基于綠色建筑可持續(xù)運(yùn)行理念的工程教育與實(shí)踐

周斌

摘要：暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑總能耗的比重較大。隨著建筑節(jié)能和綠色建筑的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中“人”的素質(zhì)已經(jīng)成為不容忽視的因素。為了適應(yīng)時(shí)代的要求，培育高素質(zhì)的公用設(shè)備運(yùn)行管理人才，南京工業(yè)大學(xué)從教學(xué)理念與培養(yǎng)目標(biāo)、課程群建設(shè)與教學(xué)體系重構(gòu)、建設(shè)實(shí)踐教學(xué)基地與實(shí)踐教學(xué)模式、教師隊(duì)伍工程訓(xùn)練等方面進(jìn)行實(shí)質(zhì)性教學(xué)改革，通過工程教育理論與工程實(shí)際的結(jié)合，為建筑可持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)真正“綠色”“節(jié)能”提供智力支持和保障。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；建筑節(jié)能；工程教育；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G6420；TU98411文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：

10052909（2016）04000104

工程教育的教育理念、培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)手段應(yīng)隨著時(shí)代的發(fā)展而調(diào)整和完善[1-2]。2012年，教育部頒布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》和《普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置管理規(guī)定》，將建筑節(jié)能技術(shù)與工程、建筑設(shè)施智能技術(shù)和建筑環(huán)境與設(shè)備工程合并為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（簡(jiǎn)稱環(huán)能專業(yè)）[3]。環(huán)能專業(yè)是一個(gè)既古老又年輕的專業(yè)，古老是因?yàn)樵缭?902年威利斯

瘙 簚 開利博士發(fā)明空調(diào)系統(tǒng)至今，已有113年的歷史；中國(guó)該專業(yè)的開設(shè)也在20世紀(jì)50年代。說它年輕是因?yàn)樾碌膶I(yè)名稱應(yīng)該具備新的內(nèi)涵，所培養(yǎng)的人才應(yīng)該能夠體現(xiàn)時(shí)代發(fā)展對(duì)該專業(yè)人才的需求 [4]。為了提高環(huán)能專業(yè)本科教育水平，同濟(jì)大學(xué)在對(duì)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革中，發(fā)現(xiàn)結(jié)合工程設(shè)計(jì)的“綜合設(shè)計(jì)知識(shí)”教學(xué)模塊受到學(xué)生的歡迎，學(xué)生對(duì)“建立工程概念”和“養(yǎng)成工程師素質(zhì)”的認(rèn)可度較高，教學(xué)效果較好[5]。重慶科技學(xué)院以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力為出發(fā)點(diǎn)，通過校企聯(lián)合搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。華北水利水電大學(xué)提出了“思維連貫化、技術(shù)階段化”的建筑節(jié)能人才培養(yǎng)模式[7]。上述建筑節(jié)能方面的實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的完善和發(fā)展有很好的借鑒價(jià)值。

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，建筑行業(yè)得到了較快的發(fā)展。建筑領(lǐng)域的各種新設(shè)備、新系統(tǒng)、新技術(shù)得以應(yīng)用。但也應(yīng)看到，在整個(gè)建筑的生命周期內(nèi)，這些建筑設(shè)備帶來大量的能源消耗，給國(guó)家?guī)砹瞬恍〉哪茉磯毫?。而且公用設(shè)備的運(yùn)行管理存在困境：一方面，對(duì)運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)備的“物業(yè)”人員，外界存在偏見，加上從業(yè)人員的工資待遇偏低，使得該領(lǐng)域不能吸引高素質(zhì)的專業(yè)人員加入；另一方面，環(huán)能專業(yè)的本科畢業(yè)生實(shí)際工程能力有限，缺乏系統(tǒng)思維，不能較好地滿足用人單位的需要。用人單位和本科畢業(yè)生之間的這一矛盾如得不到緩解，國(guó)家的建筑節(jié)能事業(yè)將很難可持續(xù)發(fā)展。

