基于OBE理念的《建筑設(shè)備自動(dòng)化》教學(xué)改革

李淮周，曹祥紅，王宏，劉玉雪，白振鵬，王干一

（鄭州輕工業(yè)大學(xué) 建筑環(huán)境工程學(xué)院，河南 鄭州）

一 引言

我國于2016年成為《華盛頓協(xié)議》的正式會(huì)員，標(biāo)志著我國工程教育得到了國際認(rèn)可。為進(jìn)一步提升工程教育水平，翌年教育部發(fā)出了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，工程教育新理念是其重要的研究?jī)?nèi)容之一。以教育產(chǎn)出（Outcome Based Education，OBE）為導(dǎo)向的教育模式在工程教育專業(yè)認(rèn)證中的核心理念，在實(shí)踐中強(qiáng)調(diào)以學(xué)生取得的成果為核心，并以此反向設(shè)計(jì)課程大綱，配置專業(yè)課程體系和優(yōu)化學(xué)校資源，突出學(xué)生畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，切合了當(dāng)前我國對(duì)新工科建設(shè)的要求[1-3]。

《建筑設(shè)備自動(dòng)化》是建筑電氣與智能化專業(yè)核心課程之一，主要產(chǎn)出目標(biāo)是能夠完成建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4-5]。在實(shí)際工程中，建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)有廣義和狹義之分，廣義上在包括狹義上建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的同時(shí)，還包括安全防范系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、管理服務(wù)系統(tǒng)等，而狹義上的主要包括對(duì)暖通空調(diào)、給排水、照明等建筑內(nèi)用電設(shè)備進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，也稱為建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)或樓宇自控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在保證室內(nèi)工作生活的環(huán)境條件、建筑設(shè)備的安全運(yùn)行、資源的合理利用，以及節(jié)省建筑能耗和保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面都有著十分重要的作用和意義[6-8]。從中可以看出，《建筑設(shè)備自動(dòng)化》課程在教學(xué)內(nèi)容上具有典型交叉學(xué)科特點(diǎn)，是一門涉及面較廣的專業(yè)課程[9-11]。在新工科背景下，積極探索基于OBE理念的《建筑設(shè)備自動(dòng)化》教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐，不僅是建電專業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需要，也是智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)建電專業(yè)人才培養(yǎng)的必然要求。為此，本文以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，分別從明確課程目標(biāo)、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、豐富考核評(píng)價(jià)方式等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索和闡述。

二 基于OBE理念的課程目標(biāo)制定

表1 《建筑設(shè)備自動(dòng)化》對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

《建筑設(shè)備自動(dòng)化》的課程學(xué)習(xí)要求畢業(yè)生能夠在建筑設(shè)計(jì)研究院、工程設(shè)計(jì)公司等，從事建筑設(shè)備自動(dòng)化的相關(guān)工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)管理、設(shè)備安裝調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)、系統(tǒng)集成、信息處理、建筑節(jié)能等工作，并具有建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究和開發(fā)的初步能力。綜上，得出了課程的4個(gè)教學(xué)目標(biāo)。

（1）了解建筑設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)的目的，建立建筑設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)的整體知識(shí)框架，查閱建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，理解在國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范指導(dǎo)下進(jìn)行建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的必要性；了解建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)用的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)與工程科學(xué)基本原理，掌握建筑設(shè)備自動(dòng)化傳感器、執(zhí)行器、控制器作用、特性、分類與布置方法，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的初步設(shè)計(jì)；認(rèn)識(shí)并理解建筑特性、功能需求對(duì)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方案的影響，初步獲得識(shí)別和判斷建筑設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力。

（2）了解空調(diào)風(fēng)、水、冷凍站系統(tǒng)、集中供暖系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等工作原理；掌握典型應(yīng)用場(chǎng)景的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的基本設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，并能夠了解建筑特性、當(dāng)前技術(shù)、功能需求對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的影響。

