赤峰学院建环专业“课程大作业+集中实践”教学模式的探索与实践

2022-10-17赵佳美王春林魏丽丽黄春辉

赤峰学院学报·自然科学版 2022年9期

赵佳美，王春林，魏丽丽，黄春辉

（赤峰学院资源环境与建筑工程学院，内蒙古赤峰 024000）

1 引言

赤峰学院是一所地方普通本科高校，学校的发展目标和办学定位是应用型综合大学，办学理念是“融入赤峰、服务地方、突出特色、转型发展”，突出培养“应用型、复合型、创新创业型人才”的人才培养模式，让人才培养紧扣社会需要、服务于地方[1]。建筑环境与能源应用工程专业（简称：建环专业）在这个办学定位和理念的指导下，2015年开始将该专业确定为供热、供燃气方向，目标为北方供热企业培养专业人才。供热供燃气行业人才缺口大，国内该专业多以培养制冷方向人才为主，学生毕业后进入供热供燃气行业较少，另学生就业后实践能力不足，不能很快胜任工作，为解决这一系列问题，我校该专业进行了系列课程体系和教学模式的改革，重点培养学生的工程实践能力和创新意识，取得了较好的效果。

2 课程体系

目前我国高校建环专业课程体系多为供热、通风、制冷、给排水、工程预算、电气自动化等构成，课程设计主要为这些课程对应的课程设计，每一个课程设计的时间一般为2～3周[2]。各门课程之间联系不够紧密。而现有的实践教学体系仍普遍存在以下问题：1.各实践环节之间知识相对孤立，缺乏有机联系和整体协调，不能形成科学完整的实践教学体系。2.实践教学程式化内容多，问题导向环节少，缺乏前后连贯的综合性实践环节[3]。

我校建环专业将课程体系分为四部分：基础课程、专业课程、典型创新课程、综合训练课程。各专业课程以供热工程、能源规划为主线，设置联系密切的其他专业课程，各专业课程深度逐渐递进，通过课程设计大作业汇报的形式巩固学生所学理论知识。课程体系中，每学期寒暑假均设有集中实践的典型创新课程，实践主要内容通常对应与本学期前后课程内容。专业课程体系图见图1。

图1 专业课程体系图

2.1 课程大作业模式

课程大作业是指在理论课授课过程中，穿插布置设计类大作业，学生应用所学知识以分组的形式完成。

课程大作业内容紧贴工程实际，很多是工程实际中可能遇到的问题。授课教师基于各专业课程自身内容、集中实践常见问题、学术热点方向等设计大作业题目，学生以分组形式团队协作，构建方案，得出结论，对结果进行分析，完成课程大作业。

我校建环专业本科课程体系共27门专业课程，13门课程设置了大作业，占比为48%，各年级课程大作业数量占比见图2。

图2 各年级课程大作业数量比例

学生完成每次大作业后，主要以汇报答辩的形式进行展示，教师对其进行评价，这一环节占有一定课时。图3为课程大作业汇报课时占该课程总课时比例。其中生物质能应用、能源环境概论、吸收式热泵技术和城市能源系统为专业核心课程、特色课程，课程大作业汇报课时占该课总课时比例也最大，其教学目标是要求学生能够灵活应用基本理论知识、综合创新，解决实际工程问题。Matlab工程应用、单片机、电工电子技术等课程为专业基础课程，要求学生掌握基础知识，能够进行数据处理，为专业核心课奠定一定的基础，这几门课程大作业一般要求学生课下完成，不做集中汇报答辩。

图3 课程大作业汇报课时占该课程总课时比例

图4是课程大作业汇报次数占比，可知《工业余热利用》占比最大为18%，城市能源系统、能源环境概论、吸收式热泵技术、生物质能应用次之。

图4 课程大作业汇报次数占比

《工业余热利用》课程是能源综合应用领域中的一项重要技术，是本校建环专业特色课程之一。教学目标是掌握建立低品位工业余热信息统计的方法体系，利用建立的理论方法与工具，定性描述低品位工业余热应用于城镇集中供暖各关键问題的优化目标，定量提出各关键问题的优化方法，从而指导系统全局及局部环节的设计与优化。其课程大作业具体内容包括：分析工业余热的供暖过程、选择最优取热流程、设计适合低品位工业余热供暖系统的运行调节方法。为毕业设计中的能源综合利用提供一个技术选择路径。对应毕业要求为“将传统的建筑环境控制技术与自动控制技术、建筑电气、电子技术等现代技术相结合，解决较复杂的工程问题。”