為此，南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院在近三年的專業(yè)建設(shè)中，從教學(xué)理念與培養(yǎng)目標(biāo)、課程群建設(shè)與教學(xué)體系重構(gòu)、實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)模式、教師隊(duì)伍工程訓(xùn)練等方面進(jìn)行了積極的教育教學(xué)改革。

一、培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)理念

作為江蘇省重點(diǎn)建設(shè)高校，南京工業(yè)大學(xué)成為首批入選“高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計(jì)劃（2011計(jì)劃）”的14所高校之一。在學(xué)?！熬C合性、研究型、全球化”的建設(shè)目標(biāo)指引下，結(jié)合環(huán)能專業(yè)的學(xué)科規(guī)律和生源的特點(diǎn)，確立了學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，即培養(yǎng)具有創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力的復(fù)合型應(yīng)用技術(shù)人才。培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備從事環(huán)能專業(yè)所需的扎實(shí)基礎(chǔ)理論知識(shí)，以及發(fā)現(xiàn)并解決實(shí)際問題的專業(yè)技術(shù)能力。為了使學(xué)生更好地適應(yīng)工程建設(shè)、設(shè)計(jì)研究院、設(shè)備制造和運(yùn)行等企事業(yè)單位的需求，該專業(yè)堅(jiān)持立足江蘇、服務(wù)行業(yè)、結(jié)合國(guó)家和地方需求的理念，逐步形成了“以工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)為核心，拓展學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生具備社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力；立足江蘇，服務(wù)行業(yè)，重視學(xué)科交叉融合，拓展人才培養(yǎng)平臺(tái)，促進(jìn)專業(yè)全面發(fā)展”的專業(yè)優(yōu)勢(shì)和專業(yè)特色。

二、課程群建設(shè)與教學(xué)體系重構(gòu)

為了推進(jìn)“人才培養(yǎng)強(qiáng)基工程”，學(xué)校頒布了《南京工業(yè)大學(xué)關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革的若干意見》（簡(jiǎn)稱教改30條）。為了更好地體現(xiàn)南京工業(yè)大學(xué)環(huán)能專業(yè)特色，組建了八個(gè)課程群，即：（1） 熱質(zhì)交換原理與設(shè)備（32學(xué)時(shí)）、流體輸配管網(wǎng)（32學(xué)時(shí)）、建筑環(huán)境學(xué)（32學(xué)時(shí)）；（2）專業(yè)基礎(chǔ)課：流體力學(xué)（64學(xué)時(shí)）、傳熱學(xué)（64學(xué)時(shí)）、工程熱力學(xué)（64學(xué)時(shí)）；（3）熱工測(cè)量與自動(dòng)控制（48學(xué)時(shí)）、建筑設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化（32學(xué)時(shí)）；（4）供熱與供燃?xì)夤こ蹋?4學(xué)時(shí)）、通風(fēng)與空調(diào)工程（64學(xué)時(shí)）、冷熱源工程（64學(xué)時(shí)）；（5）建筑給排水工程（32學(xué)時(shí)）；（6）工程經(jīng)濟(jì)：施工組織管理（32學(xué)時(shí)）、設(shè)備工程預(yù)算（32學(xué)時(shí)）；（7）任選課程群；（8）三大實(shí)踐環(huán)節(jié)：認(rèn)知實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)。根據(jù)教改30條縮短授課學(xué)時(shí)的要求，授課教師凝練課程知識(shí)點(diǎn)，在課程教學(xué)計(jì)劃中設(shè)置自主學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目或課題設(shè)置實(shí)踐任務(wù)，讓學(xué)生以小組形式圍繞實(shí)踐任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，期間教師和學(xué)生定期進(jìn)行小組討論。這種項(xiàng)目和問題驅(qū)動(dòng)的培養(yǎng)方式既提高了學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)的積極性、增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，也鍛煉了學(xué)生分析實(shí)際工程特性、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

