“建筑智能环境学”课程教学改革与实践思考

何春红 李洪超 贺婉茹 任斌

基金项目：2020年国家一流本科课程“微机原理与单片机技术”（项目编号：No.2020131208）；2020年广东省高等学校特色专业建设项目“建筑电气与智能化”（项目编号：No.20200006）；2021年广东省教改项目“基于OBE的全过程递进式本科实践课程体系改革与实践——以建筑电气与智能化专业为例”（项目编号：No.20210697）。

作者简介：何春红（1982—），女，硕士，东莞城市学院城建与环境学院高级工程师，研究方向为人工智能、建筑智能化、建筑环境学等；李洪超（1965—），男，博士，东莞城市学院城建与环境学院高级工程师，研究方向为人工智能、建筑智能化、仪器仪表等；贺婉茹（1987—），女，硕士，东莞城市学院城建与环境学院讲师，研究方向为人工智能、建筑电气、仪器仪表等；任斌（1975—），男，博士，东莞理工学院国际微电子学院教授，研究方向为人工智能、电子技术、智能控制等。

摘  要：“建筑智能环境学”作为建筑电气与智能化专业的一门重要的基础课程，教育工作者在教学中应遵从课程性质和特点，制订不同的培养目标，并选择合适的教学方法，促进教学质量的不断提高。由于该课程具有较强的理论性，教师在教学中需注重实践环节的设置，以丰富理论知识的讲解。课程还具有一定的综合性特征，教师要充分考虑其与其他课程之间存在的关联性，加强对课程教学内容的改革和实践能力培养的思考。文章分析了课程教学的难点，对课程教学改革与实践措施进行了详细阐述。

关键词：建筑智能环境学；教学改革；大学教育

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）32-0130-04

建筑电气与智能化专业是一门新兴专业，“建筑智能环境学”则是该专业的核心基础课程。该课程教学的主要目标是将学生培养成为社会主义现代化建设需要的高级工程技术人才，使其在学习过程中逐渐掌握扎实的执业注册工程师基础知识和基本能力，具备较强的实践能力、较高的综合素质等，进而获得德智体美劳的全面发展，实现素质、知识与能力的协调统一。建筑电气与智能化是以建筑环境为对象，相关专业的教育工作者在教学改革和实践过程中，必须注重对学生综合应用能力的培养，还要保障建筑环境达到安全、舒适、节能等目标。

一、教学难点

首先，通常将课程设置为56学时，其中的10课时用于实践教学。在实际的教学中采用《建筑智能环境学》和《建筑环境学》这两本能满足教学需求的专业教材。但是，由于部分教材内容重复出现，且理论性较强，在“智能化”的体现上明显不足，教师在教学过程中须做出针对性的补充与引导。现有的建筑环境学教材中涵盖大量计算、公式和图表，学生对很多内容难以理解，对学习感到十分枯燥，加上教材中含有大量的专业术语和理论公式，学习起来会非常有难度，如果教师不加以有效引导，学生就会很容易失去学习的动力［1］。实践调查研究发现，该专业学生也有着自身的独特优势，在学习“建筑智能环境学”这门课程之前的一个学期就已经学习过“C++程序设计”“Python程序设计”“自动控制原理”和“建筑设备”等课程，学生学习本门课程时已经掌握了编程知识和智能建筑环境的一些基本知识，具有一定的程序设计能力，为学习此门课程教学奠定了基础知识和基本能力。

其次，重难点知识的讲解和深度内容讲解的把握方面。本课程涉及的内容繁多，为教学工作的开展造成了较大的难度。这就要求教师在讲解的过程中，要做到对重难点知识和讲解深度的准确把握，在同一时间段从不同的侧重点进行同一知识点的讲解。在教学设备自动化系统时，会提到智能建筑的空调系统［2］。在建筑环境的智能化系统设计中，空调系统有着极其重要的地位，这也是其成为教师重点讲解的对象的原因。类似的情况在本门课中并不少见，因此，相关教育工作者有必要针对内容涉及的知识面广、知识和理论性强的特点和性质，要对课程的教学内容和方式方法进行改革与优化。

最后，课程实用性并不显著。建筑智能环境学课程内容主要针对对理论内容知识的推理及分析，实际与本课程相联系的关键实用问题和应用相对来说较少，学生在学习过程中会普遍认为，课程内容大都讲的是大道理，太过抽象、空洞，缺少实际应用性［3］，学生学习的兴趣较低迷。

二、教学目标与要求

该课程的主要目标在于，学生通过对该课程的学习，能够对有关城市建筑的智能环境的一些基本概念和基本原理形成全面、准确的理解和分析，全面掌握与构建智能建筑环境的一些基本理论和方法，并对该学科研究的最新发展动態有所把握。

