雙碳背景下“建筑供配電技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

牛 瑩，張勛才，曹祥紅

（鄭州輕工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境工程學(xué)院 河南 鄭州 450002）

1 課程學(xué)情分析

1.1 課程內(nèi)容面廣、度深，學(xué)習(xí)難度大

“建筑供配電技術(shù)”課程涵蓋電力系統(tǒng)基本知識(shí)、低壓配電、負(fù)荷計(jì)算、短路計(jì)算、電氣設(shè)備選用、民用建筑電氣設(shè)計(jì)、防雷措施、繼電保護(hù)、電氣施工圖等多方面的專業(yè)知識(shí)。內(nèi)容繁雜、計(jì)算量大，所涉及的國(guó)家規(guī)范和圖表多，要求深入理解電氣原理，并按規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。理論學(xué)習(xí)難度大，容易產(chǎn)生畏難情緒，影響學(xué)習(xí)效果。

1.2 課程資源與技術(shù)發(fā)展存在更替時(shí)差

近年來(lái)，智慧建筑、綠色建筑等新發(fā)展戰(zhàn)略和新技術(shù)的出現(xiàn)，為建筑電氣發(fā)展注入新活力的同時(shí)對(duì)“建筑供配電技術(shù)”課程教學(xué)改革帶來(lái)了挑戰(zhàn)。受學(xué)時(shí)限制和場(chǎng)地條件等多種因素的制約，教師無(wú)法將行業(yè)發(fā)展新技術(shù)充分融入教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果受到限制。同時(shí)國(guó)家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量龐大、更新速度快，然而，從教材的編寫、出版再到用于課程教學(xué)，期間無(wú)法抗拒的時(shí)間差導(dǎo)致了教材內(nèi)容必然滯后于當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展。因此，教師需要及時(shí)關(guān)注行業(yè)前沿技術(shù)，隨時(shí)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行拓展，更替教學(xué)資源，以保證學(xué)生緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，掌握滿足市場(chǎng)需要的學(xué)習(xí)技能。

1.3 課程體系跨學(xué)科交叉性不足

“建筑供配電技術(shù)”課程需重視與其他學(xué)科的交叉融合。雙碳背景下，可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)要綜合考慮能源效率、環(huán)保和節(jié)能減排。建筑電氣系統(tǒng)需與能源管理、智能控制協(xié)同工作，最優(yōu)利用能源并減少對(duì)環(huán)境的影響。智慧建筑和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對(duì)電氣系統(tǒng)提出新的要求，需要與計(jì)算機(jī)、通信等學(xué)科跨學(xué)科合作，培養(yǎng)學(xué)生綜合思考和解決問題的能力。

1.4 學(xué)生實(shí)踐及知識(shí)遷移能力不夠

學(xué)生在“建筑供配電技術(shù)”課程中實(shí)踐能力不足，特別在將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程中的能力上存在困難。缺乏與實(shí)際工程相似的設(shè)計(jì)任務(wù)和場(chǎng)景，無(wú)法感受設(shè)計(jì)與施工的聯(lián)系；缺乏參與實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，無(wú)法全面了解設(shè)計(jì)到施工的全過(guò)程和實(shí)際問題。課程應(yīng)注重提升學(xué)生的實(shí)踐能力，增加學(xué)生參與實(shí)際工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)，促進(jìn)理論與實(shí)踐的有效銜接。

2 教學(xué)改革與實(shí)踐措施

2.1 思政引領(lǐng)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

2.1.1 結(jié)合時(shí)政，學(xué)以致用

選擇合適的熱點(diǎn)新聞及時(shí)政素材引入課程教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生利用課程所學(xué)知識(shí)解決建筑電氣設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題。例如，結(jié)合火神山、雷神山、方艙醫(yī)院的供配電設(shè)計(jì)，學(xué)以致用，提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)其愛國(guó)主義情操。開展課堂討論，深化學(xué)生認(rèn)識(shí)；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，提升課程吸引力。

2.1.2 遵紀(jì)守法、恪守職業(yè)道德

學(xué)習(xí)建筑電氣設(shè)計(jì)相關(guān)法律法規(guī)，明確建筑供配電工程設(shè)計(jì)的重大責(zé)任，選用的電氣設(shè)備、導(dǎo)線電纜、管材等必須滿足國(guó)家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，必須保證產(chǎn)品質(zhì)量。杜絕采用劣質(zhì)產(chǎn)品，保障工程質(zhì)量，堅(jiān)守職業(yè)道德規(guī)范。

2.1.3 科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、培養(yǎng)大國(guó)工匠

建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜蝿?wù)，設(shè)計(jì)中不僅負(fù)荷數(shù)量多、種類多，其負(fù)荷等級(jí)及供電要求也各異，導(dǎo)致負(fù)荷計(jì)算煩瑣、復(fù)雜，設(shè)備合理分組及計(jì)算參數(shù)的查找和選取也有難度，要求學(xué)生必須有吃苦耐勞的鉆研精神、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度才能完成這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作。

