2024年“做中學(xué)”理念在暖通空調(diào)課程教學(xué)中的探索與實(shí)踐

第頁2024年“做中學(xué)”理念在暖通空調(diào)課程教學(xué)中的探索與實(shí)踐摘要：

針對建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，先進(jìn)行“暖通空調(diào)”課程學(xué)習(xí)再進(jìn)行相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)這種教學(xué)模式，提出并實(shí)踐了基于“做中學(xué)”的教學(xué)模式改革。筆者從原教學(xué)模式存在的問題分析入手，提出將“暖通空調(diào)”理論課程學(xué)習(xí)與隨后的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行恰當(dāng)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)將“做中學(xué)”的教學(xué)模式應(yīng)用于“暖通空調(diào)”專業(yè)理論課程教學(xué)中。文章對這種教學(xué)模式改革的實(shí)施要點(diǎn)、改革效果與反饋、改進(jìn)方向等方面進(jìn)行了分析和總結(jié)，以期有效地提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：做中學(xué)；暖通空調(diào)；專業(yè)課程；教學(xué)改革

中圖分類號：TU8；G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2024）06009505

《高等學(xué)校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[1]是設(shè)置建環(huán)專業(yè)的高等院校需要考慮的基本教學(xué)文件，按照該專業(yè)規(guī)范文件，許多高校的建環(huán)專業(yè)在暖通空調(diào)專業(yè)理論課程結(jié)束之后，都安排有相應(yīng)的建筑供暖空調(diào)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[2-4]。筆者經(jīng)多年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)此種先理論教學(xué)再課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)的做法看似合理但仍有改進(jìn)的空間。為此，將CDIO（“做中學(xué)”）理念引入到暖通空調(diào)專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐中，并利用該理念把暖通空調(diào)的理論教學(xué)與隨后的建筑供暖空調(diào)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密地銜接起來。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐，取得了很好的教學(xué)效果，同時也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，文章對此進(jìn)行總結(jié)并期待能與更多的同仁進(jìn)行交流。

一、改革前暖通空調(diào)課程教學(xué)存在的問題分析

在本次教學(xué)改革實(shí)施前，大連理工大學(xué)土木工程學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)中，其核心課程——暖通空調(diào)的理論教學(xué)與隨后進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)“建筑供暖空調(diào)課程設(shè)計(jì)”盡管在時間上是連續(xù)的，但實(shí)質(zhì)上是獨(dú)立進(jìn)行的。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種做法存在較為明顯的缺陷。從表面來看，在完成專業(yè)理論課學(xué)習(xí)之后，開展相應(yīng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以更好地促進(jìn)學(xué)生對理論課程的理解，增強(qiáng)其相應(yīng)的專業(yè)實(shí)踐能力，而實(shí)際上這種做法還存在以下兩個亟待改進(jìn)之處。

其一，在學(xué)生完成專業(yè)課程的理論學(xué)習(xí)之后再進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練，其實(shí)并沒有很好地做到“趁熱打鐵”。在理論課程學(xué)習(xí)結(jié)束后再進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，

學(xué)生在動手開始做具體的工程設(shè)計(jì)時就會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初自認(rèn)為課堂上已經(jīng)聽懂的一些內(nèi)容在實(shí)際演練時卻搞不清楚從何入手，還要重新翻開專業(yè)課的教材再快速學(xué)習(xí)一遍。雖然相應(yīng)內(nèi)容在當(dāng)初上課時都看過，但由于沒有實(shí)際操練，對一些關(guān)鍵細(xì)節(jié)的印象已經(jīng)模糊，這種多次翻看教材無形中也擠占了本就緊張的課程設(shè)計(jì)時間。該問題在畢業(yè)班座談會上已經(jīng)有學(xué)生明確地提出來，并提出建議希望可以做到邊學(xué)邊做。

其二，課程設(shè)計(jì)的時間只有兩周，時間方面顯得很緊張。由于學(xué)生剛學(xué)習(xí)完專業(yè)理論課程，第一次貼近實(shí)際工程進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐演練，因此從熟悉建筑工程圖紙，到明確建筑條件與自己的具體設(shè)計(jì)任務(wù)，再到親自動手進(jìn)行供暖空調(diào)負(fù)荷的詳細(xì)計(jì)算，還需進(jìn)行可行系統(tǒng)方案的列舉、分析與篩選，并完成相應(yīng)系統(tǒng)的水力計(jì)算內(nèi)容，直至最后的施工圖紙繪制，都需要花費(fèi)一定的時間

