建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)建筑節(jié)能課程建設與思考

任志剛+周蜜+鄧勤犁+涂警鐘

摘要：隨著大氣污染與建筑用能劇增，人們對建筑節(jié)能技術(shù)需要日益迫切。在建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)頒布新專業(yè)規(guī)范這一背景下，根據(jù)建筑節(jié)能課程特點，注重與新專業(yè)課程體系的融合與專業(yè)人才的培養(yǎng)，從教材設計、理論教學、課程設計等角度，提出新的建設內(nèi)容和教學方法。教學內(nèi)容上追求多樣化、豐富化、國際化，結(jié)合課程設計、調(diào)查實踐、數(shù)值模擬等方式，力爭讓學生在實踐中加深對理論的認識，拓展學生綜合能力；教學形式上引入新興的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學，具有一定的教學實踐基礎，以期為建筑節(jié)能課程的開展與建設提供參考。

關鍵詞：建筑環(huán)境與能源應用工程；建筑節(jié)能；教學改革；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2017）03-0036-05

2012年9月教育部對建筑環(huán)境與設備工程進行調(diào)整，并入了建筑智能設施（部分）、建筑節(jié)能技術(shù)與工程兩個專業(yè)，更名為“建筑環(huán)境與能源應用工程”，主要涉及建筑環(huán)境和建筑能源兩個主要方向[1]。該專業(yè)自成立以來，曾幾次更名：從20世紀50年代初期的“供熱、供煤氣及通風”，到 1987年調(diào)整為“供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程”與“城市燃氣工程”兩個專業(yè)，1998年合并為“建筑環(huán)境與設備工程”，再到如今的“建筑環(huán)境與能源應用工程”。每次更名都與當時國民經(jīng)濟水平與社會發(fā)展息息相關，專業(yè)名稱具有一定的指向性，在一定程度上反映了不同時期國家對專業(yè)人才提出的不同戰(zhàn)略需求。新名稱強調(diào)“建筑環(huán)境”“能源”方向，符合“十三五”規(guī)劃中有關全球氣候變化及綠色低碳發(fā)展的應對要求，與規(guī)劃中“綠色”“協(xié)調(diào)”的發(fā)展理念不謀而合，對大力推進綠色改革，推動協(xié)調(diào)發(fā)展，加強生態(tài)文明建設有著積極意義。從國家戰(zhàn)略規(guī)劃與市場需求的層面看，新專業(yè)要以節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟為導向，

應在原有暖通、燃氣等專業(yè)課程基礎上增加建筑節(jié)能、綠色建筑、新能源應用等相關內(nèi)容，以符合當前社會需求，培養(yǎng)專業(yè)復合型人才。

此外，中國是能源消耗大國，近20年建筑行業(yè)的飛速發(fā)展使得建筑能耗在社會總能耗中占比越來越大，這說明中國建筑節(jié)能有著廣闊的提升空間和社會前景，而降低建筑能耗刻不容緩。在提倡建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的大環(huán)境背景下，建筑節(jié)能課程應被更多專業(yè)納入本科教育中，成為土建行業(yè)各專業(yè)的通識課程。

一、問題的提出

（一）建筑節(jié)能技術(shù)涉及的多學科性

建筑節(jié)能技術(shù)是一門綜合性較強、學科內(nèi)容高度交叉的課程，它不僅涉及建筑材料、土木工程、建筑學等工科知識，也與社會學、經(jīng)濟學、管理學等人文學科緊密相關。主要包括建筑環(huán)境、建筑被動設計、圍護結(jié)構(gòu)材料、建筑設備（暖通空調(diào)、照明、給排水）、建筑施工、建筑管理等內(nèi)容。

