“建筑智能环境学”课程教学改革与实践

摘 要：本文对“建筑智能环境学”课程的教学方法进行探讨,针对课程难点和学生特点,在教学手段和教学方式上进行积极地探索和实践.通过专题讨论、大作业以及仿真技术的应用,有效地提高了学生的学习积极性和教学效果.

关 键 词：建筑智能环境学；教学改革；应用能力

中图分类号：G642?摇文献标志码：B文章编号：1674-9324（2014）16-0053-03

“建筑智能环境学”是建筑电气与智能化专业核心基础课程,建筑电气与智能化专业是教育部2006年批准招生的新兴专业.该专业培养适应社会主义现代化建设需要,德、智、体全面发展,素质、能力、知识协调统一,基础扎实、知识面宽、综合素质高、实践能力强、有创新意识、具备执业注册工程师基础知识和基本能力的建筑电气与智能化专业高级工程技术人才.毕业生能够从事工业与民用建筑电气及智能化技术相关的工程设计、工程建设与管理、系统集成、信息处理等工作,并具有建筑电气与智能化技术应用研究和开发的初步能力.建筑电气与智能化学科是以建筑为平台,综合运用现代计算机技术、网络通讯技术、现代自动控制技术及电气技术的多学科集合的新兴交叉学科.由于交叉学科的特点,在培养学生过程必须强调综合应用能力.

一、课程教学的难点

1.教材选择.在教材选用上遇到的问题,是没有完全符合教学要求的教材.课程设置的学时为72学时,其中实践教学8学时.目前我们所用的教材及主要参考资料为《建筑环境学》,可以满足大部分教学需求.然而在体现“智能”上,尚显不足,需要教师补充和加以引导.目前建筑环境学教材多为建筑环境与设备工程专业学生量身,教材中涉及大量计算、公式和图表.建筑电气与智能化专业学生由于传热学、流体力学等方面的基础薄弱,在学习中会感觉枯燥,而且很多内容不易理解和掌握.但建筑电气与智能化专业学生也有自身的优势,在培养方案中,《c++程序设计》和《建筑设备》在《建筑智能环境学》前一个学期开设.因此在学习建筑智能环境学时,学生已经有了一定的程序设计能力和营造建筑环境所需设备的基本知识,有了这些,就为“智能”提升打好了基础.

2.重点内容和讲解深度的拿捏.建筑电气与智能化专业,很多课程衔接非常紧密.容易出现一些知识点或者系统被多次提及的情形,这就需要在讲解知识点的时候,把讲解深度和侧重点把握的得非常好.以智能建筑中的设备自动化系统为例,在专业概论中一般会提到空调系统,而在后续的课程包括《建筑设备》、《建筑智能环境学》、《建筑设备管理系统》、《建筑设备自动化》和《建筑智能化系统集成技术》等课程中也都会提到空调系统.空调系统在建筑智能化系统中的重要地位,决定了它必然会是我们研究的重要对象.随之而来的问题,就出现了,对于空调系统,在不同的课程中,介绍相关知识点时,如何把握深度和讲解侧重点就变得尤为重要.在建筑智能环境学中,类似的情况有不少.我院自2010年开始招收和培养建筑电气与智能化专业的学生,笔者承担了2届的授课任务.针对该课程内容涉及面广,理论性强以及培养方案的导向性,我们对教学进行了一定的改革,现将主要做法与同行分享,以期得到批评指正.

二、课程教学改革措施

课程理论性强,涉及很多分析和计算.要清楚讲解每一张的重点和难点,包括分析和计算,我们的学时是够用的.但是这种教学效果往往不理想,我院历来特别重视对学生的实践能力培养,学生对实践的兴趣高于理论.该门课程内容,决定了如果采取教师讲授为主的授课方式,必然显得枯燥,难以调动学生积极性和课堂学习气氛.在一些学生基础非常好的名牌高校,比如清华大学,也都采取很多措施激发学生的积极性.

1.布置大作业.大作业可以考核学生资料检索、程序设计、团队协作和信息技术应用等多个方面能力,因此在介绍完课程绪论后,就会公布大作业选题原则、选题范围和参考选题,公布大作业提交时间和成绩评定方案.

选题时间为2周,在这2周内学生有足够时间查询相关资料,确定自己感兴趣的课题.教师在学生选完题后,要对题目把关,避免一些过于宽泛和过于简单的选题.对选题进行简单分析,指导学生把握正确的探索方向和方法.在课程最后一周,抽出2学时进行大作业的答辩,根据作业质量、工作量、任务分工等方面对每一位同学进行综合评分.鼓励学生以WebQuest专题形式完成大作业,这样可以锻炼其网络和数据库技术的应用能力,也能够将课题组分工、评价和探索过程展现出来.

