“双碳”背景下地方高校“建筑环境学”教学改革与实践研究＊

2023-09-21张祖敬田旭松杨江红毛瑞勇

科技与创新 2023年7期

张祖敬，田旭松，杨江红，毛瑞勇

（贵州大学土木工程学院，贵州贵阳 550025）

1 研究背景

中国提出“力争2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和”的目标承诺[1]，该目标的提出赋予了相关能源应用学科更高的历史使命。《中国建筑节能年度发展研究报告2021》数据显示，中国社会总能耗中建筑运行能耗占比为22%[2]，且呈增加趋势，要实现“双碳”目标，降低能源消耗，势必要求对“建筑环境学”这门课程中的理论知识和工程应用有充分的理解和认识。

“建筑环境学”是高等院校建筑环境与能源应用工程专业非常重要的专业基础课之一[3]，其内容包括室内气流与热湿环境、室内空气品质、建筑光环境、建筑声环境等方面，是一门反映“建筑—人—自然环境”三者关系的学科。目前，“建筑环境学”课程在教学方法上，主要采用面面俱到的灌输式教学方法，学生普遍为被动式接受教育，不能调动学生学习的积极性，不利于学生掌握该课程的理论知识，同时，缺少实际案例教学，致使学生缺乏实际工程应用能力。学生掌握理论知识的目的是更好地应用到实际当中，并从实际中得到更高的反馈和认识，使得所学理论知识与实际应用融会贯通，相辅相成，若学生对相关学科知识的理解仅停留在理论层面，将会对其开拓创新思维形成极大阻碍。

因此，结合“双碳”目标积极开展“建筑环境学”课程教学改革，提高学生学习的积极性，改进教学效果，培养既深刻掌握该课程理论知识又懂得融入实际工程应用的人才，以此提高中国暖通行业整体水平，成为我们当前急需研究和加以解决的课题。

2 教学改革现状分析

“建筑环境学”作为暖通等相关专业必修的基础专业课，包含了声、热、建筑、光、生理、材料、心理等多方面内容，学习该课程可以加深学生对本专业的宏观理解，明确自身使命，因此，提高“建筑环境学”的授课质量，增强学生的学习兴趣和创新能力，使学生将理论知识与实际工程应用结合起来是“建筑环境学”教学改革的重点。

“建筑环境学”的教学改革一直是建筑环境与能源应用工程专业及相关学科众多学者研究的热点课程之一。郭铁明[4]将“建筑环境学”中的理论教学内容与实验教学内容相结合进行讨论，为改善教学现状提出了修改意见。张东亮等[5]分析了高校“建筑环境学”的课程特点和发展历程，介绍了“建筑环境学”课程建设对策，确保了“建筑环境学”课程建设的顺利进行。张敏慧等[6]结合自身多年的教学经验与教学方法总结了对“建筑环境学”及相关课程的教授技巧与方法。杜传梅等[7]对“建筑环境学”开展了MOOC 建设，以期为其他课程的MOOC 建设作出指导。王艳等[8]从实践教学、课程安排、新型教学方式和教师自身能力等4个方面对“建筑环境学”的教学提出了改进措施，并指出无论采取何种教学方法，应达到相应的培养目标，符合本校学生特点。简毅文等[9]从教学形式、教学内容等方面分析了“建筑环境学”课程的教学特点及现存问题，提出了对“建筑环境学”课程开展项目式教学的探索和思考。李志伟等[10]提出在“建筑环境学”教学中加入实践环节，通过制定相应的考核制度，有效利用学生的课余学习时间，起到理论联系实践的效果。赵颖杰等[11]将“新工科”教学理念融入“建筑环境学”课程的教学改革中，加强校企合作，推行顶岗实习，摒弃“一考定终身”的传统模式，强调对学生平时学习效果的评估，构建全新的综合评价体系。江燕涛[12]提出从“建筑环境学”课程的性质和特点出发，强化实践活动的多元化教学模式，并对该课程模式的应用情况进行了介绍。白雪莲等[13]提出应从该课程的特点和性质出发，充分考虑不同学校课程安排、学生人数和培养目标上的差异，探索合适的教学方法，提高教学质量。杨晚生等[14]提出了建筑环境学实验教学设置的主要内容和基本方式，同时结合教学实践提出了实验教学平台的建设目标。李翠等[15]利用BIM 技术在建筑行业的超前引领性，结合智能化、信息化、可视化、数字化技术，把“建筑环境学”各方面内容进行有机结合，建立综合虚拟教学实践平台，有效提升了“建筑环境学”的教学效果。

以上研究都是从理论出发结合少量实践教学探究“建筑环境学”的教学改革方案，极少从联系国家战略方针，以实际工程应用指导教学这一角度思考“建筑环境学”的教学改革。工科专业的教学更应注重理论知识在实际工程中的应用，因此，结合目前“双碳”战略目标，对“建筑环境学”的教学作出实际应用性改革，对于建筑环境与能源应用工程专业的学生更好地投入到今后的就业和科研工作中大有裨益。