由于建筑節(jié)能課程涉及的學科較多，不同專業(yè)教師在講解時會有不同的側(cè)重點，例如建筑能源與應用工程專業(yè)，教師會偏向介紹空調(diào)節(jié)能方法，建筑學教師會較多關注建筑單體設計與節(jié)能，若采用不同專業(yè)教師合作講解建筑節(jié)能課程則可避免產(chǎn)生這種情況，但是課時安排的不足、知識體系的龐雜會讓學生覺得所學知識深奧晦澀難懂，從而對建筑節(jié)能技術(shù)的認識只停留在表面。不同專業(yè)學生在學習時由于對其他專業(yè)領域的知識不太熟悉，更愿意關注自己所學專業(yè)部分的節(jié)能手段，一定程度上也限制了學生對節(jié)能知識的了解。

（二）與新的建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)課程體系的銜接與融合

在最新版的建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)規(guī)范中，課程體系大體沿用原建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)的設置，被并入的專業(yè)如建筑節(jié)能技術(shù)與工程的關鍵專業(yè)知識單元，建筑節(jié)能技術(shù)、節(jié)能建筑計算與仿真等均未包含在內(nèi)。新規(guī)范課程側(cè)重點依舊是傳統(tǒng)的暖通與燃氣模塊，對節(jié)能、智能設施領域涉及不深。隨著社會的發(fā)展，能源消耗量劇增，結(jié)合國家對行業(yè)人才提出新的戰(zhàn)略需求，本專業(yè)所涉及建筑能源方向不再僅限于燃氣應用，更多地是建筑能源的有效利用，即建筑如何節(jié)能。在本科教學中增強對建筑節(jié)能重要性的認識，增加建筑節(jié)能技術(shù)相關課程迫在眉睫。

在此背景下，如何將建筑節(jié)能技術(shù)與新專業(yè)課程體系有效融合，諸如建筑環(huán)境學、暖通空調(diào)、土木工程材料、綠色建筑設計原理、建筑環(huán)境測試技術(shù)、低能耗建筑理論與應用，避免和其他專業(yè)課程理論教學與實踐教學重復顯得尤為重要。

（三） 建筑節(jié)能方向人才培養(yǎng)存在斷層

自工業(yè)革命以來的幾次經(jīng)濟危機表明，能源利用效率低下極大程度限制了經(jīng)濟的發(fā)展，走建設節(jié)約型社會、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的道路是必經(jīng)之路，也是歷史的選擇。中國當今社會能耗主要集中在工業(yè)、交通、建筑三個領域，建筑能耗占社會總能耗的三分之一以上[2]，建筑節(jié)能具有較大的潛力，是降低中國社會能耗的重要組成部分，社會發(fā)展迫切需要建筑節(jié)能領域相關人才。

目前，國內(nèi)研究建筑節(jié)能技術(shù)主要集中在建筑學專業(yè)下的建筑技術(shù)方向和土木工程專業(yè)下的供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程方向。由于建筑技術(shù)方向的學生對數(shù)學、傳熱學、工程流體力學、建筑環(huán)境學等基礎知識學習不夠深入，在建筑節(jié)能仿真與能耗模擬、建筑物理環(huán)境等方面的知識儲備遠沒有建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的學生豐富，在分析流體、熱環(huán)境、建筑能耗的實驗、模擬數(shù)據(jù)時，缺少對結(jié)果準確的判斷力和深入的分析能力，從而在一定程度上阻礙了研究的順利進行。同時，由于供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程方向的學生本科專業(yè)大多為建筑環(huán)境與能源應用工程，對建筑設計、建筑構(gòu)造等建筑知識不夠了解，在建筑區(qū)域小環(huán)境設計、遮陽構(gòu)件的選擇等建筑設計方面缺少經(jīng)驗。因此，在建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)本科階段加入綠色建筑設計原理等相關課程，讓學生掌握一定的建筑被動式設計等交叉學科知識，有助于建筑節(jié)能領域復合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