（3）理解建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的目的，了解建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的原理和功能，能夠?qū)照{(diào)系統(tǒng)中風(fēng)、水、冷凍站監(jiān)控系統(tǒng)、換熱站監(jiān)控系統(tǒng)采集的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，評(píng)估建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)方案的有效性，通過信息綜合，得到合理有效的結(jié)論。

（4）了解暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、供配電與照明系統(tǒng)等監(jiān)控方案設(shè)計(jì)的多樣性；理解針對(duì)不同監(jiān)控方案在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等過程中的成本差異，了解其中需要的經(jīng)濟(jì)決策和工程管理能力。

三 按課程目標(biāo)點(diǎn)重構(gòu)知識(shí)體系

建筑設(shè)備自動(dòng)化課程授課對(duì)象主要為非計(jì)算機(jī)類學(xué)生，通常對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等專業(yè)性較強(qiáng)的技術(shù)理解不夠，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，以及學(xué)生對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化的認(rèn)知規(guī)律，按照由舊入新、先易后難、從知識(shí)到技能、從設(shè)備到系統(tǒng)、從局部到全體、從設(shè)計(jì)到施工的思路，多層次、按模塊重構(gòu)知識(shí)體系。

（1）建筑設(shè)備自動(dòng)化基礎(chǔ)模塊，通過介紹建筑設(shè)備自動(dòng)化組成與功能、應(yīng)用場(chǎng)景與未來發(fā)展趨勢(shì)，以及一些BAS、IBMS工程實(shí)例展示激發(fā)學(xué)生對(duì)于建筑設(shè)備自動(dòng)化的興趣；通過介紹系統(tǒng)中硬件如傳感器、執(zhí)行器、控制器等，軟件如PID控制算法、ModBus、LonWorks、BACnet等總線協(xié)議，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如DDC、DCS、FCS等幫助學(xué)生在腦海中初步建立建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行模型，幫助學(xué)生了解建筑設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)的目的，建立建筑設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)的整體知識(shí)框架。能夠通過查閱國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)用的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)與工程科學(xué)基本原理，掌握建筑設(shè)備自動(dòng)化相關(guān)的傳感器、執(zhí)行器、控制器作用、特性、分類與布置方法；認(rèn)識(shí)并理解建筑特性、功能需求對(duì)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方案的影響，初步獲得識(shí)別和判斷建筑設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力。

（2）建筑設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)模塊，包括空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控、集中供暖系統(tǒng)監(jiān)控、給排水系統(tǒng)監(jiān)控、建筑電氣系統(tǒng)監(jiān)控是建筑設(shè)備自動(dòng)化課程的重點(diǎn)內(nèi)容，通過對(duì)經(jīng)典工程案例分析，將建筑設(shè)備的新技術(shù)、新設(shè)備、新系統(tǒng)、新業(yè)態(tài)引入課堂進(jìn)行講授，做到教學(xué)內(nèi)容始終與時(shí)代前沿同步，與實(shí)踐相聯(lián)系，逐步加深學(xué)生對(duì)各系統(tǒng)工作原理、監(jiān)控內(nèi)容、監(jiān)控功能的理解，培養(yǎng)學(xué)生自上而下、逐步分解的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維。了解建筑特性、功能需求、當(dāng)前技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的影響，能夠依據(jù)國家相關(guān)規(guī)范設(shè)置特定工作任務(wù)，讓學(xué)生將掌握的新內(nèi)容、新方法、新知識(shí)融入到相應(yīng)的工程場(chǎng)景中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生多層次、多角度主動(dòng)探究建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)場(chǎng)景、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)要求、實(shí)現(xiàn)方法，能夠在這些條件約束下，掌握建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的基本設(shè)計(jì)方法和技術(shù)。為學(xué)生畢業(yè)后從事建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、管理、運(yùn)行、維護(hù)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

