建筑冷熱源課程混合式教學模式探索與實踐

宋翀芳　雷勇剛　杜保存　景勝藍　杜震宇

摘要：建筑冷熱源是建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)核心課程，通過課程學習使學生能夠掌握建筑冷熱源的基本理論、設計方法和獨立解決復雜冷熱源工程問題的能力，為專業(yè)培養(yǎng)目標的達成提供重要支撐。研究從教學實踐入手，分析了建筑冷熱源課程的教學特點；從教學內容與計劃學時的矛盾、培養(yǎng)目標與授課方式的局限，分析了原有課程教學方式與實施過程難以滿足新工科背景下人才培養(yǎng)需求的現(xiàn)狀；從教學內容重構、線上線下融合以及教學評價多元化方面提出了相應的改革對策?；诨ヂ?lián)網(wǎng)助力的混合式教育解決方案，是推動教育快速高質發(fā)展、促進教育事業(yè)進步的有效途徑。研究依托雨課堂平臺構建的線上線下混合式教學模式，對建筑冷熱源課程進行教學改革與探索，將課程體系整合為五大模塊，并對其進行濃縮重構；通過線上線下相結合教學，以線上預習發(fā)布、線下講授與線上測試、課后答疑與拓展等方式，實現(xiàn)細化線上知識點與線下能力培養(yǎng)的融合；改革傳統(tǒng)評價機制，采用多元化的考核方式。通過改革探索了建筑冷熱源課程混合式教學培養(yǎng)體系主要路徑，鍛煉和培養(yǎng)了學生自主學習能力，可為加強學科建設和深化核心課程教學改革提供參考與借鑒。

關鍵詞：雨課堂；混合式教學；建筑冷熱源；教學模式

中圖分類號：G642.0；TU-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2023）01-0185-07

2016年，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，具有國際實質等效的工程教育專業(yè)認證開始在我國實施。工程教育專業(yè)認證遵循“成果導向、以學生為中心、持續(xù)改進”三個基本理念，對促進專業(yè)建設與教學改革、提高工程科技人才培養(yǎng)質量至關重要［1-3］?；谶@一理念，具有良好職業(yè)道德、掌握本領域基本理論和專業(yè)知識，具有人文情懷、科學素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、國際視野，能夠解決復雜工程問題工程能力的復合型工程技術人才就成為了建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的培養(yǎng)目標。建筑冷熱源作為核心課程為建環(huán)專業(yè)培養(yǎng)目標的達成提供核心支撐，學生通過課程學習，達到掌握建筑冷熱源的基本理論、冷熱源設備構造及計算方法、冷熱源系統(tǒng)設計方法的知識目標；具備制定冷熱源方案、制冷機房和鍋爐房系統(tǒng)設計的能力目標；獨立解決復雜建筑冷熱源工程問題、遵守職業(yè)規(guī)范、為建筑節(jié)能服務意愿與情懷的素質目標。建筑冷熱源課程教學內容多，理論與實踐并重［4-5］，使培養(yǎng)目標與計劃學時數(shù)減少、能源利用多元化需求和滯后教學內容的矛盾已成為課程所面臨的主要問題，原有教學方法和實施過程難以滿足新工科背景下對人才厚基礎、寬口徑、高素質的高要求［6-7］，故需要探索新的教學方法，改革教學內容、教學形式和考核方式［8-9］。

互聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，促進了教學資源共享［10］。大量冷熱源設備運行的線上資源為建筑冷熱源課程開展線上線下教學提供了可能。探索基于互聯(lián)網(wǎng)的建筑冷熱源課程混合式教學，是推動以學生為主體的高質量教學發(fā)展和專業(yè)人才培養(yǎng)目標達成的有效途徑。

一、課程特點和教學現(xiàn)狀

根據(jù)2016版教學計劃實施情況，2019版培養(yǎng)計劃加大了實踐比重，專業(yè)課講授學時大幅縮減。建筑冷熱源課程線下教學主要以講授為主，從原理到設備，再到系統(tǒng)層層推進，這種傳統(tǒng)教學方式確實有助于學生對制冷和鍋爐理論知識的理解和認識［11-13］。但隨著課時壓縮，教師教學進度推進加快，導致學生在課堂上產(chǎn)生了緊跟教學內容的碎片化理念，自主性弱。由于教師簡略帶過甚至不再重復專業(yè)基礎課程內容，導致學生在學習制冷和鍋爐原理和設備時，難以對接相關熱力學理論和傳熱知識，無法對冷熱源部件中實現(xiàn)熱力學過程進行應用分析，更別說對綜合系統(tǒng)節(jié)能運行的理論分析。

