“新工科”背景下建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)畢業(yè)設計的持續(xù)改進

一、引言工程教育是高等教育體系中的重要部分。工程教育致力于受教育者的科學素養(yǎng)、工程意識及應用技能的培養(yǎng),高等工程教育追求的目標是培養(yǎng)高水平的工程師。[1]當今世界工程科技突飛猛進,全球科技創(chuàng)新進入空前密集的活躍期,面臨百年未有之大變局,科技創(chuàng)新成為強大的推動力量,大力加強工程領(lǐng)域人才培養(yǎng)、提高國家競爭實力成為迫在眉睫的發(fā)展任務。以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟呼喚工科建設的改革創(chuàng)新,2017年,教育部提出了“新工科”理念:問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè),問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容,問學校主體推改革,問學生志趣變方法,問內(nèi)外資源創(chuàng)條件,問國際前沿立標準,以期提高未來工程師的專業(yè)技能、職業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。[2]“新工科”建設和發(fā)展是我國高等工程教育改革的目標和方向,對我國進一步深化工程教育改革、建設工程教育強國、催生新的產(chǎn)業(yè)革命、帶動國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級有重要意義。畢業(yè)設計作為高等工程教育中的重要環(huán)節(jié),擔負著培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力的重要責任,對提高學生綜合實踐能力與素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神等都具有十分重要的作用。[3]與本科教育階段前期集中課堂教學不同,畢業(yè)設計需要學生在指導教師的指導下自己動手查閱文獻,運用專業(yè)計算軟件進行計算分析,并撰寫論文、設計說明書或使用專業(yè)繪圖軟件繪圖等。畢業(yè)設計是對大學生四年習得知識的提升和總結(jié),反映了學生對基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的理解、掌握與運用的水平,反映了學生的學習能力、調(diào)查能力、協(xié)作能力、歸納總結(jié)能力及創(chuàng)新能力等,是學生綜合素質(zhì)和高校教育質(zhì)量水平的重要體現(xiàn)。學生畢業(yè)設計的質(zhì)量不僅可以直觀衡量學校的教學水平,而且是判別該校學生畢業(yè)證和學位證含金量的重要根據(jù),可以作為評判高校人才培養(yǎng)目標達成情況的重要參考因素。然而,當前國內(nèi)部分高校工科畢業(yè)設計的質(zhì)量不太理想,高校工科畢業(yè)設計還需要持續(xù)地改進和完善。[4]建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)(以下簡稱建環(huán)專業(yè))培養(yǎng)從事工業(yè)與民用建筑供暖、通風及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的規(guī)劃設計、施工安裝、運行管理、研發(fā)制造等方面技術(shù)工作的高素質(zhì)應用型人才。基于新工科理念,根據(jù)國家新經(jīng)濟發(fā)展形勢需要,很多高校的建環(huán)專業(yè)針對畢業(yè)設計中存在的問題進行了一系列改革,并取得了一些成果。[5]但是,建環(huán)專業(yè)畢業(yè)設計仍然存在一些問題,需要持續(xù)改進。