土建類專業《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、建筑管理等專業的一門專業技術課，涉及建筑、暖通空調、安全消防、建筑節能、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。隨著經濟技術的發展和生活質量、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 課程現狀

《建筑設備》是我院建筑電氣與智能化專業的學科基礎課、建筑學專業的專業基礎課、土木工程專業的專業限選課，專業不同，其培養目標應有所不同，對該課程在教學內容、授課重點上應有一定的調整，而目前針對不同專業同一課程的教學，大部分還采用同一模式同一內容。2016 年我院新上建筑電氣與智能化專業，該專業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部運行情況，從而為后續的建筑設備自動化等專業課程打下基礎。由于我院無建筑給排水與暖通空調等專業，其相關實驗實訓設施基本為零，通過傳統教學方法，學生無法直觀感受相關設備內部運行情況，雖然我院結合校內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、工程管理三個專業的“建筑設備”課程教學特點與問題進行研究，分析不同專業的教學目標，從教學內容、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、實踐和畢業設計（論文）質量?！钡葟娀瘜嵺`育人環節的措施?！督逃畔⒒臧l展規劃（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務領域的管理信息系統，建成支撐學生、教師和員工自主學習和科學管理的數字化環境?！边@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，切實培養高水平應用型人才。結合我院具體情況，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、教學內容以及講授和實習、實驗、作業的時數分配等。根據教學計劃，以綱要形式規定一門課程教學內容的文件。包括這門課程的教學目的和目標、任務、教學內容的范圍、深度和結構、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，也是檢查和評定學生學業成績和衡量教師教學質量的重要標準。其中教學目標是課程教學非常重要的一個環節，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的培養方案、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的教學指導委員會對各專業人才培養的要求，各專業工程認證要求，最新的人才培養方案，分析各專業的特點，了解其培養目標、培養規格及基本要求、核心課程、專業特色等內容。通過上述材料分析《建筑設備》課程在各專業課程體系中的地位、與其他課程的關系，合理地調整教學內容，對重點內容進行詳細講解。

3.1.1 教學目標

通過以上工作，修訂了教學大綱，確立三個專業的“建筑設備工程”課程的主要教學目標。土木工程專業主要理解建筑設備的功能和原理、系統的布局、規范規定的要求和原則，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，在結構施工時如何為管線、設備預留孔洞、位置等。建筑學專業主要掌握建筑設備的功能和原理、系統的布局、規范規定的要求和原則，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、外環境的影響，對建筑設計的影響，最終如何使設備與建筑相協調。而建筑電氣與智能化專業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、系統的布局、規范規定的要求和原則外，還要了解具體設備的內部運行情況，從而為后續的建筑設備自動化等專業課程打下基礎。

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。鉛絲石籠在施工區域外成型后運至鋪設區域內。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 教學內容

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

3.2 寓思政教育于專業課程教學

實施“課程思政”的教學策略，把“價值引領”貫穿到各個環節，結合培養目標、教學內容，每個章節均加入課程思政元素，既要注意專業知識傳授，又能夠很好地將愛國精神、社會責任、職業素養、綠色發展理念、科技創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。部分教學內容與課程思政元素結合如下：

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

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

③職業素養、社會責任、綠色發展理念、科技創新意識——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職業素養、社會責任、綠色發展理念、科技創新意識——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能生態辦公建筑）。（知識拓展：給水新技術的示范性建筑）

⑥職業素養、社會責任、綠色發展理念、科技創新意識、民族自信——國家體育館（鳥巢）屋面雨水排放系統的選擇（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。使用虛擬仿真技術可以真正的實現以學生為中心，從而使教學過程轉教為學。虛擬仿真具有三大特性：沉浸性具有以假亂真的存在技術；交互性可以實現人機交流；構想性可以根據需要開發不同的信息環境。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施工現場，實現逼真的施工流程及工藝細節再現；也可以做到無限循環，每個環節都可以反復操作；還可以對學生的學習過程進行實時考核，也能對信息進行統計分析。這種方法在提高學生技能，增強學生操作環節，提高學習興趣等方面有非常大的優勢[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，能夠為大型復雜系統的連續過程仿真提供設計、調試，數據訪問、運行管理等功能的支持。是一個包含建筑給排水、暖通空調、建筑電氣三維場景，設備運行狀態模擬，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、建筑消防給水系統、熱水系統、建筑排水系統、中水系統、水泵與泵站、給排水系統管道布設、建筑供暖系統、供暖設備、供暖管道布設、通風系統、通風設備與管道布設、空調系統、中央空調系統、空調系統設備與管道布設、建筑供配電系統、建筑電氣照明系統等17 項內容。采用理論學習與虛擬仿真實驗相結合的教學方法。以中央空調系統運行虛擬實驗為例，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：了解水冷中央空調系統基本組成，掌握水冷中央空調系統基本原理，掌握水冷中央空調系統循環運行基本操作。通過理論與虛擬仿真實驗實訓相結合，使學生更加深刻的了解中央空調系統的組成及運行情況。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）理論學習中央空調系統，如基本概念、分類，系統組成，常用水冷中央空調系統運行原理等。

（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℃，中央空調系統室內設定溫度26℃，正常運行。如室外溫度升至35℃，如要達到設定的室內溫度，中央空調系統的運行工況應如何改變。以小組為單位，給出討論結果。

（3）通過中央空調虛擬仿真模擬系統驗證各小組討論結果是否正確。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。教師依據驗證結果，對學生的實驗過程進行點評，對實驗結果進行總結。

（5）教師進一步引導學生對實驗結果進行反思。如，如何對各系統進行監控，如何更優化空調系統運行，實現節能。

（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，環環相扣，突破了日常教學中理論與實踐相脫節的情況，“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、課內外結合教學的形式，倡導參與式、啟發式、翻轉式、探究式、討論式等教學方法，采用現代化多教學手段、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) 與終結性考核相結合的方式。教學過程性考核以課堂表現、實踐操作、課后小組案例分析、作業、線上學習情況等日常表現進行評價。終結性考核以期末考試進行評價。學生課程成績=(課堂表現×10%+實踐課程×30%+案例分析×20%+課程作業×30%+線上學習×10%)×70%+期末考試×30%。終結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、土木工程專業，19、20 級建筑電氣與智能專業進行實施。通過本次教學改革，課程內容上體現了我院應用型人才培養的專業特色，通過改變教學內容，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，使各專業學生最終掌握建筑給排水、采暖通風、空調及供配電工程中所要求的理論內容、實踐內容，將建筑設備與本專業內容完美結合。通過加入課程思政，強調“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，但后續還需要繼續努力完善各項改革措施，進一步深化對本課程的教學改革。