新工科背景下土木工程类专业建筑设备创新教学模式研究

摘 要：在新工科建设和工程教育认证背景下，为以学生终身发展为核心，培养适应新时期智能建筑和绿色建筑发展的高素质建筑人才，该文针对建筑设备教学过程中面临的“专业素养不足、工程能力欠缺”等问题，从多维度开展课程创新改革，融入BIM虚拟实践教学，对学生进行“全息式”工程能力培养，构建“1C-2A-4R～一芯两轴四面”的创新教学模式。一系列教学创新措施和全新的教学模式，充分调动学生的学习积极性，学生的综合素质、专业素养、创新意识、工程实践能力等得到明显提高，人才培养成效显著。为土木工程类专业建筑设备教学改革提供参考和应用实践。

关键词：建筑设备；BIM虚拟实践教学；一芯两轴四面；土木工程；教学模式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）23-0093-04

Abstract： Under the background of the construction of new engineering disciplines and certification of engineering education， in order to focus on students' lifelong development and cultivate high-quality architectural talents that adapt to the development of intelligent buildings and green buildings in the new era， this paper aims to address the "lack of professional literacy， lack of engineering ability" and other issues faced in the teaching process of "Building Equipment"， carries out curriculum innovation reform from multiple dimensions， integrating BIM virtual practice teaching， and conduct "holographic type" engineering ability training for students. The innovative teaching mode of "1C-2A-4S～one core， two axes， and four sides"is constructed. A series of innovative teaching measures and new teaching models have fully mobilized the learning enthusiasm of students， significantly improving their comprehensive quality， professional literacy， innovation awareness， engineering practice ability， etc.， and achieving significant results in talent cultivation. This study providesreference and application practice for the teaching reform of "Building Equipment" of the civil engineering majors.

Keywords： construction equipment; BIM virtual practice teaching; One core， two shafts， four sides; civil engineering; teaching mode

2017年2月20日，教育部高等教育司发布《关于开展新工科研究与实践的通知》，提出以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革创新。新型工科人才是支撑实现国家战略和新经济快速发展的重要人力保障，高校人才培养要向应用型和创新型人才转型。

在这种背景下，土木工程专业人才培养迎来了新问题和新需求，绿色建筑、智能建筑、智慧城市等理念不断涌现，数字化转型成为了绝大多数公司和个人讨论的问题，据统计2022年超过半数的建筑公司正在进行数字化转型，并且BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）在其中起到了关键作用。装配式建筑、BIM等新技术的逐步成熟和广泛推广，使土木工程领域面临前所未有的新挑战和新机遇，迫切需要培养大批新兴工程科技人才作为支撑。

建筑设备是高等院校土木和建筑类专业开设的一门专业基础课程，其内容包含三个工科专业的基础知识，在新兴工程科技人才培养上占有重要地位，但是在课程教学过程中面临着学生专业素养不足、工程能力欠缺等问题，传统的教学模式已不能满足新工科建设的需要。

为以学生终身发展为核心，培养适应新时期智能建筑和绿色建筑发展的高素质建筑人才，解决建筑设备教学过程中面临的问题，本教学团队从多维度开展课程创新改革，融入了BIM虚拟实践教学，对学生进行“全息式”工程能力培养，构建了“1C-2A-4S～一芯两轴四面”的创新教学模式。一系列教学创新措施和全新的教学模式，充分调动了学生的学习积极性，学生的综合素质、专业素养、创新意识和工程实践能力等得到明显提高，人才培养成效显著。

一 “1C-2A-4R～一芯两轴四面”的创新教学模式

“一芯”课程目标——信息化、能力化、素养化。

“两轴”——BIM技术能力培养和节能减排理念培育。

“四面”——课程内容重构、教学方法创新、教学环境创设、教学评价改革。

1）课程内容重构——突出土建、融入思政、“四新”技术，全面提高学生的专业素养。

2）教学方法创新——案例教学、虚拟实践、对分课堂，激发学生学习兴趣，提高学生的工程实践能力。

3）教学环境创设——学科竞赛、智慧课堂、学银在线，从不同的时间、空间保障学生能获取各种优质教学资源，提高学生自主学习能力及终身学习能力。

4）教学评价改革——注重过程、理实兼顾、限定关分，全过程评价方式考核学生的学习情况，通过课堂提问、分组讨论汇报、交流演示、课堂闭卷测验、作品集、BIM实践和期末考试等各种方式调动学生的积极性，激发学生认真学习、培养学生的团队合作能力、表达能力、理论联系实际的能力、创新能力等。

