土建類專業(yè)《建筑設備》課程教學改革研究

張向萍

商丘師范學院 建筑工程學院 （河南省商丘市 476000）

1 引言

《建筑設備》是建筑電氣與智能化、土木工程、建筑學、給排水工程、建筑裝潢、建筑管理等專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課，涉及建筑、暖通空調(diào)、安全消防、建筑節(jié)能、智能建筑、給水排水、制冷、照明和太陽能利用等多個學科領域，是一門綜合工程學科。隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展和生活質(zhì)量、工作效率的提高，智能建筑的普及，建筑設備在建筑中的地位日趨重要。建筑設備已成為形成和保障建筑功能的重要手段，在建筑投資中占有的比例達30%—70% 不等，并且是建筑物長期運行成本中的主要支出。

2 課程現(xiàn)狀

《建筑設備》是我院建筑電氣與智能化專業(yè)的學科基礎課、建筑學專業(yè)的專業(yè)基礎課、土木工程專業(yè)的專業(yè)限選課，專業(yè)不同，其培養(yǎng)目標應有所不同，對該課程在教學內(nèi)容、授課重點上應有一定的調(diào)整，而目前針對不同專業(yè)同一課程的教學，大部分還采用同一模式同一內(nèi)容。2016 年我院新上建筑電氣與智能化專業(yè)，該專業(yè)對建設設備的學習要求較高，除了了解最基本的建筑設備知識外，還要了解建設設備的內(nèi)部運行情況，從而為后續(xù)的建筑設備自動化等專業(yè)課程打下基礎。由于我院無建筑給排水與暖通空調(diào)等專業(yè)，其相關實驗實訓設施基本為零，通過傳統(tǒng)教學方法，學生無法直觀感受相關設備內(nèi)部運行情況，雖然我院結(jié)合校內(nèi)和校外實訓基地在建工程，進行認知學習，在一定程度上增強的學生的學習興趣，提高了教學效果，但因場地和時間限制等原因，教學效果有待進一步提到。另外教師只注重知識的傳授，忽略“價值引領”；學生被動接受知識，對學習缺少積極性和主動性，學習效率低下，學習效果不理想。

3 課程改革

呂超針對建筑學、土木工程、工程管理三個專業(yè)的“建筑設備”課程教學特點與問題進行研究，分析不同專業(yè)的教學目標，從教學內(nèi)容、教學方法、考核方式三個方面提出具體的改革措施，并應用于授課實踐，而且運用實驗法分析了教學改革的效果，探討“建筑設備”課程教學改革方向[1]，值得借鑒。我國《教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高〔2012〕4 號）提出，“加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設，重點建設一批國家級實驗教學示范中心、國家大學生校外實踐教育基地、高職實訓基地。加強實踐教學管理，提高實驗、實習實訓、實踐和畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量。”等強化實踐育人環(huán)節(jié)的措施。《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020 年）》也指出，“建設仿真實訓基地等信息化教學設施，建設實習實訓等關鍵業(yè)務領域的管理信息系統(tǒng)，建成支撐學生、教師和員工自主學習和科學管理的數(shù)字化環(huán)境。”這為我們解決建筑設備實驗實訓課的難題提供思路。

為進一步提高學生的學習積極性和主動性，增強學生的實踐能力，提高教學質(zhì)量，并在學習過程中對學生進行“價值引領”，引導學生樹立積極向上的價值觀、客觀科學的世界觀，切實培養(yǎng)高水平應用型人才。結(jié)合我院具體情況，我們從以下五個方面進行改革。

3.1 修訂教學大綱，確定教學目標、教學內(nèi)容

教學大綱是課程的教學綱要。其中包括教學目的或目標、教學要求、教學內(nèi)容以及講授和實習、實驗、作業(yè)的時數(shù)分配等。根據(jù)教學計劃，以綱要形式規(guī)定一門課程教學內(nèi)容的文件。包括這門課程的教學目的和目標、任務、教學內(nèi)容的范圍、深度和結(jié)構(gòu)、教學進度以及教學法上的基本要求等。教師進行教學的主要依據(jù)，也是檢查和評定學生學業(yè)成績和衡量教師教學質(zhì)量的重要標準。其中教學目標是課程教學非常重要的一個環(huán)節(jié)，教學大綱的制定離不開教學目標，開展課程教學必須要明確各專業(yè)的培養(yǎng)方案、教學目標。

