建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)

張東海， 黃 煒， 黃建恩， 高蓬輝， 張建功

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

我國(guó)高等教育法規(guī)定“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門(mén)人才”。高等教育改革發(fā)展的重點(diǎn)是“促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，著力提高勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問(wèn)題的實(shí)踐能力”[1]。實(shí)驗(yàn)室是大學(xué)的核心競(jìng)爭(zhēng)力[2]，是人才培養(yǎng)、科學(xué)研究的基地，是學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、探索創(chuàng)新的場(chǎng)所，對(duì)于學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)具有重要作用[3-4]。教育部明確提出高校需“引入、集成信息技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)，改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”(教高[2005]8號(hào)文件)，要建立大學(xué)生盡早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室研究的基本制度和運(yùn)行機(jī)制，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力[5]。

為滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，在全國(guó)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)總體框架下[6]，總結(jié)多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[7]，結(jié)合學(xué)校學(xué)科發(fā)展優(yōu)勢(shì)和行業(yè)特色[2]，近年來(lái)通過(guò)教育部修購(gòu)專項(xiàng)、江蘇省高校重點(diǎn)專業(yè)等經(jīng)費(fèi)資助用于自主研制和購(gòu)置多套綜合設(shè)計(jì)和特色創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別在礦業(yè)行業(yè)和地下空間優(yōu)勢(shì)方面重點(diǎn)建設(shè)了“礦井熱環(huán)境模擬系統(tǒng)”和“礦井回風(fēng)熱能利用”等特色探索實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。綜合設(shè)計(jì)和特色創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在提高學(xué)生人才培養(yǎng)質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)建環(huán)學(xué)科發(fā)展和專業(yè)影響力的提高起到極大的促進(jìn)作用，取得良好效果。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)思路

以 “培養(yǎng)適應(yīng)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要，德、智、體、美全面發(fā)展，基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、素質(zhì)高、能力強(qiáng)、有創(chuàng)新意識(shí)的建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)高級(jí)技術(shù)人才”專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向[6]，建設(shè)綜合和特色創(chuàng)新型高水平服務(wù)平臺(tái)，改變傳統(tǒng)演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)弊端。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)以開(kāi)設(shè)綜合和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主體，突出實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，服務(wù)人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)貼近工程實(shí)際，強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的工程背景性，鍛煉學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力和綜合分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。特色探索型實(shí)驗(yàn)來(lái)源于科研實(shí)際，為先進(jìn)的科研成果轉(zhuǎn)化而成，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目緊跟科技發(fā)展主流，充分彰顯礦業(yè)學(xué)科特色和優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生盡早接觸學(xué)科領(lǐng)域的一線科研工作，提高其科研和創(chuàng)新意識(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)內(nèi)涵

2.1 自主研發(fā)暖通空調(diào)系列綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置

建筑環(huán)境是一個(gè)工程性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)，專業(yè)課程有著很強(qiáng)的工程背景[8]，如中央空調(diào)系統(tǒng)即是一個(gè)由冷熱源、水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)換熱設(shè)備等組成的有機(jī)整體系統(tǒng)，各組成部分協(xié)同運(yùn)行，具有較強(qiáng)的綜合性。按面向工程、突出學(xué)生實(shí)驗(yàn)自主原則，以全局觀構(gòu)建“森林”而非“樹(shù)木”的理念，自主開(kāi)發(fā)了流體輸配管網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)[9]、氣流組織綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)[10]、空調(diào)換熱設(shè)備綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)和暖通空調(diào)大型多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)系列實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，各服務(wù)平臺(tái)協(xié)同關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 暖通空調(diào)系列綜合實(shí)驗(yàn)協(xié)同關(guān)系

流體輸配、氣流組織和空調(diào)換熱設(shè)備綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)三套系統(tǒng)分別面向水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)房間氣流和空調(diào)換熱設(shè)備三個(gè)組成部分開(kāi)展多項(xiàng)綜合和設(shè)計(jì)層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(見(jiàn)表1)，服務(wù)于多個(gè)理論課程。暖通空調(diào)大型多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的整合，含有完整的空調(diào)冷熱源、空調(diào)水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)以及空調(diào)換熱設(shè)備，實(shí)為一“實(shí)驗(yàn)室版”中央空調(diào)工程，部分組成設(shè)備實(shí)物見(jiàn)圖2。多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可開(kāi)展從專業(yè)基礎(chǔ)流體和熱工課程實(shí)驗(yàn)，到專業(yè)課程暖通空調(diào)系統(tǒng)的組成和原理、空調(diào)設(shè)備結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)等，再到后期自主完成空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)試、運(yùn)行和故障診斷等運(yùn)行實(shí)習(xí)任務(wù)，最后在多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研創(chuàng)新訓(xùn)練學(xué)分，充分起到綜合培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力和素質(zhì)的作用。

