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面向新工科的《建筑能源环境》课程改革探索与实践

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  摘要:《建筑能源环境》是建筑环境与能源应用工程专业的先导课,在新时代新技术的冲击下应紧跟教育部新工科发展的脚步与号召进行教学改革。本文针对于此,对《建筑能源环境》课程改革进行探索与实践,赋予课程内容以新工科时代背景,使课程设计紧跟专业领域科研前沿,将课程实践与行业尖端技术紧密结合,从而增强学生对专业的热爱,实现知识传授、激发创新的目的。
  关键词:课程改革;新工科;科研前沿;行业尖端技术
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2019)25-0099-02
  一、引言
  随着大数据、人工智能、云计算、区块链等技术在各领域的兴起,产业与科技正面临新一轮的革命,在此新形势下,教育面临新的挑战。2018年教育部发布《教育信息化2.0行动计划》,要求全面推进“互联网+教育”,发展智能教育。智能技术不仅改变教与学的方式,还深入影响到教育的理念、文化和生态。新形势下,应充分激发信息技术对教育的革命性影响,推动教育观念更新、模式变革、体系重构,积极探索新模式、开发新产品、推进新技术支持下的教育教学创新。
  新工科在此背景下,先后经过“复旦共识、天大行动、北京指南”,进入快轨道建设。建筑环境与能源应用工程此类的传统工科专业在新工科背景下如何建设,这是新工科建设的一个重要着力点。在国家“创新、协调、绿色、开发、共享”的发展理念指导下,我国建筑相关行业领域转型升级速度大大加快。建筑环境与能源应用工程专业长期以来致力于建筑环境、建筑能耗、健康人居等领域,在这一背景下面临着更多的挑战与更高的要求。
  天津大学始建于1895年,秉承“育人为本,教学优先,质量第一”的教学理念,为我国工程教育的发展与进步做出了突出贡献,目前是全国新工科建设的关键单位,肩負新工科建设的“天大行动”的落实推进。天津大学建筑环境与能源应用工程专业自1956年创立至今已经有62年的历史,教学成果显著,专业人才辈出。作为该行业公认的国内顶尖院校,更肩负着在新时代背景下对专业课程进行改革探索与实践的重要责任。
  二、《建筑能源环境》课程定位
  《建筑能源环境》课程在建筑环境与能源应用工程专业教学中具有先导性地位,体现“建筑—能源—环境”的交叉融合,其知识点丰富、综合性强、前沿性突出,发挥着关键的专业引导性作用。通过该课程的学习,可以使学生深刻理解建筑环境与能源应用工程专业的内涵,明晰建筑室内外环境的影响因素、评价方法与调控手段,认识建筑能源的使用现状、主要问题与发展趋势,了解前沿的建筑节能技术与方法,掌握现代化建筑能源与环境技术。
  传统上,该课程的教学内容更侧重于经典理论、传统技术等方面的介绍,未能很好地将近年来本专业领域信息化、智能化的技术应用案例融合,很难满足行业对创新型人才培养的需求。因此,面向新工科建设,对《建筑能源环境》课程进行改革探索与实践,引入建筑信息化管理、建筑设备智能化、建筑新能源技术以及紧密相关的环境技术等与时俱进的新内容,具有紧迫性与必要性。
  三、《建筑能源环境》课程改革探索与实践
  1.课程内容赋予新工科时代背景。为培养面向未来型的领军人才,课程内容设计紧扣新工科背景建设要求,融合大数据、人工智能、云计算、区块链等技术以及新一代信息技术。课程内容上进行了系统性梳理与重构,包括:(建筑能源环境)系统特征、基本概念、基础知识、通用技术、新型技术、未来发展、数据工程、智能应用、信息化规范等。具体的分为基础知识模块、建筑环境模块、建筑能源技术发展模块和实践教学模块。其中基础知识模块包括课程概述、课程整体、考评方法、课程目标;当前世界与我国能源使用情况(从化石能源与新能源、工业交通以及建筑用能两个角度展开,重点是建筑用能及相关的技术分析);建筑能源使用过程引起的环境问题等。