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1、建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)調(diào)整改革總體構(gòu)思清華大學(xué) 建筑學(xué)院 朱穎心自1999年新專業(yè)目錄在全國的實施以來，原“供熱、供燃氣、通風(fēng)與空調(diào)工程”專業(yè)就正式更名為“建筑環(huán)境與設(shè)備工程”專業(yè)了。這個改變并不僅僅意味著專業(yè)名稱的改變，更重要的是隨著國際上本學(xué)科科研與技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展、人們認識的進步帶來我們對本專業(yè)定位的一個重新明確，從而導(dǎo)致培養(yǎng)目標的調(diào)整和整個課程體系的改革。通過近年來的實踐探索，對此問題有了更進一步的認識，特別是對于專業(yè)基礎(chǔ)課的設(shè)置與課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)的改革是本專業(yè)改革拓寬的重要環(huán)節(jié)。在此再進行進一步的總結(jié)。盡管表面上看來是1999年新專業(yè)目錄的實施迫使本專業(yè)不得不進行改變，但實際上，這種2、改變是保證本專業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必要措施，新專業(yè)目錄的實施只不過是為這個改變提供了一個啟動的契機而已。本學(xué)科自50年代初向前蘇聯(lián)學(xué)習(xí)設(shè)置建立，從無到有，為我國暖通空調(diào)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)和國家經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、教育理論的進步，人才的培養(yǎng)方式、專業(yè)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程體系等均應(yīng)相應(yīng)改進以適應(yīng)社會不斷變化的需要。在我國，已往本學(xué)科的學(xué)科基礎(chǔ)基本與熱能動力工程一致，即以傳熱學(xué)、流體力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，類似美國的機械工程專業(yè)。這與當(dāng)時的工程應(yīng)用要求基本是相適應(yīng)的，因為當(dāng)時的主要應(yīng)用領(lǐng)域多是工業(yè)建筑的環(huán)境控制，側(cè)重采暖通風(fēng)，所以培養(yǎng)的人才也能夠充分滿足當(dāng)時國家建設(shè)的需要，學(xué)科也能3、夠很好地健康發(fā)展。但隨著我國的改革開放，經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展使得本專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴展，而且向民用建筑迅速普及，對本學(xué)科的技術(shù)發(fā)展提出了很多新要求；對國外現(xiàn)有的研究新進展和前沿成果了解得也越來越多，因此對于本學(xué)科前瞻性的發(fā)展也有了更多的認識。這一切都使我們越來越感到原有的幾乎與熱能動力工程專業(yè)完全一致的技術(shù)基礎(chǔ)課程已經(jīng)遠遠不能適應(yīng)本學(xué)科人才培養(yǎng)急速發(fā)展的要求了，例如，向空調(diào)在民用建筑領(lǐng)域大范圍的普及應(yīng)用帶來了大量的熱舒適性問題、空氣質(zhì)量問題、病態(tài)建筑綜合癥問題，涉及到很多人與環(huán)境的關(guān)系；其中空氣質(zhì)量問題還牽扯到很多有害微生物在空氣中的存活與傳播的問題。