王宗山， 袁鵬麗， 端木琳

(大連理工大學(xué) 土木水利國家級實驗教學(xué)示范中心，遼寧 大連 116024)

0 引 言

近年來，隨著人們對工作和生活環(huán)境的舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性要求日益增長，保障建筑環(huán)境的設(shè)備工程系統(tǒng)也變得越來越綜合化、復(fù)雜化[1]。為營造適宜的建筑環(huán)境，設(shè)備工程系統(tǒng)能耗約占總建筑能耗的30%～50%[2]。大量能源的消耗創(chuàng)造了舒適的室內(nèi)環(huán)境，但導(dǎo)致了室外環(huán)境逐漸惡劣，霧霾現(xiàn)象嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，暖通空調(diào)領(lǐng)域在我國溫室氣體排放中的貢獻(xiàn)率約為15%左右[3]。面對當(dāng)前我國嚴(yán)峻的能源環(huán)境形勢，建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的最新目標(biāo)是以最小的能耗和環(huán)境代價創(chuàng)造適宜的人工環(huán)境[4],對本專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。學(xué)校培養(yǎng)的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才需具有寬厚的理論基礎(chǔ)、良好的工程師素質(zhì)、適應(yīng)社會變化等能力[5]，在對工程知識的學(xué)習(xí)、記憶及理解基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用、分析、評價及創(chuàng)新，完成對工程知識的綜合運(yùn)用，并對工程知識轉(zhuǎn)化。對建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程領(lǐng)域解決“創(chuàng)造什么樣的環(huán)境、采取什么方法、如何創(chuàng)造所需建筑環(huán)境、用何種能源、如何利用自然資源、如何保護(hù)環(huán)境”等問題進(jìn)行思考，通過實踐掌握與理解工程問題，形成工程能力，進(jìn)而不斷內(nèi)化為工程素質(zhì)。

實驗教學(xué)在培養(yǎng)綜合素質(zhì)的創(chuàng)新型人才方面有著不可替代的作用[6-7]。縱觀我國高等教育存在的問題，較多教師仍持有“教學(xué)為主、實驗為輔”的觀點(diǎn)，很多高校對實驗教學(xué)重視不夠，實驗設(shè)備陳舊、實驗方案傳統(tǒng)，不利于對學(xué)生的實踐能力、知識運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[8]。因此，為實現(xiàn)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，不僅要注重對專業(yè)基礎(chǔ)知識的教授，還需對傳統(tǒng)實驗教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新性改革。我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)從2004年起，開始探索與嘗試自主研究型實踐教學(xué)。對傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的不足進(jìn)行了分析，基于以往的實驗教學(xué)經(jīng)驗，提出了自主研究型實驗教學(xué)模式，指出了如何構(gòu)建高效、合理的實驗教學(xué)平臺，形成了以提高學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合能力的實驗教學(xué)體系，并取得了一定的實踐效果。

1 自主研究型實驗教學(xué)模式的設(shè)想

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式僅將實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的附屬、補(bǔ)充和延伸[9]，所開設(shè)的專業(yè)實驗課均為基礎(chǔ)性實驗，內(nèi)容單一，綜合性和設(shè)計性欠缺，設(shè)有的實驗項目中，占據(jù)比例較大的為演示性、驗證性的實驗項目[10]。采用該教學(xué)模式，學(xué)生自主創(chuàng)新和獨(dú)立研究的機(jī)會和空間受限，學(xué)生的創(chuàng)新意識及綜合能力無法得到有效培養(yǎng)。

基于專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)校實際情況，重新審視了建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)實驗教學(xué)的目的與作用，認(rèn)為實驗教學(xué)不僅為相應(yīng)課程服務(wù)，還需為學(xué)生的能力培養(yǎng)服務(wù)。人的認(rèn)識規(guī)律表明人類通過不斷的實踐到認(rèn)識，循環(huán)反復(fù)，最終達(dá)到真正的實踐[11]。因此，結(jié)合人的認(rèn)識規(guī)律，本文提出了自主研究型實驗教學(xué)模式，旨在根據(jù)實際工程存在的問題，制定多個研究型實驗題目，由學(xué)生自主選定題目，在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成。該自主研究型實驗教學(xué)模式可充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，在解決實際工程問題的過程中不斷鞏固專業(yè)知識，實現(xiàn)了建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)實驗教學(xué)的目的。