。若要仔細(xì)認(rèn)真地做好設(shè)計(jì)，兩周的時間一般來說是不夠用的。課程設(shè)計(jì)時間緊，同時受到該專業(yè)總體學(xué)時的限制而難以增加課時，這就促使我們思考如何進(jìn)一步推進(jìn)課程的教學(xué)改革。

二、“做中學(xué)”理念在暖通空調(diào)課程教學(xué)中的引入與實(shí)施

（一）“做中學(xué)”理念簡介

CDIO工程教育模式（即“做中學(xué)”）是近年來國際工程教育改革的最新成果[5]。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)組成的跨國研究獲得KnutandAliceWallenberg基金會近2000萬美元巨額資助。經(jīng)過4年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO四個字母分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和操作（Operate），它的核心理念是：許多課程之間存在密切的有機(jī)聯(lián)系，讓學(xué)生在實(shí)踐中或模擬實(shí)踐的環(huán)境中以主動的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，即所謂的“做中學(xué)”，可以非常有效地培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力，主要包括工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力4個層面。

（二）將“做中學(xué)”理念引入暖通空調(diào)課程教學(xué)

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)是典型的工程類專業(yè)，作為該專業(yè)重要的專業(yè)課程——暖通空調(diào)具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性特點(diǎn)。從教學(xué)課程體系角度來說，暖通空調(diào)的先導(dǎo)課程包括傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、流體輸配管網(wǎng)、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備等基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程，也可以說是這些基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)知識在本專業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

許多做過實(shí)際工程的專業(yè)技術(shù)人員一般都有這樣的體會：即便是經(jīng)驗(yàn)非常豐富的專家學(xué)者，課堂講授得再精彩，也無法替代親自動手操練和親身體驗(yàn)。而“做中學(xué)”的工程教育模式及其教學(xué)理念，恰好順應(yīng)了學(xué)生這種“動手操練”的實(shí)際需求，非常符合本課程的專業(yè)教學(xué)。因此，很有必要將其引入到暖通空調(diào)的專業(yè)課程教學(xué)中來。

（三）“做中學(xué)”理念在暖通空調(diào)課程教學(xué)中的實(shí)施要點(diǎn)

為了能在現(xiàn)有的教學(xué)計(jì)劃框架內(nèi)更有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，筆者將“做中學(xué)”的理念引入暖通空調(diào)的理論課程教學(xué)中，并取得了初步成效。現(xiàn)將具體的實(shí)施辦法和個人體會提出來，供分享與討論?？偨Y(jié)起來主要有以下4個方面的重點(diǎn)工作。

首先，應(yīng)提前布置課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。該舉措可以取得“一石兩鳥”的效果，即：一方面能夠讓學(xué)生根據(jù)課程教學(xué)的進(jìn)度，將課堂上所講授的內(nèi)容應(yīng)用于實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中；另一方面也能夠解決隨后進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)總體時間緊張的問題。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，提前布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)的時間，最好選擇在講授建筑冷熱負(fù)荷的計(jì)算方法這一階段，這時學(xué)生可以結(jié)合課程設(shè)計(jì)中所選擇的具體建筑，應(yīng)用課堂上學(xué)到的方法開展具體的負(fù)荷計(jì)算，不僅可以加深對所學(xué)內(nèi)容的理解，同時也讓學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識有了更強(qiáng)的“獲得感”。比如，在實(shí)施改革前，一些專業(yè)課成績很好的學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)時，在建筑冷熱負(fù)荷計(jì)算方面花了很長時間，給人一種“高分低能”的感覺。經(jīng)過了解后得知，這類學(xué)生并不是不清楚如何計(jì)算，而是由于以前沒有親自做過，許多計(jì)算用數(shù)據(jù)需要查找規(guī)范或手冊。對手冊等資料的不熟悉，加上使用這些資料所提供的數(shù)據(jù)時還要仔細(xì)閱讀相關(guān)的說明，因此，仔細(xì)地做下來就要花費(fèi)較長時間。越是認(rèn)真的學(xué)生，花費(fèi)的時間越長。此次教改，不僅讓學(xué)習(xí)認(rèn)真的學(xué)生有充足的時間去理解、消化所學(xué)內(nèi)容，還可以在專業(yè)理論課程學(xué)習(xí)階段就將這樣的繁瑣計(jì)算任務(wù)完成，大大緩解了課程設(shè)計(jì)階段的負(fù)擔(dān)。

