双碳背景下“建筑供配电技术”课程教学改革与实践

牛 莹，张勋才，曹祥红

（郑州轻工业大学建筑环境工程学院 河南 郑州 450002）

1 课程学情分析

1.1 课程内容面广、度深，学习难度大

“建筑供配电技术”课程涵盖电力系统基本知识、低压配电、负荷计算、短路计算、电气设备选用、民用建筑电气设计、防雷措施、继电保护、电气施工图等多方面的专业知识。内容繁杂、计算量大，所涉及的国家规范和图表多，要求深入理解电气原理，并按规范进行设计。理论学习难度大，容易产生畏难情绪，影响学习效果。

1.2 课程资源与技术发展存在更替时差

近年来，智慧建筑、绿色建筑等新发展战略和新技术的出现，为建筑电气发展注入新活力的同时对“建筑供配电技术”课程教学改革带来了挑战。受学时限制和场地条件等多种因素的制约，教师无法将行业发展新技术充分融入教学，导致学生的学习效果受到限制。同时国家规范及标准数量庞大、更新速度快，然而，从教材的编写、出版再到用于课程教学，期间无法抗拒的时间差导致了教材内容必然滞后于当前技术的发展。因此，教师需要及时关注行业前沿技术，随时对课程内容进行拓展，更替教学资源，以保证学生紧跟行业发展趋势，掌握满足市场需要的学习技能。

1.3 课程体系跨学科交叉性不足

“建筑供配电技术”课程需重视与其他学科的交叉融合。双碳背景下，可持续建筑设计要综合考虑能源效率、环保和节能减排。建筑电气系统需与能源管理、智能控制协同工作，最优利用能源并减少对环境的影响。智慧建筑和物联网发展对电气系统提出新的要求，需要与计算机、通信等学科跨学科合作，培养学生综合思考和解决问题的能力。

1.4 学生实践及知识迁移能力不够

学生在“建筑供配电技术”课程中实践能力不足，特别在将理论知识应用于实际工程中的能力上存在困难。缺乏与实际工程相似的设计任务和场景，无法感受设计与施工的联系；缺乏参与实际项目设计的机会，无法全面了解设计到施工的全过程和实际问题。课程应注重提升学生的实践能力，增加学生参与实际工程实践的机会，促进理论与实践的有效衔接。

2 教学改革与实践措施

2.1 思政引领，激发学习兴趣

2.1.1 结合时政，学以致用

选择合适的热点新闻及时政素材引入课程教学，引导学生利用课程所学知识解决建筑电气设计中的实际问题。例如，结合火神山、雷神山、方舱医院的供配电设计，学以致用，提升学生的工程素养，培养其爱国主义情操。开展课堂讨论，深化学生认识；激发学生的学习热情和学习兴趣，提升课程吸引力。

2.1.2 遵纪守法、恪守职业道德

学习建筑电气设计相关法律法规，明确建筑供配电工程设计的重大责任，选用的电气设备、导线电缆、管材等必须满足国家规范及标准的设计要求，必须保证产品质量。杜绝采用劣质产品，保障工程质量，坚守职业道德规范。

2.1.3 科学严谨、培养大国工匠

建筑供配电系统设计是一项科学严谨的任务，设计中不仅负荷数量多、种类多，其负荷等级及供电要求也各异，导致负荷计算烦琐、复杂，设备合理分组及计算参数的查找和选取也有难度，要求学生必须有吃苦耐劳的钻研精神、科学严谨的学习态度才能完成这项设计工作。

2.2 构建多维度立体化教学资源

针对建筑供配电工程设计遵循的国家规范和设计标准多、更新快，学习和灵活运用难度大、教材更新难以保证时效性等问题，课程团队积极运用现代教育技术，加强课程建设。进行了包括教材、配套课件、电子教案及中国大学慕课平台等多种载体构成的立体化教学资源建设，为学生提供了良好的多媒介学习环境和丰富的教学资源。

2.2.1 深化应用“互联网+教学”信息化平台

课程团队借助中国大学慕课平台，建设丰富的课程线上资源，实现预习、授课、作业、讨论、测验环节的线上开展。学生可以借助电脑、手机等电子设备充分利用碎片化时间，随时随地进行学习。

2.2.2 打造数字化立体教材

课程团队编写出版“建筑供配电技术”课程配套教材，录制了课程知识点讲解视频、配置了课外阅读拓展材料、规范解读等立体化教学资源，集中放置在教材二维码中，学生扫码即可学习。同时，二维码内容也可以随时补充更新，提高了教材的可读性和实时性。

2.2.3 信息化手段应用于教学，实现虚实一体

借助信息化手段，搭建虚拟实验室，例如采用模拟软件、先进的编程语言开发电力系统实验模拟平台。利用Matlab 的Simulink 模块和Mat-power 工具包模拟电网，完成负荷计算、短路电流计算等功能；建筑供配电系统电气设备、导线及线缆、电气开关种类繁多，线路铺设走向复杂，在电气施工图中仅用图形和符号进行表示，较为抽象，对空间想象和逻辑思维能力要求很高，学生理解很困难。课程团队将建筑信息化模型技术（BIM）引入教学，通过建模，将二维平面图纸转换为三维立体模型，给学生以更加直观、具体、形象的认识，便于学生理解建筑电气施工图，简化学习难度。

