新工科背景下课程体系与教学模式的改革实践

●刘宏丽

在新工科大发展的背景下，工程实践教育作为理论学习与工程实际应用的纽带，是培养学生工程能力和创新能力主要方式。建筑环境与能源应用工程专业符合新工科特征，“流体输配管网”是该专业的主干专业课之一，由基本原理、流体输配管网系统、设计计算、设备选型、拆装实习等部分组成的一个教学实践的课程体系。涉及供暖通风、空调制冷、给水排水、消防等专业系统，既有理论也有实践。通过本课程的学习，学生应当具备相关领域流体输配工程方案制定、设计与应用能力，能够解决流体输配管网运行相关技术问题，具备相关设备与系统安装、测试、调试、运行管理与操作能力，同时具备集成创新能力。

一、目前《流体输配管网》课程在教学中存在的问题

1.教学体系缺乏系统性。流体输配管网是介绍建筑物内部及其小区水、暖、通风及燃气、消防、灭火系统等的输配管网设计方法、水力计算原理等。原有教学体系是按照管流水力特性与枝状管网水力分析、枝状管网水力计算案例与分析、泵与风机的原理与性能、枝状管网的动力调节装置匹配、枝状管网水力工况分析与调节分别介绍，学生完成该课程学习之后，不能形成对流体输配管网的系统化认识，对相关后续课程的学习不能发挥基础作用。因此，现有教学体系不能充分满足于流体输配教学目标的要求。

2.与相关专业课程内容重复。“流体输配管网”第三章液体输配管网水力特征与水力计算与“供热工程”第四章室内热水供暖系统的水力计算相重复，均介绍了热水供暖系统管路水力计算的基本原理、重力循环和机械循环热水供暖管路的水力计算方法和例题。这会给教学过程带来较大的影响，不同课程的任课教师对同一内容的教学处理有不同的方法和认识，结果是学生的体会和收获不同，课时也重复浪费。

3.课程教学模式存在弊端。教师在教学过程中多数以传统的教学模式进行授课，学生处于被动接受知识的状态，缺乏对理论知识的深刻理解和灵活应用，难以激发学生的学习兴趣。泵与风机的结构、工作原理、联合运行等部分是流体输配管网中的重要章节，但是目前教学过程中，主要采用课堂讲述和一些图片演示，难以让学生有实质性的理解，对泵和风机的结构等始终是模糊概念，更难以理解泵和风机的调节运行，影响到了学生对管网运行和调节的进一步理解和学习。在讲授重力循环热水供暖系统管网水力计算时，即使理解了并联环路的理论基础，具体到并联环路水力计算时学生也还是难以下手。因此现有的传统型教学模式已经不能满足新工科大环境下对创新人才培养的需要。

4.课程教学内容缺乏创新。流体输配管网工程课程内容多，涉及范围广，包括气体输配管网、液体输配管网、多相流输配管网、泵与风机的基本原理、运行调节等内容，课程内容计算量大、图表多、公式多、依据的规范较多，并且与当前国内外出现的各种节能新设备和流体输配技术系统节能新理念密切相关，学生学习难度大。现有的各版本教材没有对当今流体输配管网的新技术和新成果做详细的介绍，如长距离输送热水管网新技术、水力平衡智能化、高效输配数字化、泵阀节能一体化和智能管控数智化等。这样就更难以激发学生的学习热情。

二、研究内容

本文主要研究符合建筑环境与能源应用工程专业特点和创新型人才培养要求的流体输配的课程教学体系和教学方法。其内容主要包括三个方面：

1.教学体系研究：包括模块化教学内容的整合，课程体系的优化。优化教学体系的途径是将教学内容模块化。通过对模块课程进行合理搭配，实现新工科教学目标。教学内容模块化是指将原有教学内容按其性质、结构、内容和逻辑关系整合为相对独立的若干部分，具体做法是将本课程的教学内容整合成4大模块，即泵与风机的原理与性能、枝状管网的动力和调节装置匹模块；流体输配管网的功能与构成、管流水力特性与枝状管网水力分析、枝状管网水力工况分析与调节模块；枝状管网水力计算案例与分析模块；设计模块。设计模块是实践的指导，包括负荷计算、系统选择、水力计算和设备选型部分。这4大模块边界清晰，相对独立，又覆盖了流体输配管网的基本理论和工程实践。

2.教学方法研究：基于项目教学结合案例的教学模式、指导方式和实践教学体系的共同构建。“项目教学法”最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，师生共同完成项目，共同取得进步的教学方法。注重理论与实践相结合，最大限度地增加学生学习的参与度，以此激发学生的学习兴趣，引导学生通过发现问题、思考问题和解决问题等让学生感受成功的喜悦。基于流体输配管网的课程特点，探索基于项目教学法的教学模式，同时将案例用于作业、思考题和讨论题的设计，以及课程设计训练构建实践教学体系。

流体输配管网的大部分内容的工程实践性很强，在课堂教学中采用项目教学结合案例的教学模式。满足对新工科人才培养“厚基础，宽口径，高素质”的要求，教学过程和实践过程融合在一起，将案例分析融入理论教学中，用理论教学指导课程设计，让学生在理论学时和课程设计学时阶段完成一个大的项目，将课程设计实践和理论知识讲授融为一体。比如在讲授完第一章流体输配管网的功能与构成和第二章管流水力特征与枝状管网水力分析之后，要求学生完成对应管路的水力计算；讲完第五章泵与风的原理、第六章枝状管网的动力和调节装置匹配之后，要求学生完成给水管网中水泵的选型。在设计过程中发现问题允许同学之间讨论，然后再在课上形成统一的认识，避免由于错误导致后续更大的问题出现。

