《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 1-2实验课程建设要点介绍

实验课程建设要点介绍专业及课程人才培养目标1）专业人才培养目标根据国家《工程教育认证通用标准解读及使用指南》（2020版，试行），高校应基于学校定位和专业特色，通过充分有效的内外需求调研与分析，确定专业毕业生的培养目标，并满足培养德智体美劳全面发展的社会主义事业合格建设者和可靠接班人的总目标要求。依据高等学校建筑环境与能源应用工程专业评估（认证）标准，建筑环境与能源应用工程专业本科毕业生应具备以下12个方面的知识、能力和素质要求：（1）工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和建筑环境与能源应用工程专业知识用于解决复杂工程问题。理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。（2）问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析建筑环境与能源应用领域的复杂工程问题，以获得有效结论。（3）设计/开发解决方案：能够设计针对建筑环境与能源应用领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。（4）研究：能够基于科学原理并采用科学方法对建筑环境与能源应用领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。（5）使用现代工具：能够针对建筑环境与能源应用领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。（6）工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。（7）环境和可持续发展：能够理解和评价针对建筑环境与能源应用领域复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。（8）职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。（9）个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。（10）沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。（11）项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。（12）终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。2）课程人才培养目标建环专业综合实验课程属于实践环节课程，基于实验课程特点，其人才培养目标具有针对性，与理论课程相辅相成，共同支撑专业人才培养。学生通过对实验课程的学习，既可以加深对理论学习的理解，又可在工程知识、分析能力、研究能力、个人和团队沟通协调能力、解决复杂问题的能力、终身学习能力等方面得到有效的训练。实验课程人才培养目标可分为以下几方面：理解测试的相关概念，掌握暖通空调领域温湿度、压力、流速流量、热流量、组分气体核？等参数测试的常规仪器和智能化仪表的使用；核？掌握热量、动量、能量传递过程，暖通空调系统和设备的测试方法，以及测试数据的处理和分析方法；了解当前有关暖通、燃气工程相关的政策法规、规范和标准，了解暖通、燃气工程对健康、安全、法律、文化以及环境、社会可持续发展的影响；在实践中践行爱国、公正、法治、文明、和谐等社会主义核心价值观，建立健全的工程伦理体系，培养高尚的工程道德，并团队协作、交流共享等综合素质；能基于已学专业知识，结合文献研究等自学方法，设计科学的实验方案，自主进行实验测试，并能发现和解决实验过程中出现的突发情况，找到解决手段；对复杂的实验测试数据进行科学处理和分析，总结合理有效的结论，为解决建筑环境与能源应用专业各类系统复杂工程问题的方案及技术路线，提出创新性建议。实验课程依据性质不同，可分为基础实验、专业基础实验和专业实验3种，不同性质的实验课程，其人才培养目标各有侧重，但均应支撑具有更强实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质、复合型的“新工科”人才培养的总目标。2.实验教学理念及体系1）实验教学理念建环专业综合实验课程贯彻“学生成长为中心，能力、素质培养为核心”的教学理念，契合国家教育事业“十四五”发展规划、教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》等文件精神，并且紧紧围绕国家“绿色低碳发展”“‘双碳’目标”“健康中国”“数字中国”等战略，培养国家急需人才，服务国家重大需求。