綠色建筑是解決地球環(huán)境與城市建設(shè)發(fā)展的一個4、重要的有效手段，但這涉及到很多建筑環(huán)境的被動調(diào)節(jié)方法、對自然能源的充分利用問題，涉及到自然地理氣候條件、建筑的動態(tài)物理性能、太陽能的熱量與自然光等等。因此可以斷言，本學(xué)科的健康發(fā)展需要建立能夠真正代表學(xué)科本質(zhì)特點的學(xué)科體系以及專業(yè)基礎(chǔ)課程。過去學(xué)科從名稱上看，更多的是側(cè)重某種技術(shù)，因此導(dǎo)致專業(yè)的名稱從“采暖通風(fēng)”發(fā)展到“供熱、供燃氣、通風(fēng)與空調(diào)”，都是技術(shù)的羅列。當(dāng)時的技術(shù)基本在熱能動力工程的領(lǐng)域內(nèi)，所以與當(dāng)時的課程體系是相適應(yīng)的。但實際上，本學(xué)科一貫的目標是創(chuàng)造和控制人工因素形成的物理環(huán)境，即Built Environment，包括建筑室內(nèi)和外部微環(huán)境、各種設(shè)施、交通工具內(nèi)部的微環(huán)境。至于為5、達到此目的而采用什么類型、什么領(lǐng)域的技術(shù)，則應(yīng)該是隨著科學(xué)和技術(shù)的進步不斷發(fā)展而更新的，并不應(yīng)該成為劃定本學(xué)科內(nèi)容的因素。所以除了能夠為現(xiàn)有微環(huán)境控制技術(shù)提供大部分支持基礎(chǔ)的原來三門課程以外，我們還必須了解我們要創(chuàng)造并控制的環(huán)境有什么特點，和哪些因素有最重要的關(guān)聯(lián)。因此應(yīng)該有一門關(guān)于這個Built Environment的內(nèi)在特征與理論的課程，才能夠真正反映我們學(xué)科的特點，成為本學(xué)科區(qū)別于其他學(xué)科的一門核心基礎(chǔ)課程。此外，為了推動本學(xué)科的可持續(xù)發(fā)展，原有的教學(xué)方法、培養(yǎng)思路也應(yīng)該有較大的改革。特別是從已往注重知識灌輸型的教學(xué)方法向啟發(fā)引導(dǎo)式的教學(xué)方法轉(zhuǎn)化是非常重要的。要做到這一點，光依靠教師在6、課堂上講課技巧的提高是遠遠不夠的，還必須對課程的組成進行較大的重組改革。除了專業(yè)課程的重組、改革以外，課程設(shè)計的改革也是一個非常重要的步驟，而且在實踐中也證明了其對學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)有著重要的推動作用。因此在這里，就具有學(xué)科特點的建筑環(huán)境學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)和暖通空調(diào)課程設(shè)計的改革做一個總結(jié)介紹。一專業(yè)特色基礎(chǔ)課建筑環(huán)境學(xué)的建設(shè)與意義Built Environment，從字面上翻譯是建造的環(huán)境，或者是人工造成的環(huán)境。用“建筑環(huán)境”來代替Built Environment僅僅是中文習(xí)慣的方便而已，同時我們研究的人工環(huán)境中以建筑環(huán)境為多，而且牽涉因素也最多。本課程的就是探討外部環(huán)境的特性、室內(nèi)環(huán)境的形成7、原因與特性，以及人對環(huán)境的要求，是一門反映人建筑自然環(huán)境三者之間關(guān)系的科學(xué)，充分反映了本學(xué)科不同于其他學(xué)科的特點。通過學(xué)習(xí)這門科學(xué)，我們要完成這樣的任務(wù)：了解人和生產(chǎn)過程需要什么樣的室內(nèi)、外環(huán)境；了解室內(nèi)、外環(huán)境形成特征和影響因素；掌握改變或控制這些室內(nèi)、外環(huán)境的基本原理與方法。