3 “双碳”背景下的教改探索

结合中国提出的“双碳”目标和贵州省社会经济发展现状、自然资源条件、能源禀赋情况，进行“建筑环境学”课程体系改革，改进教学方式、教学内容、考核体系，增强学生的各方面能力，培养高度掌握理论、全面联系实际、紧跟实时政策、不断开拓创新的复合型人才，为“双碳”目标的圆满实现及社会经济发展贡献力量。

3.1 改革教学方式

传统的教学方式是教师为主，学生为辅，采用讲演法进行教学，即教师在进行知识讲授的同时辅以PPT 或黑板板书进行演示。这种教学方式教师占主导，忽略了学生的主体学习地位，学生一味地跟着教师的思路去走，思考问题时思维单一，理解浅薄，使课堂缺乏活跃气息，造成学生主观能动性缺失，大大降低了其创新思维能力。由此，将讲授法、实验法、课堂讨论法等教学方法进行结合，对以往单一的教学方式进行改革。采用讲授法并辅以相关案例分析，增强学生理论知识的同时使其对实际应用有一个相对的了解；采用实验法使学生直观感受到理论知识在实际中的具体体现与应用，并让学生主动动手参与到其中；采用课堂讨论法活跃课堂氛围，集思广益，开拓学生思维，增强教师与同学之间的沟通和学生的学习趣味性。近年来，虚拟现实技术的出现，对建筑环境产生了巨大影响，虚拟现实技术是一项将网络、人工智能、数字化等多项技术融为一体的综合性信息技术[16]。虚拟现实技术在“建筑环境学”等相关领域应用广泛，可实现建筑光环境、建筑热湿环境等多方面的虚拟。因此，建议在建筑环境与能源应用工程专业高等学校教学指导委员会指导下择优推广一批与“建筑环境学”课程相关的虚拟现实教学模块，各地方高校可结合当地年度气候气象、建筑辐射量、工业建筑环境相关产业发展特色等因素选择地方适用性较强的虚拟现实场景推广教学，具备条件的高校还可结合地方特色开发适用于地方主要产业相关的建筑环境虚拟现实教学模块，如在贵州，数据中心产业蓬勃发展，可考虑开发与数据中心冷却节能技术相关的虚拟现实教学模块，有效将虚拟现实技术和“建筑环境学”结合。除此之外，还可以将虚拟现实教学与物理教学相结合，如在人体热舒适性方面，可在一些特殊场景的虚拟现实教学系统中，增加人体对热、湿与声、光的物理感受。让学生有更好的学习体验，激发学生的学习欲望，想象力和创造力，使学生可以灵活应用该课程中的理论知识解决实际生活中的问题[17]。

3.2 教学内容创新

目前，在“建筑环境学”这一课程的教学过程中，教学内容的重点是教材中的理论知识，教师对教材中的具体公式与相应定理进行具体的推导与验证，好处是可以使学生加深对理论知识的理解与认识，弊端是学生对知识的掌握仅停留在理论层面，不懂得如何将其应用到实际工程中。对于工科专业来说，更注重的是实际应用，因此，对以培养服务地方专业人才的高校来说，应当在教学内容中，结合地方建筑环境、气候特征、产业发展等特点，适当融入一些实际工程应用方面的教学。以贵州地区为例，近年来贵州在数据中心建设、地热能、太阳能以及风能开发应用等方面快速发展。因此，在“建筑环境学”教学过程中，可适当融入一些地热能、太阳能、风能等新能源技术在建筑环境领域的应用、数据中心节能降温技术前沿以及建筑碳排放计算等相关内容，尽可能在教学过程中，增加学生在地方特色产业或新兴产业的实践认知教学环节。开展理论联系实际、兼具地方特色、紧跟国家战略的创新型教学，丰富学生的视野，拓宽学生的思想，使学生在从业后有较强的动手能力和实际应对能力。

3.3 改进课程考核

目前的考核方式虽然结合了平时表现和期末试卷成绩，但平时表现占比较小，总体来讲，考核方式还是以期末考试为主。然而，学习是系统性的，应参考过程及期终进行全面综合评价。单以期末考试为主进行评价，存在较大局限性，不能准确评价学习过程，甚至影响学生学习的积极性。并且，对于工科学生来说，平时表现和期末成绩均不能很好地反映出学生将理论知识应用到实际工程的能力，由此，采取“平时课堂表现+单元测试+期中测试+实践报告+期末测试”这种“五法合一”的分阶段考核办法，对学生的知识掌握情况与实际应用能力进行全过程、全方面综合评价，增强学生的学习积极性。

3.4 提升创新能力

“双碳”目标的提出给本专业带来了更多的机遇和挑战，体现了社会和国家对创新型人才的需求，创新能力是民族进步的灵魂、经济竞争的核心，当今社会的竞争，与其说是人才的竞争，不如说是人的创造力的竞争。以往的教学更加注重学生的专业能力培养，而如今缺少的是具有创新意识的人才，因此，在课堂上要积极传授与本课程相关的实时政策，使学生养成关注时政的习惯，同时，组织学生参加与“建筑环境学”这一课程相关的创新型竞赛，指导学生学习新软件，鼓励学生创建新模型，支持学生提出新思想，挖掘每一个学生的创新潜力，培养学生的创新意识，激发学生的创造积极性。