研究教育部高等學校土木工程、建筑學、建筑電氣與智能化三個專業(yè)的教學指導委員會對各專業(yè)人才培養(yǎng)的要求，各專業(yè)工程認證要求，最新的人才培養(yǎng)方案，分析各專業(yè)的特點，了解其培養(yǎng)目標、培養(yǎng)規(guī)格及基本要求、核心課程、專業(yè)特色等內(nèi)容。通過上述材料分析《建筑設備》課程在各專業(yè)課程體系中的地位、與其他課程的關系，合理地調(diào)整教學內(nèi)容，對重點內(nèi)容進行詳細講解。

3.1.1 教學目標

通過以上工作，修訂了教學大綱，確立三個專業(yè)的“建筑設備工程”課程的主要教學目標。土木工程專業(yè)主要理解建筑設備的功能和原理、系統(tǒng)的布局、規(guī)范規(guī)定的要求和原則，具有在土建設計施工時能與設備工程師密切配合、完成相關工作的能力。如從施工的角度了解建筑設備，如管線、設備如何布置，在結(jié)構(gòu)施工時如何為管線、設備預留孔洞、位置等。建筑學專業(yè)主要掌握建筑設備的功能和原理、系統(tǒng)的布局、規(guī)范規(guī)定的要求和原則，具有與設備工程師密切配合、合理安排建筑設備及空間的能力。如了解建筑設備的設置情況，如管線、設備的設置，從而了解其對建筑內(nèi)、外環(huán)境的影響，對建筑設計的影響，最終如何使設備與建筑相協(xié)調(diào)。而建筑電氣與智能化專業(yè)對建設設備的學習要求較高，除了掌握建筑設備的功能和原理、系統(tǒng)的布局、規(guī)范規(guī)定的要求和原則外，還要了解具體設備的內(nèi)部運行情況，從而為后續(xù)的建筑設備自動化等專業(yè)課程打下基礎。

施工流程為：土方開挖、回填→土工布鋪設→土工籠袋鋪設→土工籠袋裝填→土工籠袋封蓋。鉛絲石籠在施工區(qū)域外成型后運至鋪設區(qū)域內(nèi)。人工將岸坡鉛絲石籠從護腳處開始至坡頂依次錯縫向上碼放，并用鉛絲將籠體與相鄰籠體進行固定。成品土工石籠袋放入鉛絲石籠內(nèi)時將袋口處先拉高10cm，將底部四方平均撐開，袋口用綁絲與鉛絲石籠簡單連接加固，防止填料時袋子變形。采用長臂挖掘機進行土料袋填，完成后人工將機械未填滿的袋子進行補填，土工石籠袋封口前，填充較小石料使袋頂高出8cm再封口。

3.1.2 教學內(nèi)容

針對不同教學目標，教學內(nèi)容也做相應調(diào)整。對于土木工程專業(yè)，應注重建筑設備與建筑主體結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)的關系[2]，明確設備及管道系統(tǒng)的布置和敷設原則；對于建筑學專業(yè)，應重視建筑設備的選擇及統(tǒng)籌布局，以滿足建筑的功能性、安全性和舒適性[3]，如強調(diào)在建筑設計階段預留空調(diào)外機設備操作平臺，可結(jié)合實際建筑案例講授一些綠色建筑與建筑節(jié)能的知識，并協(xié)調(diào)與“建筑物理”課程的內(nèi)容；對于建筑電氣與智能化專業(yè)，應注重建筑設備的選擇、設備的運行、建筑設備與智能建筑、建筑節(jié)能之間的聯(lián)系。

3.2 寓思政教育于專業(yè)課程教學

實施“課程思政”的教學策略，把“價值引領”貫穿到各個環(huán)節(jié)，結(jié)合培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容，每個章節(jié)均加入課程思政元素，既要注意專業(yè)知識傳授，又能夠很好地將愛國精神、社會責任、職業(yè)素養(yǎng)、綠色發(fā)展理念、科技創(chuàng)新意識社會主義核心價值觀等貫穿其中，樹立積極向上的價值觀、客觀科學的世界觀。部分教學內(nèi)容與課程思政元素結(jié)合如下：