海南目前已對(duì)59個(gè)國家實(shí)現(xiàn)公民免簽或落地簽，經(jīng)濟(jì)和文化逐步向西亞、北非、中東歐等地區(qū)擴(kuò)大；同時(shí)，中國已與53個(gè)沿線國家建立了734對(duì)友好城市關(guān)系，博覽會(huì)、旅游節(jié)、電影節(jié)、藝術(shù)論壇、聯(lián)合考古、高校藝術(shù)節(jié)等交流活動(dòng)頻繁，內(nèi)容逐步深化，民意基礎(chǔ)夯實(shí)，藝術(shù)氛圍濃厚，這也奠定了中國未來在沿線國家深層藝術(shù)交流及現(xiàn)代藝術(shù)融合的基礎(chǔ)，為中國高等藝術(shù)人才培養(yǎng)打開了文明借鑒之路、地域互補(bǔ)之路以及合作共贏之路。

（3）建筑設(shè)備自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包括空調(diào)系統(tǒng)、集中供暖系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、建筑電氣系統(tǒng)等監(jiān)控方案的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和解釋。通過信息綜合，能夠評(píng)估建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)方案的有效性，并得到合理有效的結(jié)論。這能夠進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和方法的理解。

（4）建筑設(shè)備自動(dòng)化工程管理模塊，包括空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控、集中供暖系統(tǒng)監(jiān)控、給排水系統(tǒng)監(jiān)控、建筑電氣系統(tǒng)監(jiān)控多種方案的比較、綜合，能夠了解不同監(jiān)控方案在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等過程中的成本差異，具備初步的經(jīng)濟(jì)決策和工程管理能力。

四 基于OBE理念的教學(xué)方法改革

（一） 課堂教學(xué)方法改革

《建筑設(shè)備自動(dòng)化》課程融合了網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)控制、建筑環(huán)境、建筑設(shè)備等不同學(xué)科的內(nèi)容，主要解決暖通空調(diào)、給排水、供配電與照明等系統(tǒng)的監(jiān)控方案設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師、教科書為中心，主要采用以教為主的“填鴨式”教學(xué)，雖有圖片和視頻輔助教學(xué)，很難展現(xiàn)建筑設(shè)備系統(tǒng)的全貌，不利于學(xué)生形成對(duì)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)整體化的認(rèn)識(shí)，學(xué)生課堂參與度低，提不起來興趣。在有限的40學(xué)時(shí)（其中8實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)）對(duì)涉及的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行較為系統(tǒng)講解或回顧顯然不現(xiàn)實(shí)。這就要求對(duì)該課程涉及到的交叉學(xué)科知識(shí)進(jìn)行梳理、分析、總結(jié)，突出核心內(nèi)容和特色。在新工科的背景下基于OBE 理念，充分運(yùn)用虛擬仿真、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代教育技術(shù)，以及案例式、啟發(fā)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式等教學(xué)方法，克服傳統(tǒng)教學(xué)方法帶來的問題。在教學(xué)過程中，教師不僅要負(fù)責(zé)構(gòu)建理論知識(shí)與專業(yè)技能的培養(yǎng)框架，還要主導(dǎo)教學(xué)秩序，并密切關(guān)注學(xué)生理論學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和實(shí)踐能力。確保學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，能夠與同學(xué)有效協(xié)作完成特定的課程任務(wù)，如監(jiān)控方案的技術(shù)需求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)、成本分析等，在有效學(xué)時(shí)內(nèi)掌握其核心知識(shí)、顯著特征和發(fā)展前景。

（二） 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革

針對(duì)《建筑設(shè)備自動(dòng)化》是一個(gè)工程性較強(qiáng)、具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，如果只是簡(jiǎn)單地羅列相關(guān)學(xué)科的一些基本概念或名詞解釋，來說明建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)中的各種監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行原理，沒有實(shí)驗(yàn)課程有力支撐，就會(huì)落入機(jī)械、枯燥、乏味地學(xué)習(xí)理論知識(shí)，缺少工程實(shí)現(xiàn)的趣味性和成就感。根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)踐性學(xué)習(xí)更感興趣以及建筑設(shè)備自動(dòng)化工程和生活緊密相關(guān)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)采取理論知識(shí)運(yùn)用與實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)相結(jié)合、驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解課堂教學(xué)中監(jiān)控方案實(shí)施的理論知識(shí)，支撐課程相關(guān)目標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。