表1 綜合設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)情況

2.2 建設(shè)礦業(yè)特色探索實(shí)驗(yàn)裝置

教學(xué)和科研緊密結(jié)合，科研和教學(xué)相互促進(jìn)、相互轉(zhuǎn)化一直是各高校教學(xué)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)方向[11-12]。我校是一個(gè)以礦業(yè)為特色和優(yōu)勢(shì)的大學(xué)，建環(huán)專業(yè)所屬力學(xué)與建筑工程學(xué)院在地下工程領(lǐng)域有較為突出的優(yōu)勢(shì)，擁有國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，科研積淀豐厚。為發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢(shì)和特色，我們通過(guò)加強(qiáng)和強(qiáng)勢(shì)學(xué)科的交叉融合，在“地下工程(礦井)熱濕環(huán)境調(diào)節(jié)和熱能利用”方面形成了自己特色和方向，建設(shè)了“礦井熱環(huán)境模擬系統(tǒng)”和“礦井回風(fēng)熱能利用”特色探索實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)，學(xué)生以參與教師課題或大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)等形式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，“真槍實(shí)戰(zhàn)”開(kāi)展相關(guān)探索創(chuàng)新工作。特色創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展研究探索內(nèi)容如表2所示。這種科研成果轉(zhuǎn)化來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源能夠使學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)貼近科研實(shí)際，緊跟學(xué)科發(fā)展的前沿，有利于引領(lǐng)學(xué)生形成科學(xué)的作風(fēng)和創(chuàng)新思維，提高其創(chuàng)新能力。

(a)風(fēng)系統(tǒng)(b)冷水機(jī)組

圖2 暖通空調(diào)大型多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

(a)礦井熱環(huán)境模擬系統(tǒng)(b)礦井回風(fēng)熱能利用系統(tǒng)

圖3 礦井降溫與熱能利用特色實(shí)驗(yàn)臺(tái)

2.3 搭建新能源和建筑節(jié)能研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置

節(jié)能減排是國(guó)家“十二五”規(guī)劃的重要內(nèi)容。我國(guó)建筑能耗已占總能耗的27%以上，而且還在以每年1%的速度增加，而其中采暖空調(diào)能耗大約占60%，是建筑能耗中最大的部分，因此開(kāi)展建筑節(jié)能研究工作是時(shí)代發(fā)展的必然要求。為此，重點(diǎn)購(gòu)置了一批先進(jìn)的建筑節(jié)能檢測(cè)設(shè)備[13]，包括高精度空氣參數(shù)(溫度、濕度、流速等)測(cè)試裝置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的測(cè)量、房間氣密性的測(cè)量、房間供熱量的測(cè)量、玻璃傳熱性能測(cè)定、房間舒適度測(cè)試、熱成像儀等設(shè)備，這些節(jié)能檢測(cè)設(shè)備大多為便攜式儀表，學(xué)生可根據(jù)問(wèn)題研究需要方便到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展測(cè)試工作。在新能源利用研究方面，自主開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能與地源熱泵耦合系統(tǒng)[14]，用于開(kāi)展太陽(yáng)能和地源熱泵高效耦合利用探索研究工作。新能源和建筑節(jié)能研究平臺(tái)為大學(xué)生參加各類節(jié)能減排、科技競(jìng)賽、科研創(chuàng)新訓(xùn)練等科技創(chuàng)新活動(dòng)提供了良好平臺(tái)，既可培養(yǎng)學(xué)生對(duì)建筑節(jié)能技術(shù)專業(yè)前沿技術(shù)的掌握，又可塑造其高尚的情操，提高其綜合素質(zhì)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)施

實(shí)踐中我們本著以學(xué)生為主體、實(shí)施因材施教、注重學(xué)生個(gè)性發(fā)展的目標(biāo)，基于綜合設(shè)計(jì)和特色創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)在教學(xué)中進(jìn)行了有效探索。

暖通空調(diào)系列綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)基于課程為依托，服務(wù)全體對(duì)象，要求每位同學(xué)務(wù)必完成相關(guān)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)中從選定研究問(wèn)題、選擇實(shí)驗(yàn)器材、確定實(shí)驗(yàn)程序，到分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，都給學(xué)生預(yù)留了足夠的自主空間，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教育思想。如流體輸配管網(wǎng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)在修完流體輸配課程后，教師在課堂上抽出專門(mén)時(shí)間介紹綜合實(shí)驗(yàn)情況，布置實(shí)驗(yàn)要求，2人組成一組自主完成3項(xiàng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上學(xué)生通過(guò)靈活切換的閥門(mén)組設(shè)計(jì)自己欲探知的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，得到感興趣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，體會(huì)其中的樂(lè)趣，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)自2007年開(kāi)設(shè)以來(lái)，收到良好效果[15]。暖通空調(diào)大型多功能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則為學(xué)生在修完專業(yè)課程后完成的一項(xiàng)綜合訓(xùn)練，涉及到學(xué)生大學(xué)四年所學(xué)全部專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程的相關(guān)知識(shí)，以運(yùn)行實(shí)習(xí)和科研創(chuàng)新學(xué)分為依托，綜合鍛煉學(xué)生對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí)，學(xué)生身臨“現(xiàn)場(chǎng)”設(shè)備，考察其對(duì)系統(tǒng)調(diào)試和故障診斷能力，是對(duì)對(duì)學(xué)生專業(yè)能力的一次綜合培養(yǎng)，也是對(duì)學(xué)生全方位的一次檢閱。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)了學(xué)生逐步學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用課堂理論知識(shí)分析、解決實(shí)際中遇到的較復(fù)雜問(wèn)題的能力，有利于形成較強(qiáng)的獨(dú)立工作能力。

