暖通空调课程教学实践

一、暖通空调课程发展历史
暖通空调包括采暖、通风与空气调节三个部分内容，是以特定建筑空间为对象，在充分利用自然环境条件基础上，采用人工环境与能源利用工程技术，创造适合人类生活与工作的舒适、健康和节能的绿色建筑环境，创造满足工作、产品生产工艺及产品质量要求的环境，包括特殊应用领域人工环境，如交通运载工具的有限空间、地下工程建筑、农业生产和国防设施等环境的营造和控制。
暖通空调专业人才培养的目标，是培养满足社会需求、基础扎实、知识面宽、素质高、能力强和有创新意识的建筑环境与能源应用工程专业技术人才。大学毕业生能够从事工业与民用建筑环境控制技术领域的工作，具有暖通空调系统、建筑热能供应系统的设计、安装、调试和运行的能力，具有初步制定建筑自动化方案的能力，并具有初步的暖通空调领域应用研究与开发能力。要求培养出来的专业人才不但要有扎实的基础理论知识和专业理论知识，而且要具备基本的工程综合素质、较高的操作技能和较强的自学能力。暖通空调课程设置的最终目标是创造健康、舒适和节能的人工环境，旨在达到人类与自然的和谐、建筑与自然的和谐、建筑系统形式与生活模式的和谐。通过绿色生活方式和与之适应的建筑环境控制设备及系统形式，实现人类未来的节能与低碳，承担绿色、节能、低碳和可持续发展的责任。
暖通空调课程是1988年教育部新制定的建筑环境与设备工程专业招生目录中的必修课程。1998年，设有采暖、通风与空气调节课程的专业院校增至68所。进入21世纪，随着我国城镇建设、工业建设快速发展，人才需求锐增，截至2011年底，设置暖通空调课程的高等院校发展到181所，在校生人数4.25万人。2012年，根据《高等学校建筑环境与能源应用工程本科指导性专业规范》的要求，对原有教学计划进行调整，并正式将专业更名为建筑环境与能源应用工程，目前全国有207所高等院校设置建筑环境与能源应用工程专业，作为该专业的必修课程，暖通空调课程已历经30年的建设与发展。
2005年沈阳农业大学获批建筑环境与设备应用工程专业，同时开设暖通空调课程。根据专业规范的要求，沈阳农业大学暖通空调课程安排在第六学期，课程组现在专业教师两名，采用传统的多媒体结合板书的教学模式，采取布置课后习题与期末考试等手段，考察大学生对课程的掌握情况。结合沈阳农业大学的专业特点，课程设立在农业生物环境与能源工程学科目录下，依靠沈阳农业大学农学、园艺类强势学科，正在建设以农业设施环境为主要研究对象和建筑节能为主要目标的特色专业课程，旨在培养能够从事以下三个领域的专业技术人才：一是能从事建筑采暖、空调、通风除尘和空气净化等系统与设备的设计生产、安装调试与运行工作；二是能够以工程技术为依托，以建筑智能化系统为平台，对工业建筑及大型现代化楼宇中环境系统和供能设施的设计、安装、估价、调试、运行和维护，以及技术经济分析和管理；三是能适应低碳经济建设与社会可持续发展的需要，具备建筑节能设计、建造和运行管理的基本理论与专业技能，具备知识面宽、具有向土木建筑类相关领域拓展能力、适应能力和实际工作能力。
二、暖通空调课程存在的主要问题