二 课程内容重构——突出土建、融入思政、“四新”技术

建筑设备课程内容涵盖了三个本科专业的基本内容，分别是给排水科学与工程专业、建筑环境与能源应用工程和建筑电气与智能化专业，均为土木类学科下的二级学科。由于涉及三个专业的教学内容，因此课程知识点众多，加上基础理论抽象，对于建筑、结构和工程管理专业的学生而言，认为内容与专业关联度不大，学习兴趣低，因此进行教学内容重构，有机融入课程思政元素，聚焦学科前沿，能有效地提高学生学习兴趣，全面提高专业素养。

针对土木工程专业特点，增加建筑设备各施工案例的学时，并通过真实案例培养学生认真严谨的专业素养；同时利用国内外对比，激发学生爱国热情，正视差距，矢志创新，科技报国。

采暖和空调是建筑设备的重要组成部分，并且其能耗占社会总能耗的20%。培养学生的节能减排意识，学习节能减排的方法对于降低社会总能耗，实现我国碳达峰与碳中和的目标意义重大。因此在教学内容上增加建筑设备节能的学时，同时从给排水到采暖空调到建筑电气及设备自动化，将节能减排的理念培养贯穿整个教学过程。

智能建筑既可以为人们提供美好的生活，也是节能减排的重要途径，将本课程重点放在智能建筑及设备自动化上，并且每一模块都增加“四新”技术的发展动态与趋势，具体内容见表1。

三 教学方法创新——案例教学、虚拟实践、对分课堂

建筑设备课程的理论与实践性均很强，案例的学习有助于学生更好地理解理论知识。本课程在每一模块后都学习一个综合施工案例，在学时少并且疫情的情况下学生无法去工地参观学习，因而本课程创新采用三维虚拟实践的方式进行，这种教学方法既解决了实践的时间空间问题，又可使知识系统化，并且可以大大提高学生的创新能力。

在进行案例学习时采用对分课堂的教学方法。

对分课堂，其核心理念是分配一半课堂时间给教师讲授，另一半给学生讨论，并把讲授和讨论时间错开，让学生在课后有一周时间自主安排学习，进行个性化的内化吸收。对应的考核方法强调过程性评价，并关注不同的学习需求。本课程的对分课堂分为三个阶段（图1）。

（一） 教师讲授阶段

在进行案例学习时首先是教师进行讲解，提纲挈领地对照施工图纸将施工案例中的重点和难点给予提示，并不是详细的讲解，适当留白，让学生了解这个施工案例的系统结构，然后在学习通平台发布BIM实践作业，让学生根据二维图纸建立施工案例的三维模型（图2）。

（二） 学生BIM实践阶段

学生在课下完全独立地根据教师的提点详细解读图纸，并根据在线教学课程进行自学并完成BIM实践作业，学生在完成作业时有不明白的地方首先小组内进行讨论，小组内讨论不能解决的问题，课上在全班交流，全班交流不能解决的问题由教师讲解答疑。

（三） 学生教师交流讨论阶段

课上一半的时间由各小组间总结交流各自的学习心得，教师列出优秀作业，各小组对照优秀作业首先找出自己作业的问题，并改正问题，教师最后根据交流情况解答学生们不能解决的问题。