2.开展专题讨论.在讲解某一章内容时,先对该章节学习的重点、难点和知识在专业体系中的地位、用途做一简单介绍.鼓励学生在概览本章教材内容后,查找一些相关的资料、案例或者相关的新技术理论等,特别是自己有强烈兴趣的问题.这些问题由课代表汇总,交给任课教师,教师在本章最后一个学时,组织学生对有代表性的问题展开有引导性的讨论.通过每章一个小专题讨论,可以提高学生的学习积极性,开阔思路,也为大作业的有效开展奠定了基础.在讨论过程中,教师要做导向性的总结和点评,指出哪些内容是可以进一步展开研究的,并提供一些研究思路和方向.例如,在绪论相似度检测绍一些典型建筑风格时,会遇到地坑窑这种典型的北方建筑.班级的同学大部分都来自广东,很多同学看到地坑窑后,第一个疑问就是,如果下暴雨了,会不会被淹掉.有这个疑问是非常正常的,南方多暴雨,防雨防水是他们关注较多的.然而北方的人都知道,担心被淹一定是对北方的天气不了解,特别是西北黄土高原一带,气候干旱,地面都经常有一层厚厚的尘土,其蓄水能力很强,加上降雨量小,被淹的可能性极低.由此问题切入,就会激发学生的兴趣,引导学生进行更深入的思考,同时可以提醒学生,对建筑风格感兴趣的,可以把建筑风格与地域关系作为大作业的一个研究方向.

3.注重应用能力的培养.教材中有大量的公式和图表,而很多曲线其实是有公式在固定参数下绘制而成.为了培养学生的应用能力,在教学中注重曲线的虚拟再现.也就是借助于一些计算机软件,实现相关的计算和曲线绘制.这样就更加生动,而且这些曲线和数据都是“活”的,可以方便观察参数变化对曲线的影响.在实际教学中,我们主要利用excel软件和matlab软件,简单计算和曲线绘制可以借助于excel.而复杂一点的,比如一维不稳定壁面的热传导问题,就需要利用matlab求解和作图.结合后续课程和专业培养方案,该专业学生必须能够熟练应用计算机知识、网络知识对建筑电气系统进行控制和设计.因此应用能力的培养,就必须贯穿整个培养计划并在教学中有所体现.在学建筑外环境时,涉及太阳高度角、真太阳时计算等内容,枯燥的公式往往会让学生兴趣降低.此时可以引入一些计算工具,比如百度,通过百度以真太阳时为关 键 词搜索,就会看到图1所示的应用.该工具可以输入公历或者农历,还有闰月选择功能.可计算全国各地任意地点和时间的真太阳时、平太阳时和标准太阳时.通过这个看似简单的计算工具,可以更具体地讲解太阳时的定义和不同太阳时的区别,由此可以引导学生对纬度和太阳时、太阳时和太阳方位角、太阳高度角等概念及计算方法的思考,自己是否可以制作一个类似的实现相关参数的计算和分析.同时也容易发现,图1的工具虽然可以方便准确计算真太阳时,然而其目的是为了分析八字,用于起名.这就涉及了八字起名,而八字算命、起名和堪舆术都属于易学范畴,都需要科学的观点.由此可以引入关于建筑环境学和堪舆术关系的讨论,引导学生用正确的观点看待二者.

4.提高实践环节要求.在实践环节教学中,我们以提高综合应用能力为导向,结合实际应用,提高该环节的要求.例如在做室外温度测量实验时,对实验报告和数据处理的要求如下：①绘制实测温度曲线；②绘制气象部门发布的该天温度曲线；③绘制用谐波函数模拟的温度曲线；④对比气象部门所测数据或者自己所测数据与理论模拟曲线的差异,最后分析实验的误差来源,并说明原因.

图2是广东气象网天气实况数据展示页面,可以多城市、动态显示气温、风力、相对湿度和降水量等气象参数.在做实验前,将该页面给学生看,让学生对数据展示形成基本概念,同时也知道该如何查找气象部门测量的气象数据.对于有理论计算的实验,一律要用理论值和实验值进行比对,并分析误差来源.实验报告全部要求用电子版,数据曲线不能是手绘后扫描,必须是用做图软件进行绘制和处理.通过这样的要求,学生对数据的处理和展现能力得到了培养.该专业学生经常和实时监控数据曲线打交道,类似于图2所示的天气实况数据,因此数据处理和展现技巧的掌握十分必要.

三、课程考核方式和评价的教学改革

课程在考核环节,也体现了注重应用能力和自主学习能力的培养.考核采用平时成绩和期末卷面成绩相结合的办法,平时成绩比例提高到40%.在平时成绩中,大作业成绩占70%,考勤、课堂表现等占30%.而期末考试也采用开卷考试,弱化对知识及记忆性的要求,而强调综合应用能力的考核.

结合学生特点、课程特点和培养目标的要求,对建筑智能环境学的教学改革进行了有效探索.从2届学生反馈的情况来看,收到了较明显的效果.学生给予了肯定和较高评分,笔者也因此获得了学院2012学年度课堂教学质量效果优秀教师的荣誉.