這門課程內(nèi)容包含：（1） 建筑外部環(huán)境，即影響建筑物理環(huán)境的自然和氣象條件，包括太陽輻射、空氣溫濕度、風(fēng)速與風(fēng)場、地溫、天空溫度等變化規(guī)律與相互內(nèi)在聯(lián)系；（2） 建筑本體的熱工特性，圍護結(jié)構(gòu)對內(nèi)外擾的響應(yīng)、室內(nèi)熱濕平衡，得熱與負荷概念與理論；（3） 人體對熱濕環(huán)境的反應(yīng)理論，包括人體對民用建筑環(huán)境的熱舒適要求和工業(yè)建筑8、環(huán)境中的勞動保護衛(wèi)生要求，與生理學(xué)與物理心理學(xué)密切相關(guān)；（4） 室內(nèi)空氣質(zhì)量理論，室內(nèi)空氣質(zhì)量的概念、評價、影響因素、污染物控制原理與方法；（5） 室內(nèi)氣流分布的評價與數(shù)學(xué)描述，對室內(nèi)熱濕環(huán)境、空氣質(zhì)量的分布影響；（6） 建筑光環(huán)境：光與能量的關(guān)系、光環(huán)境的度量與評價、自然采光與人工照明；（7） 建筑聲環(huán)境：聲環(huán)境的度量與評價，聲音的傳播與衰減，噪聲控制的原理與方法。上述內(nèi)容里有部分在原有的空氣調(diào)節(jié)等專業(yè)課程里面有所涉及，但篇幅不多，也缺乏系統(tǒng)性。出于專業(yè)課的角色要求，主要是針對涉及到的應(yīng)用問題而做了較簡單的介紹，如負荷計算、噪聲計算部分，更多的是側(cè)重于計算應(yīng)用。因此，建筑環(huán)境學(xué)對以前曾經(jīng)涉及9、的室外自然環(huán)境、建筑熱濕響應(yīng)、人體熱反應(yīng)、氣流分布、聲環(huán)境等做了較系統(tǒng)、深入的介紹，著重在機理介紹和理論分析，并介紹了一些成熟的數(shù)學(xué)模型。此外還引入了室內(nèi)空氣質(zhì)量、光環(huán)境等已往沒有涉及過的內(nèi)容。對于這樣一門新課程，有的老師不免會提出這樣的問題，有些內(nèi)容，后續(xù)專業(yè)課程里沒有相應(yīng)的內(nèi)容，不是白講嗎？比如建筑光環(huán)境，很多學(xué)校由于課時限制與師資的原因，無法開設(shè)采光、照明的后續(xù)課程。這樣，在基礎(chǔ)課里講建筑光環(huán)境是不是浪費課時？這里涉及到基礎(chǔ)課和后續(xù)專業(yè)課程的關(guān)系。基礎(chǔ)課講的應(yīng)該是科學(xué)原理，而專業(yè)課講的應(yīng)該是現(xiàn)有的技術(shù)。科學(xué)原理有一定的相對穩(wěn)定性，除非有重大的理論突破和新發(fā)現(xiàn)，同時理論體系也有一定的相對獨10、立性和完整性。但技術(shù)卻往往是多學(xué)科理論的綜合運用和實現(xiàn)方法，隨著社會經(jīng)濟、工業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用要求的發(fā)展可能有飛速的更新。一種當(dāng)時是很先進技術(shù)，不久就可能變成陳舊的、被淘汰的東西了。所以，盡管專業(yè)課是最后學(xué)的東西，但絕對不是我們在學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生階段的終極目標。我們應(yīng)該把專業(yè)課作為教會學(xué)生在現(xiàn)有經(jīng)濟、加工水平和應(yīng)用要求條件下，如何運用基礎(chǔ)科學(xué)理論來解決專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的載體。這樣，學(xué)生走出校門就遠不只是掌握了幾門專業(yè)課，而是具有了一定解決本領(lǐng)域問題的能力和繼續(xù)學(xué)習(xí)提高的能力。所以基礎(chǔ)課的目的不僅是為了后續(xù)專業(yè)課程服務(wù)，更重要的是為學(xué)生適應(yīng)今后的工作和繼續(xù)提高打下寬厚的基礎(chǔ)，為拓展知識面，適應(yīng)新的技術(shù)、處11、理新問題開拓了可能。