基于新工科人才培养要求的实验教学体系改革

摘要：在新工科背景下，针对建筑环境与能源应用工程专业传统实验教学的考核评价方式无法反映新工科背景对学生能力及综合素质的要求的不足，在现有考核评价方式基础上，结合新工科对学生能力的要求及开设的创新实验的特点，形成了过程评价与结果评价结合的定量化考核评价方式。同时探讨了基于新工科背景的建筑环境与能源应用工程专业实验教学体系的构建。实验内容和实验教学体系的改革，可为培养建筑环境与能源应用工程专业必需的新工科人才奠定基础。

关键词：新工科；建环专业；教学体系；改革

中图分类号：G642文献标识码：A

Abstract：Underthebackgroundofemergingengineering，theassessmentandevaluationmethodsoftraditionalexperimentalteachingonbuildingenvironmentandenergyapplicationengineeringcannotreflectthedeficiencyoftherequirementsofemergingengineeringonthestudents'capabilityandcomprehensivequality.Basedontheexistingassessmentandevaluationmethods，combinedwiththerequirementsofnewengineeringdisciplineonstudents'capabilityandthecharacteristicsofinnovativeexperiment，aquantitativeassessmentandevaluationmethodcombiningprocessevaluationandresultevaluationisformed.Atthesametime，theconstructionoftheexperimental teachingsystemofthemajorofthebuildingenvironmentandenergyapplicationengineeringbasedonthebackgroundofnewengineeringdisciplineisdiscussed.Thereformoftheexperimentcontentsandexperimentteachingsystemcanlayafoundationforcultivatingtalentsonemergingengineeringnecessaryforthebuildingenvironmentandenergyapplicationengineering.

Keywords：emergingengineering；buildingenvironmentandenergyapplicationengineering；experimentalteaching；reform

1概述

随着世界范围的科技革命和产业变革，新技术、新经济的蓬勃发展促进着高等教育中工程教育的改革，新工科建设的提出正是对工程教育改革的积极引领。新工科建设是具有中国特色的、复杂的系统工程［1］，核心目标可以表述为主动布局、设置和建设服务国家战略、满足产业需求、面向未来发展的工程学科与专业，培养造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力、动态适应能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才，使我国工科教育能够对接新经济、新产业的发展需求［23］。新工科最显著的特征与要求就是学科的交叉融合，具有很强的学科交叉性与综合性。

建筑环境与能源应用工程（以下简称“建环”）专业是新型交叉学科，跨行业、跨学科，内容覆盖面广，涉及供暖、通风、空调、给排水、消防、新能源利用、城市燃气、建筑节能技术、建筑智能化等多个领域［4］。随着经济技术和社会的发展，专业内容与研究方向也逐渐结合了“互联网+”“大数据”等先进技术，紧密结合低碳零碳、新能源开发利用等热点方向，营造舒适的人居环境的同时关注建筑能源的高效利用，发展智慧建筑能源和智能热网［5］。建环专业作为成功入选新工科建设的专业，呈现出极其贴切新工科特征与要求的业态。而教育部新工科建设的推进也对专业人才培养提出了更高的要求，亟须进一步培养学生的研究和创新能力、多学科知识融合能力，以及解决复杂工程问题的能力，更要锻炼学生的家国思想、社会意识、团队合作与跨学科系统思维，形成高素质、复合型建环人才的培养体系［67］。

实验教学作为理论教学的重要补充，在建环专业人才培养中发挥着至关重要的作用，是培养学生创新能力、实践动手能力、解决实际问题能力、团队合作意识的关键［4］。在新工科背景下，专业实验教学在实验内容设置、实验教学方法上已进行了相对广泛的探索，对于实验课程的考核评价方式与建环专业实验教学体系的构建还需进行进一步研究，以下以北京工业大学建环专业实验教学为例，对新工科背景下实验教学体系的构建与改革进行初步探索。

2实验课程体系的优化整合及实验课程考核评价方式的改革

2.1实验课程体系的整合

我校建环专业的实验教学经过多年的实践探索，已形成了结合本校学生实际和专业特色的实验教学体系。近年来，在新工科建设的推进下，建环专业又进一步完善和优化了实验课程体系，在对基础专业实验（见下表）进行整合优化的基础上，结合学科前沿和专业热点，完善了创新实验平台的搭建与实验内容的更新，在创新实验中加入了互联网、大数据、新能源利用、智慧供冷、供热等新工科内容。增设的创新实验包括太阳能光伏、光热系统性能综合实验、低碳多能互补能源系统实验、基于物联网的建筑能耗数据挖掘与评价实验、小温差高效相变储热（冷）技术实验、供热、供冷系统性能的评价分析实验、空调房间流场与温度场的测量与评价分析实验等。创新实验的引入，突破了传统专业实验大多是结合理论课堂知识的验证性实验的不足。通过创新实验的开设，学生在学习专业理论知识的同时，充分了解学科前沿，融入了学科前沿，深入分析和跨学科解决问题的能力，用先进技术手段解决实际问题的能力得到提升。创新实验对学生提出了更高的要求，要求学生之前要查阅相关的资料，并掌握一定的分析和解决问题的先进工具和方法，培养了学生的科研水平和创新意识。