2）实验教学体系实验课程内容及目标基于重庆大学建筑环境与能源应用工程专业“工程创新人才培养的‘二三四’实践教学体系”（图1），并构建了针对专业综合实验教学的“一三三”实验教学体系（图2），该体系以培养“专业知识扎实、实践能力突出的综合型创新性人才”为目标，分“基础”“提升”“创新”3个培养层次，将“价值塑造、知识传授、能力培养”融为一体，使实验教学目标明确、层次分明，才德兼顾，并与其他实践课程、环节形成整体，更好的支撑人才培养，服务专业、学科建设。文不压线，右下改省略号文不压线，右下改省略号图1实践教学体右侧三箭头对齐，左侧高阶和低阶字符对齐文中为专业综合实验教学右侧三箭头对齐，左侧高阶和低阶字符对齐文中为专业综合实验教学图2实验教学体系3）实验教学模式和方法缺内容？缺内容？4）代表性教育模式教育模式是某种教育思想和具体方法、步骤和程序等有机结合，当这种结合体现出某些较稳定的特点时，就形成一种具体的教育模式。如传统教育模式就是以传统的教育思想为指导，通过形成特定的教育方法而构成的整体。教育模式可按其指导思想侧重点的不同分成许多具体类型，但总体上可分为如下两大的类别。（1）过程控制型教育模式过程控制型教育模式，关注学生的行为状态的变化过程。教师需要努力控制学生状态的变化过程和步骤，使其合理化。有以下几种代表性模式：夸美纽斯的教育过程模式该模式主要贡献在于提出观察是教育过程中学生的最初状态，即学生在教育过程中必须从观察开始，认为教育过程概括为4个关键步骤：观察、记忆、理解、练习。赫尔巴特的教育过程模式该模式提出在教育过程中学生的状态连续变化阶段为：明了、联想、系统、方法。在明了阶段，学生要集中注意力；在联想阶段，学生要把在明了阶段所学得的观念与以前的旧观念联系起来；在系统阶段，学生要对所学的内容加以理解，得出结论；在方法阶段，学生要把系统化了的知识运用于实际，去完成各种练习。③杜威的教育过程模式该模式提出在教育过程中学生的状态变化步骤为：面对一个真实的情境；在这个情境中产生问题；利用已有的知识进行观察；想出解决问题的方法；检验所想出的方法。杜威教育过程模式强调让学生通过活动来主动探索知识并充分思考，从而提出问题并解决问题，对培养专业人才的高等教育是非常有意义的。④程序教学模式该教育模式的实施过程是先将教材按其内容顺序以填空、选择等方式排列成问题序列，学生从头开始逐个解答，如答对则进入下一问题，答错则重新学习原有内容，直至答对再进入下一回题。程序教学模式的进度不是由教师决定，而主要是由学生自己的，即学习成功与否的反馈信息决定了学习是否进入下一步。所以，这种教育模式有利于照顾学生的个体差异。⑤掌握学习模式该模式提出学生学习了一个单元的内容之后，应立即进行测验，这种测验为“形成性评价”；然后让尚未掌握学习内容者进行矫正性学习；之后再对这些学生测验，这种测验称为“平行性测验”,如达到要求则转入下一阶段的学习，如达不到要则仍然进行矫正性学习。最后，各单元按上述学习过程结束后，再进行最后的测验，即“总结性评价”。掌握学习模式的特点是以教育目标作为依据，以学生所达到的程度这一反馈信息作为学习过程控制的基础。这种控制模式与程序教学有许多相似之处，但程序教学以自学为主，⑥先行组织者模式先行组织者是指在教学正式内容之前给学生呈现的一种引导性内容，实质上就是旧知识与新知识联系的中介与桥梁。旨在帮助学生理解新知、促进学习的迁移，防止学生因旧知与新知不关联而削弱学习的有效性。（2）状态控制型教育模式状态控制型教育模式，主要关注学生是否达到良好的学习状态，并把建立这种学习状态作为提高教育效果的基础。有以下几种代表性模式：①奖罚式教育模式这种教育模式主要是一方面在学生建立良好的学习状态时给予奖励，另一方面，如果学生不愿或不能进入良好的学习状态时，就用各种方式惩罚之。历史上比较常见的方式有口头批评、责骂、罚站等等惩罚手段。这种教育模式的实质是依靠外部压力迫使学生进入良好的学习状态。②非指导性教学模式该模式是改变传统教育中那种教师居高临下的“指导”气氛，师生处于平等的地位，学生更容易感受到努力学习的责任，主动地调整自己以便更好地学习。③合作教育模式该模式是把师生关系理解为平等的合作关系。其主要内容为：反对压抑学生，要热爱学生、信任学生，做到师生真诚地合作，发挥学生的积极性和创造性，反对用分数和惩罚的手段强迫学生学习，应当给学生以成功的喜悦，让他们在成功中对学习产生兴趣。④高难度教学模式该模式认为，传统教育进度太慢，让学生反复地咀嚼已知的内容，导致学生们不动脑筋、精神消沉。