例如原有的流體力學(xué)、傳熱學(xué)和工程熱力學(xué)等技術(shù)基礎(chǔ)課，很多內(nèi)容在現(xiàn)有后續(xù)的專業(yè)課程里都沒有用到，數(shù)理化及機電類課程內(nèi)容后面出現(xiàn)得就更少，但這些都為學(xué)生今后的繼續(xù)提高打下了必要的雄厚基礎(chǔ)。除了少數(shù)主干課程以外，大部分專業(yè)課都應(yīng)該根據(jù)各學(xué)校的特點來靈活開設(shè)，因此后續(xù)的專業(yè)課程絕對不能制約前面基礎(chǔ)課的內(nèi)容。另外，基礎(chǔ)課往往對學(xué)科今后的發(fā)展方向有著決定性的作用，因此在課程內(nèi)容上應(yīng)當(dāng)有一定的先進性、超前性。以我們最為生疏的建筑光環(huán)境為例，在很多發(fā)達國家如日本、英國，采光和照明是建筑設(shè)備專業(yè)的一個重要方向。因為現(xiàn)代辦公建筑的照明能耗約占整個建筑能耗的30以上，僅次于空調(diào)采暖能耗，所以在綠12、色建筑中照明節(jié)能是重要的內(nèi)容，而且節(jié)省照明能耗的同時也降低了空調(diào)的能耗。因此采用被動和主動的手段充分利用自然采光，是降低人工照明能耗的有效途徑。這時，各種自然采光設(shè)備與照明設(shè)施的智能化控制往往也是建筑設(shè)備專業(yè)的重要任務(wù)。所以說，掌握建筑光環(huán)境的基礎(chǔ)理論，無論是為拓寬我們學(xué)科的研究領(lǐng)域，還是增強學(xué)生的從業(yè)適應(yīng)能力、增加畢業(yè)生的就業(yè)機會來說都是非常有意義的。二、專業(yè)課程設(shè)計綜合化在前面論述基礎(chǔ)課與專業(yè)課的關(guān)系中談到，基礎(chǔ)課是科學(xué)原理，而專業(yè)課介紹的是技術(shù)，是給學(xué)生看在現(xiàn)有各種社會條件下如何綜合運用多學(xué)科理論解決專業(yè)領(lǐng)域問題的實現(xiàn)手段。而專業(yè)課又分為教師講授型的專業(yè)課和學(xué)生動手型的課程設(shè)計等專業(yè)訓(xùn)練13、環(huán)節(jié)。這二者之間也存在著這樣類似的關(guān)系：講授型專業(yè)課，每門課介紹的是一類技術(shù)，盡管這些技術(shù)會涉及到多學(xué)科的基本原理，但從基本原理或者應(yīng)用特點來說會具有一定的共性，與其他專業(yè)課相比也有一定的相對獨立性。對技術(shù)的介紹，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)立足于現(xiàn)有的技術(shù)，但讓學(xué)生了解技術(shù)的衍化過程、相對合理性與條件局限性，并看到今后發(fā)展的可能對學(xué)生來說也是非常重要的內(nèi)容。動手型的專業(yè)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，或稱作動手型專業(yè)課，應(yīng)該是用一個應(yīng)用對象作為載體，訓(xùn)練學(xué)生在一定應(yīng)用約束條件下，盡可能合理地綜合運用從專業(yè)課學(xué)習(xí)到的各種技術(shù)來解決實際應(yīng)用問題。所以，和基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間不存在一一對應(yīng)關(guān)系一樣，講授型的專業(yè)課和動手型的專業(yè)課也沒有一一對14、應(yīng)的必要，否則不僅不能強化學(xué)生對技術(shù)的掌握，反而會妨礙學(xué)生對合理運用技術(shù)的精髓的理解。上述兩種類型專業(yè)課程的角色混淆是專業(yè)課效率低、費課時、學(xué)生不感興趣的癥結(jié)之一。