本文對相關(guān)問題進行梳理和探討,并提出針對性建議,以期為建環(huán)專業(yè)畢業(yè)設計的持續(xù)改進提供可操作思路。二、現(xiàn)存問題(一)畢業(yè)設計內(nèi)容陳舊目前,高校工程專業(yè)的畢業(yè)設計內(nèi)容往往與專業(yè)培養(yǎng)目標偏差較大,結(jié)合科研的選題研究內(nèi)容偏理論化,與企業(yè)當前發(fā)展實際需求脫鉤,來源于工程實際的題目,設計內(nèi)容又較為陳舊。當前經(jīng)濟快速發(fā)展,工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)形式增加,能源需求緊張,新設備、新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn),可再生能源應用更是發(fā)展迅猛,行業(yè)規(guī)范不斷修訂,而高校與企業(yè)聯(lián)系較少,難以根據(jù)專業(yè)規(guī)范及本行業(yè)發(fā)展要求及時更新教學內(nèi)容,無法滿足新工科背景下專業(yè)人才訓練與培養(yǎng)的需求。(二)指導教師工程經(jīng)驗不足我國高等工程教育中出現(xiàn)了工程弱化、工科理科化的現(xiàn)象。有研究指出,這主要是因為高校教師職稱評定制度及高校科研考核評價體制導向重論文、重科研、輕工程,存在著考核評定導向傾斜、評定標準單一等問題,且校企合作不到位,使高等工程教育存在一定的功利化傾向。[6]在這樣的大環(huán)境下,高校工科教師為了職稱晉升,達到學校考核標準,不得不將較多精力投入科研工作,與生產(chǎn)一線聯(lián)系甚少,導致工科教師和學生的理科化,阻礙了我國工科高端人才的培養(yǎng)和發(fā)展。[6]另外,多數(shù)高校工科教師是從學校到學校,缺乏設計院、監(jiān)理、施工等工程單位的工作經(jīng)歷和相關(guān)工程項目管理經(jīng)驗,有些教師更是跨專業(yè)教學,沒有本專業(yè)基礎(chǔ),更沒有企業(yè)中的工程實踐經(jīng)歷。這些皆不利于我國工科高端人才的培養(yǎng)。(三)學生工程素養(yǎng)較弱高校學生在多年的理論學習中,已養(yǎng)成從課堂與教材中獲取知識的習慣,而畢業(yè)設計需要查閱大量專業(yè)文獻和規(guī)范,部分學生懈于篩選或閱讀與自己設計項目相關(guān)的資料,習慣于等、靠、要。然而,畢業(yè)設計項目是一項復雜的工程任務,需要基于專業(yè)軟件的綜合分析和計算完成,這讓很多學生在看到設計任務書時就心生畏懼,感覺無從下手。這主要是因為學生缺乏系統(tǒng)思維和工程實踐能力,在面對復雜工程問題時,不了解實際工程中常用的解決問題的方法,無法聯(lián)系工程實踐,缺乏工程思維,對本專業(yè)發(fā)展的前沿知識也知之甚少,缺少工程素養(yǎng)。(四)學生對畢業(yè)設計不夠重視畢業(yè)設計一般在第八學期,時值學生就業(yè)或考研的關(guān)鍵時期,學生難以全身心投入畢業(yè)設計。加之部分學生學風浮躁,只想應付差事,導致畢業(yè)設計質(zhì)量不佳。在施工圖方面,較普遍的現(xiàn)象是圖紙表達不符合專業(yè)制圖標準,缺乏對新規(guī)范、新標準的體現(xiàn),施工圖紙與工程實用要求相差較大。對一些重要的計算,學生不了解計算原理,只是盲目應用設計軟件進行計算,計算結(jié)果往往存在偏差,設備選型停留在設計手冊中的樣本,與實際工程應用脫節(jié)。三、改進策略(一)優(yōu)化畢業(yè)設計內(nèi)容畢業(yè)設計是高等工程教育實踐教學中的重要環(huán)節(jié),是高校實踐教學的最后環(huán)節(jié),其內(nèi)容應滿足本專業(yè)培養(yǎng)要求,要與工程實踐結(jié)合起來,且有一定的深度、難度和創(chuàng)新性。