因此，只要学生已经掌握了所学的知识，就要马上教给他们新的知识，以形成一定的挑战感，进而激发学习兴趣、强化注意力。高难度的目的是使学生产生思考的动力，激发学生的积极性。⑤暗示教学该模式最初在保加利亚试验和推行，后东欧、西欧、南美、北美各地都曾实验过这种方法。这种模式要使学生达到的状态是，愉快而不紧张，无杂念干扰，服从权威般地，无抗性地接受教育内容。所使用的调节信息有音乐、灯光、装饰、讲授教育内容时的语调、语速和节奏等等。与前面几种状态控制型教育模式相比，这种模式所达到的状态比较特殊，它要学生几乎清除掉一切与学习无关的想法，进入一种半催眠的状态之中，能够更加快速地、无阻碍地接受和理解教育内容，从而提高学习效率。5）实验教学模式建环专业综合实验基于“学生成长为中心，能力、素质培养为核心”的教学理念，以及具有更强实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质、复合型的“新工科”人才培养目标，结合实验课程不同教学内容难易程度、层次定位、教学条件，对“杜威的教育过程模式”“程序教学模式”“先行组织者模式”“非指导性教学模式”和“高难度教学模式”等教育模式进行融合转化，形成了独具特色的专业综合实验教学模式。课程实验项目可分为常规综合实验项目、虚拟仿真综合实验项目、设计性创新性综合实验项目三种类型实验，分别与专业综合实验“自主实践式”“独立探究式”“合作创新式”三种实验教学模式匹配。（1）“自主实践式”教学模式主要适用于常规综合实验项目，该模式按“课前预习——实践操作——实验分析”教学步骤开展，注重激发学生学习积极性，引导学生自主实践和操作。课前预习：学生提前预习实验相关内容及知识点；实践操作：在课堂中学生分组进行实验。实验过程中学生自主完成系统操作、工况调节、数据测试。教师以辅助为主，应对实验突发状况，解答学生疑问，为遇到困难的学生提供必要的帮助；实验分析：学生对实验测试数据进行独立处理和分析，教师通过QQ等线上平台给予必要的指导和答疑。（2）“独立探究式”教学模式主要适用于虚拟仿真综合实验项目，该模式按“基础巩固——独立实验——考核评测——应用知新——延伸拓展”教学步骤开展，注重激发学生学习积极性，引导学生独立思考探索，并挑战具有一定难度的学习内容。基础巩固：虚拟仿真实验项目实验系统均设置有课前自学章节，学生自学相关资料，巩固实验基础，提高后续实验学习效果；独立实验：学生自行完成课前自学章节，通过考核后，可独立进行实验探索。虚拟仿真实验不同于实体实验，实验过程由个人独立完成，实验过程一般分模型探索、系统设计、虚拟实验等多个层层递进，难度逐增的环节，学生需独立进行学习和操作。考核评测：在实验过程中或实验结束后，实验系统设置有不同难度不同形式的考核题，帮助学生检验知识的掌握和理解情况，帮助学生自查是否需要进行实验复习和回顾。应用知新：实验中会设置难度较大、综合性较高，更具挑战的思考、分析问题，引导学生发现问题并通过知识应用解决问题，培养创新思维、工程思维。延伸拓展：在实验的结尾，虚拟仿真实验系统一般基于实验项目的实验内容提供进一步延伸和拓展的学习资料供学生自学，部分项目会发布研讨课题供学生、老师进行讨论交流。（3）“合作创新式”教学模式主要适用于设计性创新性综合实验项目，该模式按“基础巩固——方案设计——自主实验——实验分析——分享研讨”教学步骤开展，注重激发学生学习积极性，引导学生通过小组合作独立完成具有一定挑战性的研究项目。设计性、创新性综合实验项目自主性、挑战度、综合性一般高于其他实验项目，不仅考查学生对专业知识的掌握，同时加强学生独立分析、解决复杂问题、团队协作、交流共享等能力以及科学思维、创新思维的培养。基础巩固：设计性、综合性实验一般均设置有基础知识学习章节，学生需进行一定的知识储备，并了解实验系统、仪器的操作，了解实验过程及注意事项。一些较为复杂的知识点需教师提供必要的讲解和指导。方案设计：设计性实验的实验方案由学生自行制定，部分实验分多个研究课题，各小组实验内容各不相同。各小组需结合实验系统条件，基于课题研究内容讨论制定适宜的实验方案。教师可提供必要的答疑和指导，围绕激发学生学习兴趣及潜力，培养学生创新思维及综合能力的教学目的，除非实验方案存在突出不合理性、存在危险性、不具有可行性等严重不足，教师在批阅实验方案时尽量不否决学生的实验方案，重点提供指导性的建议，帮助学生优化实验方案，提高实验科学性、合理性。自主实验：学生依据设计的实验方案进行实验测试，自主进行人员分工、系统调试、仪器设置，实验观察，保证实验顺利进行。教师则通过实验巡视、线上线下答疑等途径提供及时的指导，为学生营造一个自主轻松的实验环境，培养其独立发现问题、解决问题的能力。实验分析：学生依据实验测试数据进行实验分析，教师需明确各研究课题的分析深度要求，鼓励引导学生进行深层次思考。