城市能源系统汇报次数占比为12%。如今，能源清洁低碳转型是全球能源发展的必然趋势。为改善能源结构问题以及供热行业由传统能源向新能源转化问题，课程主要介绍新能源如风能、太阳能、地热能等多种能源的特性，掌握燃煤热电联产工艺流程计算方法，对燃气蒸汽联合循环热电联产系统、风电资源利用系统进行分析，最终进行可再生能源如电力等系统的方案设计；集中供热的规划、区域综合能源规划。其课程大作业具体内容包括：燃煤热电联产方案设计、燃气蒸汽联合循环、热电联产系统分析；风电资源利用的系统设计、发展可再生电力的方案、不同流量下降低回水温度的途径、燃气热电冷三联供的分析、蒸汽系统热电冷三联供、热电协同方案设计；某市集中供热规划、某区中心能源规划、某区区域综合能源规划等。

由图4可知汇报次数占比10%以下的主要为专业基础课，注重掌握基础及应用，而占比10%以上的为专业特色课，要求灵活运用、有创新性思维，对既有供热方面技术的分析总结、凝练和提升，是重要考核内容，要求每阶段进行汇报，采取过程性考核加期末考试的考核方式。

课程大作业汇报出现高频词汇占总汇报次数比例见图5。出现的高频词汇有“供暖设计”“清洁供热改造”“流程优化”“清洁能源调研”“供热规划分析”“采暖季运行情况”“热电联产”“长输管网”“热电冷三联供系统”，这些高频词汇均与供暖一线工作密切相关，能够使学生在校期间对专业知识增加感性认识，毕业后短时间内进入工作状态，已毕业的学生，在工作实践积累经验，并能践行所学，用专业知识解决各种工作难题。

图5 高频词汇出现次数占总汇报次数比例

大作业的评价由授课教师团队组成评价小组，从学生对基本概念掌握、专业知识应用、设计方案可行性、技术创新性等方面进行成绩评定。评价等级共分四个层次，这有个空格90分及以上优秀，80-89分为良好，70-79分为中等，60-69分为合格。有大作业汇报课程学生参与度高，每位同学都需积极参与课程设计且都有不同任务，能够更好激发学生自主学习性。故课程成绩优秀和良好占比较大，平均成绩偏高，成绩差距相对较小，见图6为有大作业课程成绩分布。图7为无大作业基础课程成绩分布，其每阶段分布相对更均匀。

图6 大作业课程成绩分布

图7 无大作业基础课程成绩分布

2.2 寒暑假集中实践课程模式

本校建环专业人才培养坚持从社会需要和企业需求出发，深入分析课程目标来源，准确定位课程目标，不断完善实践教学内容，加强各实践教学环节的内在联系，改进实践教学方法。针对不同的实践教学环节，综合技术与非技术因素，探索合理有效的教学效果评价方法及教学内容[4]。集中实践教学贯穿于大一至大四四学年，共八个学期，均设有实习环节，主要在供热、供燃气企业进行。集中实践具体安排见表1。

表1 集中实践安排

第一学期寒假：供热系统认识实习

为认知性集中实践。实习地点主要为新城富龙燃气公司、富龙热电厂、市区内不同的小区换热站、赤峰富龙热力综合服务大厅等。通过实习，加强了学生的安全教育，使学生初步认识换热站，了解供热系统的运行情况；进行燃气管道巡检，了解燃气输配的原理，形成对行业的初步认识。

第二学期暑假：工人实习

为技能性集中实践。实习内容有供热管道施工安全教育、了解供热管道施工过程中加工工艺、电焊工艺、金属切割、管件连接等基本工艺，并能动手操作；参观换热站，了解停暖期供热系统的工作。

第三学期寒假：庭院管网认识实习

分组走访赤峰富龙热力综合服务大厅、赤峰市供热具有代表性小区的换热站、庭院管网，运用专业知识，对赤峰市不同小区的二次网实际运行情况进行测量，下管道井、进换热站测量数据。

第四学期暑假：燃气运行实习+管道施工实习

实习地点为新城富龙燃气公司、富龙市政中心、众联广场地下换热站。通过管道工程设计与施工课程的学习，了解加气站的运行流程，在实际市政工程中了解城市供热管道敷设的过程原理；参观不同种类的换热站，如分区供热换热站、混水供热换热站等，加深学生对专业基础知识的认知。

第五学期寒假：热网运行调节实习

该学期已具备一定的专业知识素养，通过对专业课程的学习及课程大作业的完成各专业课程大作业过程性考核，学生们可以独立完成管网测试、数据采集、方案设计分析、技术评价。

以2018级学生为例，学生分为两组，实习地点分别为赤峰、呼和浩特。赤峰组集中实践对象为赤峰学院、红山区二十一小。实习任务为：①测量赤峰学院二次网供暖季庭院管网运行情况及室内负荷并进行分析；②测量红山区二十一小庭院管网运行情况及室内负荷并进行分析。呼和浩特组集中实践对象为：呼和浩特市富泰热力有限公司。实习任务为：①对于呼和浩特市部分运行中存在问题的换热站进行调节，记录问题等；②测量某小区庭院管网运行情况及室内负荷并进行分析。