五 基于OBE理念的考核方式改革

傳統(tǒng)考核方式多集中于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的考查，基于OBE教學(xué)理念則強(qiáng)調(diào)以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為核心的過程考核，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的應(yīng)用能力，通過課程目標(biāo)的達(dá)成度來評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

①作業(yè)考核，占課程成績(jī)的10%，考核學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容掌握程度，要覆蓋廣，便于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中盲點(diǎn)、弱點(diǎn)、查漏補(bǔ)缺。

②實(shí)驗(yàn)考核，占課程成績(jī)的10%，考核學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟悉程度、分析問題、解決問題、設(shè)計(jì)監(jiān)控方案、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告能力。

③課堂表現(xiàn)，占課程成績(jī)的10%，課堂上以學(xué)生為中心，一切的教學(xué)設(shè)計(jì)都要考慮到支撐的教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生接受度，讓教師更多地成為指導(dǎo)者、質(zhì)詢者，多維度評(píng)價(jià)學(xué)生提出設(shè)計(jì)思想、口頭報(bào)告質(zhì)量。

④期末考試，占課程成績(jī)的70%，題目類型應(yīng)覆蓋全部目標(biāo)點(diǎn)，并提高分析題、設(shè)計(jì)題的比例，多層次考查學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。

考核貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，一方面方便學(xué)生根據(jù)考核結(jié)果發(fā)現(xiàn)知識(shí)盲區(qū)，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)方法、加強(qiáng)學(xué)習(xí)的針對(duì)性；另一方面也為教師改進(jìn)教學(xué)方法、調(diào)整教學(xué)進(jìn)度提供了判斷標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)教與學(xué)之間主要依靠課堂提問、課后答疑、作業(yè)完成情況等方式，師生之間的溝通難以有效展開，學(xué)生積極性普遍不高，最近由于新冠疫情，大多數(shù)課程開展了線上教學(xué)，實(shí)現(xiàn)有效的溝通依然是一個(gè)很重要的問題。為此，利用信息化手段，建立了實(shí)時(shí)教學(xué)跟蹤評(píng)價(jià)系統(tǒng)成為了教學(xué)發(fā)展必然趨勢(shì)，主要包括：

（1）依托課程線上教學(xué)平臺(tái)，對(duì)課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)發(fā)布成績(jī)，讓學(xué)生及時(shí)了解自身對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，便于學(xué)生查漏補(bǔ)缺、有針對(duì)性地調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)效果。

（2）通過教學(xué)平臺(tái)可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，有針對(duì)性構(gòu)建相應(yīng)的學(xué)習(xí)論壇、建立互助小組或通過專項(xiàng)輔導(dǎo)，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)遇到的短板或瓶頸進(jìn)行早期干預(yù)。

總之，在重視傳統(tǒng)教學(xué)手段的同時(shí)，充分利用線上學(xué)習(xí)平臺(tái)、線上即時(shí)交流軟件QQ群、微信群等現(xiàn)代技術(shù)手段，構(gòu)建教師、學(xué)生之間有效交流通道，準(zhǔn)確、及時(shí)地反映、解答教與學(xué)中遇到的各種問題，增強(qiáng)考核評(píng)價(jià)的時(shí)效性，促進(jìn)教學(xué)方法與內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)。

六 結(jié)語

在OBE理念的指導(dǎo)下，對(duì)《建筑設(shè)備自動(dòng)化》的課程目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行了明確，梳理了該課程的知識(shí)體系，并對(duì)其課堂、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及課程考核方式進(jìn)行了改革，探索了新工科培養(yǎng)模式下的課程建設(shè)方法，強(qiáng)調(diào)了工程理論與實(shí)踐的結(jié)合，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)掌握和實(shí)踐能力的提高。并能夠通過畢業(yè)要求、課程目標(biāo)的達(dá)成情況進(jìn)一步優(yōu)化教與學(xué)的方法，以不斷適應(yīng)企業(yè)行業(yè)的新需求。