土建类专业《建筑设备工程》教学改革研究

张向萍 刘万万

摘要：本文以商丘师范学院《建筑设备工程》教学改革实践为例，对建筑学、土木工程、建筑电气与智能化三个专业进行研究，明确了不同专业的教学目标、教学内容，并从虚拟仿真实验实训教学、课程思政、教学方法与考核方法四个方面阐述了《建筑设备工程》课程教学改革措施，探讨了《建筑设备工程》课程教学改革方向。

关键词：建筑设备;教学改革;虚拟仿真

0引言

《建筑设备工程》是建筑电气与智能化、土木工程、建筑学、给排水工程、建筑装潢、建筑管理等专业的一门专业技术课，涉及建筑、暖通空调、安全消防、建筑节能、智能建筑、给水排水、制冷、照明和太阳能利用等多个学科领域，是一门综合工程学科。随着经济技术的发展和生活质量、工作效率的提高，智能建筑的普及，建筑设备在建筑中的地位日趋重要。建筑设备已成为形成和保障建筑功能的重要手段，在建筑投资中占有的比例达30%—70%不等，并且是建筑物长期运行成本中的主要支出。

1课程现状

《建筑设备工程》是我院建筑电气与智能化专业的学科基础课、建筑学专业的专业基础课、土木工程专业的专业限选课，专业不同，其培养目标应有所不同，对该课程在教学内容、授课重点上应有一定的调整，而目前针对不同专业同一课程的教学，大部分还采用同一模式同一内容。2016年我院新上建筑电气与智能化专业，该专业对建设设备的学习要求较高，除了了解最基本的建筑设备知识外，还要了解建设设备的内部运行情况，从而为后续的建筑设备自动化等专业课程打下基础。由于我院无建筑给排水与暖通空调等专业，其相关实验实训设施基本为零，通过传统教学方法，学生无法直观感受相关设备内部运行情况，虽然我院结合校内和校外实训基地在建工程，进行认知学习，在一定程度上增强的学生的学习兴趣，提高了教学效果，但因场地和时间限制等原因，教学效果有待进一步提到。另外教师只注重知识的传授，忽略“价值引领”;学生被动接受知识，对学习缺少积极性和主动性，学习效率低下，学习效果不理想。

2 课程改革

吕超针对对建筑学、土木工程、工程管理三个专业的“建筑设备”课程教学特点与问题进行研究，分析不同专业的教学目标，从教学内容、教学方法、考核方式三个方面提出具体的改革措施，并应用于授课实践，而且运用实验法分析了教学改革的效果，探讨“建筑设备”课程教学改革方向[1]，值得借鉴。我国《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）提出，“加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设，重点建设一批国家级实验教学示范中心、国家大学生校外实践教育基地、高职实训基地。加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量。”等强化实践育人环节的措施。《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》也指出，“建设仿真实训基地等信息化教学设施，建设实习实训等关键业务领域的管理信息系统，建成支撑学生、教师和员工自主学习和科学管理的数字化环境。”这为我们解决建筑设备实验实训课的难题提供思路。

为进一步提高学生的学习积极性和主动性，增强学生的实践能力，提高教学质量，并在学习过程中对学生进行“价值引领”，引导学生树立积极向上的价值观、客观科学的世界观，切实培养高水平应用型人才。结合我院具体情况，我们从以下五个方面进行改革。

2.1修订教学大纲，确定教学目标、教学内容。

教学大纲是课程的教学纲要。其中包括教学目的或目标、教学要求、教学内容以及讲授和实习、实验、作业的时数分配等。根据教学计划，以纲要形式规定一门课程教学内容的文件。包括这门课程的教学目的和目标、任务、教学内容的范围、深度和结构、教學进度以及教学法上的基本要求等。教师进行教学的主要依据，也是检查和评定学生学业成绩和衡量教师教学质量的重要标准。其中教学目标是课程教学非常重要的一个环节，教学大纲的制定离不开教学目标，开展课程教学必须要明确各专业的培养方案、教学目标。

