基于新工科人才培養要求的實驗教學體系改革

摘要：在新工科背景下，針對建筑環境與能源應用工程專業傳統實驗教學的考核評價方式無法反映新工科背景對學生能力及綜合素質的要求的不足，在現有考核評價方式基礎上，結合新工科對學生能力的要求及開設的創新實驗的特點，形成了過程評價與結果評價結合的定量化考核評價方式。同時探討了基于新工科背景的建筑環境與能源應用工程專業實驗教學體系的構建。實驗內容和實驗教學體系的改革，可為培養建筑環境與能源應用工程專業必需的新工科人才奠定基礎。

關鍵詞：新工科；建環專業；教學體系；改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

Abstract：Underthebackgroundofemergingengineering，theassessmentandevaluationmethodsoftraditionalexperimentalteachingonbuildingenvironmentandenergyapplicationengineeringcannotreflectthedeficiencyoftherequirementsofemergingengineeringonthestudents'capabilityandcomprehensivequality.Basedontheexistingassessmentandevaluationmethods，combinedwiththerequirementsofnewengineeringdisciplineonstudents'capabilityandthecharacteristicsofinnovativeexperiment，aquantitativeassessmentandevaluationmethodcombiningprocessevaluationandresultevaluationisformed.Atthesametime，theconstructionoftheexperimental teachingsystemofthemajorofthebuildingenvironmentandenergyapplicationengineeringbasedonthebackgroundofnewengineeringdisciplineisdiscussed.Thereformoftheexperimentcontentsandexperimentteachingsystemcanlayafoundationforcultivatingtalentsonemergingengineeringnecessaryforthebuildingenvironmentandenergyapplicationengineering.

Keywords：emergingengineering；buildingenvironmentandenergyapplicationengineering；experimentalteaching；reform

1概述

隨著世界范圍的科技革命和產業變革，新技術、新經濟的蓬勃發展促進著高等教育中工程教育的改革，新工科建設的提出正是對工程教育改革的積極引領。新工科建設是具有中國特色的、復雜的系統工程［1］，核心目標可以表述為主動布局、設置和建設服務國家戰略、滿足產業需求、面向未來發展的工程學科與專業，培養造就一批具有創新創業能力、跨界整合能力、動態適應能力、高素質的各類交叉復合型卓越工程科技人才，使我國工科教育能夠對接新經濟、新產業的發展需求［23］。新工科最顯著的特征與要求就是學科的交叉融合，具有很強的學科交叉性與綜合性。

建筑環境與能源應用工程（以下簡稱“建環”）專業是新型交叉學科，跨行業、跨學科，內容覆蓋面廣，涉及供暖、通風、空調、給排水、消防、新能源利用、城市燃氣、建筑節能技術、建筑智能化等多個領域［4］。隨著經濟技術和社會的發展，專業內容與研究方向也逐漸結合了“互聯網+”“大數據”等先進技術，緊密結合低碳零碳、新能源開發利用等熱點方向，營造舒適的人居環境的同時關注建筑能源的高效利用，發展智慧建筑能源和智能熱網［5］。建環專業作為成功入選新工科建設的專業，呈現出極其貼切新工科特征與要求的業態。而教育部新工科建設的推進也對專業人才培養提出了更高的要求，亟須進一步培養學生的研究和創新能力、多學科知識融合能力，以及解決復雜工程問題的能力，更要鍛煉學生的家國思想、社會意識、團隊合作與跨學科系統思維，形成高素質、復合型建環人才的培養體系［67］。

實驗教學作為理論教學的重要補充，在建環專業人才培養中發揮著至關重要的作用，是培養學生創新能力、實踐動手能力、解決實際問題能力、團隊合作意識的關鍵［4］。在新工科背景下，專業實驗教學在實驗內容設置、實驗教學方法上已進行了相對廣泛的探索，對于實驗課程的考核評價方式與建環專業實驗教學體系的構建還需進行進一步研究，以下以北京工業大學建環專業實驗教學為例，對新工科背景下實驗教學體系的構建與改革進行初步探索。

2實驗課程體系的優化整合及實驗課程考核評價方式的改革

2.1實驗課程體系的整合

我校建環專業的實驗教學經過多年的實踐探索，已形成了結合本校學生實際和專業特色的實驗教學體系。近年來，在新工科建設的推進下，建環專業又進一步完善和優化了實驗課程體系，在對基礎專業實驗（見下表）進行整合優化的基礎上，結合學科前沿和專業熱點，完善了創新實驗平臺的搭建與實驗內容的更新，在創新實驗中加入了互聯網、大數據、新能源利用、智慧供冷、供熱等新工科內容。增設的創新實驗包括太陽能光伏、光熱系統性能綜合實驗、低碳多能互補能源系統實驗、基于物聯網的建筑能耗數據挖掘與評價實驗、小溫差高效相變儲熱（冷）技術實驗、供熱、供冷系統性能的評價分析實驗、空調房間流場與溫度場的測量與評價分析實驗等。創新實驗的引入，突破了傳統專業實驗大多是結合理論課堂知識的驗證性實驗的不足。通過創新實驗的開設，學生在學習專業理論知識的同時，充分了解學科前沿，融入了學科前沿，深入分析和跨學科解決問題的能力，用先進技術手段解決實際問題的能力得到提升。創新實驗對學生提出了更高的要求，要求學生之前要查閱相關的資料，并掌握一定的分析和解決問題的先進工具和方法，培養了學生的科研水平和創新意識。

