新工科思維引導(dǎo)下的人工環(huán)境學(xué)教材改革實(shí)踐

丁研

人工環(huán)境學(xué)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)學(xué)科的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程，也是建筑技術(shù)、熱能工程、智能建筑等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有多學(xué)科交叉的特色和本碩博貫通的特點(diǎn)。然而，目前很多高校在該課程的設(shè)置上忽視了對(duì)人工環(huán)境學(xué)教學(xué)體系的布局，缺少對(duì)專(zhuān)業(yè)性教材的建設(shè)和把握。究其原因：一方面，受傳統(tǒng)教材中專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域劃分過(guò)細(xì)的局限，教材在更新過(guò)程中往往難以全方位結(jié)合最新的研究動(dòng)態(tài);另一方面，傳統(tǒng)的教學(xué)思路固化于概念與計(jì)算模型的介紹，忽略了方法學(xué)原理和知識(shí)在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。國(guó)家新工科建設(shè)項(xiàng)目的提出，是在新的時(shí)代背景下面對(duì)新的國(guó)際形勢(shì)對(duì)高等教育教學(xué)模式的指導(dǎo)方案，其既是對(duì)高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的促進(jìn)，也對(duì)教材的改革建設(shè)提出了新的要求與挑戰(zhàn)。

一、教材改革建設(shè)的必要性

教材既是學(xué)生獲取知識(shí)的首要途徑，又是學(xué)生對(duì)課程體系進(jìn)行認(rèn)知的重要渠道。作為教學(xué)過(guò)程中核心的知識(shí)載體，當(dāng)前教材內(nèi)容普遍存在更新速度慢、與時(shí)代結(jié)合不夠密切、不能夠適應(yīng)新時(shí)代背景下解放學(xué)生創(chuàng)造力的要求等問(wèn)題。一本高質(zhì)量的教材應(yīng)緊密結(jié)合教學(xué)大綱、課程教學(xué)要求以及專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行編制，不僅能夠在教材中體現(xiàn)本課程的研究體系和教學(xué)重點(diǎn)，而且能夠在版本迭代過(guò)程中根據(jù)時(shí)代的發(fā)展和變化不斷對(duì)知識(shí)進(jìn)行更新，豐富自身內(nèi)涵。

教材改革的靈感來(lái)源于新工科思想的指導(dǎo)和筆者在教學(xué)、科研工作中的積累與感觸。筆者認(rèn)為，當(dāng)下普遍采用的教材存在以下問(wèn)題：

一是教材內(nèi)容與學(xué)生正在或即將從事的科學(xué)研究差距較大，沒(méi)有結(jié)合最新的研究成果和發(fā)展動(dòng)態(tài)。

二是教材靈活性和新穎性不足。先進(jìn)的科學(xué)研究技術(shù)、研究手段和研究理念沒(méi)有被引入教學(xué)內(nèi)容。

三是與實(shí)際結(jié)合不夠緊密。當(dāng)前教材多以知識(shí)講授的方式編寫(xiě)，只強(qiáng)調(diào)基本概念與工程方法的介紹，卻忽略了方法學(xué)原理與工程技術(shù)應(yīng)用的結(jié)合。

教材改革是教育教學(xué)改革的先導(dǎo)內(nèi)容，脫離教材改革而空談教育方式與教育手段的改革如無(wú)源之水、無(wú)本之木。為了提高人工環(huán)境學(xué)系列課程的教學(xué)質(zhì)量，亟須開(kāi)展以教材為先導(dǎo)的教學(xué)改革。

二、新工科的思維體系

新工科理念是為了應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所面臨的新機(jī)遇、新挑戰(zhàn)而提出的。從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、從專(zhuān)業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合、從適應(yīng)服務(wù)轉(zhuǎn)向支撐引領(lǐng)是新工科的重要思想與內(nèi)涵要求。新工科，“新”在對(duì)學(xué)科知識(shí)交叉后的融合;“新”在動(dòng)態(tài)中調(diào)整、注重知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用性;“新”在繼承與創(chuàng)新。