針對研究型大學(xué)的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)要求，提出“變教為導(dǎo)、變學(xué)為悟”的教學(xué)理念，并應(yīng)用于建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的自主研究型實驗的整個教學(xué)過程中。

(1)變教為導(dǎo)。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，教師直接對學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑解惑，而在自主研究型實驗教學(xué)中，教師需為學(xué)生營造一個開放、自由的實驗環(huán)境，由傳統(tǒng)的提供固定實驗題目變?yōu)樽灾鬟x題，教師可為學(xué)生實驗方案提供指導(dǎo)，并引導(dǎo)學(xué)生主動思考。

(2)變學(xué)為悟。自主研究型實驗教學(xué)中，學(xué)生可自主選題，在實驗教學(xué)活動中的地位由傳統(tǒng)的受體轉(zhuǎn)為主體，由傳統(tǒng)的僅進(jìn)行操作測試，變?yōu)槠渥灾鲗嵤┱麄€實驗內(nèi)容的全過程，包括實驗準(zhǔn)備、實驗方案、實驗收尾過程。根據(jù)所選題目，所在團(tuán)隊內(nèi)部開展實驗方案的討論，如實驗?zāi)康摹嶒炈鑳x器、實驗方法等，均由學(xué)生自主完成，教師可為其提供相應(yīng)指導(dǎo)。

該種自主研究型實驗教學(xué)從多方面提升了學(xué)生組織、分工、協(xié)調(diào)和團(tuán)隊合作的能力，為今后的工作和學(xué)習(xí)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 自主研究型實驗教學(xué)平臺建設(shè)

基于提出的自主研究型實驗教學(xué)模式，本專業(yè)在原有實驗平臺基礎(chǔ)上，建設(shè)了多級實驗教學(xué)平臺，包括充分鞏固課程知識的基礎(chǔ)實驗設(shè)備與綜合性實驗平臺。

鞏固課程知識的基礎(chǔ)實驗設(shè)備主要包括通風(fēng)實驗臺、鍋爐實驗臺、流體輸配實驗臺等，基礎(chǔ)實驗平臺旨在訓(xùn)練建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)人才的專業(yè)基本技能。實驗教學(xué)中，首先對實驗原理、方法以及注意事項進(jìn)行基本講解，之后由學(xué)生自主完成實驗，學(xué)生可逐步鞏固并掌握基礎(chǔ)專業(yè)知識，且鍛煉其動手能力。

綜合性實驗平臺主要由能源采集系統(tǒng)、能量輸送、監(jiān)測控制系統(tǒng)以及末端用戶組成。與基礎(chǔ)實驗平臺不同，綜合性實驗平臺并非單一的某個設(shè)備或者末端，是指整套設(shè)備系統(tǒng)。通過基礎(chǔ)實驗平臺獲得專業(yè)知識后，學(xué)生需依靠綜合性實驗平臺，將所學(xué)到的專業(yè)知識進(jìn)行整合，分析實驗過程中存在的問題，并通過自主查閱資料及思考，逐步解決該問題，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新意識。綜合性實驗平臺的建設(shè)均基于實際工程，學(xué)生利用實際工程進(jìn)行不斷的實踐與認(rèn)識，最終達(dá)到真正的實踐，即實現(xiàn)了自主研究型實驗教學(xué)的最終目的。

3 自主研究型實驗教學(xué)設(shè)計

為培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，鍛煉其專業(yè)技能，培養(yǎng)綜合素質(zhì)、系統(tǒng)概念、邏輯分析的能力，提高創(chuàng)新意識，對自主研究型實驗教學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。將專業(yè)實驗作為必修課，24學(xué)時，主要面向本專業(yè)的三、四年級開放，實施全程開放式實驗教學(xué)模式，開展創(chuàng)新實踐活動，真正的由“教師教，學(xué)生學(xué)”改變?yōu)椤皩W(xué)生學(xué)，教師輔”的知識傳輸模式。自主研究型實驗教學(xué)體系見圖1。