①綠色發(fā)展理念、科技創(chuàng)新意識、愛國精神——CABR 近零能耗示范建筑：中國建筑科學研究院環(huán)能院辦公樓。（知識點：建筑設備的發(fā)展趨勢）

②職業(yè)素養(yǎng)、社會責任——2010 年5 月，廣州遭遇“史上最強”暴雨，引發(fā)思考。（知識點：室外排水工程的任務）

③職業(yè)素養(yǎng)、社會責任、綠色發(fā)展理念、科技創(chuàng)新意識——高碑店污水處理廠介紹。（知識點：污水處理廠處理工藝）

④社會責任、綠色發(fā)展理念——日本政府排放核廢水事件（課后拓展，聚焦時事，開拓視野和思路）

⑤職業(yè)素養(yǎng)、社會責任、綠色發(fā)展理念、科技創(chuàng)新意識——深圳建科大樓（全國首個綠色建筑和低能耗建筑，也是一座有地域特色的節(jié)能生態(tài)辦公建筑）。（知識拓展：給水新技術(shù)的示范性建筑）

⑥職業(yè)素養(yǎng)、社會責任、綠色發(fā)展理念、科技創(chuàng)新意識、民族自信——國家體育館（鳥巢）屋面雨水排放系統(tǒng)的選擇（知識點：屋面雨水排放）

3.3 改革實驗、實訓課教學模式

基于我院實際情況，開展建筑設備實驗實訓課，因時間、場地及設備等的限制，在具體的教學實施中的作用有限。使用虛擬仿真技術(shù)可以真正的實現(xiàn)以學生為中心，從而使教學過程轉(zhuǎn)教為學。虛擬仿真具有三大特性：沉浸性具有以假亂真的存在技術(shù)；交互性可以實現(xiàn)人機交流；構(gòu)想性可以根據(jù)需要開發(fā)不同的信息環(huán)境。利用三維虛擬仿真教學，學生以完成一個具體的任務為總目標，根據(jù)工藝流程，選取相關材料和設備進行工作，在教學軟件的提示下，依次完成目標。三維虛擬仿真教學可以真實的再現(xiàn)施工現(xiàn)場，實現(xiàn)逼真的施工流程及工藝細節(jié)再現(xiàn)；也可以做到無限循環(huán)，每個環(huán)節(jié)都可以反復操作；還可以對學生的學習過程進行實時考核，也能對信息進行統(tǒng)計分析。這種方法在提高學生技能，增強學生操作環(huán)節(jié)，提高學習興趣等方面有非常大的優(yōu)勢[4]。

目前我院所用建筑設備虛擬仿真軟件，采多學科仿真平臺（MSP,Multi-Subject Simulation Platform）進行開發(fā)，能夠為大型復雜系統(tǒng)的連續(xù)過程仿真提供設計、調(diào)試，數(shù)據(jù)訪問、運行管理等功能的支持。是一個包含建筑給排水、暖通空調(diào)、建筑電氣三維場景，設備運行狀態(tài)模擬，并可進行師生互動的教學與練習平臺。共包含建筑給水系統(tǒng)、建筑消防給水系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、建筑排水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、水泵與泵站、給排水系統(tǒng)管道布設、建筑供暖系統(tǒng)、供暖設備、供暖管道布設、通風系統(tǒng)、通風設備與管道布設、空調(diào)系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)設備與管道布設、建筑供配電系統(tǒng)、建筑電氣照明系統(tǒng)等17 項內(nèi)容。采用理論學習與虛擬仿真實驗相結(jié)合的教學方法。以中央空調(diào)系統(tǒng)運行虛擬實驗為例，說明采用的教學方法的使用目的、實施過程與實施效果。

實驗目的：了解水冷中央空調(diào)系統(tǒng)基本組成，掌握水冷中央空調(diào)系統(tǒng)基本原理，掌握水冷中央空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)運行基本操作。通過理論與虛擬仿真實驗實訓相結(jié)合，使學生更加深刻的了解中央空調(diào)系統(tǒng)的組成及運行情況。增強學生的學習興趣，提高學生掌握、運用知識的能力。