第六学期暑假：供热调研实习

调研供热行业发展现状，清洁供热改造规划，并做出前瞻性分析。

以2018级学生为例，分组开展工作，第一组：深入到内蒙古自治区的赤峰各旗县、巴彦淖尔、呼和浩特等地方农牧区供热情况进行调研，包括建筑形式、能耗情况等。第二组：对赤峰市的换热站进行现场调研考察，分析站内空间、运输通道，是否可以更换吸收式换热器，以及如何将吸收式换热器运输进换热站内。同时还对垃圾处理厂，以及污水处理厂进行了相关调研，明确其地理概况，以及它所能达到的热量可及为多少。第三组走访东北、华北、西北等区域，如长春、兰州、长治、淄博、青岛、郑州等城市的供热公司，进行供热调研，将供热公司上一采暖季的运行情况进行分析，分析热源、换热站以及热用户的水耗、电耗等状况，并进行对比，找出问题，并及时反馈给当地供热公司。第四组实习地点为：烟台、黑龙江、长春、鞍山、铁岭、锦州等城市，实习任务：对当地各类可用于供热的工业企业运行现状进行调研，包括各单位供热区域热源机组型号及出力情况、各工业企业可利用的余热资源情况，对数据进行整体分析，为当地提供一个简单的清洁供热规划方案。实习结束后，并将相应成果提交到清华大学建筑节能研究中心整理，提交给相关部门作为技术参考。

第七学期寒假：热源实习，为综合性、拓展性实习

以对供热企业热源技术优化、多热源调节、不同热源类型的匹配为重点，先后对呼和浩特、大庆、济南、青岛、赤峰等城市进行供热调研。

第八学期：毕业设计综合训练课程

学生经过前三年的基础课程理论学习→认知实习→课程大作业汇报→供热调研→综合实践实习”分层递进的立体化实习实训课程的学习，由热力企业技术专家和清华教师指导，进行专题研究，确定毕业设计(论文)选题，着手资料收集、文献阅读、方案设计、数据整理等工作，并形成合格的毕业设计(论文)[4]。优秀的毕业设计成果向中国城镇供热协会推荐，参加一年一度的“中国供热学术年会”。

3 课程体系的制度保障

3.1 学业导师制

我校建环专业成立时间较短，校内教师年轻化，实践经历少，为了专业教师能够深入参与到实践教学中，更加深层次的辅导学生集中实践等环节，采取培养与引进并举，将校内教师送到企业或高校进修，把校外的优秀工程师引进来，优化师资队伍。在供热行业专家、企业工程师的指导下，校内教师逐步确定科研方向，建立科研项目，并在学生入学初，由学生提交申请，经教师选择，建立学生学业导师制。“学生学业导师制”的建立，提高了学生学习主动性，学业导师带领学生在低年级开展科研训练，开拓学生思维，培养学生发现问题和解决问题的能力。在后续课程大作业和集中实践中导师担任课程主要负责人，能有针对性的对学生进行指导、因材施教，对学生的学术研究和职业规划都起到一定作用。

同时为了专业教师能够深入参与到实践教学中，更加深层次的辅导学生集中实践等环节，采取培养与引进并举，将校内教师送出去，把校外的优秀工程师引进来，从而优化师资队伍。对于校内教师提出每位教师入职初期除进行课堂理论教学培训要求外，还须在相关行业见习学习半年以上。并且，80%以上教师在清华大学进行为期一学期以上的访学或课程进修，通过专家考核评课后，方可参与到相关课程教学工作和独立指导学生寒暑假集中实践等工作。引导教师在专注理论教学的同时投入到工程实践中，提升能力与水平。在学校大力支持下，引进校外专家学者，特别是清华大学建筑节能研究中心江亿院士领衔的教学科研团队，聘请国内知名供热企业，如：赤峰富龙公用(集团)有限责任公司、大连海心信息工程有限公司、上海昱真水处理科技有限公司等单位的教授、工程师承担多门专业课程。在此基础上，组建成一支数量充足、结构合理、高水平、素质优良的多元一体化的实践教学团队。

3.2 校企合作制

我校建环专业于2019年被列为内蒙古自治区一流建设专业，依托于我国北方供热、供燃气行业，积极加强集中实践平台建设，一直与赤峰富龙公用(集团)有限责任公司、呼和浩特富泰热力有限公司、大庆市热力集团有限公司、济南热力集团有限公司等企业保持稳定的合作办学关系，集中实践教学活动全部深入企业，学校与用人单位一改传统的合作方式，探索出定向委托培养、校企联合培养、校企深度融合的办学机制，加强产学研合作。

通过一系列教学改革，我校建环专业连续三年荣获校级优秀毕业设计的比例高达50%。在课程大作业模式和寒暑假集中实践课程模式下，学生们始终关注理论和工程实际的关系，在学业导师制的保障下，参与科研活动，并取得许多优异成绩。2018年至今，学生在全国供热学术大会上共获得优秀论文20余篇，其中7位同学获得热力新秀奖，2名毕业生获优秀论文金奖。