新工科背景下，高等教育教學(xué)不應(yīng)僅僅局限于傳統(tǒng)教材的知識(shí)傳授模式，更應(yīng)該關(guān)注社會(huì)需求，依據(jù)社會(huì)需求建設(shè)專(zhuān)業(yè)，依據(jù)國(guó)際前沿科技設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)知識(shí)領(lǐng)域的融合與創(chuàng)新，將技能化的方法在書(shū)本中進(jìn)行傳授。

三、教材改革的創(chuàng)新實(shí)踐

新工科的建設(shè)和發(fā)展應(yīng)落腳于新工科專(zhuān)業(yè)建設(shè)及其人才培養(yǎng)，因此，工程教育理念、人才培養(yǎng)模式和教育教學(xué)過(guò)程都將發(fā)生明顯的變化?；谛鹿た频乃季S引領(lǐng)，筆者通過(guò)對(duì)基本原理與新技術(shù)應(yīng)用的結(jié)合，在人工環(huán)境學(xué)教學(xué)改革上進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，打造出了創(chuàng)新型精品教材《人工環(huán)境構(gòu)建原理與技術(shù)應(yīng)用》。

教材應(yīng)該具有作為知識(shí)資源的豐富性和典范性，作為媒介的友好性和融洽性，作為教師和學(xué)生共同使用的工具的可操作性。課程既要注重內(nèi)容的知識(shí)性、前沿性與先進(jìn)性，又要強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生研究能力和研究素質(zhì)的培養(yǎng)，從而使課程成為研究生從課程學(xué)習(xí)階段向科研選題階段過(guò)渡的橋梁。因此，在教材編制時(shí)，除了參照《人工環(huán)境學(xué)》《建筑環(huán)境學(xué)》等經(jīng)典教材中的描述與寫(xiě)作思路外，筆者還結(jié)合了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在人工環(huán)境學(xué)方面構(gòu)建的前沿研究領(lǐng)域發(fā)表的代表性學(xué)術(shù)論文。此外，在熱濕環(huán)境、空氣環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境等傳統(tǒng)人工環(huán)境的內(nèi)容基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步增加了建筑環(huán)境和能源應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的章節(jié)。結(jié)合新工科思維所打造的教材具備以下特點(diǎn)：

（一）以新工科思維為先導(dǎo)

教材改革的創(chuàng)新實(shí)踐以新工科思維為先導(dǎo)，致力于通過(guò)“理論—方法—技術(shù)—案例”所建立的邏輯編撰思路，形成創(chuàng)新性方法和充實(shí)的工程案例緊密融合的示范性教材，使學(xué)生在閱讀學(xué)習(xí)中變被動(dòng)記憶為主動(dòng)思考。教材第一章承擔(dān)對(duì)教材整體內(nèi)容的匯總和整合，將為讀者展示本教材的主要內(nèi)容和教材講解的側(cè)重點(diǎn)。后續(xù)章節(jié)承擔(dān)對(duì)教材具體內(nèi)容的闡釋與介紹。通過(guò)層層展開(kāi)的內(nèi)容介紹，學(xué)生在搭建起基本知識(shí)體系框架的基礎(chǔ)上對(duì)人工環(huán)境的營(yíng)造原理和營(yíng)造技術(shù)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)。本教材在編撰過(guò)程中秉持技術(shù)終將應(yīng)用于指導(dǎo)實(shí)踐的思想，教材中講解的技術(shù)均將在實(shí)際案例中進(jìn)行展示，使學(xué)生不僅掌握人工環(huán)境構(gòu)建技術(shù)的原理，而且能對(duì)它們的實(shí)際應(yīng)用有所了解。

（二）以科研成果引領(lǐng)課程教學(xué)