石家莊鐵道大學機械工程學院(以下簡稱我院)建環(huán)專業(yè)在決定設計內(nèi)容時,會結(jié)合學生就業(yè)需要及讀研方向,初步將畢業(yè)設計題目化為科研類、供暖工程類、空調(diào)通風工程類三個大類,并成立對應的三個項目組。其中,科研類題目主要針對讀研的學生,結(jié)合本專業(yè)的科技前沿方向及學生的需求確定研究內(nèi)容。供暖和空調(diào)通風工程類題目則是結(jié)合本專業(yè)的工程實際,在與企業(yè)導師溝通交流的基礎(chǔ)上,確定設計內(nèi)容。供暖和空調(diào)通風工程類題目引入最新的專業(yè)工程設計方案,結(jié)合當前專業(yè)發(fā)展前沿,加入了系統(tǒng)能耗計算、碳排放計算等內(nèi)容。同時,我院結(jié)合科研單位、生產(chǎn)企業(yè)的需求,突出軌道交通的專業(yè)特色,還會視情況增設地鐵車站通風空調(diào)工程設計類題目及機車車輛空調(diào)、供暖及通風類設計題目,并結(jié)合當前的新能源發(fā)展趨勢,增加氫能機車與電力機車能耗計算、碳排放計算,優(yōu)化系統(tǒng)方案設計。畢業(yè)設計完成后會請軌道交通設計院專家把關(guān),確定具體的設計內(nèi)容。此外,還增加了針對當前設計院普遍使用的設計方案的批判性思考環(huán)節(jié),讓學生嘗試尋求替代方案,再進行能耗計算,選擇最優(yōu)系統(tǒng)。為滿足一些學生在就業(yè)單位實習的需求,我院允許學生結(jié)合實習內(nèi)容確定畢業(yè)設計內(nèi)容,使學生既能安心實習鍛煉,又能順利畢業(yè)。在整個畢業(yè)設計期間,每個項目組都要細化設計的每個環(huán)節(jié),逐條征求企業(yè)工程師意見,力求設計內(nèi)容與工程實際應用無縫銜接。(二)提高指導教師實踐能力目前,“重科研、輕工程”是我國高等工科院校普遍存在的問題。為讓教師的科研工作“接地氣”,各地科技部門積極鼓勵和倡導高校教師“走出去”,通過校企聯(lián)合,研產(chǎn)結(jié)合,讓高校教師的科研項目落戶生產(chǎn)企業(yè),使教師切身體驗科研為工程應用服務的重要性。這樣不僅可以實現(xiàn)科研服務于企業(yè),而且可以讓教師在科研工作中豐富自己的工程經(jīng)驗,讓企業(yè)反哺科研,使科研工作與企業(yè)生產(chǎn)之間形成閉環(huán)。此外,通過總結(jié)工程經(jīng)驗,還能縮短甚至消除本專業(yè)校內(nèi)人才培養(yǎng)與實際工程需求之間的距離。我院建環(huán)專業(yè)與設計院、施工單位、供暖空調(diào)及通風設備廠家、暖通運行管理公司等企業(yè)簽訂合作協(xié)議,鼓勵指導教師直接深入工程單位,向企業(yè)專家、工程師、工人師傅取經(jīng),汲取行業(yè)工程一線知識。在校內(nèi),指導教師也要通過日常學習,持續(xù)跟進更新的專業(yè)規(guī)范和標準。近年來,建筑及建筑配套行業(yè)發(fā)展迅速,與建環(huán)專業(yè)有關(guān)的規(guī)范、標準更新很快,因此,指導教師需要持續(xù)跟進,避免學生的畢業(yè)設計中出現(xiàn)滯后于現(xiàn)行規(guī)范、標準的內(nèi)容。當前,節(jié)能降耗、碳排放、碳中和理念與建環(huán)專業(yè)息息相關(guān),因此,與專業(yè)相關(guān)的新設備、新工藝不斷涌現(xiàn)。指導教師需要時刻關(guān)注前沿技術(shù)發(fā)展。此外,建環(huán)系每周三下午固定空出2小時進行集體工程案例學習、交流,定期邀請校外企業(yè)專家、工程技術(shù)人員開展新技術(shù)講座,校企進行深度交流、學習。通過校內(nèi)教師走出去,企業(yè)專家走進來,提高專業(yè)教師的工程素養(yǎng)。(三)培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)建設新型工業(yè)化、創(chuàng)新型國家、鑄就人才強國等一系列重大戰(zhàn)略部署,迫切要求我國由工程教育大國邁向工程教育強國。