另外，原有教學體系側重每一個部件單獨的特性［14-15］，涉及服務于系統(tǒng)功能以及各部件配合后體現(xiàn)屬性的課時安排較少。加之建筑冷熱源涉及環(huán)境保護、能源應用等實際內容，不僅增加了學生學習相關知識的難度，而且影響了學生專業(yè)課程知識學習效率和質量的提升。建筑冷熱源工程不單純是一個技術問題，選擇冷熱源的種類不同，其熱力、安全、物化、環(huán)境影響各不同［16-17］。目前線下教學的效果評定側重于理論作業(yè)考查和期末卷面考試，缺乏對冷熱源技術、經(jīng)濟、能源和環(huán)境的綜合考查，難以適應工程認證過程全面考核的要求，單純線下課堂教學無法拓展學科交叉的輻射面，學生考核的全面性亦缺乏實現(xiàn)途徑。

針對上述問題，建環(huán)專業(yè)進行了一系列改革和積極探索，主要體現(xiàn)在培養(yǎng)計劃的修訂、課程體系的改革、教學方法的豐富、實踐教學的充實、職業(yè)能力的訓練等方面。雖然已經(jīng)普遍認識到了教學體系和教學方法改革的必要性，但從建筑冷熱源教學體系和考核體系的完整性角度來看，現(xiàn)有實踐及研究尚不能完全匹配國家一流本科專業(yè)建設背景下課程建設的提升。從培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的高度來看，目前建筑冷熱源核心課程的課堂教學、實驗與課程設計現(xiàn)狀，還無法滿足社會對多層次人才的需要，課程建設的探索與完善仍任重而道遠。

二、混合式教學模式設計

基于以學生為中心的工程教育理念，打破課堂單一的教師授課模式，依托雨課堂教學工具，進行混合式課堂教學［18-19］，從人才培養(yǎng)模式改進、課程體系完善、過程管理及教學資源建設等方面推進建筑冷熱源課程混合式教學模式改革與實踐。

（一）混合式教學培養(yǎng)模式改革

課程團隊經(jīng)過多年教學改革與探索，將建筑冷熱源課程教學內容整合重組為五大模塊［20］，分層次構建教學體系，將原有教學內容按其性質、結構、內容和邏輯關系整合為相對獨立的若干部分。熱力學基本理論模塊、冷熱源設備模塊及系統(tǒng)模塊內容理論性和邏輯性強，推導演繹內容復雜，通過教師教學設計可以促進學生學習科學理論和技術應用的相互融合，幫助學生梳理專業(yè)課程解決工程問題的思考路徑。為調動學生課堂積極性，利用雨課堂平臺發(fā)布測試和問題討論，增強學生的參與度。相對易于理解的工質模塊等內容壓縮講授學時，推送線上學習內容，保證課堂輸出高效性和學生探索的自主性。由于系統(tǒng)模塊和調節(jié)模塊的內容實踐性強，加上技術發(fā)展日新月異，除了完成課堂教學以外，課下通過推送現(xiàn)代先進冷熱源系統(tǒng)和設備，布置開放性課題，使學生得到實訓機會。教學體系基本結構如圖1所示。

由于課程涵蓋的知識點和能源系統(tǒng)種類繁多，涉及熱力、制冷、傳熱、燃燒、化學反應等諸多應用領域，只有將知識點和應用實踐相結合，才能深刻理解構建熱力學分析的理念。但在現(xiàn)行課程設置體系中，建筑冷熱源熱力理論的教學環(huán)節(jié)僅12個學時，2019年教學計劃則更少。因此，課程體系模塊應打破碎片知識點的束縛，濃縮重構知識體系，重新組織課程教學內容，使每個模塊對應相關體系設計，以思維鏈為授課導向，啟發(fā)學生思考，培養(yǎng)探究和解決問題的能力。

基于課程特點和教學現(xiàn)狀，采用覆蓋全員的課上互動教學和線上問題討論的混合式教學模式。教學團隊通過搜集整合教學資源，包括與授課內容相適應的最新研究動態(tài)、典型工程實例，配合教學大綱、教案、課件、習題等，充實線上教學資源。學生可通過線上進行典型案例開放性選題分組，每組5 人左右。例如，制冷系統(tǒng)設計案例包含蒸汽壓縮式制冷的熱力學計算，壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流裝置等設計選型，冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)的設計等內容。小組學生利用課下時間討論分析方案，通過分工計算、協(xié)作整合設計，匯報分享設計成果和總結設計要點等。最后，教師基于學生在工程案例分析設計過程中遇到的問題，對所涉及的重點和難點進行集中講解，對關鍵知識點則進行進一步解釋和剖析。