一方面，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和選擇權(quán)，學(xué)校增加了自主學(xué)習(xí)的學(xué)分和學(xué)時(shí)，這在一定程度上擠壓了正常上課的學(xué)時(shí)數(shù)。為此，專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)在梳理知識(shí)點(diǎn)、構(gòu)建上述課程群的同時(shí)，通過慕課和微課等互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)場(chǎng)工程案例拍攝成短片進(jìn)行教學(xué)。通過這種方式，使得學(xué)生在課余也可使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，既保證了教師在較短的課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，又通過學(xué)生事先觀看實(shí)驗(yàn)視頻，確保實(shí)驗(yàn)過程的有序進(jìn)行。

另一方面，為了體現(xiàn)南京工業(yè)大學(xué)“工程教育”的特色，讓學(xué)生真正學(xué)有所獲，專業(yè)教師多方收集整理專業(yè)素材，形成經(jīng)典案例集。通過案例和實(shí)時(shí)采集的建筑節(jié)能數(shù)據(jù)，對(duì)具體工程存在的問題，組織學(xué)生進(jìn)行思考和研討，然后由任課教師進(jìn)行指導(dǎo)解答。通過這種方式，為暖通空調(diào)系統(tǒng)的物業(yè)管理和遠(yuǎn)程故障診斷培養(yǎng)具有系統(tǒng)思維的技術(shù)人才。

重構(gòu)教學(xué)體系，旨在構(gòu)建符合學(xué)生未來發(fā)展需求的專業(yè)教育模式。環(huán)能專業(yè)的學(xué)生主要發(fā)展方向有攻讀研究生、就業(yè)、創(chuàng)業(yè)和出國(guó)深造。近五年來的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，這些方向所占的比例分別達(dá)到10%、85%、2%和3%?？紤]到學(xué)生畢業(yè)就業(yè)的實(shí)際情況，尤其是近年來本科畢業(yè)生的多樣化發(fā)展途徑，學(xué)院制定了如圖1所示的專業(yè)教育路線圖。該路線圖的最大特點(diǎn)是：因材施教。學(xué)生在第五學(xué)期學(xué)完流體力學(xué)、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)和建筑環(huán)境學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課后，已經(jīng)具備了基本的專業(yè)理論知識(shí)。此時(shí)，學(xué)院組織具有工程實(shí)踐能力、行業(yè)影響力大、科研能力強(qiáng)的教師組成面試小組，與學(xué)生進(jìn)行深度交流，了解他們的個(gè)人興趣愛好和未來職業(yè)發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)而進(jìn)行有針對(duì)性的個(gè)性化分類培養(yǎng)，包括：學(xué)科前沿課程、復(fù)合交叉課程、職業(yè)能力提升課程和留學(xué)預(yù)備課程。這些課程的教學(xué)以學(xué)生為主體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教師和行業(yè)專家以授課和講座的方式來開展教學(xué)。此外，這些課程的評(píng)價(jià)指標(biāo)也不再是基于單一的試卷成績(jī)，而是采用課程進(jìn)行過程中的全過程、全方面和多角度的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方法[8]。

三、實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)模式改革

多年以來，環(huán)能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)基地都較緊缺，難以滿足教學(xué)所需。為了聯(lián)系實(shí)習(xí)場(chǎng)地和工程現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)習(xí)教師團(tuán)隊(duì)需要多方進(jìn)行協(xié)調(diào)。實(shí)習(xí)學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)習(xí)單位往往很難一下子接納如此眾多的學(xué)生實(shí)習(xí)。2014級(jí)之前每個(gè)年級(jí)達(dá)60多人，學(xué)校整合土木工程學(xué)科設(shè)置“節(jié)能”專業(yè)后，從2015級(jí)開始環(huán)能專業(yè)達(dá)90多人。如此多的學(xué)生到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，往往只能走馬觀花，無法深入進(jìn)行，實(shí)習(xí)效果不佳。要提升實(shí)習(xí)品質(zhì)、加強(qiáng)學(xué)生的工程能力鍛煉，必須重視實(shí)踐教學(xué)基地的建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)模式的改革。