作为建筑环境与能源应用工程专业的技术方向课程之一，暖通空调是该专业新的课程体系经调整、整合后的必修课程，也是该专业主要毕业设计方向。由于课程涵盖供热工程、通风工程和空气调节三个方面的内容，理论与实践教学学时一直以来被不断压缩，作为专业的暖通空调课程教师，深感教学责任重大。如何将暖通空调系统知识传授大学生，通过大学生的学习、理解与掌握后，转变为大学生的专业技能，是一名暖通空调课程教师思考的教学难点和专业教育责任。因此，很有必要对暖通空调系统课程的教学内容进行优化组织，加深大学生对暖通空调课程概念、理论和体系的理解。通过教学改革与实践，增强大学生的工程实践能力，为社会培养一批基础扎实、知识面宽、综合素质高和创新能力强的应用型专业人才。目前高等院校暖通空调课程设置及发展中依然存在以下几方面问题。
（一）教材和师资队伍建设滞后
暖通空调教材中理论内容偏多，结合工程实际的实例内容偏少。许多大学生即使花费大量的时间掌握理论知识，也不能很好地将理论知识应用于工程实际。尤其教材部分内容更新较慢，不能及时跟上工程技术和产品的快速发展，特别是对于采暖、通风与空调系统中新能源与新材料的利用内容介绍较少，没有将当前最近研究成果写进教材，大学生不能很好地掌握目前暖通空调技术发展的最新动态。一些高等院校暖通空调课程专业教师数量不足，师资力量较薄弱，且专业教师承担的科研项目较少，接触工程实际机会较少。
（二）课程理论教学内容
暖通空调课程理论教学改革主要是建立完善教学体系，包括暖通空调教学大纲的制定、教材的选择、备课教案和讲稿的编制，以及通过课堂教学对教学体系和教学方法进行教学研究与实践，从而不断完善教学体系，改进暖通空调课程教学方法。传统填鸭式教学方法效果差，在教学过程中学生与教师间的互动环节少，导致大学生学习的主动性、积极性和自觉性较差，很难在有限学时内将分散杂乱的教学内容构建成有利于大学生理解和掌握的完整知识体系。现有暖通空调课程体系内容难以跟踪最新科技发展趋势，大学生对课程内容的学习积极性不高，甚至对所学知识的实际应用前景产生职业疑虑。
（三）实践教学条件较差
暖通空调课程实践环节包括实验教学和课程设计环节。主要是建立实验、课程设计教学体系，包括设计大纲制定、设计内容、设计方法及标准制订等。实践教学通过实践环节训练，培养大学生动手能力，为日后在暖通空调工程设计、施工和管理工作打下良好的专业基础。传统的暖通空调课程设计一般时间短，设计内容较为单一僵化，不能很好地培养大学生的综合能力和实践经验。为此，需要对实践环节进行改革。实践环节的缺失，造成大学生创新性思维得不到锻炼，且由于教学经费的制约，实验室部分实验器材过于陈旧，大部分实验环节为演示性和验证性实验，大学生亲自动手操作机会较少，导致大学生理论联系实际的能力不足，缺乏就业竞争优势。
（四）课程考核方式不科学
暖通空调课程考试是一个重要的教学环节，考核大学生暖通空调课程学习成绩与课程体系、教学方法和教学效果密切关系。传统的课程考核方式主要包括开卷、闭卷考试，考察作业完成情况。一般试卷答题考核方式单一，大学生采用在临考前集中复习，复习时间短，死记硬背知识点，缺少对知识点系统、全面和深入的理解与分析，不能将所学理论知识有效应用于课程设计与毕业设计等实践环节。课程作业由大学生在课后时间完成，难以避免部分大学生不能独立完成、抄袭同学作业等不良现象。
三、暖通空调课程教学改革实践
（一）加强教材和师资队伍建设
暖通空调课程理论教学内容涉及知识面宽、知识点多和理论性强，结合工程实际的实例内容偏少，同时，课程授课学时却在不断压缩。针对这一问题，暖通空调课程组计划近两年内自编教材，将更多的采暖、通风与空调系统安装实例写进教材，加深大学生对暖通空调理论知识的深化理解，增强大学生实际应用能力。尤其将采暖、通风与空调系统中新能源与新材料的最近研究进展写进教材，激发大学生的专业学习兴趣，提高课程学习效率。由于课程涉及采暖、通风与空气调节三个部分，知识点多，内容宽泛，学时有限，通过强化教师知识储备和改进授课方法来提高教学质量。沈阳农业大学暖通空调课程组现有专业教师两人，已有一人从国外进修回国，计划两年内将另外一名教师送至国外培训一年，了解国外暖通空调领域的专业发展，不断提高暖通空调课程教师的教学与实际工程应用能力。