2.2实验课程考核评价方式的改革

传统的实验考核评价方式主要侧重于实验中教师对学生实验操作技能的观察、实验后实验数据的处理分析、实验报告的撰写等。然而，创新实验的引入这样的考核评价未能对学生的创新能力、解决实际问题的能力和跨学科知识融合能力等进行充分的评价，不能够全面反映学生在实验课程中的综合能力和素养，主要问题集中在以下方面。

（1）专业实验课程主要依赖实验报告进行课程考核成绩评定。学生在实验后完成实验报告，主要内容重点在数据记录、数据处理、结果分析、结论，这样的评价多为结果性评价。

（2）创新实验课程考核只有通过、不通过两种方式，体现不出学生的创新能力和水平。

（3）学生的实验实际操作技能与实验相关的理论知识水平并不能得到准确评价。学生实验的实际操作大部分依赖实验中教师的指导，学生并未真正理解实验原理与目的，甚至不知道实验装置的工作原理，只是机械性学会了如何操作仪器，并按步骤进行调节与记录数据。

针对以上不足，结合对新工科高素质复合型人才培养的需要与开设实验的实际情况，我们在实验考核评价中采用过程评价与结果评价相结合的方式，量化学习成果考核指标。实验课程的成绩采用报告成绩（40%）、答辩成绩（30%）、过程表现成绩（30%）来进行综合评定。

重视过程评价，强化实验过程管理，学生通过先期阅读实验指导书，查阅实验相关的文献资料，理解实验原理和内容，设计具体的实验步骤和实验方案。指导教师从实验设计、实验方案制订、实验操作、数据记录和数据预处理、实验中对相关知识的理解、遇到问题时能否提出解决的思路等环节评价学生的学习效果。

实验报告和答辩环节是考核评价的重点。在实验报告撰写中，摒弃了学生简单地描述实验现象和提交实验数据的撰写方式，鼓励学生使用数据分析软件、大数据处理软件、数值模拟软件等对实验数据进行更深层次的处理分析，完成实验报告。对于实验中可能是失败的实验或者不符合常理的实验结果，鼓励学生能够尝试运用课程所学知识进行解释说明，巩固课上所学知识，提升学生的理论联系实际的能力。同时在实验报告考核中还增设了一些新的环节，有助于学生全面素质的培养。这些环节包括：（1）增设思考题、案例分析环节，让学生根据思考题的引导深入思考实验现象及实验过程中遇到的问题与困难，再结合实际工程案例，理解并分析实际案例中的设计要点与设计原因，进一步深化理论知识的理解和掌握，增强创新能力，培养学生从实验向实际工程思维转变的意识；（2）增设实验感悟环节，引导学生反思当次实验，对实验过程和结果进行回顾和总结，形成较为系统和全面的实验思考，也会有对实验中的问题、挑战和意外情况进行分析和思考，培养了学生正确的科学态度与批判性思维；（3）增设了小组分工、自评与他评环节，学生在小组合作中合理分配任务，协作实验加深团队协作经验，评价自己与其他组员的任务完成情况，综合考查学生个人在小组中的贡献量，培养学生的团队意识、合作精神和沟通能力。

完成实验报告后，学生制作课件进行实验答辩，要求学生口头表达实验原理、设计以及自己的实验过程、结果和结论，锻炼学生的口头报告技巧及语言组织与表达能力。重点考查学生对实验原理与实验目的的理解，考查学生对实验设计中重点的思考、对难点的克服，对实验操作中遇到的问题进行的思考解决，对实验结果的解释和应用，加强学生将理论知识应用于解决实际问题的能力。教师在答辩中提供实时反馈，为学生提供与教师充分对话的机会，帮助学生纠偏，方便学生对理论知识的学习进行查漏补缺，促进学生的个人和学业发展。

