

（三）教學(xué)設(shè)計(jì)的構(gòu)建

基于建筑冷熱源的課程特點(diǎn)，在能源應(yīng)用背景下，建筑冷熱源課程群的教學(xué)設(shè)計(jì)分為3個(gè)部分：教學(xué)分析、策略設(shè)計(jì)和教學(xué)評價(jià)（表1）。

學(xué)習(xí)需求為分析板塊，在教學(xué)過程中根據(jù)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)制定教學(xué)大綱，通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握冷熱源的基本理論和工作原理、冷熱源設(shè)備的性能和構(gòu)造，并對制冷機(jī)組、熱泵機(jī)組和鍋爐的工作原理及裝置特點(diǎn)和發(fā)展趨勢有一定了解。設(shè)計(jì)板塊是重點(diǎn)，包括課程教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程設(shè)計(jì)。課程教學(xué)設(shè)計(jì)嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)大綱要求，設(shè)定教學(xué)目標(biāo)、知識框架和人才培養(yǎng)要求，教學(xué)過程設(shè)計(jì)要落實(shí)到每個(gè)章節(jié)、每堂課的教學(xué)中，在課堂上兼用多種教學(xué)手段。多媒體課件演示循環(huán)原理、設(shè)備工作原理及冷熱源設(shè)備的運(yùn)行與調(diào)節(jié)，冷熱源設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算教學(xué)盡量不要使用多媒體，而且板書內(nèi)容盡量整合成一面，分為設(shè)計(jì)原理和思路、設(shè)計(jì)步驟、各參數(shù)取值，便于學(xué)生掌握設(shè)備設(shè)計(jì)的思路和方法。通過課程設(shè)計(jì)和案例分析的實(shí)踐訓(xùn)練加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)。一方面加強(qiáng)了學(xué)生專業(yè)知識的積累。實(shí)踐訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)學(xué)生對課程信息的收集能力，加深對專業(yè)知識領(lǐng)域的認(rèn)識，從而選擇最佳能源方案來完成工作；另一方面加強(qiáng)了學(xué)生的綜合行為能力。學(xué)生在實(shí)踐過程中獨(dú)立完成項(xiàng)目，具有完成一項(xiàng)工作的組織能力。此外，在設(shè)計(jì)過程中注重學(xué)習(xí)新設(shè)備、新技術(shù)和新方法，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。通過對課堂案例、試卷、課程設(shè)計(jì)的整體評估，對教學(xué)內(nèi)容框架、教學(xué)方法、教學(xué)手段做出相應(yīng)的修正。

通過建筑冷熱源課程群的教學(xué)與實(shí)踐，使學(xué)生具備掌握冷熱源技術(shù)與設(shè)備的知識體系。在深入分析與總結(jié)建環(huán)專業(yè)培養(yǎng)模式和專業(yè)課教學(xué)要求的基礎(chǔ)上，按照全國建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的本科生培養(yǎng)指導(dǎo)思想[20-22]，結(jié)合社會需求和實(shí)際情況，以提高培養(yǎng)質(zhì)量、改進(jìn)培養(yǎng)模式、增強(qiáng)服務(wù)意識為目標(biāo)，按照“既有理論與實(shí)踐分析—理論修正—實(shí)踐總結(jié)—理論模型創(chuàng)新—投入運(yùn)行”的順序，進(jìn)行建筑冷熱源核心課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容與方式制定、研究課題和專業(yè)技能培養(yǎng)、實(shí)踐訓(xùn)練、考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方式等方面的設(shè)計(jì)，探索研究建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的培養(yǎng)流水線與質(zhì)量控制體系。

在當(dāng)前建筑節(jié)能大環(huán)境下，能耗分析是建筑冷熱源核心課程群體系構(gòu)建的切入點(diǎn)，學(xué)生對各種冷熱源機(jī)組的性能要熟悉，進(jìn)而掌握各種冷熱源機(jī)組的能耗計(jì)算，最后結(jié)合實(shí)際工程，在教師指導(dǎo)下學(xué)會分析工程地的能源結(jié)構(gòu)、能源使用政策，綜合考慮工程運(yùn)行，合理選擇建筑冷熱源。能耗分析并非局限于工科技術(shù)，還涉及政府政策、經(jīng)濟(jì)模型等，是一項(xiàng)系統(tǒng)化構(gòu)建，是學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的基本功。

研究型教學(xué)是能力培養(yǎng)的關(guān)鍵，通過前述教學(xué)方法的探索，可以看出，這一能力的培養(yǎng)需要轉(zhuǎn)換教育觀念，不能局限于現(xiàn)有理論和技術(shù)，更要注重新能源利用，更新教學(xué)內(nèi)容，把最新的技術(shù)介紹給學(xué)生，尤其是新能源、可再生能源的利用。改進(jìn)教學(xué)方法，在推導(dǎo)和演繹教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，建立人才培養(yǎng)的課程平臺，注重實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用能力平臺的建設(shè)，分層次安排實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)踐教學(xué)充分體現(xiàn)在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中。