建筑环境模块包括建筑外环境中的太阳辐射、气候环境、地质环境、水环境等建筑环境和建筑室内环境中的空气环境(空气污染物种类、来源、常见的控制方法)、热湿环境、光环境、声环境及上述环境达到人类宜居条件时采用的技术和能源使用情况。建筑能源技术发展模块包括建筑新能源如太阳能、地热能、海洋能、生物质能、风能、未来能源(可燃冰等),其中着重介绍太阳能与建筑结合(光伏发电与光伏建筑)的相关技术和生物质能与建筑结合(农业废弃物气化供暖与发电)的相关技术。实践教学模块包括天津中新生态城绿色小区垃圾气力输送系统和操控平台参观、天津中新生态城冷热电三联供系统参观、天津大学郑东图书馆地源热泵供能系统参观、天津西站太阳能光伏发电工程参观、校园空气质量监测、室内空气甲醛与VOC监测、教学楼教室与办公室室内风速测量等。在课程内容上设置认知参观模块,带领学生走入中新天津生态城,对垃圾气力输送系统有了直观了解后,进入中新天津生态城的城市生活垃圾管理体验馆。在这里有现已启用的垃圾气力输送系统操控平台,垃圾输送系统破碎、输送、清障等功能的数据在此汇总,平台的实时反馈与对应指令也在此呈现。通过对课程内容的设置改革和智能技术的直观接触,使课程顺应新工科要求,体现时代性特点。
  2.课程设计紧跟专业领域科研前沿。课程紧紧围绕新工科建设要求,注重学生的科研探索能力与科研综合素质的培养,向学生阐述行业技术的发展方向,激发学生科研探索热情。在实践教学模块设置天津大学图书馆地源热泵功能系统参观和天津西站太阳能光伏发电工程参观。结合参观内容,介绍地源热泵和太阳光伏发电技术在建筑能源和环境领域的最新研究进展,将课程传统学习内容与当前领域研究热点、新点紧密结合,通过展开故事般的介绍,跳出传统教学的死板授课模式,给学生留下深刻印象。特殊设计若干实验室现场展示与互联网模拟技术演示课程,向学生介绍行业重点技术的发展演变历程,结合最新研究成果,重点阐述技术开发历程与作用机理,实现理论教学与科研实践的相辅相成。通过对科技前沿的观摩教学和设置需学生亲手完成虚拟仿真计算任务,实现课程与科研前沿紧密结合。
  3.课程实践与行业尖端技术紧密结合。依据专业培养建筑环境行业重点紧缺人才的目标,课程设计紧密结合当前行业技术的应用的现状。与深圳奇信建设集团有限公司合作,以建筑、能源、环境领域的基本知识为基础,教师与工程人员专题介绍当前室内装修与建筑节能设计的关键技术,重点解析目前行业发展面临的瓶颈问题,依据自身的研究基础,从能源、环境的角度提出对室内设计与新装饰行业的思考。在实践教学模块开设室内装修后空气品质监测,重点监测甲醛与VOCs。使学生掌握国家标准测量方法、测量仪器使用方法、数据读取与分析以及超标后应急处理技术与方案。将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入到教学过程中,建立从理论学习,到实际应用,再到重点技术突破的全方位、复合型、全周期教育模式,培养行业紧缺的创新实践型人才。课程通过企业应用技术和行业面临发展瓶颈的实践,实现课程与当前应用技术紧密结合。
  四、小结
  建筑环境与能源应用工程属于传统工科专业,在新时代新技术的冲击下应紧跟教育部新工科发展的脚步与号召,积极推进教学内容与课程设置改革,培养具有工程师视野的学生。《建筑能源环境》是建筑环境与能源应用工程专业的先导课,而该课程传统的教学内容与产业发展现状之间有所割裂,教学改革势在必行。本文针对于此,对《建筑能源环境》课程改革进行探索与实践,赋予课程内容以新工科时代背景,使课程设计紧跟专业领域科研前沿,将课程实践与行业尖端技术紧密结合,从而增强学生对专业的热爱,实现知识传授、激发创新的目的。
  参考文献:
  [1]蔡磊,向艳蕾,管延文,江章宁,杨群.建筑环境与能源应用工程专业新工科人才培养体系探索[J].高等建筑教育,2018,27(05):9-13.
  [2]张志红,周雨青,赵馨蕊,瞿林云.“新工科”理念和我国工科专业培养的分析与思考[J].高等理科教育,2018,(05):94-102,79.
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