研究教育部高等学校土木工程、建筑学、建筑电气与智能化三个专业的教学指导委员会对各专业人才培养的要求，各专业工程认证要求，最新的人才培养方案，分析各专业的特点，了解其培养目标、培养规格及基本要求、核心课程、专业特色等内容。通过上述材料分析《建筑设备工程》课程在各专业课程体系中的地位、与其他课程的关系，合理地调整教学内容，对重点内容进行详细讲解。

2.1.1教学目标

通过以上工作，修订了教学大纲，确立三个专业的“建筑设备工程”课程的主要教学目标。土木工程专业主要理解建筑设备的功能和原理、系统的布局、规范规定的要求和原则，具有在土建设计施工时能与设备工程师密切配合、完成相关工作的能力。如从施工的角度了解建筑设备，如管线、设备如何布置，在结构施工时如何为管线、设备预留孔洞、位置等。建筑学专业主要掌握建筑设备的功能和原理、系统的布局、规范规定的要求和原则，具有与设备工程师密切配合、合理安排建筑设备及空间的能力。如了解建筑设备的设置情况，如管线、设备的设置，从而了解其对建筑内、外环境的影响，对建筑设计的影响，最终如何使设备与建筑相协调。而建筑电气与智能化专业对建设设备的学习要求较高，除了掌握建筑设备的功能和原理、系统的布局、规范规定的要求和原则外，还要了解具体设备的内部运行情况，从而为后续的建筑设备自动化等专业课程打下基础。

2.1.2教学内容

针对不同教学目标，教学内容也做相应调整。对于土木工程专业，应注重建筑设备与建筑主体结构及施工技术的关系[2]1，明确设备及管道系统的布置和敷设原则;对于建筑学专业，应重视建筑设备的选择及统筹布局，以满足建筑的功能性、安全性和舒适性[3]2，如强调在建筑设计阶段预留空调外机设备操作平台，可结合实际建筑案例讲授一些绿色建筑与建筑节能的知识，并协调与“建筑物理”课程的内容;对于建筑电气与智能化专业，应注重建筑设备的选择、设备的运行、建筑设备与智能建筑、建筑节能之间的联系。

2.2寓思政教育于专业课程教学

实施“课程思政”的教学策略，把“价值引领”贯穿到各个环节，结合培养目标、教学内容，每个章节均加入课程思政元素，既要注意专业知识传授，又能够很好地将爱国精神、社会责任、职业素养、绿色发展理念、科技创新意识社会主义核心价值观等贯穿其中，树立积极向上的价值观、客观科学的世界观。部分教学内容与课程思政元素结合如下：

a职业素养——西班牙足球队皇马的第一代银河战舰（知识点：学习建筑设备的目的之一：设计配合与专业协调的需要）

b绿色发展理念、科技创新意识、爱国精神——CABR近零能耗示范建筑：中国建筑科学研究院环能院办公楼。（知识点：建筑设备的发展趋势）

c职业素养、社会责任——2010年5月，广州遭遇“史上最强”暴雨，引发思考。（知识点：室外排水工程的任务）

d职业素养、社会责任、绿色发展理念、科技创新意识——高碑店污水处理厂介绍。（知识点：污水处理厂处理工艺）

e社会责任、绿色发展理念——日本政府排放核废水事件（课后拓展，聚焦时事，开拓视野和思路）

f绿色发展理念（节水意识）——水费调研（知识拓展）

g职业素养、社会责任、绿色发展理念、科技创新意识——深圳建科大楼（全国首个绿色建筑和低能耗建筑，也是一座有地域特色的节能生态办公建筑）。（知识拓展：给水新技术的示范性建筑）