正如上文所述，環(huán)能專業(yè)涉及政府主管部門、設(shè)計(jì)研究院、工程建設(shè)、設(shè)備制造和運(yùn)行等就業(yè)單位，同時(shí)還涉及冷熱源主機(jī)設(shè)備、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、水泵、換熱器、自動(dòng)化、新風(fēng)系統(tǒng)、空氣過濾、節(jié)能裝備等各類系統(tǒng)。為此，學(xué)校積極拓展對(duì)外聯(lián)系和交流，逐步建立并完善以產(chǎn)學(xué)研合作為培養(yǎng)模式的本科生創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)基地。目前南京工業(yè)大學(xué)環(huán)能專業(yè)已經(jīng)與《暖通空調(diào)》雜志社、中國(guó)制冷學(xué)會(huì)、中國(guó)建筑學(xué)院暖通空調(diào)分會(huì)、江蘇省綠色建筑工程技術(shù)研究中心、天加空調(diào)設(shè)備有限公司、南京市建筑設(shè)計(jì)研究院、蘇州蘇信環(huán)境科技有限公司、蘇州蘇凈集團(tuán)等合作建立了校外實(shí)踐基地。在這些基地，教師不同程度地參與到工程施工、調(diào)試、測(cè)試和后期的運(yùn)行維護(hù)過程中，了解實(shí)際工程存在的一些問題。在學(xué)生校外實(shí)踐過程中，教師將這些問題提出，結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)，組織學(xué)生探討、交流，提升學(xué)生系統(tǒng)性思維能力[9]。

此外，如何能夠通過實(shí)踐教學(xué)模式的改革，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力？這個(gè)問題多年來一直困擾著專業(yè)教師。在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的系統(tǒng)性、邏輯性、批判性思維能力對(duì)應(yīng)對(duì)各類專業(yè)難題起著很重要的作用。為此，學(xué)校構(gòu)建校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，讓學(xué)生參與風(fēng)機(jī)盤管風(fēng)管的制作和連接。同時(shí)，以南京工業(yè)大學(xué)逸夫圖書館為基地，通過了解圖書館的熱水、供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生掌握并運(yùn)用基本的仿真軟件使用技能，包括CAD二維建模、BIM三維建模軟件、DeST或EnergyPlus能耗軟件、CFD氣流組織軟件和Dymola系統(tǒng)控制軟件等，對(duì)系統(tǒng)的能耗和環(huán)境進(jìn)行仿真，并將仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析。然后，根據(jù)圖書館所處位置的水文、氣候條件，以及師生進(jìn)出圖書館的人流量特征，將綠色建筑和節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)應(yīng)用到仿真模型中，對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和故障診斷等，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的測(cè)試和自動(dòng)控制能力，提高學(xué)生系統(tǒng)思考能力，以及發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的實(shí)際能力。

這種理論+實(shí)訓(xùn)、校內(nèi)+校外的實(shí)踐教學(xué)模式，為提升環(huán)能專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力提供了一條很好的途徑。

四、教師隊(duì)伍的工程訓(xùn)練

在保證教學(xué)和科研質(zhì)量的同時(shí)，學(xué)院一直重視加強(qiáng)師資隊(duì)伍工程設(shè)計(jì)能力以及解決工程實(shí)際問題能力的訓(xùn)練，即“雙師型”隊(duì)伍建設(shè)。學(xué)院服務(wù)江蘇省建筑節(jié)能行業(yè)，承擔(dān)了大量科研課題，是江蘇省建筑節(jié)能的主要技術(shù)依托單位，為江蘇省建筑節(jié)能、綠色建筑的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。學(xué)院也通過科研工作帶動(dòng)一批教師的成長(zhǎng)，大部分教師承擔(dān)過工程設(shè)計(jì)、節(jié)能評(píng)估、施工指導(dǎo)、產(chǎn)品開發(fā)、項(xiàng)目咨詢、科學(xué)研究等工作。專業(yè)教師具有豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無論是教授專業(yè)課程，還是指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，都能取得很好的實(shí)際效果，對(duì)提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量有積極的作用。