（二）混合式教學過程實施改革

基于雨課堂平臺，建筑冷熱源課程混合式教學按預習發(fā)布、課上講授、課后答疑與拓展三個步驟進行實施，混合式教學的實施過程如圖2所示。

課前發(fā)布預習任務無疑是提高課堂效率、適應課程學時減少的有效手段，尤其是對一些熱質交換設備如蒸發(fā)器、冷凝器等流動換熱性能的預習，針對性強，學生記憶喚起也較敏感，與課堂講授融合度高。實踐發(fā)現(xiàn)，課前預習并非所有內容都適用，部分教學內容若學生提前預習會有先入為主的觀念，反而削弱了學生的質疑精神和自主創(chuàng)新意識。如在講授蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)改善時，教師從理論循環(huán)出現(xiàn)的節(jié)流損失和過熱損失角度引題，啟發(fā)學生在T-S圖上找尋理論突破。若提前預習了該

節(jié)內容，學生很容易被液態(tài)制冷劑過冷這種思維引導，故講授這部分理論模塊時，反而建議學生不要提前預習。教師通過在課堂上引導學生按“實際需求—科學原理—技術實現(xiàn)—技術改進”的思考路徑與方法［20］，從而培養(yǎng)學生從實際需求中尋找科學問題和從理論分析探索技術改進突破口，結合課程體系使學生辯證地認識問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)辯證思維能力?；诮虒W內容的模塊化改革，在工質模塊、設備模塊中的換熱設備等布置前修習傳熱學和工程熱力學相關知識內容，推送并推薦參考書目、視頻資源及文獻等。學習理論、設備、工質模塊之后，制冷、鍋爐等系統(tǒng)模塊教師將前述學習內容進行整合融匯，并布置預習任務和設置綜合性問題，使學生在課堂講授前完成相應任務，為課堂討論做準備，實現(xiàn)現(xiàn)代信息學習和傳統(tǒng)課堂講授相結合，幫助學生培養(yǎng)探索學習能力和綜合運用所學知識解決工程問題的能力。

課上堅持理論與實踐并重、學習與研究融合的教學模式和啟發(fā)學生利用能源理論與方法的“厚基礎”培養(yǎng)的目標模式，為培養(yǎng)具有冷熱源設備技術支持、掌握系統(tǒng)設計和能源綜合研究利用的“寬口徑”目標奠定了基礎。由于建筑冷熱源是消耗能源的系統(tǒng)，教學過程中可結合國家形勢與政策使學生進一步思索人與自然和諧共處的意義，理解在創(chuàng)造舒適人居環(huán)境的同時應肩負能源利用的責任與擔當。在講授冷熱源主要設備時，通過列舉國內廠家自主研發(fā)的光伏制冷、磁懸浮制冷等典型事例，引導學生深刻領會我國制造業(yè)強國戰(zhàn)略內涵。

課后向有余力和感興趣的學生推送學術報告、會議、文獻等拓展資料，拓寬學生對冷熱源設備前沿的認知與眼界。有別于傳統(tǒng)輔導答疑環(huán)節(jié)，發(fā)揮線上教學優(yōu)勢，

根據(jù)學生對推送課件的疑問來安排線上集中答疑和個別答疑，不僅節(jié)約了教學資源、靈活了教學安排、強化了交流與輔導，同時根據(jù)學生反饋情況還改善了教學資源和輸出過程。另外，應充分發(fā)揮雨課堂平臺優(yōu)勢，配合講授內容發(fā)布課堂測試，動態(tài)輸出學生答題成績，及時掌握學生的學習效果，反思教學過程，進而調整講授內容。

（三）混合式教學成績評價改革

合理的成績評價方式是過程培養(yǎng)及提高教學質量的重要環(huán)節(jié)。基于課程特點和教學現(xiàn)狀，采用全員覆蓋的課上互動教學與線上問題討論的混合式教學模式，以互動教學和簡單案例分析為手段的課堂教學為主，重點圍繞對知識點的理解來展開；以線上綜合工程案例考核為輔，重點鍛煉學生對知識的綜合應用；輔以課程答辯和討論，實現(xiàn)對工程應用的認知拓展，改善教學效果。充分發(fā)揮線上線下混合式教學優(yōu)勢，調整傳統(tǒng)考核方式，在教學實施過程中，適當減少期末考試評分比重，增加課堂與線下考評占比，提倡多元化考核方式，如線上測試、課堂討論、線下作業(yè)、小組匯報等，以調動學生自主學習的積極性。注重學生反饋，使教學活動更具針對性，并將反饋結果作為過程性評價的重要依據(jù)。