三、智能建筑的构成

智能建筑由建筑物本体与智能化系统构成，而智能化系统则包含公共安全系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、信息设施系统、机房工程以及智能化集成系统，将这些系统进行优化组合，便构成了建筑物的智能化功能。其中的信息设施系统又包括通信接入、电话交换、信息网络等；信息化应用系统一般包括工作业务应用、物业运营管理、公共服务管理等其他业务功能所需要的应用系统；公共安全系统通常包括火灾自动报警、安全技术防范与应急联动等［3］；建筑设备管理系统能够实现数据共享，包括公共安全等相关系统的数据信息资源，且根据建筑物业管理的需求，来生成建筑节能、建筑设备及建筑环境优化管理所需的一些相关信息分析和统计报表。系统具有一定的可靠性、容错性、易维护性及可扩展性。

四、建筑智能环境学课程教学改革实践路径

（一）对教学内容进行适当补充和简化

对教学内容进行适当补充，就是要找出该课程与其他课程之间存在的联系，如热力学、声学、光学、信息技术、自动控制管理等。空调系统作为建筑智能化中非常重要的一部分内容，对学生的学习有着更高的要求，不同的课程对空调系统介绍的侧重点也不同。在讲解本课程中的热湿环境这部分内容时，应从建筑设备和设施智能控制的角度入手，以改善室内环境的控制需求。空调系统作为改善室内热湿环境的主要方式，其发展愈发成熟。通过联动开启空调系统门可以促使室内热湿环境达到“舒适”的状态，教师在教学这门课程时，要对这部分重点内容进行适当补充，引导学生进行有侧重点的准确把握。

此外，由于学习该专业的学生对于较为复杂的综合性知识点的掌握比较困难。教师在教学过程中须立足学生实际，对一些繁重的公式推导和建模过程等加以适当的简化，以循序渐进的方式引导学生逐步掌握专业知识点。在学习信息通信系统时，可以着手模块及其功能体现进行分析，或者针对信息原理的观点，对信息的获取、传输路径及处理方式等问题加以深入研究，又或者可以着手对控制策略的产生加强研究。

（二）注重对教学方法的丰富和完善

“建筑智能环境学”课程的核心思想是“智能化”的应用与实现。教师在教学过程中可以充分借助移动终端和互联网等信息技术，通过建立“微课”“慕课”等方式，为学生讲解相关内容。在讲解信息原理与方法模块的内容时，教师可以在课前到小区物业录制短视频，以加深学生对知识的理解。教师也可以组织学生开展专题研讨会。在讲解某一章节的内容时，教师可以先简单介绍一下该章节所要教授的重难点，以及知识在专业体系中的地位与用途，之后再鼓励学生以小组为单位，根据本章节内容进行相关的资料、案例或新技术理论等的搜集，并针对自己特别感兴趣的问题展开积极讨论。学生在每完成一个章节的学习任务后就进行一次专题讨论。在这个过程中，教师强调可以展开进一步研究的课程内容，并为学生提供一定的讨论方向和思路。

在绪论中讲解关于典型建筑风格的内容时，会遇到非常典型的北方建筑，如地坑窑［5］。南方学生在看到地坑窑后的第一个反应可能就是，会不会在下大暴雨的时候被淹掉。之所以产生这种疑问，就是因为南方多暴雨天气，他们对于如何防雨防水最为关注，但却对北方的天气不甚了解。要知道，北方地区有着较强的蓄水能力，且降水量少，洪灾的可能性极低。教师在教学实践过程中从这个角度入手，可以激发学生的学习欲望。

（三）加强对学生应用能力的培养

《建筑智能环境学》这本教材中含有大量的图表与公式，很多曲线都是由公式在固定参数下进行绘制的。教师在教学中可以引导学生利用计算机软件进行相关的计算和曲线的绘制，以达到培养学生应用能力的目的。这样呈现出来的曲线和数据都比较生动，学生也能更加直观地观察到参数变化对曲线的影响。在实践过程中，对于比较简单的计算和曲线绘制，可以借助Excel软件，而对于比较复杂的，则可利用MATLAB软件进行求解与作图［6］，比如一维不稳定壁面的热传导问题等。教师通过将专业培养方案结合后续课程，可以帮助贯穿于教学的整个计划中，并在实际教学中展现出来。

建筑外环境的内容中包含太阳高度角、真太阳时、大气透明度等，学生面对那些枯燥的公式时，很难提起学习的兴趣。教师可以借助一些计算工具，如运用真太阳时计算工具可以计算出任何一个地区和时间的真太阳时、标准太阳时等。这一计算工具看似简单，但可以将太阳时的定义及不同太阳时的区别更好地展示出来，学生也能通过对太阳时和太阳方位角、太阳高度角等概念与计算方法的深入思考，尝试制作一个相类似的工具，以进行相关参数的计算和分析。虽然这一工具可以为准确计算出真太阳时提供便利，但其涉及的内容大都属于易学范围，要让学生能够从辩证的角度看待两者的关系。

