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