2.3 优化课程内容，多领域融合

随着绿色建筑领域新技术和新设备的不断更新，“建筑供配电技术”课程需要与时俱进，适应双碳背景下建筑供配电技术的发展需求。课程团队秉承多领域融合的思想，优化课程内容，针对建筑电气技术发展的最新趋势，从以下几个方面进行优化融合：

2.3.1 建筑供配电智能化

高层建筑的垂直分布、大量电气负载和高电力需求带来了建筑电气设计的挑战，对供配电系统的可靠性和安全性提出更高的要求。课程涵盖需求侧智能配电网、主动配电网和直流微电网等新兴技术和理念，以满足高层建筑对电气安全和电力负荷的更高需求。学生还应了解如何实现源网荷储的一体化设计和全局优化运行，以及建筑供配电与电力系统的深度互动，以应对可再生能源电力消纳问题。

2.3.2 建筑供配电直流化

绿色建筑注重能源高效和环境友好，强调建筑供配电系统的节能减排和可再生能源利用。随着直流技术的发展，建筑直流化成为一种趋势。课程介绍了直流建筑和建筑直流配电的相关知识，并引入交流直流混合配电，探讨光伏发电、储能系统等新技术与建筑直流化的结合应用，让学生了解不同电力形式的优势和适用场景。

2.3.3 建筑物全面智慧化

双碳背景下的建筑供配电技术需要关注建筑物智慧化和网络化的发展趋势，智慧建筑借助先进的信息技术和智能控制系统，突出建筑供配电系统的智能化和自适应性。课程内容涵盖智慧建筑技术、建筑物联网等领域的知识，介绍智能电网、能源互联网、建筑物联网等概念，以及与之相关的供配电系统设计和管理技术，强调运维阶段的重要性，可培养学生在建筑智慧化方面的能力，通过智能技术手段实现智能感知、智能分析和智能决策，提高建筑供配电系统的运维效率。通过多领域融合、与时俱进，课程内容更贴近实际需求，培养学生的跨学科思维和实践能力，以应对未来建筑供配电领域的挑战。

2.4 培养工程思维，情境模块化教学

“建筑供配电技术”是一门理论和实践相结合，同时对工程素养要求很高的课程。课程团队总结多年的教学经验，结合双碳背景下的“建筑供配电技术”课程教授的需要，将知识点融入若干模块中，采用情境化模块教学，引入项目案例，从单一的建筑供配电系统设计基本理论，转变为以工程实践为主线，夯实专业基础，注重综合设计。

2.4.1 能源及碳减排模块

新能源和碳排放管理日益重要的背景下，课程涵盖分时电价、电力交易和碳交易等相关知识，使学生了解用户用能行为对能源需求和碳排放的影响。此外，还介绍了需求响应和虚拟电厂的概念和技术，包括能源管理、可再生能源的应用和能源效率的提升，以减少建筑电气系统的碳排放，并培养学生综合能源供应和碳排放管理的能力。

2.4.2 节能技术模块

探讨建筑供配电系统中的节能技术，如高效照明系统、智能控制系统和节能设备的选择。学生了解如何在设计和运行建筑电气系统时考虑节能因素，以降低碳足迹。

2.4.3 可再生能源集成模块

随着大规模分布式能源（如太阳能光伏系统、风能发电系统和地热能利用）的应用，建筑供配电系统需要适应新能源供应低碳多元化的要求。课程介绍了建筑光伏和绿色建筑微电网的应用，使学生了解这些技术的原理、设计和运行要点，以实现可持续能源的利用，为建筑节能减排提供更有效的途径。

2.4.4 工程实践模块

课程团队引入实际工程案例，选择难度适中的民用公共建筑（如图书馆、教学楼）的建筑供配电系统施工图。按照电气设计说明、电气主接线系统图、竖向配电系统图、配电箱系统图、动力配电平面图、电气照明系统平面图、防雷与接地系统平面图等逐一进行讲授。以实际工程案例为线索，借助施工图纸，将课程知识融入具体的设计实践中。完成一部分内容后，再布置等价规模的工程设计任务给学生，引导学生自由选题，组成兴趣攻关小组，通过探索研究、小组讨论等形式完成设计任务。教师进行答疑辅导，组织小组间讨论，并分享和点评典型设计案例。通过沉浸式学习，提升学生的工程素养和实践能力。

3 总结与展望

在双碳背景下，“建筑供配电技术”课程的教学改革与实践应与我国实现绿色发展和碳达峰碳中和的目标紧密结合，促进建筑电气领域的可持续发展。课程内容要根据国家规范的更新和新技术设备的发展不断演进，关注建筑物的供电安全、节能减排、多元化可持续能源利用、消防保障和防雷等要求。引入绿色建筑、智慧建筑等领域的新技术和发展，培养学生解决实际工程问题的能力，提升综合工程素养。课程改革要继续跨学科融合，将建筑供配电技术与其他学科有机结合，培养学生的综合能力和跨学科思维。展望未来，通过不断的教学改革与实践，推动课程在绿色建筑中发挥更大作用，更好地适应双碳背景下行业发展的需求，培养具有创新能力和可持续发展意识的专业人才，为建设美丽中国和推动绿色建筑发展做出积极贡献。