这样，案例教学起到启发思考和衔接理论教学过程的作用；同时，要认真设计课后作业、思考题和讨论题目，将课堂教学中无法顾及到的细节通过思考题或者作业法方式留给学生课下学习和讨论，也可作为理论教学的补充。切记注意定期和不定期检查和督促，以保证教学质量。

3.教学设计研究。在教学过程中根据建筑环境与能源应用工程专业人才培养目标制定教学大纲，通过本课程的学习，使学生掌握流体输配管网技术的理论、设备、系统形式、设计方法、施工、运行调节、管理等方面内容。设计板块是重点，包括进行课程教学设计和教学过程设计，课程教学设计严格执行教学大纲要求，设定教学目标、知识框架和人才培养要求，要落实到每个章节每堂课的教学中，在课堂上实现教学方法和教学手段。在教学过程中，尽量做到智慧教学，合理利用智慧教学平台，对学生因材施教，达到大纲培养人才的要求。如：多媒体课件演示泵与风机的结构、泵与风的工作原理、泵（风机）的联合运行、泵（风机）的调节控制。设计计算中板书与多媒体配合，比如离心式泵与风机的基本方程的推导过程，板书推导，多媒体演示流体在泵与风机中的复合运动，实践证明这个知识点学生掌握深刻。

三、研究方法

在深入分析与总结建筑环境与能源应用工程专业培养模式和专业课教学要求的基础上，按照全国建筑环境与能源应用工程专业指导委员会制定的本科生培养指导思想，结合社会需求的实际情况，本着提高培养质量，改进培养模式，增强服务意识的人性化理念。采用“既有理论与实践分析→理论修正→实践总结→理论模型创新→投入运行”的思考路线，进行流体输配管网课程体系设置、师资队伍建设、教学内容与方式制定、专业技能培养、实践训练、考核评价标准和方式等方面的设计，探索研究建筑环境与能源应用工程专业课的培养流水线与质量控制体系的教学思考。

1.现状分析是本课题研究的切入点，因此需要对国内建筑环境与能源应用工程专业人才培养的专业课教学基本状况和数据加以调研。

2.项目加案例教学方法是本课题研究的关键，需要转换教育观念，更新教学内容，改进教学方法的教学实践。

3.应用能力课程平台是建筑环境与能源应用工程应用性人才培养的课程平台，而实践教学是应用能力课程平台的重点，因此，将根据建环专业应用型本科教育的培养目标，分模块分层次地安排实践教学内容，将实践教学充分体现在专业人才培养方案中。

四、解决关键问题

1.教学体系的模块化。将流体输配管网的教学内容分为4个模块。培养学生对流体输配管网的一种思考路径与工程概念；培养学生树立整体意识和统筹观念；设计模块是应用性较强的内容，目的是培养学生运行设计分析意识，在科学研究和工程实际中树立过程概念。

2.“项目+案例分析”型教学模式的构建。“边学边做边分析”是“项目+案例分析”教学模式的主要设计思路。在流体输配管网课程讲授中，将学生的理论学习与工程实践的培养结合起来，启发学生在“做”的过程中发现问题和解决问题。

3.教学过程中新技术的渗透。在流体输配技术飞速发展的今天，流体输配管网的教学过程不能单纯依靠教材教条地讲授课本知识，而应该将新产品、新技术和新成果引入课堂，实现新工科对人才培养“宽口径、高素质”的要求。以当今新技术、新思想的渗透方式，体现高等工科教育主动适应社会发展需求这一特点。

4.评价上的创新性。在评价学生综合能力的过程中，不仅要考察学生对基本知识的掌握，更要注重学生的创新能力的培养和实践过程的考核。

五、创新之处

1.提出“项目+案例分析”教学法。“边学边做边案例分析”的教学模式，将实际工程项目贯穿整个流体输配管网课程的教学过程，培养了学生在专业课学习中的基本能力：从实践中挖掘科学问题并解决问题的能力；技术改进的思路源于科学的分析能力。用实际工程促进学生对理论知识的理解和运用，培养学生的工程概念和创新思维，符合建筑环境与能源应用工程专业指导委员会提出的对多层次人才的培养，符合新工科大背景下人才培养的要求。

2.率先将流体输配管网课程体系划分为4大模块。将流体输配管网教学模块化，以开展系统性、综合性为教学目标，将教学体系进行有机组合，使课堂教学内容更综合、更便于二次开发。模块化即是可以组合、可以拓展、可以随着课程的建设和发展，不断地对其中的子模块进行调整。还可以实现因材施教，根据每班学生学习的不同情况调整模块的组合。

3.建立理论和实践融合的教学体系。以应用能力课程平台的教学环节为中心，以实际工程案例项目驱动为手段，以建筑环境与能源应用工程专业专业课教学特色为支撑，系统全面地构建起切实可行的完整有效的理论和实践融合的教学体系。

建筑环境与能源应用工程专业符合新工科特征，新工科也对专业课程教学提出了新的任务和挑战。流体输配管网课程的教学也必须紧密结合新工科特征，与时俱进，探索新的课程体系和教学模式。