（二）暖通空调课程理论教学改革
1.采用反转式、主动式教学方法所谓反转式教学，即在课程教学开始阶段，督促大学生做好课堂笔记、掌握课程内容重点难点，在接近课程学习完成时，结合所学专业知识，让每位大学生出一套课程考试题，最后的课程考试题从大学生所出题库中抽取。通过反转式教学方法，让师生进行必要的角色互换，从大学生自己的角度总结、归纳课程知识体系，完善课程内容，充实课程试题库，充分调动大学生学习暖通空调课程的积极性和主动性。所谓主动式教学，即在教学过程中教师根据课程教学大纲要求设置启发式问题，让大学生带着疑问去学习，并在学习过程中不断解决问题的学习模式。激发大学生的专业学习兴趣，尽量发挥大学生的学习主观能动性，使他们的暖通空调课程学习变被动为主动，主动思考、提问和查阅课外参考文献，形成学习暖通空调课程活跃的氛围。教师以各类典型暖通空调系统的构建作为大学生的学习目标，并根据暖通空调系统的实际工作过程安排课程教学内容。在学习暖通空调系统的每个阶段，大学生都会思考所学知识的现实意义，使大学生的专业学习目的变得更为明确，专业学习积极性也得以迅速提高。同时，使暖通空调课程原先散乱无章的知识点也变得条理清晰，使大学生专业学习过程变得事半功倍。在教学过程中，教师必须对大学生的学习成果进行阶段性检查，对大学生学习中存在的疑惑适时加以解答，并对其解题思路进行相应的调整，以保证大学生对知识理解和应用的专业性和准确性。
2.采用多媒体结合板书的教学方式暖通空调课程可以大部分采用多媒体教学，通过PPT课件的精心制作，用文字把基本概念、基本原理准确表述清楚，结合图片、动画和视频，讲述复杂机理的工作过程。介绍典型的CAD施工图给大家讨论。暖通空调课程讲解中尽可能采用表格、图片、动画和视频等手段，使教学内容生动形象、通俗易懂，使抽象概念具体化、复杂问题简单化。同时课程教学多结合当前的各种规范、标准，使大学生不断扩展专业知识面，理论联系实际。采用多媒体结合板书的教学方式，丰富教学手段，采用多媒体结合板书的教学模式，将风机盘管的概念、照片、工作原理和设计安装调节的原理图、焓湿图的读取，以及在暖通空调技术中的应用等教学素材通过多媒体课件、视频等手段，将晦涩的原理、复杂的步骤，生动形象而有序地阐述给大学生，有目的地增强暖通空调课程的专业趣味性，激发大学生的学习兴趣。通过各种形式增加课程容量，保证暖通空调课程教学知识的系统性。实践表明，多媒体辅助教学可以使课堂信息量增加近两倍。同时，教师在讲授某一暖通空调系统的工作原理时，可以通过多媒体课件中超链接的功能快捷地调用，减少教师板书过程对大学生思维的打断，保证知识信息传递的连续性，有助于大学生及时对知识进行加工处理。教师不断跟踪最新技术进展，及时掌握暖通空调领域科技发展动态。目前的暖通领域新技术、新材料与新方法更新迅猛，暖通空调课堂教学可通过多媒体手段将新产品、新技术和新方法及时补充到教学内容中，开拓大学生的专业视野，扩展大学生的专业知识面。总之，多媒体结合板书的教学模式使大学生对暖通空调课程充满舒适感、连续感和新鲜感，实际教学收到良好的教学效果。
