新工科思维引导下的人工环境学教材改革实践

丁研

人工环境学是建筑环境与能源应用工程专业学科的一门核心专业课程，也是建筑技术、热能工程、智能建筑等多个专业的专业技术基础课程，具有多学科交叉的特色和本硕博贯通的特点。然而，目前很多高校在该课程的设置上忽视了对人工环境学教学体系的布局，缺少对专业性教材的建设和把握。究其原因：一方面，受传统教材中专业领域划分过细的局限，教材在更新过程中往往难以全方位结合最新的研究动态;另一方面，传统的教学思路固化于概念与计算模型的介绍，忽略了方法学原理和知识在工程技术领域的应用。国家新工科建设项目的提出，是在新的时代背景下面对新的国际形势对高等教育教学模式的指导方案，其既是对高等院校应用型人才培养的促进，也对教材的改革建设提出了新的要求与挑战。

一、教材改革建设的必要性

教材既是学生获取知识的首要途径，又是学生对课程体系进行认知的重要渠道。作为教学过程中核心的知识载体，当前教材内容普遍存在更新速度慢、与时代结合不够密切、不能够适应新时代背景下解放学生创造力的要求等问题。一本高质量的教材应紧密结合教学大纲、课程教学要求以及专业特点来进行编制，不仅能够在教材中体现本课程的研究体系和教学重点，而且能够在版本迭代过程中根据时代的发展和变化不断对知识进行更新，丰富自身内涵。

教材改革的灵感来源于新工科思想的指导和笔者在教学、科研工作中的积累与感触。笔者认为，当下普遍采用的教材存在以下问题：

一是教材内容与学生正在或即将从事的科学研究差距较大，没有结合最新的研究成果和发展动态。

二是教材灵活性和新颖性不足。先进的科学研究技术、研究手段和研究理念没有被引入教学内容。

三是与实际结合不够紧密。当前教材多以知识讲授的方式编写，只强调基本概念与工程方法的介绍，却忽略了方法学原理与工程技术应用的结合。

教材改革是教育教学改革的先导内容，脱离教材改革而空谈教育方式与教育手段的改革如无源之水、无本之木。为了提高人工环境学系列课程的教学质量，亟须开展以教材为先导的教学改革。

二、新工科的思维体系

新工科理念是为了应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战而提出的。从学科导向转向以产业需求为导向、从专業分割转向跨界交叉融合、从适应服务转向支撑引领是新工科的重要思想与内涵要求。新工科，“新”在对学科知识交叉后的融合;“新”在动态中调整、注重知识的实际应用性;“新”在继承与创新。

新工科背景下，高等教育教学不应仅仅局限于传统教材的知识传授模式，更应该关注社会需求，依据社会需求建设专业，依据国际前沿科技设立标准，加强知识领域的融合与创新，将技能化的方法在书本中进行传授。

三、教材改革的创新实践

新工科的建设和发展应落脚于新工科专业建设及其人才培养，因此，工程教育理念、人才培养模式和教育教学过程都将发生明显的变化。基于新工科的思维引领，笔者通过对基本原理与新技术应用的结合，在人工环境学教学改革上进行创新实践，打造出了创新型精品教材《人工环境构建原理与技术应用》。

教材应该具有作为知识资源的丰富性和典范性，作为媒介的友好性和融洽性，作为教师和学生共同使用的工具的可操作性。课程既要注重内容的知识性、前沿性与先进性，又要强调对学生研究能力和研究素质的培养，从而使课程成为研究生从课程学习阶段向科研选题阶段过渡的桥梁。因此，在教材编制时，除了参照《人工环境学》《建筑环境学》等经典教材中的描述与写作思路外，笔者还结合了近年来国内外在人工环境学方面构建的前沿研究领域发表的代表性学术论文。此外，在热湿环境、空气环境、光环境、声环境等传统人工环境的内容基础上，笔者进一步增加了建筑环境和能源应用计算机仿真技术的章节。结合新工科思维所打造的教材具备以下特点：