2.2實驗課程考核評價方式的改革

傳統的實驗考核評價方式主要側重于實驗中教師對學生實驗操作技能的觀察、實驗后實驗數據的處理分析、實驗報告的撰寫等。然而，創新實驗的引入這樣的考核評價未能對學生的創新能力、解決實際問題的能力和跨學科知識融合能力等進行充分的評價，不能夠全面反映學生在實驗課程中的綜合能力和素養，主要問題集中在以下方面。

（1）專業實驗課程主要依賴實驗報告進行課程考核成績評定。學生在實驗后完成實驗報告，主要內容重點在數據記錄、數據處理、結果分析、結論，這樣的評價多為結果性評價。

（2）創新實驗課程考核只有通過、不通過兩種方式，體現不出學生的創新能力和水平。

（3）學生的實驗實際操作技能與實驗相關的理論知識水平并不能得到準確評價。學生實驗的實際操作大部分依賴實驗中教師的指導，學生并未真正理解實驗原理與目的，甚至不知道實驗裝置的工作原理，只是機械性學會了如何操作儀器，并按步驟進行調節與記錄數據。

針對以上不足，結合對新工科高素質復合型人才培養的需要與開設實驗的實際情況，我們在實驗考核評價中采用過程評價與結果評價相結合的方式，量化學習成果考核指標。實驗課程的成績采用報告成績（40%）、答辯成績（30%）、過程表現成績（30%）來進行綜合評定。

重視過程評價，強化實驗過程管理，學生通過先期閱讀實驗指導書，查閱實驗相關的文獻資料，理解實驗原理和內容，設計具體的實驗步驟和實驗方案。指導教師從實驗設計、實驗方案制訂、實驗操作、數據記錄和數據預處理、實驗中對相關知識的理解、遇到問題時能否提出解決的思路等環節評價學生的學習效果。

實驗報告和答辯環節是考核評價的重點。在實驗報告撰寫中，摒棄了學生簡單地描述實驗現象和提交實驗數據的撰寫方式，鼓勵學生使用數據分析軟件、大數據處理軟件、數值模擬軟件等對實驗數據進行更深層次的處理分析，完成實驗報告。對于實驗中可能是失敗的實驗或者不符合常理的實驗結果，鼓勵學生能夠嘗試運用課程所學知識進行解釋說明，鞏固課上所學知識，提升學生的理論聯系實際的能力。同時在實驗報告考核中還增設了一些新的環節，有助于學生全面素質的培養。這些環節包括：（1）增設思考題、案例分析環節，讓學生根據思考題的引導深入思考實驗現象及實驗過程中遇到的問題與困難，再結合實際工程案例，理解并分析實際案例中的設計要點與設計原因，進一步深化理論知識的理解和掌握，增強創新能力，培養學生從實驗向實際工程思維轉變的意識；（2）增設實驗感悟環節，引導學生反思當次實驗，對實驗過程和結果進行回顧和總結，形成較為系統和全面的實驗思考，也會有對實驗中的問題、挑戰和意外情況進行分析和思考，培養了學生正確的科學態度與批判性思維；（3）增設了小組分工、自評與他評環節，學生在小組合作中合理分配任務，協作實驗加深團隊協作經驗，評價自己與其他組員的任務完成情況，綜合考查學生個人在小組中的貢獻量，培養學生的團隊意識、合作精神和溝通能力。

完成實驗報告后，學生制作課件進行實驗答辯，要求學生口頭表達實驗原理、設計以及自己的實驗過程、結果和結論，鍛煉學生的口頭報告技巧及語言組織與表達能力。重點考查學生對實驗原理與實驗目的的理解，考查學生對實驗設計中重點的思考、對難點的克服，對實驗操作中遇到的問題進行的思考解決，對實驗結果的解釋和應用，加強學生將理論知識應用于解決實際問題的能力。教師在答辯中提供實時反饋，為學生提供與教師充分對話的機會，幫助學生糾偏，方便學生對理論知識的學習進行查漏補缺，促進學生的個人和學業發展。