2.2 構(gòu)建多維度立體化教學(xué)資源

針對(duì)建筑供配電工程設(shè)計(jì)遵循的國(guó)家規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)多、更新快，學(xué)習(xí)和靈活運(yùn)用難度大、教材更新難以保證時(shí)效性等問題，課程團(tuán)隊(duì)積極運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，加強(qiáng)課程建設(shè)。進(jìn)行了包括教材、配套課件、電子教案及中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)等多種載體構(gòu)成的立體化教學(xué)資源建設(shè)，為學(xué)生提供了良好的多媒介學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的教學(xué)資源。

2.2.1 深化應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”信息化平臺(tái)

課程團(tuán)隊(duì)借助中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)，建設(shè)豐富的課程線上資源，實(shí)現(xiàn)預(yù)習(xí)、授課、作業(yè)、討論、測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)的線上開展。學(xué)生可以借助電腦、手機(jī)等電子設(shè)備充分利用碎片化時(shí)間，隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.2.2 打造數(shù)字化立體教材

課程團(tuán)隊(duì)編寫出版“建筑供配電技術(shù)”課程配套教材，錄制了課程知識(shí)點(diǎn)講解視頻、配置了課外閱讀拓展材料、規(guī)范解讀等立體化教學(xué)資源，集中放置在教材二維碼中，學(xué)生掃碼即可學(xué)習(xí)。同時(shí)，二維碼內(nèi)容也可以隨時(shí)補(bǔ)充更新，提高了教材的可讀性和實(shí)時(shí)性。

2.2.3 信息化手段應(yīng)用于教學(xué)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)一體

借助信息化手段，搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室，例如采用模擬軟件、先進(jìn)的編程語(yǔ)言開發(fā)電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)。利用Matlab 的Simulink 模塊和Mat-power 工具包模擬電網(wǎng)，完成負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算等功能；建筑供配電系統(tǒng)電氣設(shè)備、導(dǎo)線及線纜、電氣開關(guān)種類繁多，線路鋪設(shè)走向復(fù)雜，在電氣施工圖中僅用圖形和符號(hào)進(jìn)行表示，較為抽象，對(duì)空間想象和邏輯思維能力要求很高，學(xué)生理解很困難。課程團(tuán)隊(duì)將建筑信息化模型技術(shù)（BIM）引入教學(xué)，通過(guò)建模，將二維平面圖紙轉(zhuǎn)換為三維立體模型，給學(xué)生以更加直觀、具體、形象的認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生理解建筑電氣施工圖，簡(jiǎn)化學(xué)習(xí)難度。

2.3 優(yōu)化課程內(nèi)容，多領(lǐng)域融合

隨著綠色建筑領(lǐng)域新技術(shù)和新設(shè)備的不斷更新，“建筑供配電技術(shù)”課程需要與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)雙碳背景下建筑供配電技術(shù)的發(fā)展需求。課程團(tuán)隊(duì)秉承多領(lǐng)域融合的思想，優(yōu)化課程內(nèi)容，針對(duì)建筑電氣技術(shù)發(fā)展的最新趨勢(shì)，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化融合：

2.3.1 建筑供配電智能化

高層建筑的垂直分布、大量電氣負(fù)載和高電力需求帶來(lái)了建筑電氣設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，對(duì)供配電系統(tǒng)的可靠性和安全性提出更高的要求。課程涵蓋需求側(cè)智能配電網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)等新興技術(shù)和理念，以滿足高層建筑對(duì)電氣安全和電力負(fù)荷的更高需求。學(xué)生還應(yīng)了解如何實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的一體化設(shè)計(jì)和全局優(yōu)化運(yùn)行，以及建筑供配電與電力系統(tǒng)的深度互動(dòng)，以應(yīng)對(duì)可再生能源電力消納問題。

2.3.2 建筑供配電直流化

綠色建筑注重能源高效和環(huán)境友好，強(qiáng)調(diào)建筑供配電系統(tǒng)的節(jié)能減排和可再生能源利用。隨著直流技術(shù)的發(fā)展，建筑直流化成為一種趨勢(shì)。課程介紹了直流建筑和建筑直流配電的相關(guān)知識(shí)，并引入交流直流混合配電，探討光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)等新技術(shù)與建筑直流化的結(jié)合應(yīng)用，讓學(xué)生了解不同電力形式的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景。