（四）精心布置大作业

“建筑智能环境学”与智能建筑有着十分紧密的联系。然而，我国很多地区的建筑智能化发展水平仍停留在初始阶段。在信息技术的飞速发展下，在当前的各个行业中，运用信息技术对传统产业进行升级改造成为一大趋势，建筑智能化人才的培养成为该专业教学的主要目标［7］。教师在布置大作业时，可以让学生自行查找与所学课程相关的资料，以此来实现对学生的资料检索、程序设计以及信息技术应用等能力的培养。教师可以在讲解完课程绪论的内容后，将大作业选题公布出来，让学生提交方案。

选题时间教师可以规定为1—2个星期，学生在1—2周内拥有大量的时间进行查询与搜集资料，并根据自己的兴趣来确定选题。学生在选好题后，则由教师对题目进行审核，防止学生的选题过于宽泛或者太简单，达不到要求。经过教师和学生的详细分析后，需要进一步引导学生进行更深层次的探索，将课题组分工、评价与探索过程展示出来［8］。在课程教学的最后一个星期，教师则可以抽出两个学时来组织学生进行大作业完成情况和完成内容的汇报和答辩，教师要对课程组学生作业的完成质量、作业的完成工作量以及小组成员的任务分工情况等进行详细的评估，培养他们的数据库和网络技术的应用能力，为综合素质的提升打好基础。

（五）提高对学生实践学习的要求

在实践教学中，教师要将培养学生的综合应用能力作为主要的教学方向和目标，并结合实际学习和应用，提高对学生实践能力的要求［9］。

课堂上可以展示广东气象网整点天气24小时实况数据页面，如图1所示，可以动态显示广东的降水量、相对湿度、温度等相关参数。在实验测量之前，可以将此页面图片展示给学生，让他们形成初步的认知，并懂得应该怎样去查询气象部门测量的气象数据。在实验过程中需要进行理论计算，应让他们运用计算的理论值和此次的实验值做对比，进一步对误差进行分析，对来源进行探索。学生的报告必须是电子版，数据曲线也必须用作图软件进行绘制与处理，而不能是手绘后扫描的版本。通过对学生提出这样的要求，可以很好地锻炼他们的数据处理与展示能力。

（六）课程考核与评价方式的改革

在这门课课程教学中，任课老师可以将考核分为两个环节，即平时课堂作业成绩和期末考试成绩［10］，将这两种考核方法结合起来，使考核结果更具科学性。平时成绩应包含日常的出勤情况、课堂表现情况及大作业成绩等，并将此部分的成绩评定比例提高到40%。期末考试也可以采取开卷进行的方式，将对学生综合应用能力的考核放在首重位置，对知识及记忆性的要求进行适当弱化。学生最后的总成绩则由“平时成绩+期末考试成绩”的总和来确定。

五、结语

近年来，建筑电气与智能化在社会与经济发展的带动下，逐渐成了一个朝阳产业。建筑智能化技术是实现智能建筑环境的基本物质保障，“智能建筑环境学”课程教学改革的最主要的目标就是将各类软硬件资源进行优化组合，通过运用最新的建筑智能化先进技术，对建筑物内的安全防范系统、照明系统、动力系统、通信网络等模块进行整体协调，以建造成一个完整的体系来满足用户对良好声环境、光环境、热湿环境等的要求。相关教育工作者应立足当前的实际情况，对该课程进行相应的改革，在保障教学质量的同时，帮 学生实现综合能力的全面发展，为学生的未来发展打好基础。

参考文献：

［1］ 丁研. 新工科背景下智能建筑课程创新思考与实践［J］. 高等建筑教育，2023，32（03）：56-62.

［2］ 周迎，徐亚寅，丁烈云. 基于环境智能的建筑智能终端［J］. 华中科技大学学报（自然科学版），2022，50（08）：1-10.

［3］ 刘海燕，靳俊杰. 建筑环境学教学中的课程思政教育探索［J］. 教师，2021（32）：87-88.

［4］ 张丹. 绿色智能建筑对建筑学的设计要求分析［J］. 住宅与房地产，2021（05）：78-79.

［5］ 黄佑凤. 绿色智能建筑对建筑学的设计要求运用［J］. 智能城市，2019，5（14）：74-75.

［6］ 任晓霞，宋海明. “建筑智能环境学”课程教学改革［J］. 數码设计，2017，6（08）：85-86.

［7］ 崔莉. 高职院校个性化实践教学的改革与思考——以建筑智能化工程技术专业为例［J］. 中国培训，2017（02）：118-119.

［8］ 伍银波. “建筑智能环境学”课程教学改革与实践［J］. 教育教学论坛，2014（16）：53-55.

［9］ 李浩. 浅谈绿色智能建筑对建筑学的设计要求［J］. 中国新技术新产品，2013，（11）：215-216.

［10］ 温炎涛，彭立宁. 绿色智能建筑针对建筑学专业的设计要求［J］. 价值工程，2012，31（33）：91-93.

（责任编辑：淳洁）