h职业素养——建筑给水系统设计案例（知识点：建筑给水系统设计）

i绿色发展理念、科技创新意识——给水系统常用管材（知识拓展）

j职业素养、社会责任——湖南省衡阳市衡州大厦火灾（知识点：建筑消防系统的重要性和任务）

k职业素养、社会责任——南昌张先生的烦恼事（知识点：建筑排水系统的任务）

l职业素养、社会责任、绿色发展理念、科技创新意识、民族自信、劳动价值观——雷神山医院（知识点：污水局部处理设备与设施）

m职业素养、社会责任、绿色发展理念、科技创新意识、民族自信——国家体育馆（鸟巢）屋面雨水排放系统的选择（知识点：屋面雨水排放）

n社会责任、职业素养、绿色发展理念、科技创新意识——集中供热的发展历史（知识点：集中供暖系统）

o社会责任、职业素养、绿色发展理念、科技创新意识——商丘地区冬季集中供暖推行“分户计量，按用热量收费”可不可行？（知识点：能分户热计量的机械循环热水供暖系统）

p职业素养、绿色发展理念——山东交通学院图书馆（知识点：建筑设计与自然通风的配合）

q职业素养、劳动价值观、科技创新和綠色发展理念——工科实训中心设备安装参观。（知识点：建筑给排水系统、通风系统相关设备和管道的施工）

r专业精神、职业素养、科技创新意识——开利博士与第一套科学的空调系统（知识点：空气调节系统的任务）

s科技创新意识、民族自信、绿色发展理念——我国空调发展简史（知识点：空气调节的任务）

t社会责任、职业素养、绿色发展理念、科技创新意识——本校地源热泵机房参观（知识点：空气调节系统的组成、热泵技术）

2.3改革实验、实训课教学模式

基于我院实际情况，开展建筑设备实验实训课，因时间、场地及设备等的限制，在具体的教学实施中的作用有限。使用虚拟仿真技术可以真正的实现以学生为中心，从而使教学过程转教为学。虚拟仿真具有三大特性：沉浸性具有以假乱真的存在技术;交互性可以实现人机交流;构想性可以根据需要开发不同的信息环境。利用三维虚拟仿真教学，学生以完成一个具体的任务为总目标，根据工艺流程，选取相关材料和设备进行工作，在教学软件的提示下，依次完成目标。 三维虚拟仿真教学可以真实的再现施工现场，实现逼真的施工流程及工艺细节再现;也可以做到无限循环，每个环节都可以反复操作;还可以对学生的学习过程进行实时考核，也能对信息进行统计分析。这种方法在提高学生技能，增强学生操作环节，提高学习兴趣等方面有非常大的优势[4]。

目前我院所用建筑设备虚拟仿真软件，采多学科仿真平台（MSP，Multi-Subject Simulation Platform）进行开发，能够为大型复杂系统的连续过程仿真提供设计、调试，数据访问、运行管理等功能的支持。是一个包含建筑给排水、暖通空调、建筑电气三维场景，设备运行状态模拟，并可进行师生互动的教学与练习平台。共包含建筑给水系统、建筑消防给水系统、热水系统、建筑排水系统、中水系统、水泵与泵站、给排水系统管道布设、建筑供暖系统、供暖设备、供暖管道布设、通风系统、通风设备与管道布设、空调系统、中央空调系统、空调系统设备与管道布设、建筑供配电系统、建筑电气照明系统等17项内容。采用理论学习与虚拟仿真实验相结合的教学方法。以中央空调系统运行虚拟实验为例，说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果。

实验目的：了解水冷中央空调系统基本组成，掌握水冷中央空调系统基本原理，掌握水冷中央空调系统循环运行基本操作。通过理论与虚拟仿真实验实训相结合，使学生更加深刻的了解中央空调系统的组成及运行情况。增强学生的学习兴趣，提高学生掌握、运用知识的能力。

实施过程：

（1）理论学习中央空调系统，如基本概念、分类，系统组成，常用水冷中央空调系统运行原理等。

（2）教师提出问题，引导学生思考和讨论。如某阶段，室外温度32℃，中央空调系统室内设定温度26℃，正常运行。如室外温度升至35℃，如要达到设定的室内温度，中央空调系统的运行工况应如何改变。以小组为单位，给出讨论结果。