需要指出的是，在教師隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃與發(fā)展方面，為了提升師資隊(duì)伍的工程能力，一方面，通過南京工業(yè)大學(xué)建設(shè)工程技術(shù)有限公司和暖通空調(diào)實(shí)驗(yàn)室，給新進(jìn)教師提供參與檢測(cè)和調(diào)試工程運(yùn)行期節(jié)能評(píng)估的機(jī)會(huì)，通過接觸實(shí)際工程，加深教師對(duì)冷熱源工程、流體輸配管網(wǎng)等專業(yè)課知識(shí)的理解。另一方面，著力構(gòu)建老中青教師相結(jié)合的隊(duì)伍，以課程群和項(xiàng)目組為載體，組織教師集體探討科研教學(xué)，開展互幫互帶。這樣既加強(qiáng)了教師隊(duì)伍的團(tuán)結(jié)，又能集思廣益，匯聚集體智慧，不斷提升專業(yè)教師的專業(yè)水平和業(yè)務(wù)能力。

五、教學(xué)效果

在以往的本科教學(xué)過程中未能注重運(yùn)行節(jié)能相關(guān)內(nèi)容的傳授，往往只是基于概念、機(jī)理和系統(tǒng)的靜態(tài)講解。目前更重視通過系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及節(jié)能潛力分析、數(shù)值模擬和系統(tǒng)仿真，幫助學(xué)生建立空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的全局觀，使學(xué)生獲得了很好的系統(tǒng)性思維的培養(yǎng)，也提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。在建筑業(yè)整體就業(yè)形勢(shì)不佳的背景下，參與了節(jié)能思維和項(xiàng)目鍛煉的學(xué)生2016年就業(yè)出路都較理想。

近年來，南京工業(yè)大學(xué)環(huán)能專業(yè)在教學(xué)質(zhì)量及人才培養(yǎng)方面也獲得了行業(yè)和政府主管部門的認(rèn)可，其中學(xué)院教師指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽獲得一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、 江蘇省特等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)；全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽三等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)； 江蘇省普通高校本?？苾?yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、三等獎(jiǎng) 2 項(xiàng)；江蘇省高等學(xué)校本?？苾?yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng) 2 項(xiàng)。此外還承擔(dān)了各類教學(xué)改革項(xiàng)目5項(xiàng)。

針對(duì)環(huán)能專業(yè)的工科特色，尤其是江蘇地區(qū)行業(yè)的實(shí)際情況，學(xué)院組織編寫了多部專業(yè)教材， 2011 年出版了《建筑節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用》。2014 年由Springer出版了“Fundamentals of Air Cleaning Technology and Its Application in Cleanrooms”。這些教材內(nèi)容深入淺出地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，介紹最新教學(xué)改革思路和行業(yè)技術(shù)信息，拓展了學(xué)生的專業(yè)視野。

六、結(jié)語

互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展給環(huán)能專業(yè)的教學(xué)改革提供了有力的支撐。為了破解該專業(yè)工程教育現(xiàn)狀和行業(yè)需求之間的難題，南京工業(yè)大學(xué)環(huán)能專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)結(jié)合學(xué)校的總體目標(biāo)，明確了環(huán)能專業(yè)的定位，并結(jié)合學(xué)校教改30條構(gòu)建了專業(yè)課程群，并重構(gòu)了教學(xué)體系。在教學(xué)體系重構(gòu)過程中，能夠充分把握學(xué)生的未來發(fā)展方向，因材施教，構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)機(jī)制。為了提升師生的工程素養(yǎng)，進(jìn)一步完善了校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)基地的建設(shè)，著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，鼓勵(lì)并支持學(xué)生大膽發(fā)現(xiàn)并嘗試解決工程問題。重視“雙師型”教師隊(duì)伍的建設(shè)，為提升課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生的整體工程分析和解決問題能力提供了很好的保障。參考文獻(xiàn)：

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