圖1 自主研究型實驗設(shè)計方案

(1)在實驗組織形式上，打破了傳統(tǒng)實驗組織方式，以小組為單位，采用項目化的運(yùn)作方式，真正實現(xiàn)了團(tuán)隊合作訓(xùn)練的目的。與以往課時為控制節(jié)點(diǎn)不同，自主研究型實驗以任務(wù)目標(biāo)為最終的控制節(jié)點(diǎn)，避免由于課時限制無法完成實驗任務(wù)而未得到綜合能力的鍛煉。開放實驗室及儀器設(shè)備，由學(xué)生根據(jù)自己的實驗任務(wù)自主選擇所需實驗儀器設(shè)備，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

(2)在實驗設(shè)計上，保證不僅為相應(yīng)課程服務(wù)，還為能力培養(yǎng)服務(wù)。首先對建筑設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行上崗培訓(xùn)，使學(xué)生對建筑設(shè)備系統(tǒng)由初步的表面認(rèn)識到逐步掌握。隨后開展自主研究型實驗，學(xué)生從系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)問題，并進(jìn)行深入研究。自主研究型實驗設(shè)計可充分鞏固學(xué)生的專業(yè)知識和技能。

(3)通過一系列的實驗訓(xùn)練，與以往學(xué)生僅需提交實驗報告不同，自主研究型實驗完成后，學(xué)生最終需以交流匯報的形式呈現(xiàn)實驗成果。各個小組間互相探討交流，發(fā)現(xiàn)自身研究中的缺陷，吸取其他小組的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的實驗成果評審得分均由教師給出，而本自主研究型實驗教學(xué)充分調(diào)動學(xué)生的自主性，對實驗成果的評判方法為各小組間互相鑒定。自主研究型實驗教學(xué)鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和思維方法，學(xué)生主動思考問題，各小組間進(jìn)行互評監(jiān)督的模式，使學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和習(xí)慣。

自主研究型實驗課的設(shè)置方案見表1。

表1 自主研究型實驗課設(shè)置方案

4 自主研究型實驗教學(xué)模式的實踐效果

經(jīng)過10多年的實驗教學(xué)改革實踐，自主研究型實驗教學(xué)體系逐漸完善，并取得了良好的效果。多年來，學(xué)生進(jìn)行了多個自主選題實驗項目，部分選題見表2。

表2 部分自主選題題目

通過一系列自主實驗教學(xué)的實踐，激發(fā)了學(xué)生主動思考的能力，其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力不斷得到提升，鍛煉了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。為更好地展現(xiàn)自主研究型實驗教學(xué)模式的實踐效果，對參加自主研究型實驗教學(xué)的學(xué)生進(jìn)行了問卷反饋，總結(jié)反饋結(jié)果如下：

(1)在系統(tǒng)故障排查過程中，由學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，并思考從哪方面入手解決問題，學(xué)生普遍認(rèn)為，該種新型的實驗教學(xué)模式對今后參加工作非常有幫助。

(2)在專業(yè)實驗課上，學(xué)生認(rèn)為，認(rèn)真獨(dú)立思考解決問題的能力和團(tuán)隊合作能力得到了較好的鍛煉。團(tuán)隊合作的過程中，往往存在意見不一的現(xiàn)象，但通過互相交流，認(rèn)真聽取別人意見， 最終使雙方共同進(jìn)步。

(3)專業(yè)實驗課讓學(xué)生時時刻刻處于真正的工程實際中，需靈活運(yùn)用專業(yè)課程知識分析工程實際問題，專業(yè)知識得到了鞏固，且自己會真正的去思考、去領(lǐng)悟。

(4)自主研究型實驗教學(xué)中，教師并不像傳統(tǒng)的教學(xué)，告訴你為什么，而是由教師稍作指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生主動去思考、研究，學(xué)生認(rèn)為，該種教學(xué)模式更能激發(fā)其學(xué)習(xí)、探索的自主性和積極性。

5 結(jié) 語

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)具有較強(qiáng)的實踐性，對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的創(chuàng)新改革是必然的。重新審視本專業(yè)實驗教學(xué)的目的與作用，提出了自主研究型實驗教學(xué)模式，由“教師教，學(xué)生學(xué)”的傳統(tǒng)知識傳輸模式改變?yōu)椤皩W(xué)生學(xué)，教師輔”的創(chuàng)新知識傳輸模式，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。經(jīng)過10多年的教學(xué)實踐，自主研究型實驗教學(xué)模式取得了顯著效果。學(xué)生反饋結(jié)果表明，自主研究型實驗教學(xué)真正做到了激發(fā)學(xué)生主動思考的能力，學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力不斷得到提升，鍛煉了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。