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环工专业暖通概论课程的教学改革与探索

2024-08-28 38 上传者：管理员

摘要：暖通概论课程是环境工程专业的一门交叉开放课程，该课程的知识面较广、系统原理较复杂、课时相对较少，对外专业学生学习难度较大，学习效果不佳。本文针对环工专业暖通概论课程教学中存在的一些问题，从教学内容、教学方法和课程考核方式这三个方面进行了改革与探索，注重课程教学内容的合理选择、加强教学方法的改进以及加大平时考核的比重，从而提高课程教学效果。

关键词：
教学改革
新工科
暖通概论
环境工程
环工
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一、研究背景

交叉与融合是新工科建设的主要途径之一[1-3],并且已被国际多所知名高校推广应用[4-5]。专业交叉与融合是通过把两个或两个以上的不同专业的知识进行有机融合，让学生能够获得新的综合知识来解决复杂工程的过程，开放课程是体现这一过程的重要方式。开放课程能够继承和发展原有专业课程的优势，积极应对社会需求变化，主动吸收和消化最新科技成果，来培养学生的创新能力和应变能力，提升学生解决本专业复杂工程问题的能力[2]。

在新工科的建设理念下，暖通概论是环境工程专业(以下简称环工)设立的一门交叉开放课程。通过该课程的学习，学生理解建筑物供暖系统、通风系统和空调系统的基础理论和工作原理，掌握暖通系统的设计方法，具备完成环工专业与暖通工程交叉设计的能力。然而，暖通概论课程所涉及的知识范围较广，课时相对较少，暖通系统原理和相关理论知识和概念较复杂，从而增加了暖通概论课程的教学难度。针对目前该课程教学中尚存在的问题，笔者拟针对教学内容、教学方法和考核方式这三个方面进行研究。

二、教学课程的改革

(一)教学内容的选择

在学时的限制条件下，课程内容需要根据学时合理选取。针对环工专业的培养目标，也就是让学生具备解决复杂环境工程问题的能力。笔者以非暖通专业的视角，从工程实际出发介绍供暖、通风及空调系统的工作原理和设计方法。供暖部分包括设计热负荷、热水供暖系统、蒸汽供暖系统、辐射供暖系统等；通风部分包括全面机械通风、局部排风、自然通风、通风管道设计计算等；空调部分包括空气调节处理过程、空气处理设备、集中式空调系统、半集中式空调系统等。

另外，由于暖通概论相关教材中缺少关于暖通系统设计的一些基础知识[6],如图1,所以在授课过程中首先对相关的理论知识进行了适当补充，如图2。通过补充传热学、流体力学和工程热力学中的一些基础知识，便于学生更好地理解供暖系统、通风系统和空调系统中空气处理过程的原理。例如，流体的主要物理性质、流体静压强及其分布规律、恒定流方程、流动阻力、传热的基本方式、传热过程及传热系数、湿空气的物理性质、湿空气的焓湿图及其应用、湿球温度与露点温度等。

图1 课程教材目录

图2 课程PPT和学习资料

(二)教学方法的改进

1.注重多媒体和板书相结合

多媒体和板书作为目前最常用的教学模式，都不能过分偏向某一种方式。多媒体和板书以哪一种方式为主，是一个相对比较复杂的问题，与专业的培养目标、教师知识结构、学生知识背景、社会发展水平等因素密切相关[7]。由于暖通概论课程主要以应用知识为主，所以总体而言应该以多媒体教学为主，板书教学为辅，同时将二者有机结合。在课程教学大纲的基础上，把所有的教学内容梳理出来，再把教学内容分类成基本概念、原理以及理论应用部分。

在授课过程中，针对一些基础理论性公式和原理采用传统的板书授课，突出理论知识的完整性。例如，基础理论中的流体静压强公式，恒定流的连续性方程和能量方程，传热学中的热传导、热对流和辐射换热计算公式，自然循环热水供暖系统作用压力计算公式等。

对于一些偏应用的内容部分，主要是采用多媒体教学为主，让学生能够形成系统性的认识。多媒体的选材非常重要，通过选择学生相对容易理解的方式来增强学生的兴趣，从而发挥多媒体的优势。例如，热水供暖系统形式、蒸汽供暖系统形式、局部排风罩形式、粉尘净化设备原理、压缩式制冷系统(见图3)等。

图3 压缩式制冷系统过程

2.注重课前预习、课堂提问和课后线上答疑相结合

暖通系统的一些基础知识对环工专业的学生可能难度较大，所以需要学生适当提前预习，例如，通过看教材和相关参考书，包括《供暖通风与空气调节》《建筑设备概论》《建筑环境与设备工程概论》等，另外还可以看一些线上资源：爱课程、MOOC等。

在每次上课前，先对上一次课的内容进行回顾，然后根据相关内容进行提问，一方面掌握学生的学习情况，另一方面增加学生对所学知识的理解。

3.注重课后习题作业和课堂习题讲解相结合

为了让学生能够深刻理解所学知识并且进行灵活应用，布置课后习题并及时指导学生作业是一种非常重要的方式[8-9]。在每一章节的知识点讲解完以后，根据相关知识点及时布置作业，批改作业并发现学生作业中出现的共性问题，随后在课堂上课过程中及时对共性问题进行评讲，从而加深学生对相关知识的理解。

(三)考核方式的改革

为了让学生更加重视课程平时的学习过程，对课程考核方法进行适当改革。课程成绩由课堂表现20%、课后作业20%和期末成绩60%组成，如右表所示。课堂表现包括考勤率5%、课堂问题回答情况10%和课堂在线测试5%。作业会在相应章节内容讲解完之后发布，见图2,作业成绩主要根据作业的完成情况、正确率、书写等进行评价，并且在随后上课过程中进行详细讲解。期末考核采用开卷考试形式，主要目的是考查学生对相关知识的灵活应用，不需要学生死记硬背。

课程成绩构成及比例表

三、结语

暖通概论作为环境工程专业的一门交叉开放课程，具有知识范围广、系统原理复杂、课时较少的特点。本文主要从教学内容的选择、教学方法的改进以及考核方式的改革这几个方面来研究，从而提高课程教学质量，增强学生利用环工专业知识与暖通专业知识进行交叉设计的能力。

参考文献:

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017,3:1-6.

[2]蒋英春,蒋秉睿.交叉与融合——“新工科”背景下应用数学类研究生课程体系新探索[J].教育现代化,2019,6(79):182-184.

[3]赵振宇,薛显超.“多学科交叉､多领域开放､多手段融合”的课程体系改革与实践——以沟通课程为例[J].中国多媒体与网络教学学报,2019(08):178-179.

[4]胡瑞,陈新忠,薛珊.高等学校促进学科交叉融合的实现策略——以麻省理工学院为例[J].华中农业大学学报(社会科学版),2012(03):105-110.

[5]张永梅,张婷.高等学校促进跨学科人才培养的主要路径!——以普林斯顿大学为例[J].湖州师范学院学报,2015,37(12):5-8.

[6]吴萱.供暖通风与空气调节[M].北京:清华大学出版社,2006.

[7]刘伟峰.多媒体/板书相结合的工科专业理论课探究式互动教学方法[J].教育现代化,2019,6(32):128-129.

[8]贾涛,江巍雪,宋金蔚,等.建环专业流体力学课程的教学改革与探索[J].教育现代化,2021,8(90):111-113.