分享研讨：各小组通过研讨课介绍小组研究成果和结论，分享实验心得和疑惑，协同、共享，互相学习。教师对各组实验表现及成果给予评价，指正错误，解答疑问，鼓励学生互相提问。6）实验教学方式建环专业综合实验课程教学过程中充分应用探索式教学、任务驱动式教学、讨论式教学等教学方法，并通过“虚实结合、虚实互补”“线上线下相结合”“翻转课堂”等多元化教学方式开展教学。课程实验项目包括实体实验和虚拟仿真实验。在教学过程中，应充分考虑虚拟仿真实验与实体实验的互补，将二者结合进行实验教学，提升实验教学系统性及完整性。例如，教材提供以下3个项目组合方案供参考，教师可结合实际教学需求及条件，自行进行实验项目组合。表1虚实结合实验项目组合一实验类型虚拟仿真实验实体实验实验项目空调冷热源系统综合虚拟仿真实验螺杆式冷水机组系统综合实验燃气热水锅炉系统综合实验教学内容及能力培养教学更全面的系统组成，多工况系统运行特性及事故工况影响，锻炼较强的自学和分析总结能力。教学系统组成、调试，测试仪器、方法及少数工况实验，锻炼实践操作能力及基础的分析总结。难度综合实验★★★★综合实验★★★互补联系互补，并作为实体实验后的提升互补，作为虚拟实验前的基础表2虚实结合实验项目组合二实验类型虚拟仿真实验实体实验实验项目空调系统综合虚拟仿真实验风机盘管+独立新风系统综合实验全空气系统综合实验教学内容及能力培养教学更全面的系统组成，多工况系统运行特性及事故工况影响，冷热源及末端耦合现象，锻炼较强的自学和分析总结能力。教学系统组成、调试，测试仪器、方法及少数工况实验，锻炼实践操作能力及基础的分析总结。难度综合实验★★★★综合实验★★★互补联系互补，并作为实体实验后的提升互补，作为虚拟实验前的基础表3虚实结合实验项目组合三实验类型虚拟仿真实验实体实验实验项目热水供暖系统综合虚拟仿真实验供暖系统设计性综合实验教学内容及能力培养教学较全面的系统组成，多工况系统运行特性及事故工况影响，热源与末端的耦合，锻炼较强的自学和分析总结能力。教学对复杂研学实验系统自主进行实验方案设计、实验测试及分析，各课题小组分享研讨实验成果，培养科研、创新思维，锻炼分析、解决、总结复杂问题的能力及团队协作、交流共享的综合素质。难度综合实验★★★★综合实验★★★★★互补联系互补，并作为实体实验前的基础互补，作为虚拟实验后的提升课程建设了多个虚拟仿真实验项目，并部署于重庆大学虚拟仿真实验共享实验平台，教师可联系教材编写组获取实验资源使用权限，开展线上实验教学。图3重庆大学虚拟仿真实验教学共享平台学生可利用实验教材进行课前自学，掌握基本的实验知识和方法。教学的“知识传授”环节可从课堂移至课下，课堂则以自主实验操作、问题分析、研究讨论为主要教学内容，从而提高实验教学内容的高阶性、创新性和挑战度。图4研讨式教学（一）图5研讨式教学（二）图6自主实验（一）图7自主实验（二）3.实验课程思政建设1）课程思政的意义2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”2019年3月，习近平主持召开学校思想政治理论课教师座谈会上指出，要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全位育人。党的二十大报告提出，“要深入实施人才强国战略。培养造就大批德才兼备的高素质人才，是国家和民族长远发展大计。加快建设国家战略人才力量，努力培养造就更多大师、战略科学家、一流科技领军人才和创新团队、青年科技人才、卓越工程师、大国工匠、高技能人才。”中国高等教育人才培养目标，是努力培养担当民族复兴大任的时代新人，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。公共基础课程、专业教育课程、实践类课程作为思想政治隐性教育课程，其教学过程应坚持立德树人，培养学生爱党、爱国、爱社会主义、爱人民、爱集体的精神，以及社会主义核心价值观、职业理想和职业道德。实验课程作为实践类课程，思政教育可具体体现在培养学生“知行合一”“务实创新”的科学精神、“敢闯”“会闯”的奋斗精神、“科技强国”的爱国精神，“实事求是”的职业道德等思想品质教育中。2）建环专业实验课程思政元素设计课程通过研学融合、产教结合实验项目，向学生展示国家社会、经济蓬勃发展，人们生活水平不断提升，科技实力不断加强的社会主义建设成果，增强学生民族自信心和自豪感；同时，实践教学过程中，向学生客观呈现能源供需矛盾、火灾危害严重、环境污染严峻等现实问题和挑战，使学生深刻体会国家“双碳”目标、构建可持续发展社会的重要意义，引导学生树立公正、法治、敬业、诚信等社会主义核心价值观；通过引导学生自主学习、团队协作