隨著近年來(lái)新理論、新技術(shù)、新工藝的不斷涌現(xiàn)，帶來(lái)了建筑技術(shù)的迅猛發(fā)展。作為在新時(shí)代背景下面向研究生教育的高等教材，在教學(xué)內(nèi)容上不斷地融入新知識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，改善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)是其應(yīng)有之義。同時(shí)，新時(shí)代背景下的變革要求學(xué)校和學(xué)生能夠從關(guān)注當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展轉(zhuǎn)向關(guān)注未來(lái)產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展。

因此，教材中通過(guò)理論和案例的展示對(duì)國(guó)內(nèi)外的最新研究?jī)?nèi)容進(jìn)行介紹，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)對(duì)于研究前沿有所涉獵，在鞏固現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上汲取最新鮮的營(yíng)養(yǎng);通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師的講解，培養(yǎng)學(xué)生的國(guó)際化視野和對(duì)科學(xué)研究的興趣，進(jìn)而對(duì)研究生未來(lái)的科學(xué)研究工作起到拋磚引玉的作用。

（三）將工程案例與技術(shù)原理緊密結(jié)合

傳統(tǒng)教材側(cè)重于理論知識(shí)的講解，對(duì)技術(shù)原理的實(shí)際應(yīng)用不夠重視，雖然理論知識(shí)的講解充分豐富，但是無(wú)法滿(mǎn)足新工科對(duì)教材內(nèi)容的要求、學(xué)生對(duì)實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)的需求，自然不利于培養(yǎng)出能夠引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新型科技人才。面對(duì)原有教材存在的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題和時(shí)代的新需求，本教材針對(duì)所介紹的技術(shù)方法均附以國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)典案例和研究案例的介紹和分析，將案例部分作為理論部分的有效補(bǔ)充與驗(yàn)證。

如，在教材中通過(guò)對(duì)被動(dòng)式建筑的原理講解、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法的介紹，使學(xué)生對(duì)被動(dòng)式房屋的概念和原理有了系統(tǒng)的了解，進(jìn)而介紹被動(dòng)式房屋營(yíng)造中所需要的技術(shù)方法，最后介紹如何將技術(shù)方法應(yīng)用于實(shí)際案例。其目的在于使讀者能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，不僅明白技術(shù)方法的內(nèi)在原理，而且掌握如何將技術(shù)方法應(yīng)用于實(shí)際，最終在達(dá)到加深對(duì)知識(shí)的理解與掌握的基礎(chǔ)上豐富讀者的理論實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

通過(guò)講解教材內(nèi)的理論知識(shí)，還原工程技術(shù)蘊(yùn)含的基本原理，本教材以實(shí)際工程案例評(píng)判分析與討論的形式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)技術(shù)手冊(cè)、工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及研究論文的綜合把握。此外，通過(guò)運(yùn)用新的教育教學(xué)方法的培養(yǎng)，使學(xué)生跳出“死記硬背”的概念記憶學(xué)習(xí)模式，真正掌握人工環(huán)境的構(gòu)建和研究方法，以及多元?jiǎng)?chuàng)新型的思維方式，為其日后開(kāi)展科研或從事本專(zhuān)業(yè)工作提供指導(dǎo)。

教材改革的建設(shè)，一方面可為學(xué)生搭建起與國(guó)際化研究接軌的平臺(tái)，另一方面也可為教師搭建起實(shí)踐教育教學(xué)新方法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)而為高等教育與行業(yè)發(fā)展的對(duì)接貢獻(xiàn)力量。

教材是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的第一手資料。在新工科理念的指導(dǎo)下，教材內(nèi)容不僅應(yīng)囊括本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，而且應(yīng)緊跟時(shí)代潮流，結(jié)合當(dāng)下最新的技術(shù)和觀念，為學(xué)生展開(kāi)一幅磅礴美麗的專(zhuān)業(yè)畫(huà)卷。學(xué)生不僅能從教材中獲得必須的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而且能在與教師的交流討論中培養(yǎng)自己的邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。

在新工科改革的背景下，筆者希望通過(guò)教材改革的創(chuàng)新實(shí)踐真正培養(yǎng)出學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生日后獨(dú)立開(kāi)展科研技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。