以我校建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)2017級三個班為本次線上線下混合式教學實踐對象，總共64學時。其中，課堂教學為58學時，實驗教學為6學時。經(jīng)過一學期的教學改革和實踐，學生反映：教學內容設計推送可在課堂上免于忙于記筆記，雨課堂平臺測試、圈疑、投稿等功能使學習的參與度大大提高，并表示此種教學方式值得推廣。另外，教師可將知識點概念、記憶和單純分析的考核放在課堂測試中，及時考核保證了學生的課堂接受度。由于是課堂及時考核，學生記憶和理解較深刻，故此可以適當增加題目難度。以單元測試為基礎，期末考試可增加在模塊間具有系統(tǒng)性、綜合性的題目考核，培養(yǎng)學生分析工程問題的能力，使學生在論文作業(yè)環(huán)節(jié)能夠掌握文獻收集、查閱能力和分析能力。實踐表明，多維度過程考核調動了學生自主學習積極性，期末考試答題情況也較理想。在最終成績評定方面，教學改革增加了平時考核占比，減少了期末考試比重。學生總成績包括過程考核成績（40%）、期末考試成績（50%）和實驗考核成績（10%），過程考核又包括課堂考核、階段性模塊考核和調研任務考核三個環(huán)節(jié)，各項組成和分值，如圖3所示。

過程考核成績比重加大促使學生上課集中聽講、課后思考總結，有效改善了傳統(tǒng)教學課堂上學習松散、考前突擊的現(xiàn)象。由于知識點考查集中在平時考核，期末考試則注重對學生綜合融匯知識能力和解決實際工程問題能力的考查，故對學生成績評價可更好實現(xiàn)新工科理念下的培養(yǎng)目標。多維度成績評價方式，不僅較為全面地反映學生整個學習過程的態(tài)度和效果，還調動了學生持續(xù)學習的積極性和主動性，提高了建筑冷熱源課程的教學質量。

三、結語

繼教學體系模塊化構建完成，本文構建了基于雨課堂平臺的線上線下混合式教學模式，探索了基于模塊特性開展的教與學。以前修和預習規(guī)定為準備、課堂講授與討論為展開、答疑與延伸為啟智

，統(tǒng)籌具有層次結構的教學課程，闡述了應用雨課堂平臺對學生進行綜合培養(yǎng)的過程。將知識點傳授與考查落實在課堂上，依托模塊考核培養(yǎng)學生總結學習能力，提高學生調研和撰寫論文的能力?；趯W情分析和策略設計，具體落實混合式教學培養(yǎng)體系；基于培養(yǎng)過程的綜合性，多維度的成績評價方式不僅提高了學生學習動力、激發(fā)了學生學習興趣，還提高了建筑冷熱源課程教學質量。建筑冷熱源課程混合式教學模式建設既是對本課程培養(yǎng)體系的一個探索，同時也可給其他應用技術類課程提供了一個范例。

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Exploration and construction of blended teaching

for the course of building cooling and heating source

SONG Chongfang， LEI Yonggang， DU Baocun， JING Shenglan， DU Zhenyu

（College of Civil Engineering， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， P. R. China）

Abstract： Building cooling and heating source is a core course for the major of building environmental and energy application engineering. Through the study of this course， students can master the basic theory and design method of building cooling and heating source， and independently design the complex air conditioning system， providing important support for achieving the professional training objectives. This study analyzes the teaching characteristics of building cooling and heating source course， and the existing teaching implementation process of the original course included the contradiction between the teaching content and the course credit hours， the limitation of training objectives and teaching methods. These problems cannot meet the current demand of talent training under the background of emerging engineering development. Therefore， this study has carried out reforms， such as： re-structure of teaching content， integration of online and offline teaching and diversification of teaching evaluation. The internet-assisted blended teaching is an effective way to promote the rapid and high-quality development of education and promote the progress of education. In this paper， the teaching reform of the course of building cooling and heating source is carried out and the online and offline blended teaching mode based on the Rain Classroom is explored. This study re-structured the curriculum knowledge system， integrating the teaching chapters into five modules. Online and offline teaching methods are combined， including online release preview， offline teaching and online testing， problem extention after class， and integration of knowledge and ability training. It has reformed the traditional achievement evaluation mechanism and adopted diversified evaluation methods. Through the above three aspects of reform， the path of blended teaching of building cooling and heating source is explored， and students ability of independent learning is cultivated， to provide reference for strengthening discipline construction and deepening core curriculum teaching reform.

Key words：Rain Classroom; blended teaching; building cooling and heating source; teaching mode

（責任編輯 崔守奎）

修回日期：2021-06-12

基金項目：山西省高等學校教學改革創(chuàng)新項目（J2021123；J2021158）；山西省精品共享課程認定項目（2020）

作者簡介：宋翀芳（1974—），女，太原理工大學土木工程學院副教授，博士，主要從事暖通空調節(jié)能技術和空氣污染控制研究，（E-mail）songchongfang@tyut.edu.cn。