二、建設內(nèi)容

（一）教材建設

目前市面上有關于建筑節(jié)能主題的教材雖然多，但是質(zhì)量參差不齊，內(nèi)容重疊性強，經(jīng)典的教材較少，內(nèi)容更新的速度較慢。此外，現(xiàn)有建筑節(jié)能類教材，部分適合建筑學專業(yè)的學生，內(nèi)容偏建筑節(jié)能設計；部分適合高職高專學生或工程技術(shù)人員，重全面性，偏科普性；部分適合高校研究人員，重理論，缺少工程實例。因此，建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)需要編制適應建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)規(guī)范要求，強調(diào)專業(yè)課程間的銜接與融合，注重節(jié)能理論性與知識系統(tǒng)性結(jié)合、理論與實踐相互促進、國際化的建筑節(jié)能教材。

教材編撰可從以下三個方面進行優(yōu)化。

（1）提煉、梳理基本理論與方法。本科專業(yè)教材的特性應是系統(tǒng)講授基本理論、原理與方法，重在教授學生為什么（Why），而不僅僅是傳授學生怎么做（How），做什么（What）。因此，在眾多有關建筑節(jié)能主題的圖書資料中，如何脫離科普類特征，遵循建環(huán)專業(yè)規(guī)范的課程體系要求，提煉出基本理論、原理與方法是建筑節(jié)能教材編撰的核心問題。

（2）注重理論知識、設計計算與工程案例融合。理論知識內(nèi)容應與建筑節(jié)能相關設計規(guī)范標準相適應，以加深理論知識在應用層面的理解，提升學生節(jié)能設計與計算技能。另外，工程案例內(nèi)容不應局限于簡單節(jié)能技術(shù)的介紹，應融合理論知識與設計計算內(nèi)容，構(gòu)建各知識點理論、設計與案例的鏈條式體系。

（3）增加建筑節(jié)能研究分析方法與國內(nèi)外最新技術(shù)發(fā)展等內(nèi)容。教材內(nèi)容需顧及不同層次學生學習能力需求，增加建筑節(jié)能研究分析方法與最新技術(shù)發(fā)展等內(nèi)容，以拓寬學生的知識面，促進知識應用能力的提升。例如建筑與風環(huán)境知識單元可以增加Fluent、EnergyPlus等軟件模擬內(nèi)容，以講授不同的組團布局對建筑能耗的影響。

（二）理論教學

建筑節(jié)能課程的理論框架系統(tǒng)較為固定，包括建筑節(jié)能基本知識、建筑節(jié)能設計原理、建筑規(guī)劃設計與節(jié)能、建筑單體設計與節(jié)能、圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設計、遮陽設計、采暖節(jié)能設計、制冷節(jié)能設計、采光與照明節(jié)能設計、太陽能利用等單元，但由于建筑節(jié)能是一門與時俱進的學科，新技術(shù)、新工藝、新材料的出現(xiàn)推動著建筑節(jié)能技術(shù)的不斷革新，很多成果具有一定的時效性，教師應多關注國際先進的建筑節(jié)能理念，關注建筑節(jié)能領域的最新研究進展，不能一味地照本宣科。

建筑節(jié)能課程強調(diào)應用性與實踐性，教師不能單單只講授生硬的理論，還應將理論聯(lián)系實際，多結(jié)合工程實例分析節(jié)能技術(shù)在建筑中的應用。理論給予實踐支撐，實踐豐富理論內(nèi)涵。單純的理論過于枯燥，不利于深化學生對原理的認識，也會使得學生失去學習的興趣。例如教師可以重點分析當?shù)啬骋还?jié)能建筑的設計原理和途徑，探討當?shù)氐赜驓夂蚝徒ㄖ攸c對節(jié)能設計的影響等。

（三） 課程設計

根據(jù)建筑環(huán)境與能源應用工程新專業(yè)規(guī)范，教學課程主要分為理論課與實踐課兩個類別。知識的輸入主要集中在理論課上，幫助學生建立對專業(yè)基礎知識的了解，以備在日后工程實踐中準確運用；知識的輸出與檢驗主要體現(xiàn)在設計實踐中，這不僅是對理論原理的鞏固，還是對已掌握內(nèi)容的檢驗。