比如已往在講授型專業(yè)課上我們不是突出介紹此類技術(shù)涉及的科學(xué)原理和應(yīng)用特點，而是把一些應(yīng)該在動手型專業(yè)課中要做的事情搬了進來，比如設(shè)計步驟的一二三、怎么定某個系數(shù)、怎么查什么表、哪一步用哪個公式等。盡管教師不厭其煩，但學(xué)生卻沒有興趣，因為明明是針對性很強的應(yīng)用型的工作，卻在做缺乏針對對象的介紹，是無的放矢，聽者記不住，沒有收獲，浪費了時間。另一方面，如果在動手型專業(yè)課中，沒有體現(xiàn)訓(xùn)練學(xué)生綜合運用各種專業(yè)技術(shù)來解決實際問題的特點，而僅僅15、是把前面教師在課上講的設(shè)計步驟一二三、怎么定某個系數(shù)、怎么查什么表、哪一步用哪個公式過一遍，結(jié)果只是訓(xùn)練了學(xué)生聽從指揮做查表機器和計算器的能力，沒有學(xué)到技術(shù)的精髓，更不可能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，作為動手型專業(yè)課重要組成的專業(yè)課程設(shè)計必須進行大的改進。原有的課程設(shè)計內(nèi)容劃分過細，空調(diào)、制冷、供熱、鍋爐、通風(fēng)等每門專業(yè)課都帶有一個小課程設(shè)計。由于設(shè)計課時少，內(nèi)容很受限制，因此常常是一個簡單的設(shè)計對象，已知條件都給定，設(shè)計方案幾乎很難有什么變化，結(jié)果往往是全體學(xué)生做得都一樣，甚至出現(xiàn)程度不同的抄襲現(xiàn)象。大家只是把步驟都走一遍，其中可供學(xué)生分析思考的余地很小，任務(wù)沒有挑戰(zhàn)性，無論是對勤學(xué)生還是對懶16、學(xué)生都沒有吸引力。學(xué)生做完了，只知道就得這么做，至于為什么要這樣做、還有什么別的做法往往是不清楚的。更重要的是，隨著技術(shù)的發(fā)展，原有的課程設(shè)計內(nèi)容的劃分也不盡合理，比如很多冷熱末端是共用的，冷熱源也是共用的設(shè)備，而且這種情況越來越普遍，按照原有的課程設(shè)計內(nèi)容劃分這些都不可能考慮。但現(xiàn)代的應(yīng)用則要求必須綜合地考慮各種技術(shù)手段來達到最佳的效果，因此綜合分析問題，靈活運用技術(shù)的能力是我們培養(yǎng)本科生的重要目標，比教會學(xué)生怎么查手冊，怎么選一個系數(shù)更加重要。創(chuàng)造室內(nèi)健康環(huán)境是綜合措施，所以訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力也是為了滿足職業(yè)注冊公用設(shè)備工程師的教育要求。目前，已經(jīng)有一些院校對專業(yè)課程設(shè)計進行了不同程度的改革，對設(shè)計內(nèi)容進行綜合化，有些進行了組建涵蓋兩門或兩門以上專業(yè)課程的綜合課程設(shè)計的嘗試，有些把所有課程設(shè)計合并成為一個綜合設(shè)計課。通過對數(shù)屆畢業(yè)班學(xué)生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映這種改革后的課程設(shè)計不僅非常有助于培養(yǎng)學(xué)生整體的設(shè)計概念和處理工程實際問題的能力，而且在提高學(xué)生興趣，促進學(xué)生的主動思考和培養(yǎng)創(chuàng)新能力都非常有效。三、總結(jié)綜上所述，具有學(xué)科特點的建筑環(huán)境學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)和專業(yè)課程設(shè)計綜合化的改革是保證本學(xué)科教育可持續(xù)健康發(fā)展的重要措施。此外，認清基礎(chǔ)課與專業(yè)課、講授型專業(yè)課與動手型專業(yè)課各自的角色定位與相互關(guān)聯(lián)，是本學(xué)科新課程體系建立與銜接關(guān)系得以理順的重要保證。