實施過程：

（1）理論學習中央空調(diào)系統(tǒng)，如基本概念、分類，系統(tǒng)組成，常用水冷中央空調(diào)系統(tǒng)運行原理等。

（2）教師提出問題，引導學生思考和討論。如某階段，室外溫度32℃，中央空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)設定溫度26℃，正常運行。如室外溫度升至35℃，如要達到設定的室內(nèi)溫度，中央空調(diào)系統(tǒng)的運行工況應如何改變。以小組為單位，給出討論結(jié)果。

（3）通過中央空調(diào)虛擬仿真模擬系統(tǒng)驗證各小組討論結(jié)果是否正確。加深學生對相關理論知識的理解，鞏固學生對相關理論知識的掌握。教師進一步組織學生針對相關理論在虛擬仿真實驗中的應用進行組內(nèi)討論并反饋，對小組中提出的問題進行探討和解答。

（4）對虛擬仿真實驗進行評價總結(jié)。教師依據(jù)驗證結(jié)果，對學生的實驗過程進行點評，對實驗結(jié)果進行總結(jié)。

（5）教師進一步引導學生對實驗結(jié)果進行反思。如，如何對各系統(tǒng)進行監(jiān)控，如何更優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運行，實現(xiàn)節(jié)能。

（6）學生課后形成實驗報告，并小組討論第5 步教師提出的問題。

實施效果：課堂理論學習與虛擬仿真實驗實訓相結(jié)合的教學方法的實施效果，從在課堂上，理論學習，提出問題，思考答案到虛擬仿真實驗中的驗證答案，反思答案并延伸，環(huán)環(huán)相扣，突破了日常教學中理論與實踐相脫節(jié)的情況，“以問題為主線，以教師為主導，以學生為主體”，學生在教師的指導下經(jīng)過思考，驗證完成實驗實訓，并在這一過程中學習、掌握了知識和技能。這種方法不但能激發(fā)學生的興趣，還能使學生體驗到工作中的責任感，以及如何與他人溝通合作。

3.4 改革教學手段和方法

改變傳統(tǒng)以教師教為主、以課堂教學為主的形式，采用混合式教學方法。以學生學為主、課內(nèi)外結(jié)合教學的形式，倡導參與式、啟發(fā)式、翻轉(zhuǎn)式、探究式、討論式等教學方法，采用現(xiàn)代化多教學手段、虛擬仿真、實物、案例、實踐參觀等教學手段。

3.5 變革考核方式

課程評價采用過程性考核(形成性評價) 與終結(jié)性考核相結(jié)合的方式。教學過程性考核以課堂表現(xiàn)、實踐操作、課后小組案例分析、作業(yè)、線上學習情況等日常表現(xiàn)進行評價。終結(jié)性考核以期末考試進行評價。學生課程成績=(課堂表現(xiàn)×10%+實踐課程×30%+案例分析×20%+課程作業(yè)×30%+線上學習×10%)×70%+期末考試×30%。終結(jié)性考核改變原有的純標準答案考試，改為部分標準答案題、部分非標準答案題，注重知識運用能力考核。通過調(diào)整增加平時成績的比重，引導學生更加注重平時的學習、端正學習態(tài)度，重視實踐操作，進而更好地掌握所學的知識；這種考核方法也更加合理，能全面反映學生的學習效果。

4 課程教學改革實踐分析

《建筑設備》教學改革自2020 年實施，已在18、19 級建筑學專業(yè)、土木工程專業(yè)，19、20 級建筑電氣與智能專業(yè)進行實施。通過本次教學改革，課程內(nèi)容上體現(xiàn)了我院應用型人才培養(yǎng)的專業(yè)特色，通過改變教學內(nèi)容，實驗實訓課教學模式，教學手段和方法，改革考核方式，提高了學生學習興趣，使各專業(yè)學生最終掌握建筑給排水、采暖通風、空調(diào)及供配電工程中所要求的理論內(nèi)容、實踐內(nèi)容，將建筑設備與本專業(yè)內(nèi)容完美結(jié)合。通過加入課程思政，強調(diào)“知識傳授”與“價值引領”并重，引導學生樹立積極向上的價值觀、客觀科學的世界觀。學生滿意度和總體成績有所提高，但后續(xù)還需要繼續(xù)努力完善各項改革措施，進一步深化對本課程的教學改革。