近年來，建筑行業(yè)的快速發(fā)展、建筑環(huán)境與建筑能源領域?qū)θ瞬排囵B(yǎng)的要求變化較大，日益注重建筑節(jié)能。如圖1所示，在新專業(yè)規(guī)范體系中增大了建筑節(jié)能技術(shù)模塊比重，強調(diào)理論與實踐統(tǒng)一，從知識的輸入、輸出和檢驗三個方面對課程體系進行重新整合，增加了以設計實踐為主的綠色建筑設計、建筑節(jié)能等課程，以此形成適合建筑環(huán)境與能源應用工程新專業(yè)規(guī)范的建筑節(jié)能課程理論與實踐教學特色，體現(xiàn)時代性、體系相容性、專業(yè)創(chuàng)新性，既符合當代社會的專業(yè)人才培養(yǎng)要求，也展現(xiàn)了科學發(fā)展的必然趨勢。

三、教學方法改革

建筑節(jié)能是一門理論與實踐結(jié)合緊密的課程，不僅需要教師在課上對基礎理論進行系統(tǒng)講解、對典型案例進行詳細分析，而且要求學生在課下積累豐富的相關知識并動手實踐。目前老師講學生聽的傳統(tǒng)模式很容易讓學生產(chǎn)生枯燥感、無法集中精力，從而降低了學習效率與課堂教學質(zhì)量。此外，課下作業(yè)類型單一，課程論文、試卷問答較多，社會調(diào)查實踐、課程設計類作業(yè)較少，無法讓學生充分吸收并利用所學進行成果輸出。這些因素導致了建筑節(jié)能課程流于形式，成了一門科普課，學生既沒有深入理解知識，也沒有機會親自實踐，無法深刻理解建筑節(jié)能的真正意義，從而也失去了開設這門課的意義。

針對這些問題，信息時代提供了一種可有效平衡理論教學與課程實踐的教學模式，即 “翻轉(zhuǎn)課堂”。“翻轉(zhuǎn)課堂”是一種利用互聯(lián)網(wǎng)進行教學的新興教學方式，學生課前在網(wǎng)上收看授課視頻，課堂上在教師指導下完成作業(yè)或?qū)嵺`[3]。翻轉(zhuǎn)課堂分為課程、作業(yè)、答疑三個模塊，根據(jù)課程不同的性質(zhì)可采用不同的組合方式。當課程的知識框架體系短期內(nèi)不會有太大的革新時，則適合將其理論知識錄制成視頻，供學生反復觀看。相較傳統(tǒng)教學方式，“翻轉(zhuǎn)課堂”既節(jié)省了教師重復授課的時間與精力，又讓學生能較為靈活地安排學習計劃，從而留出更多的課堂時間進行有針對性的答疑。

建筑環(huán)境與能源應用專業(yè)中大量課程均可采用“翻轉(zhuǎn)課堂”進行教學，例如傳熱學是以理論的講授為主、作業(yè)與答疑為輔的課程，理論內(nèi)容較為單一，作業(yè)通常為計算題，可采用線上基礎理論教學與線下作業(yè)、答疑相結(jié)合的方式。建筑環(huán)境與能源系統(tǒng)測試技術(shù)課程涉及較多的測量實驗，可采用線上視頻講解儀器使用方法與測量原理、線下學生親自操作儀器進行實地測量的模式。建筑節(jié)能課程則是強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，理論與實踐同等重要，課程理論知識框架比較固定，實踐部分中課程設計作業(yè)的相關資料與設計規(guī)范要求一般比較多，適合網(wǎng)上發(fā)布，故適用于線上教學、布置作業(yè)，線下完成作業(yè)、答疑的教學模式?！胺D(zhuǎn)課堂”通過將“預習時間”最大化來完成對教與學時間的延長，其關鍵之處在于教師需要認真考慮如何利用課堂時間，實現(xiàn)高效率的課堂教學[4]。因此，建筑節(jié)能課程的課堂內(nèi)容和教學形式可多樣化：可以是師生面對面交流答疑，例如學生通過PPT、數(shù)值模擬等方式來解說自己的設計，教師針對其設計進行面對面點評，學生從教師點評中獲取信息來反省自己的設計；可以是建筑節(jié)能領域的最新研究成果分享與展示、線上理論視頻的補充案例；還可以是實踐調(diào)研類活動，例如參觀當?shù)氐墓?jié)能建筑，調(diào)查統(tǒng)計當?shù)孛裼媒ㄖ捎玫墓?jié)能方式等，使學生在實踐中探索、理解并運用理論，實現(xiàn)教學目標。