四、結(jié)語

加強(qiáng)建環(huán)專業(yè)學(xué)生建筑冷熱源基本理論的科學(xué)訓(xùn)練， 培養(yǎng)學(xué)生冷熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作能力是建筑冷熱源課程群培養(yǎng)體系所面臨的課題之一。文章引入教學(xué)體系模塊化理念，探索以理論-工質(zhì)-設(shè)備-系統(tǒng)-運(yùn)行的統(tǒng)籌化層次結(jié)構(gòu)來統(tǒng)領(lǐng)課程群的整體構(gòu)建，闡述了應(yīng)用模塊劃分的知識體系和能力訓(xùn)練，將體現(xiàn)建筑節(jié)能思維的研究型教學(xué)方法引入能源結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化建筑冷熱源設(shè)計(jì)過程中，既是對本課程群培養(yǎng)體系的一個(gè)探索，同時(shí)又給其他應(yīng)用技術(shù)類課程提供了一個(gè)范例。從方法論的角度，從教學(xué)分析、策略設(shè)計(jì)和教學(xué)評價(jià)3個(gè)方面具體化了建筑冷熱源核心課程群培養(yǎng)體系中的教學(xué)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化課程群教學(xué)資源，完善綜合性、設(shè)計(jì)性、集教學(xué)與科研為一體的教學(xué)平臺，探索以培養(yǎng)建環(huán)專業(yè)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的專業(yè)課程群培養(yǎng)模式，同時(shí)為相關(guān)教學(xué)和實(shí)踐提供新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭愛平， 曹立新. 建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃總體框架的實(shí)踐與探索[J]. 高等建筑教育， 2005， 14（2）： 52-54.

[2]余曉平， 劉麗瑩， 付祥釗. 校企合作培養(yǎng)建環(huán)專業(yè)學(xué)生工程能力的實(shí)踐分析[J]. 暖通空調(diào)， 2013， 43（8）： 20-23.

[3]肖勇全. 深入進(jìn)行建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)改革[J]. 暖通空調(diào)，2003， 33（3）：49-51.

[4]黃煒. 暖通空調(diào)教學(xué)體系建設(shè)與教學(xué)改革研究[J].暖通空調(diào)，2005， 35（11）： 47-50.

[5]王志勇， 王漢青， 寇廣孝，等.建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)空調(diào)課程群建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，23（2）： 89-91.

[6]劉艷峰， 王曉昌， 王勁松. 建筑環(huán)境與設(shè)備工程本科生培養(yǎng)模式期望調(diào)查研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（4）：96-99.

[7]付祥釗， 鄧曉梅， 孫嬋娟. 建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)效果調(diào)查與分析[J]. 高等建筑教育， 2009， 18（1）：16-21.

[8]陸亞俊， 馬世君， 王威. 建筑冷熱源[ M ]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2009.

[9]呂東彥， 龔光彩. 太陽能與熱泵技術(shù)應(yīng)用在暖通空調(diào)中的進(jìn)展[J]. 節(jié)能技術(shù)，2006， 24 （6）： 491-496.

[10]唐易達(dá)，唐莉. 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)《建筑節(jié)能技術(shù)》課程教學(xué)方法的思考[J].科技展望，2015（28）： 19-20.

[11]陽琴，程群英. 建筑冷熱源系統(tǒng)的教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 教育研究， 2015， 17（14）： 16-21.

[12]趙加寧， 羅志文. 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案綜合評價(jià)決策進(jìn)展與展望[J]. 潔凈與空調(diào)技術(shù)， 2005（3）： 12-16.

[13]李永存，王海橋，鄒聲華，等. 建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)課程體系建設(shè)與探索[J]. 當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2014（10）： 28-29.

[14]王麗慧， 黃晨， 陳劍波，等. 關(guān)于建筑環(huán)境與能源工程專業(yè)本科教學(xué)效果的調(diào)查與思考[J]. 高教學(xué)刊， 2015（7）： 14-15.

[15]謝育卿.《工業(yè)鍋爐》課堂教學(xué)的方法與體會[J].山西科技，2005 （2）： 83-84.

[16]吳業(yè)正， 熊聯(lián)友， 張華俊，等. 制冷學(xué)科課程改革實(shí)踐及體會[J]. 制冷與空調(diào)， 2002， 2（4）： 1-3.

[17]周守軍， 于明志. 鍋爐課程設(shè)計(jì)的研究與改革[J]. 中國電力教育， 2010（34）： 119-120.

[18]于梅春. 熱源設(shè)備及供熱課程創(chuàng)新性教學(xué)模式研究[J].高等建筑教育， 2011， 20（3）： 122-125.

[19]何君. 建筑冷熱源優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2013（12）： 88-90.

[20]車德勇， 王擎， 秦紅，等. 建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)課程體系改革探索與實(shí)踐[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2008， 28（5）： 47-49.

[21]商萍君. 供熱通風(fēng)與空調(diào)工程專業(yè)制冷技術(shù)課程改革與實(shí)踐的探討[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械， 2009 （2）：87-89.

[22]王棟，錢付平，黃志甲. 建環(huán)專業(yè)空調(diào)課程群教學(xué)改革實(shí)踐[J]. 安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2014，31（2）：103-104.