2.3.3 建筑物全面智慧化

雙碳背景下的建筑供配電技術(shù)需要關(guān)注建筑物智慧化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，智慧建筑借助先進(jìn)的信息技術(shù)和智能控制系統(tǒng)，突出建筑供配電系統(tǒng)的智能化和自適應(yīng)性。課程內(nèi)容涵蓋智慧建筑技術(shù)、建筑物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的知識(shí)，介紹智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、建筑物聯(lián)網(wǎng)等概念，以及與之相關(guān)的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理技術(shù)，強(qiáng)調(diào)運(yùn)維階段的重要性，可培養(yǎng)學(xué)生在建筑智慧化方面的能力，通過(guò)智能技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)智能感知、智能分析和智能決策，提高建筑供配電系統(tǒng)的運(yùn)維效率。通過(guò)多領(lǐng)域融合、與時(shí)俱進(jìn)，課程內(nèi)容更貼近實(shí)際需求，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和實(shí)踐能力，以應(yīng)對(duì)未來(lái)建筑供配電領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

2.4 培養(yǎng)工程思維，情境模塊化教學(xué)

“建筑供配電技術(shù)”是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)對(duì)工程素養(yǎng)要求很高的課程。課程團(tuán)隊(duì)總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合雙碳背景下的“建筑供配電技術(shù)”課程教授的需要，將知識(shí)點(diǎn)融入若干模塊中，采用情境化模塊教學(xué)，引入項(xiàng)目案例，從單一的建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本理論，轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ虒?shí)踐為主線，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，注重綜合設(shè)計(jì)。

2.4.1 能源及碳減排模塊

新能源和碳排放管理日益重要的背景下，課程涵蓋分時(shí)電價(jià)、電力交易和碳交易等相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生了解用戶用能行為對(duì)能源需求和碳排放的影響。此外，還介紹了需求響應(yīng)和虛擬電廠的概念和技術(shù)，包括能源管理、可再生能源的應(yīng)用和能源效率的提升，以減少建筑電氣系統(tǒng)的碳排放，并培養(yǎng)學(xué)生綜合能源供應(yīng)和碳排放管理的能力。

2.4.2 節(jié)能技術(shù)模塊

探討建筑供配電系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)，如高效照明系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)和節(jié)能設(shè)備的選擇。學(xué)生了解如何在設(shè)計(jì)和運(yùn)行建筑電氣系統(tǒng)時(shí)考慮節(jié)能因素，以降低碳足跡。

2.4.3 可再生能源集成模塊

隨著大規(guī)模分布式能源（如太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)和地?zé)崮芾茫┑膽?yīng)用，建筑供配電系統(tǒng)需要適應(yīng)新能源供應(yīng)低碳多元化的要求。課程介紹了建筑光伏和綠色建筑微電網(wǎng)的應(yīng)用，使學(xué)生了解這些技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)和運(yùn)行要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源的利用，為建筑節(jié)能減排提供更有效的途徑。

2.4.4 工程實(shí)踐模塊

課程團(tuán)隊(duì)引入實(shí)際工程案例，選擇難度適中的民用公共建筑（如圖書館、教學(xué)樓）的建筑供配電系統(tǒng)施工圖。按照電氣設(shè)計(jì)說(shuō)明、電氣主接線系統(tǒng)圖、豎向配電系統(tǒng)圖、配電箱系統(tǒng)圖、動(dòng)力配電平面圖、電氣照明系統(tǒng)平面圖、防雷與接地系統(tǒng)平面圖等逐一進(jìn)行講授。以實(shí)際工程案例為線索，借助施工圖紙，將課程知識(shí)融入具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐中。完成一部分內(nèi)容后，再布置等價(jià)規(guī)模的工程設(shè)計(jì)任務(wù)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生自由選題，組成興趣攻關(guān)小組，通過(guò)探索研究、小組討論等形式完成設(shè)計(jì)任務(wù)。教師進(jìn)行答疑輔導(dǎo)，組織小組間討論，并分享和點(diǎn)評(píng)典型設(shè)計(jì)案例。通過(guò)沉浸式學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

3 總結(jié)與展望

在雙碳背景下，“建筑供配電技術(shù)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐應(yīng)與我國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展和碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)緊密結(jié)合，促進(jìn)建筑電氣領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。課程內(nèi)容要根據(jù)國(guó)家規(guī)范的更新和新技術(shù)設(shè)備的發(fā)展不斷演進(jìn)，關(guān)注建筑物的供電安全、節(jié)能減排、多元化可持續(xù)能源利用、消防保障和防雷等要求。引入綠色建筑、智慧建筑等領(lǐng)域的新技術(shù)和發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，提升綜合工程素養(yǎng)。課程改革要繼續(xù)跨學(xué)科融合，將建筑供配電技術(shù)與其他學(xué)科有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和跨學(xué)科思維。展望未來(lái)，通過(guò)不斷的教學(xué)改革與實(shí)踐，推動(dòng)課程在綠色建筑中發(fā)揮更大作用，更好地適應(yīng)雙碳背景下行業(yè)發(fā)展的需求，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的專業(yè)人才，為建設(shè)美麗中國(guó)和推動(dòng)綠色建筑發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。