其次，要做到邊講邊做。實(shí)踐證明，專業(yè)知識由“聽得懂”到“會應(yīng)用”，必須要經(jīng)過實(shí)踐操練或模擬實(shí)踐的演練。暖通空調(diào)這門專業(yè)課的學(xué)習(xí)同樣遵守這個規(guī)律。為更好地落實(shí)“做中學(xué)”精神，教師與學(xué)生應(yīng)互動配合，并做到“邊講邊做”，至少要將專業(yè)課程設(shè)計(jì)中所涉及到的關(guān)鍵內(nèi)容和共性內(nèi)容做到“邊講邊做”，讓學(xué)生從具體的演練中真正領(lǐng)會和掌握專業(yè)理論課中的知識。對于本專業(yè)的課程設(shè)計(jì)而言，一般的流程如圖1所示。結(jié)合筆者在文獻(xiàn)[6]中列出的暖通空調(diào)專業(yè)課程的主要內(nèi)容可知，課程設(shè)計(jì)將會涉及到專業(yè)課程中的大部分內(nèi)容，因此，教師在講授專業(yè)理論課程時，就可以要求學(xué)生根據(jù)課程的進(jìn)度來逐步完成課程設(shè)計(jì)中所涉及的各部分內(nèi)容。比如，在講建筑冷熱負(fù)荷計(jì)算方法時，要求學(xué)生課后根據(jù)自己的建筑條件，同步進(jìn)行相應(yīng)的負(fù)荷計(jì)算；在進(jìn)行到系統(tǒng)的方案選擇時，可采取每講授完一種或幾種系統(tǒng)形式后，就讓學(xué)生嘗試?yán)眠@些系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后結(jié)合教材與自身的體會對每種系統(tǒng)方案做出詳細(xì)評價。在所有可選的系統(tǒng)方案都講授完畢時，學(xué)生就可以綜合前面的評價結(jié)果，確定出自己認(rèn)為最合適的系統(tǒng)方案。

圖1課程設(shè)計(jì)流程圖

同時，要做到遇到問題及時討論。在遇到問題后，通過及時討論而形成統(tǒng)一的正確認(rèn)識，可以避免由于前面的一個決策失誤引起其后的一系列連鎖失誤。好的做法是鼓勵學(xué)生先在組內(nèi)進(jìn)行討論，當(dāng)組內(nèi)學(xué)生各執(zhí)己見，無法達(dá)成一致時再找到老師尋求幫助。另外要注意，學(xué)生在組內(nèi)討論時，可能存在少數(shù)學(xué)生與組內(nèi)多數(shù)學(xué)生意見不一致的情況，這時不應(yīng)采取“少數(shù)服從多數(shù)”的做法，

而要鼓勵學(xué)生提出不同意見。

其實(shí)，學(xué)生在第一次學(xué)習(xí)的時候，思路比較開闊，往往會提出很多問題，有些問題很值得深入討論。比如，最近幾年由于技術(shù)的快速發(fā)展，建筑方面的設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)更新較快，特別是北方居住建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能要求也越來越高，窗戶的氣密性也越來越好，因此有的學(xué)生提出疑問：“根據(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ26-2024）[7]，在計(jì)算折合到單位建筑面積上單位時間內(nèi)建筑物空氣換氣耗熱量時，空氣的換氣次數(shù)取0.5h-1，而按照實(shí)際建筑的外窗情況計(jì)算得出的實(shí)際換氣次數(shù)達(dá)不到該數(shù)值怎么辦？”再如，有些學(xué)生采用低溫地板輻射供暖系統(tǒng)作為房間的供暖方案，并按照房間的熱負(fù)荷要求確定好盤管的間距和長度，但在隨后翻看《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》（JGJ142-2024）[8]時，發(fā)現(xiàn)其中3.4.6條這樣規(guī)定：“確定供暖地面向上供熱量時，應(yīng)校核地表面平均溫度，確保其不高于本規(guī)程第3.1.3條規(guī)定的限值”（第3.1.3條中規(guī)定人員經(jīng)常停留的地面平均溫度宜在25～27℃之間），學(xué)生通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，個別房間的地面平均溫度已經(jīng)超出了規(guī)范的規(guī)定，此種情況該如何處理？上述問題，只有在學(xué)生親自動手進(jìn)行設(shè)計(jì)演練時才會發(fā)現(xiàn)，這種問題很有挑戰(zhàn)性，認(rèn)真解決該類問題往往會取得“教學(xué)相長”的雙贏效果。