四、課程教學思考

（一）教學內(nèi)容

建筑節(jié)能課程對學生的應用能力、創(chuàng)新能力和操作能力要求較高，學生只關注理論知識根本不足以融會貫通，必須輔以一定量的實踐課程加以深化。實踐是學生認識、完善、運用知識的最佳方式，因此可適當增加實踐課的課時。建筑節(jié)能理論知識系統(tǒng)龐雜，講授需要花費大量時間，教師若采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，理論教學以線上視頻的方式教授，課堂則留出大量時間分配給實踐課，可有效解決課時安排不足的問題。

在實踐課的所有形式中，課程設計是最為有效的輸出方式。設計課程一般為綠色建筑設計，內(nèi)容可從小體量如小型別墅設計，大體量建筑如小區(qū)熱環(huán)境分析入手。前者可以結(jié)合《綠色建筑評價標準》進行建筑節(jié)能的設計與運用，后者可側(cè)重模擬軟件的使用，計算模擬小區(qū)熱、風環(huán)境。除此之外，在針對不同章節(jié)，可增設不同內(nèi)容的調(diào)查課程。例如遮陽設計單元調(diào)查當?shù)卣陉栃问脚c熱工氣候區(qū)的關系；建筑節(jié)能常用學術(shù)名詞單元可通過讓學生記錄在宿舍的活動狀況、衣著類型、溫度感受等來理解室內(nèi)熱舒適度；圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設計單元增加實測墻體、門、窗等圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)實驗等。通過設計、調(diào)查、模擬等多種形式相結(jié)合，豐富實踐課的內(nèi)容和形式，讓學生有興趣、有樂趣、有志趣地主動學習。

（二）教學形式

建筑節(jié)能課程的傳統(tǒng)教學形式為課堂講解與考試或課堂講解與課程論文組合的形式，這兩種方式忽略了建筑節(jié)能課程的實踐性，將其當成工程熱力學一類的學科理論課程來教學，很大程度上只起到了科普的作用，制約了學生綜合能力的深入拓展。

在采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學后，設計實踐課占比增大，課堂將成為師生交流互動的平臺，拉近了師生之間的距離?？荚囆问讲辉賰H限于試卷、課程論文，課程設計每個階段的成果、學生在課堂上的表現(xiàn)等按照一定權(quán)重成為學生最終成績考核的重要依據(jù)。

五、結(jié)語

根據(jù)建設節(jié)約型社會、走可持續(xù)發(fā)展道路的理念要求，實現(xiàn)能源高效利用是當務之急，而隨著建筑節(jié)能話題日趨受關注，社會對建筑節(jié)能領域的復合型人才需求不斷增大。在建筑環(huán)境與能源應用工程的新專業(yè)規(guī)范背景下，建筑節(jié)能作為一門不可或缺的課程，現(xiàn)實意義重大，實現(xiàn)與新規(guī)范專業(yè)體系的融合與銜接尤為重要。應從教學內(nèi)容、形式等多方面進行改革，以滿足人才培養(yǎng)的需要。新興的“翻轉(zhuǎn)課堂”線上視頻線下課堂的教學模式恰好滿足了建筑節(jié)能課程特點的要求，體現(xiàn)了理論與實踐的相互融合，相互促進。

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