（三）暖通空调课程实践教学改革
1.建立课程实践教学体系暖通空调课程涵盖采暖、通风与空气调节三部分内容，课程内容覆盖面大，知识点多，为时一周的课程设计时间较短，内容限制较窄，方案可选性小，大学生没有充分发挥的空间和余地，不能充分激发大学生的专业学习兴趣，教学无法避免相互抄袭和应付差事的不良现象。将暖通空调课程设计的时间延长至两周，师生们将会有比较充足的时间思考、设计、讨论和总结，达到完成教学预计的课程设计要求。
同时可以增加课程设计方案的多样性，将供热工程、通风工程两门课程设计与暖通空调课程设计结合，建立暖通空调课程综合性课程设计，培养大学生宏观把握和综合运用基础知识处理问题的能力，学会如何入手处理一个实际工程问题，如何应用基础理论知识，如何学会设计方法，了解规范与标准的应用，掌握运用工程图准确表述设计意图等方面能力。以往的课程设计都是按组进行，五人一组分担同一命题，这种方式可能导致组内部分大学生有依赖性或者不实际参与设计工作。为避免这一现象出现，实践教学采取一人一个命题方式，每位大学生设计一套小型别墅或者小型公寓，充分发挥每个人的主动性。同时，每位大学生需要独立完成整个建筑暖通空调系统的设计，这样可以培养大学生独立分析和解决问题的能力，避免大学生之间的抄袭现象。在独立设计和计算过程中，大学生可以查阅文献、规范和设计标准，锻炼和提高暖通空调专业能力。
2.开展科技创新活动沈阳农业大学建筑环境与能源应用工程专业每年都会选派优秀的大学生参加各类本科生科技创新活动，主要包括从校级层面、省级和国家层面的本科生创新设计大赛、科技创新立项，以及与专业相关的各类大赛。参赛作品大多以设计性和创新性实验项目为雏形，逐步完善而成。近年来，沈阳农业大学建筑环境与能源应用工程专业大学生获得多项国家级科技创新立项资助和省级本科生设计大赛奖项。经过大赛培训和锻炼，极大地提高大学生的专业技能水平、创新能力和团队合作精神。同时，通过创新设计竞赛，开拓大学生的专业视野，对大学生本科毕业后顺利适应工作岗位和积极投身科学研究大有裨益。科技创新活动的开展让大学生真切感受到理论学习是基础，学以致用是目的，科技创新是动力，验证了素质教育的真谛。
（四）暖通空调课程考核形式改革与实践
暖通空调课程考试采取期末闭卷+课堂及平时作业成绩方式。期末闭卷考试成绩占70%，这部分内容主要考察大学生对课堂讲述知识的掌握能力。通过从反转式试题库抽取考试题，大学生用各自提出的考试题进行考核，对所学专业知识进行归纳、总结和提炼，加深大学生对暖通空调知识点的理解和掌握。在检验学习效果的同时，起到对大学生求知欲望的促进和激励作用。课堂学习及平时成绩占30%，考察大学生对课后习题作业的完成情况、平时课堂出席情况及完成讨论论题的情况。采取期中测验，给大学生一个论题，让他们各自亲手制作暖通空调课程PPT，使他们在准备过程中能够广泛查阅资料，多读专业文献，避免死记硬背、临时抱佛脚的学习方式。通过对大学生讲解内容的点评，在肯定他们自学能力的同时，提高大学生综合分析能力、制作PPT课件的能力及解读新知识的能力。
总之，按照建筑环境与能源应用工程专业复合型人才培养的要求，暖通空调课程理论与实践教学改革的经验。通过对暖通空调理论、实践教学改革与考核形式改革的分析与研究，探讨暖通空调课程在培养专业复合型人才中的作用，旨在为加强专业建设和深化教学改革提供参考与借鉴。


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