再次，要做到定期或不定期進(jìn)行檢查，這也是本次教改得出的一條重要經(jīng)驗(yàn)。由于學(xué)生人數(shù)較多，會存在一些抱有僥幸心理的學(xué)生。定期或不定期檢查能夠了解這些學(xué)生的實(shí)際情況，并采取適當(dāng)?shù)拇胧υ擃悓W(xué)生進(jìn)行督促，使其趕上正常進(jìn)度。盡管教師已經(jīng)要求學(xué)生在遇到問題時要及時與同學(xué)或老師討論，但是仍難免遇到一些特殊情況或問題。比如，筆者在教學(xué)中就曾遇到這樣的情形：學(xué)生在進(jìn)行房間熱負(fù)荷計(jì)算時，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)手冊中根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型提供了不同的“冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)室外計(jì)算溫度”的取值方法，有學(xué)生就根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型，很自然地將對應(yīng)的該室外計(jì)算溫度值作為“冬季供暖室外計(jì)算溫度”來使用。再如，由于在最新一版的《暖通空調(diào)》[9]教材中，關(guān)于“冬季建筑的熱負(fù)荷”這一部分仍然沒有非常明確地提及地面形成的熱負(fù)荷計(jì)算方法，因此有學(xué)生在計(jì)算一層房間的熱負(fù)荷時，漏掉通過地面形成的這部分熱負(fù)荷。諸如此類問題，不通過檢查很難被發(fā)現(xiàn)。

三、改革效果與學(xué)生反饋

總體來看，本次教改取得了明顯的效果。從學(xué)生的反映來看，有了非常明顯的變化：未實(shí)施教改前，課后找到教師討論問題的學(xué)生很少，而采取教改措施后，下課時爭相提問的學(xué)生人數(shù)明顯增多，可見本次教改明顯促進(jìn)了學(xué)生的思考。

為了了解學(xué)生對本次教改的意見和想法，筆者設(shè)計(jì)了針對此次教改的調(diào)查問卷，采取學(xué)生匿名回答的方式進(jìn)行調(diào)查。本次調(diào)查共收回問卷28份，全班45人，問卷回收率為62.2%（由于本次調(diào)查臨近期末考試，學(xué)生忙于復(fù)習(xí)，因此問卷回收率受到一定影響）。表1即是本次調(diào)查問卷及統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

調(diào)查問卷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，絕大部分學(xué)生（92.9%）都認(rèn)為這種做法對他們的學(xué)習(xí)是有幫助的，并建議保留此種教學(xué)方式。同時也可以看到，學(xué)生課后看書和練習(xí)的時間至少和課堂的時間相等，大部分學(xué)生（78.6%）課后要花兩倍的時間來做課程設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算。另外，針對此次教改，許多學(xué)生都有以下體會：上課時聽得懂，但動手做時不知如何去做。比如，一些學(xué)生提到，課程設(shè)計(jì)里的冷熱負(fù)荷計(jì)算在上課時能夠聽明白如何去算，但在實(shí)際計(jì)算時卻對其中的一些參數(shù)不知如何去選；設(shè)計(jì)時對供回水管道的具體設(shè)置、布置形式和一些設(shè)備的選型把握不好；還有學(xué)生對許多管道的坡向、坡度等問題搞不清楚等。上述反饋意見也對學(xué)生進(jìn)行有針對性地輔導(dǎo)提供了方便。

四、總結(jié)與改進(jìn)方向

通過本次的“做中學(xué)”教學(xué)改革，不僅提高了學(xué)生在暖通空調(diào)課程中課堂理論學(xué)習(xí)的效果，而且由于把課程設(shè)計(jì)中的主要設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容安排到與理論教學(xué)同步進(jìn)行，因此也給隨后的課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)減輕了負(fù)擔(dān)。

另外，從部分學(xué)生的反饋來看，仍有一些問題需要在以后的教學(xué)中繼續(xù)改進(jìn)。如應(yīng)設(shè)法解決學(xué)生將理論知識應(yīng)用到具體課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中遇到的具體操作問題；還有一些在課程的理論教學(xué)中沒有提到、在課程設(shè)計(jì)中會遇到的技術(shù)細(xì)節(jié)內(nèi)容等。可見，只要堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以他們真正掌握專業(yè)知識并能夠?qū)⒄n程的理論知識應(yīng)用于具體的工程實(shí)踐為目標(biāo)，相應(yīng)的教學(xué)改革就可以取得良好的預(yù)期效果。

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