这种新型教学方法理念深刻、简明易用，变被动学习为主动学习，培养学生批判性思维、创造性思维、沟通能力、合作能力，工程实践能力大大提高。

四 教学环境创设——学科竞赛、智慧课堂、学银在线

建筑设备课程的BIM实践需要学生具备相应的工程识图及制图的基础，因而建筑设备的教学工作不局限于一学期、一门课，而是注重对学生不同阶段认知的培养，服务于整体教学。在一、二年级，教学团队承担工程制图及建筑工程制图，为学生的BIM实践奠定坚实基础，同时教学团队积极带领新生参加全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛及全国三维数字化创新设计大赛，对学生进行制图及三维建模的培训，从大一就建立融洽的师生关系，从理论及心理上创建了良好的建筑设备BIM实践教学环境。

在三年级上学期，进行本课程的教学，并且在教学过程中带领学生参加全国BIM毕业设计大赛中的机电模块，学生所学即所用，充分调动了学生学习的积极性，创建浓厚的学习环境。

学校支持各项教学改革，在现代教育技术部配备了多个智慧教室，智慧教室为学生的交流演示和对分课堂的进行提供了必备的教学条件（图3）。

教学团队建设的建筑设备课程在学银在线平台全部对外开放，本课程包括6个模块92个共计802分钟的教学视频，其中BIM实践模块共计420分钟，详细讲解了建筑设备相关系统的三维建模方法及实例，是学生课下优质的学习资源，为本课程的对分课堂教学方法提供切实保障。

五 教学评价改革——注重过程、理实兼顾、限定关分

建筑设备是一门理论与实践均很强的课程，平时的积累与学习尤为重要，教学团队探索了并实践了“注重过程、兼顾实践、限定关分”多种形式齐头并进的“过三关”全过程考核方式。

将最终考核成绩分为“平时理论成绩、BIM实践作业成绩、期末考试成绩”“三关”。课程总成绩=平时理论成绩（包含课堂提问、学习过程、课堂闭卷测验、讨论汇报和交流演示等）30%+BIM实践作业40%+期末考试 30%。每关限定过关分为50分，有一关低于50分总成绩将界定为不及格。

BIM实践作业分为建筑给水工程、消防给水工程、排水工程、建筑排烟工程、建筑空气调节工程和建筑电气工程六次大作业，每次作业都采用国内外先进的建筑施工案例进行，作业后分组进行讨论汇报。BIM实践作业培养了学生细致严谨的工程态度，提高了学生的理论联系实际能力、团队协作能力及信息化技术能力，体现了过程与结果、定量与定性、个人与团队、科学与人文、能力与素养“五结合”的考核理念。

六 教学创新成果

通过以上各个层面的创新举措，有效地激发了学生们的自主性学习、团队协作活力，全面提高了专业素养及工程实践能力。

学生在企业实习过程中工程能力明显提高，能利用所学的BIM技术解决企业施工过程中的难题，得到企业的一致好评（图4）。

学生的学习热情高涨，思维能力、创新能力、专业素养得到很大提高，在各类学科竞赛中取得了优秀的成绩，获得省级以上奖励百余项。

在教学改革和推广过程中教学团队取得了一系列创新成果。获得2项校级教学改革项目，2项校级专创融合课程建设项目， 4项教育部产学合作育人项目，2项中国高等教育协会研究课题，3门线上课程（山东省本科一流课程1门），3项山东省、1项国家级教学改革项目，获省级以上教学成果奖1项。

七 结束语

课程团队的课程教学创新初见成效，在今后的教学过程中我们将坚持不懈，并根据教学过程中反馈的问题及跟踪学生毕业5年内的工作情况及时调整融合，持续改进。

参考文献：

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[3] 王丹妹.问题-图纸案例-实训教学模式在建筑设备课程教学中的应用[J].高等建筑教育，2021，30（5）：155-162.

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基金项目：教育部2021年第二批产学合作协同育人项目“智能+绿色建筑——《建筑设备》课程建设”（202102425034）；教育部2024年第一批产学合作协同育人项目“绿色建筑节能减排的数字化设计与应用”（230804459303747）

第一作者简介：赵宏霞（1976-），女，汉族，山东烟台人，博士，副教授。研究方向为建筑设计、BIM设计。

*通信作者：苑宏宪（1979-），男，汉族，山东菏泽人，博士，副教授。研究方向为工程管理。