王宗山， 袁鹏丽， 端木琳

(大连理工大学 土木水利国家级实验教学示范中心，辽宁 大连 116024)

0 引 言

近年来，随着人们对工作和生活环境的舒适性、经济性、安全性要求日益增长，保障建筑环境的设备工程系统也变得越来越综合化、复杂化[1]。为营造适宜的建筑环境，设备工程系统能耗约占总建筑能耗的30%～50%[2]。大量能源的消耗创造了舒适的室内环境，但导致了室外环境逐渐恶劣，雾霾现象严重。据统计，暖通空调领域在我国温室气体排放中的贡献率约为15%左右[3]。面对当前我国严峻的能源环境形势，建筑环境与能源应用工程专业的最新目标是以最小的能耗和环境代价创造适宜的人工环境[4],对本专业的人才培养提出了新的挑战。学校培养的建筑环境与能源应用工程专业人才需具有宽厚的理论基础、良好的工程师素质、适应社会变化等能力[5]，在对工程知识的学习、记忆及理解基础上，通过应用、分析、评价及创新，完成对工程知识的综合运用，并对工程知识转化。对建筑环境与能源应用工程领域解决“创造什么样的环境、采取什么方法、如何创造所需建筑环境、用何种能源、如何利用自然资源、如何保护环境”等问题进行思考，通过实践掌握与理解工程问题，形成工程能力，进而不断内化为工程素质。

实验教学在培养综合素质的创新型人才方面有着不可替代的作用[6-7]。纵观我国高等教育存在的问题，较多教师仍持有“教学为主、实验为辅”的观点，很多高校对实验教学重视不够，实验设备陈旧、实验方案传统，不利于对学生的实践能力、知识运用能力和创新能力的培养[8]。因此，为实现建筑环境与能源应用工程专业的人才培养目标，不仅要注重对专业基础知识的教授，还需对传统实验教学进行创新性改革。我校建筑环境与能源应用工程专业从2004年起，开始探索与尝试自主研究型实践教学。对传统实验教学存在的不足进行了分析，基于以往的实验教学经验，提出了自主研究型实验教学模式，指出了如何构建高效、合理的实验教学平台，形成了以提高学生创新意识和综合能力的实验教学体系，并取得了一定的实践效果。

1 自主研究型实验教学模式的设想

传统的实验教学模式仅将实验教学作为理论教学的附属、补充和延伸[9]，所开设的专业实验课均为基础性实验，内容单一，综合性和设计性欠缺，设有的实验项目中，占据比例较大的为演示性、验证性的实验项目[10]。采用该教学模式，学生自主创新和独立研究的机会和空间受限，学生的创新意识及综合能力无法得到有效培养。

基于专业培养目标和学校实际情况，重新审视了建筑环境与能源应用工程专业实验教学的目的与作用，认为实验教学不仅为相应课程服务，还需为学生的能力培养服务。人的认识规律表明人类通过不断的实践到认识，循环反复，最终达到真正的实践[11]。因此，结合人的认识规律，本文提出了自主研究型实验教学模式，旨在根据实际工程存在的问题，制定多个研究型实验题目，由学生自主选定题目，在教师的指导下独立完成。该自主研究型实验教学模式可充分调动学生的主观能动性，培养学生创新意识，在解决实际工程问题的过程中不断巩固专业知识，实现了建筑环境与能源应用工程专业实验教学的目的。

针对研究型大学的特点和培养目标要求，提出“变教为导、变学为悟”的教学理念，并应用于建筑环境与能源应用工程专业的自主研究型实验的整个教学过程中。

(1)变教为导。传统的实验教学中，教师直接对学生提出的问题进行答疑解惑，而在自主研究型实验教学中，教师需为学生营造一个开放、自由的实验环境，由传统的提供固定实验题目变为自主选题，教师可为学生实验方案提供指导，并引导学生主动思考。

(2)变学为悟。自主研究型实验教学中，学生可自主选题，在实验教学活动中的地位由传统的受体转为主体，由传统的仅进行操作测试，变为其自主实施整个实验内容的全过程，包括实验准备、实验方案、实验收尾过程。根据所选题目，所在团队内部开展实验方案的讨论，如实验目的、实验所需仪器、实验方法等，均由学生自主完成，教师可为其提供相应指导。

该种自主研究型实验教学从多方面提升了学生组织、分工、协调和团队合作的能力，为今后的工作和学习奠定了坚实的基础。

2 自主研究型实验教学平台建设

基于提出的自主研究型实验教学模式，本专业在原有实验平台基础上，建设了多级实验教学平台，包括充分巩固课程知识的基础实验设备与综合性实验平台。

巩固课程知识的基础实验设备主要包括通风实验台、锅炉实验台、流体输配实验台等，基础实验平台旨在训练建筑环境与能源应用工程专业人才的专业基本技能。实验教学中，首先对实验原理、方法以及注意事项进行基本讲解，之后由学生自主完成实验，学生可逐步巩固并掌握基础专业知识，且锻炼其动手能力。