3新工科背景下建环专业实验教学体系的构建

3.1搭建实验创新平台

我校建环专业注重推进创新实验平台的不断建设。实验平台是实验教学的硬件条件基础，为培养学生的创新能力，特将新能源、大数据、互联网技术等引入实验教学，搭建相应的创新实验平台。这些创新平台和实验内容的增加，使得学生对新能源、大数据和节能技术等学科前沿在建筑中的应用有了深层次的理解，利用大数据分析对系统的性能进行优化、分析、评价，提升了学生解决实际问题的能力和手段［4］。此外，把握多学科交叉的重大项目研究、高水平师资团队引进等契机，加快建立多学科交叉实验平台［67］。

3.2建立质量保证体系

为提高教学质量，更好地培养高素质的复合型交叉学科人才，我校建环专业在采用结果评价与过程评价相结合的定量化学习成果考核方式的基础上，构建了上一轮实验学习效果分析、下一轮实验持续改进的体系，依据每届学生学习成果的考核评价数据调节实验教学方式与考核评价方式，支持实验教学质量持续改进，培养学生的综合能力。

根据工程教育专业认证理念，结合高等教育中工程教育发展趋势，建环专业构建了实验课程的持续改进体系，保证了课程教学质量。以学生的实验课程成绩数据评估教学目标达成度，分析实验课程教学过程中实验内容、教学方式等方面存在的问题。结合上一轮改进的效果，制定下一轮实验课程教学的改进措施，构成循环式的实验教学质量持续改进体系，改善实验的教学内容与教学方式，优化实验的学习成果考核评价方法，不断提升实验的教学质量。

3.3加强实验教学队伍建设

我校建环专业制定了教师职业发展路径与定期培训制度，提高教师实验教学的专业水平与教学能力。选聘行业技术专家担任兼职教师或实验教学评议委员，为实验教学的方式提出改进建议，为实验教学的内容提供专业支持与指导。制定教师到企业实践的相关政策，鼓励教师进入相关企业了解前沿技术发展现状，了解高校科研成果转化落地措施与情况，进行实践锻炼，了解行业技术发展动态与企业对人才的具体要求。增强教师的工程实践意识，使实验教学内容与方式更加贴近行业产业需求，有助于培养高素质、复合型、跨学科的建环专业人才。

3.4完善校企协同育人机制

加强校企协同，通过建立从理论、实践到探索学习的教育链条，实现理论教学和实验教学的交叉螺旋进行，重点培养学生应用专业理论开展实验分析和实验设计到解决实际工程问题的能力，有目的地融入企业实际工程项目，使学生获得有意义的综合设计体验，培养复合型跨学科建环专业人才的综合品质和工程能力。建立和完善与其他高校、科研院所、行业单位等之间的协同育人体系，实现实验教学与经济社会发展的有效“耦合”。

结语

随着“互联网+”、大数据、人工智能、智能制造等不断深入工科，新工科建设对建环专业提出了培养创新意识强、动手能力强、综合素质高、学科视野宽的复合型高素质人才的目标与要求。培养过程中，实验教学扮演了十分关键的角色，针对建环专业传统实验教学的考核评价方式过于单一，无法反映学生综合能力的问题，在现有考核评价方式基础上形成了过程评价与结果评价结合的定量化考核评价方式。对建环专业实验教学体系进行了调整，对体系的构建进行了讨论。通过实验教学体系的改革，学校不断提高人才培养工作的针对性和有效性，为培养新工科建设所要求的建环专业人才奠定必要的基础。

参考文献：

［1］林健.面向未来的中国新工科建设［J］.清华大学教育研究，2017，38（02）：2635.

［2］张东海，高蓬辉，黄建恩，等.新工科背景下多学科交叉融合的建环专业人才培养模式探索与实践［J］.高等建筑教育，2021，30（1）：19.

［3］林健.新工科人才培养质量通用标准研制［J］.高等工程教育研究，2020（3）：516.

［4］李俊梅，蔺洁，王宏燕，等.基于新工科人才培养要求的建环专业实验教学内容的改革探索［J］.科技风，2022（35）：7880.

［5］倪龙，姚杨，姜益强.新工科背景下建筑环境与能源应用工程专业一流本科人才培养探讨［J］.黑龙江教育，2020（5）：2931.

［6］刘晓月.应用型高校建环专业实验教改研究［J］.现代商贸工业，2024，45（01）：266268.

［7］刘宇雷，佘明.“新工科”背景下高校实验教学体系建设探索［J］.实验技术与管理，2019，36（11）：1921+32.

项目基金：北京工业大学城建学部教学研究项目（CJXBYB202109）

作者简介：李俊梅（1970—），女，汉族，河南新密人，博士，教授，研究方向：建筑火灾安全及建筑节能。