3新工科背景下建環專業實驗教學體系的構建

3.1搭建實驗創新平臺

我校建環專業注重推進創新實驗平臺的不斷建設。實驗平臺是實驗教學的硬件條件基礎，為培養學生的創新能力，特將新能源、大數據、互聯網技術等引入實驗教學，搭建相應的創新實驗平臺。這些創新平臺和實驗內容的增加，使得學生對新能源、大數據和節能技術等學科前沿在建筑中的應用有了深層次的理解，利用大數據分析對系統的性能進行優化、分析、評價，提升了學生解決實際問題的能力和手段［4］。此外，把握多學科交叉的重大項目研究、高水平師資團隊引進等契機，加快建立多學科交叉實驗平臺［67］。

3.2建立質量保證體系

為提高教學質量，更好地培養高素質的復合型交叉學科人才，我校建環專業在采用結果評價與過程評價相結合的定量化學習成果考核方式的基礎上，構建了上一輪實驗學習效果分析、下一輪實驗持續改進的體系，依據每屆學生學習成果的考核評價數據調節實驗教學方式與考核評價方式，支持實驗教學質量持續改進，培養學生的綜合能力。

根據工程教育專業認證理念，結合高等教育中工程教育發展趨勢，建環專業構建了實驗課程的持續改進體系，保證了課程教學質量。以學生的實驗課程成績數據評估教學目標達成度，分析實驗課程教學過程中實驗內容、教學方式等方面存在的問題。結合上一輪改進的效果，制定下一輪實驗課程教學的改進措施，構成循環式的實驗教學質量持續改進體系，改善實驗的教學內容與教學方式，優化實驗的學習成果考核評價方法，不斷提升實驗的教學質量。

3.3加強實驗教學隊伍建設

我校建環專業制定了教師職業發展路徑與定期培訓制度，提高教師實驗教學的專業水平與教學能力。選聘行業技術專家擔任兼職教師或實驗教學評議委員，為實驗教學的方式提出改進建議，為實驗教學的內容提供專業支持與指導。制定教師到企業實踐的相關政策，鼓勵教師進入相關企業了解前沿技術發展現狀，了解高校科研成果轉化落地措施與情況，進行實踐鍛煉，了解行業技術發展動態與企業對人才的具體要求。增強教師的工程實踐意識，使實驗教學內容與方式更加貼近行業產業需求，有助于培養高素質、復合型、跨學科的建環專業人才。

3.4完善校企協同育人機制

加強校企協同，通過建立從理論、實踐到探索學習的教育鏈條，實現理論教學和實驗教學的交叉螺旋進行，重點培養學生應用專業理論開展實驗分析和實驗設計到解決實際工程問題的能力，有目的地融入企業實際工程項目，使學生獲得有意義的綜合設計體驗，培養復合型跨學科建環專業人才的綜合品質和工程能力。建立和完善與其他高校、科研院所、行業單位等之間的協同育人體系，實現實驗教學與經濟社會發展的有效“耦合”。

結語

隨著“互聯網+”、大數據、人工智能、智能制造等不斷深入工科，新工科建設對建環專業提出了培養創新意識強、動手能力強、綜合素質高、學科視野寬的復合型高素質人才的目標與要求。培養過程中，實驗教學扮演了十分關鍵的角色，針對建環專業傳統實驗教學的考核評價方式過于單一，無法反映學生綜合能力的問題，在現有考核評價方式基礎上形成了過程評價與結果評價結合的定量化考核評價方式。對建環專業實驗教學體系進行了調整，對體系的構建進行了討論。通過實驗教學體系的改革，學校不斷提高人才培養工作的針對性和有效性，為培養新工科建設所要求的建環專業人才奠定必要的基礎。

參考文獻：

［1］林健.面向未來的中國新工科建設［J］.清華大學教育研究，2017，38（02）：2635.

［2］張東海，高蓬輝，黃建恩，等.新工科背景下多學科交叉融合的建環專業人才培養模式探索與實踐［J］.高等建筑教育，2021，30（1）：19.

［3］林健.新工科人才培養質量通用標準研制［J］.高等工程教育研究，2020（3）：516.

［4］李俊梅，藺潔，王宏燕，等.基于新工科人才培養要求的建環專業實驗教學內容的改革探索［J］.科技風，2022（35）：7880.

［5］倪龍，姚楊，姜益強.新工科背景下建筑環境與能源應用工程專業一流本科人才培養探討［J］.黑龍江教育，2020（5）：2931.

［6］劉曉月.應用型高校建環專業實驗教改研究［J］.現代商貿工業，2024，45（01）：266268.

［7］劉宇雷，佘明.“新工科”背景下高校實驗教學體系建設探索［J］.實驗技術與管理，2019，36（11）：1921+32.

項目基金：北京工業大學城建學部教學研究項目（CJXBYB202109）

作者簡介：李俊梅（1970—），女，漢族，河南新密人，博士，教授，研究方向：建筑火災安全及建筑節能。