礦井特色和建筑節(jié)能創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)主要以教師課題、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和科技競(jìng)賽為依托，輔以學(xué)生自由探索，面向優(yōu)秀本科生或?qū)δ硞€(gè)課題感興趣的學(xué)生開(kāi)設(shè)，內(nèi)容緊跟學(xué)科前沿，具有較強(qiáng)創(chuàng)新性和探索性，以培養(yǎng)學(xué)生科研和創(chuàng)新意識(shí)為目的，最后以實(shí)驗(yàn)論文、報(bào)告、模型等形式上交。特色創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)使學(xué)生充分了解到最新的科技發(fā)展前沿，開(kāi)拓了學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，激發(fā)了他們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣，從中獲取到工程實(shí)踐和探索創(chuàng)新的研究體驗(yàn)，提高了他們的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。以特色創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為支撐，近3年學(xué)生先后主持完成“徐州地區(qū)校園建筑節(jié)能應(yīng)用技術(shù)研究”、“太陽(yáng)能蓄熱型供熱空調(diào)研究”、“家用環(huán)保型中水處理系統(tǒng)研制與實(shí)驗(yàn)研究”、“礦井回風(fēng)源熱泵節(jié)能研究”等國(guó)家和省級(jí)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目5項(xiàng)，校級(jí)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目30余項(xiàng)。學(xué)生參與獲“多功能組合式太陽(yáng)能熱泵空調(diào)”、“煤礦井下熱濕環(huán)境模擬控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”、“礦用移動(dòng)式冰蓄冷空調(diào)”等發(fā)明專利10余項(xiàng)。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的成效

(1) 學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力顯著提高。綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了良好條件，為建環(huán)專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)多項(xiàng)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合教師橫縱向科研課題、大學(xué)生科研創(chuàng)新計(jì)劃和大學(xué)生科技競(jìng)賽等開(kāi)設(shè)暖通空調(diào)特色探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，更提高了他們的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。依托創(chuàng)新平臺(tái)，近5年承擔(dān)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃國(guó)家級(jí)3項(xiàng)、省級(jí)3項(xiàng)、校級(jí)30余項(xiàng)，公開(kāi)發(fā)表論文20余篇，申獲發(fā)明及實(shí)用新型專利10余項(xiàng)，在各類學(xué)科競(jìng)賽中獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)。

(2) 促進(jìn)教師教學(xué)科研水平的提升。綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為教師從事教學(xué)改革和高水平科學(xué)研究提供有力的平臺(tái)支撐，有效促進(jìn)教師教學(xué)和科研水平的提高。依托實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，我系教師主持國(guó)家自然科學(xué)基金4項(xiàng)，江蘇省自然科學(xué)基金1項(xiàng)，國(guó)家博士后基金5項(xiàng)，獲省部級(jí)科研獎(jiǎng)勵(lì)14項(xiàng)，國(guó)家專利12項(xiàng)；承擔(dān)校級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目12項(xiàng)，獲各類教學(xué)成果獎(jiǎng)48項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)論文38篇，出版教材5部。教師教學(xué)科研水平的全面提升，保證了創(chuàng)新型人才的可持續(xù)培養(yǎng)。

(3) 專業(yè)建設(shè)水平快速發(fā)展，增強(qiáng)了社會(huì)服務(wù)能力。教學(xué)科研水平的提高充實(shí)了學(xué)科內(nèi)涵，促進(jìn)了學(xué)科和專業(yè)建設(shè)水平的快速發(fā)展，2012年本專業(yè)獲批成為江蘇省“十二五”高等學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)。同時(shí)，綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有效提高了本專業(yè)社會(huì)服務(wù)能力，目前已完成淮海地區(qū)周邊設(shè)備廠家、建設(shè)單位等多個(gè)空調(diào)設(shè)備的性能檢測(cè)工作，接待多家國(guó)內(nèi)外高校和企事業(yè)單位來(lái)?？疾旖涣?，擴(kuò)大了本專業(yè)在全國(guó)的影響力和知名度。

5 結(jié) 語(yǔ)

加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，樹(shù)立以學(xué)生為本，知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念，是現(xiàn)代教育改革和發(fā)展的必然要求[16]。今后一段時(shí)間需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，繼續(xù)探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，從廣度和深度上進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐綜合設(shè)計(jì)和特色創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮其對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要作用。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院．國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)[EB/OL].[2013-04-20].http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

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