综合性实验平台主要由能源采集系统、能量输送、监测控制系统以及末端用户组成。与基础实验平台不同，综合性实验平台并非单一的某个设备或者末端，是指整套设备系统。通过基础实验平台获得专业知识后，学生需依靠综合性实验平台，将所学到的专业知识进行整合，分析实验过程中存在的问题，并通过自主查阅资料及思考，逐步解决该问题，锻炼了学生的创新意识。综合性实验平台的建设均基于实际工程，学生利用实际工程进行不断的实践与认识，最终达到真正的实践，即实现了自主研究型实验教学的最终目的。

3 自主研究型实验教学设计

为培养学生综合运用专业知识的能力，锻炼其专业技能，培养综合素质、系统概念、逻辑分析的能力，提高创新意识，对自主研究型实验教学进行了详细设计。将专业实验作为必修课，24学时，主要面向本专业的三、四年级开放，实施全程开放式实验教学模式，开展创新实践活动，真正的由“教师教，学生学”改变为“学生学，教师辅”的知识传输模式。自主研究型实验教学体系见图1。

图1 自主研究型实验设计方案

(1)在实验组织形式上，打破了传统实验组织方式，以小组为单位，采用项目化的运作方式，真正实现了团队合作训练的目的。与以往课时为控制节点不同，自主研究型实验以任务目标为最终的控制节点，避免由于课时限制无法完成实验任务而未得到综合能力的锻炼。开放实验室及仪器设备，由学生根据自己的实验任务自主选择所需实验仪器设备，充分调动学生的主观能动性。

(2)在实验设计上，保证不仅为相应课程服务，还为能力培养服务。首先对建筑设备系统进行上岗培训，使学生对建筑设备系统由初步的表面认识到逐步掌握。随后开展自主研究型实验，学生从系统中发现问题，并进行深入研究。自主研究型实验设计可充分巩固学生的专业知识和技能。

(3)通过一系列的实验训练，与以往学生仅需提交实验报告不同，自主研究型实验完成后，学生最终需以交流汇报的形式呈现实验成果。各个小组间互相探讨交流，发现自身研究中的缺陷，吸取其他小组的优点。传统的实验成果评审得分均由教师给出，而本自主研究型实验教学充分调动学生的自主性，对实验成果的评判方法为各小组间互相鉴定。自主研究型实验教学锻炼了学生的表达能力和思维方法，学生主动思考问题，各小组间进行互评监督的模式，使学生形成良好的学习态度和习惯。

自主研究型实验课的设置方案见表1。

表1 自主研究型实验课设置方案

4 自主研究型实验教学模式的实践效果

经过10多年的实验教学改革实践，自主研究型实验教学体系逐渐完善，并取得了良好的效果。多年来，学生进行了多个自主选题实验项目，部分选题见表2。

表2 部分自主选题题目

通过一系列自主实验教学的实践，激发了学生主动思考的能力，其创新精神和创新能力不断得到提升，锻炼了学生分析问题和解决问题的能力。为更好地展现自主研究型实验教学模式的实践效果，对参加自主研究型实验教学的学生进行了问卷反馈，总结反馈结果如下：

(1)在系统故障排查过程中，由学生自主发现系统存在的问题，并思考从哪方面入手解决问题，学生普遍认为，该种新型的实验教学模式对今后参加工作非常有帮助。

(2)在专业实验课上，学生认为，认真独立思考解决问题的能力和团队合作能力得到了较好的锻炼。团队合作的过程中，往往存在意见不一的现象，但通过互相交流，认真听取别人意见， 最终使双方共同进步。

(3)专业实验课让学生时时刻刻处于真正的工程实际中，需灵活运用专业课程知识分析工程实际问题，专业知识得到了巩固，且自己会真正的去思考、去领悟。

(4)自主研究型实验教学中，教师并不像传统的教学，告诉你为什么，而是由教师稍作指导，引导学生主动去思考、研究，学生认为，该种教学模式更能激发其学习、探索的自主性和积极性。

5 结 语

建筑环境与能源应用工程专业具有较强的实践性，对传统实验教学的创新改革是必然的。重新审视本专业实验教学的目的与作用，提出了自主研究型实验教学模式，由“教师教，学生学”的传统知识传输模式改变为“学生学，教师辅”的创新知识传输模式，充分调动学生的主观能动性，培养创新意识与创新能力。经过10多年的教学实践，自主研究型实验教学模式取得了显著效果。学生反馈结果表明，自主研究型实验教学真正做到了激发学生主动思考的能力，学生创新精神和创新能力不断得到提升，锻炼了学生分析问题和解决问题的能力。