（3）通过中央空调虚拟仿真模拟系统验证各小组讨论结果是否正确。加深学生对相关理论知识的理解，巩固学生对相关理论知识的掌握。教师进一步组织学生针对相关理论在虚拟仿真实验中的应用进行组内讨论并反馈，对小组中提出的问题进行探讨和解答。

（4）对虚拟仿真实验进行评价总结。教师依据验证结果，对学生的实验过程进行点评，对实验结果进行总结。

（5）教师进一步引导学生对实验结果进行反思。如，如何对各系统进行监控，如何更优化空调系统运行，实现节能。

（6）学生课后形成实验报告，并小组讨论第5步教师提出的问题。

实施效果：课堂理论学习与虚拟仿真实验实训相结合的教学方法的实施效果，从在课堂上，理论学习，提出问题，思考答案到虚拟仿真实验中的验证答案，反思答案并延伸，环环相扣，突破了日常教学中理论与实践相脱节的情况，“以问题为主线，以教师为主导，以学生为主体”，学生在教师的指导下经过思考，验证完成实验实训，并在这一过程中学习、掌握了知识和技能。这种方法不但能激发学生的兴趣，还能使学生体验到工作中的责任感，以及如何与他人沟通合作。

2.4 改革教学手段和方法

改变传统以教师教为主、以课堂教学为主的形式，采用混合式教学方法。以学生学为主、课内外结合教学的形式，倡导参与式、启发式、翻转式、探究式、讨论式等教学方法，采用现代化多教学手段、虚拟仿真、实物、案例、实践参观等教学手段。

2.5 变革考核方式

课程评价采用过程性考核（形成性评价）与终结性考核相结合的方式。教学过程性考核以课堂表现、实践操作、课后小组案例分析、作业、线上学习情况等日常表现进行评价。终结性考核以期末考试进行评价。学生课程成绩=（课堂表现×10%+实践课程×30%+ 案例分析×20%+課程作业×30%+线上学习×10%）×70%+期末考试×30%。终结性考核改变原有的纯标准答案考试，改为部分标准答案题、部分非标准答案题，注重知识运用能力考核。通过调整增加平时成绩的比重，引导学生更加注重平时的学习、端正学习态度，重视实践操作，进而更好地掌握所学的知识;这种考核方法也更加合理，能全面反映学生的学习效果。

3 课程教学改革实践分析

《建筑设备工程》教学改革自2020年实施，已在18、19级建筑学专业、土木工程专业，19、20级建筑电气与智能专业进行实施。通过本次教学改革，课程内容上体现了我院应用型人才培养的专业特色，通过改变教学内容，实验实训课教学模式，教学手段和方法，改革考核方式，提高了学生学习兴趣，使各专业学生最终掌握建筑给排水、采暖通风、空调及供配电工程中所要求的理论内容、实践内容，将建筑设备与本专业内容完美结合。通过加入课程思政，强调“知识传授”与“价值引领”并重，引导学生树立积极向上的价值观、客观科学的世界观。学生满意度和总体成绩有所提高，但后续还需要继续努力完善各项改革措施，进一步深化对本课程的教学改革。

参考文献：

[1]吕 超， 姜 坪， 刘利华.  “建筑设备”课程教学改革与实践分析——以浙江理工大学为例[J]. 黑龙江教育（高教研究与评估）： 2020， （9）.

[2]井汇. 关于《建筑设备》课程教学内容和教学方法的探讨[J]. 科技信息： 学术研究， 2008， （26）.

[3]马悠怡， 石海均， 武道吉. 《建筑设备》课程教学改革探讨[J]. 温州大学学报：自然科学版， 2007， （6）.

[4]马金忠， 展妍婷. 《建筑设备工程》基于三维虚拟仿真教学的任务驱动教学改革[J]. 科技视界， 2015， （24）.