（一）以新工科思维为先导

教材改革的创新实践以新工科思维为先导，致力于通过“理论—方法—技术—案例”所建立的逻辑编撰思路，形成创新性方法和充实的工程案例紧密融合的示范性教材，使学生在阅读学习中变被动记忆为主动思考。教材第一章承担对教材整体内容的汇总和整合，将为读者展示本教材的主要内容和教材讲解的侧重点。后续章节承担对教材具体内容的阐释与介绍。通过层层展开的内容介绍，学生在搭建起基本知识体系框架的基础上对人工环境的营造原理和营造技术进行深入的学习。本教材在编撰过程中秉持技术终将应用于指导实践的思想，教材中讲解的技术均将在实际案例中进行展示，使学生不仅掌握人工环境构建技术的原理，而且能对它们的实际应用有所了解。

（二）以科研成果引领课程教学

随着近年来新理论、新技术、新工艺的不断涌现，带来了建筑技术的迅猛发展。作为在新时代背景下面向研究生教育的高等教材，在教学内容上不断地融入新知识，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识，改善学生的知识结构是其应有之义。同时，新时代背景下的变革要求学校和学生能够从关注当前产业界的发展转向关注未来产业界的发展。

因此，教材中通过理论和案例的展示对国内外的最新研究内容进行介绍，使学生能够在学习理论知识的同时对于研究前沿有所涉猎，在巩固现有知识的基础上汲取最新鲜的营养;通过经验丰富的教师的讲解，培养学生的国际化视野和对科学研究的兴趣，进而对研究生未来的科学研究工作起到抛砖引玉的作用。

（三）将工程案例与技术原理紧密结合

传统教材侧重于理论知识的讲解，对技术原理的实际应用不够重视，虽然理论知识的讲解充分丰富，但是无法满足新工科对教材内容的要求、学生对实践应用知识的需求，自然不利于培养出能够引领行业发展的新型科技人才。面对原有教材存在的结构性问题和时代的新需求，本教材针对所介绍的技术方法均附以国内外工程经典案例和研究案例的介绍和分析，将案例部分作为理论部分的有效补充与验证。

如，在教材中通过对被动式建筑的原理讲解、设计标准和评价方法的介绍，使学生对被动式房屋的概念和原理有了系统的了解，进而介绍被动式房屋营造中所需要的技术方法，最后介绍如何将技术方法应用于实际案例。其目的在于使读者能够将所学的理论知识与实际应用相结合，不仅明白技术方法的内在原理，而且掌握如何将技术方法应用于实际，最终在达到加深对知识的理解与掌握的基础上丰富读者的理论实际经验。

通过讲解教材内的理论知识，还原工程技术蕴含的基本原理，本教材以实际工程案例评判分析与讨论的形式，实现了对技术手册、工程技术标准及研究论文的综合把握。此外，通过运用新的教育教学方法的培养，使学生跳出“死记硬背”的概念记忆学习模式，真正掌握人工环境的构建和研究方法，以及多元创新型的思维方式，为其日后开展科研或从事本专业工作提供指导。

教材改革的建设，一方面可为学生搭建起与国际化研究接轨的平台，另一方面也可为教师搭建起实践教育教学新方法的实验平台，进而为高等教育与行业发展的对接贡献力量。

教材是引导学生自主学习的第一手资料。在新工科理念的指导下，教材内容不仅应囊括本课程的重点内容，而且应紧跟时代潮流，结合当下最新的技术和观念，为学生展开一幅磅礴美丽的专业画卷。学生不仅能从教材中获得必须的专业知识，而且能在与教师的交流讨论中培养自己的逻辑思维能力和创新思维能力。

在新工科改革的背景下，笔者希望通过教材改革的创新实践真正培养出学生发现、分析和解决问题的能力，为学生日后独立开展科研技术工作打下坚实的基础。