[5]走中國特色新型工業(yè)化道路,迫切需要培養(yǎng)一大批能夠適應和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程人才;建設創(chuàng)新型國家,提升我國工程科技隊伍的創(chuàng)新能力,迫切需要培養(yǎng)一大批創(chuàng)新型工程人才;增強綜合國力,應對經(jīng)濟全球化的挑戰(zhàn),迫切需要培養(yǎng)一大批具有國際競爭力的工程人才。[7]這些都指向了學生的工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。國際技術(shù)與工程教育家協(xié)會于2020年發(fā)布的《技術(shù)與工程素養(yǎng)標準:技術(shù)和工程在STEM教育中的作用》闡述了技術(shù)與工程素養(yǎng)的要素,包括系統(tǒng)思維、創(chuàng)新能力、制造與制作能力、批判思維、樂觀精神、協(xié)作與溝通、倫理責任。[8]這要求工程師具備基本的科學、技術(shù)、工程和數(shù)學能力,過硬的專業(yè)技能、工程倫理及實踐動手能力。根據(jù)我國當前的產(chǎn)業(yè)布局及經(jīng)濟發(fā)展要求,工程人才應具備工程實踐能力、工程創(chuàng)業(yè)能力、數(shù)字化能力、跨學科能力、工程倫理能力。[7]我院建環(huán)專業(yè)基于新工科理念,要求指導教師在畢業(yè)設計過程中著重督促、引導學生根據(jù)實際情況合理地選擇設計方案,對設計進行先分解、再組合,同項目組學生分別提出自己的設計方案,討論、分析后再在指導教師的引導下確定最優(yōu)方案。同時,指導教師要指導學生學習現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范、行業(yè)標準,引導學生在設計的每個環(huán)節(jié)都依據(jù)行業(yè)規(guī)范、行業(yè)標準進行,指導學生使用專業(yè)計算軟件進行計算,鼓勵學生對計算結(jié)果進行分析,學會判斷計算結(jié)果,培養(yǎng)學生獨立進行研究的能力。指導教師還要通過嚴肅認真的專業(yè)思想教育和科學精神教育,幫助學生充分認識科學研究的嚴謹性,教育學生端正學術(shù)態(tài)度,培養(yǎng)嚴謹細致的工作作風和勤奮認真的辦事態(tài)度。此外,我校建環(huán)專業(yè)的畢業(yè)設計中工程類項目多為供暖系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、通風系統(tǒng)設計,而供暖、空調(diào)系統(tǒng)是建筑中的能耗大戶。因此,指導教師要鼓勵學生在畢業(yè)設計融入當前節(jié)能降耗新措施、碳排放、碳中和理念,關(guān)注工程倫理和社會可持續(xù)發(fā)展,以此提高學生的工程素養(yǎng)。(四)高標準要求設計成果每所學校都對學生畢業(yè)設計成果有自己的具體規(guī)定。研究型論文應包括文獻綜述、研究對象、研究方法、研究結(jié)果、分析與總結(jié)、參考文獻等部分。工程設計類應包括設計說明書、設計圖紙兩大部分。設計說明書包括設計條件、設計方案比選、設計計算分析、參考文獻等,繪圖需要用專業(yè)軟件,設計圖紙要符合本專業(yè)制圖標準。每所學校對論文和設計說明書都有自己的格式要求。在滿足我校畢業(yè)設計基本要求的基礎(chǔ)上,指導教師指導過程要精細化,確保設計成果的規(guī)范化和工程化。指導教師要加強管理,強化學生對畢業(yè)設計重要性的理解,重視畢業(yè)設計的過程,強調(diào)不僅憑最后結(jié)果確定考核成績。在制定設計方案時,學生要先學習當前設計中的各種設計方案,熟悉每種方案的利弊,再針對自己的設計對象通過比選制定方案;在設計計算中,學生要先學習計算原理,細化每個計算參數(shù)的選取,再用軟件計算;在設備選型時,學生要先熟悉當前各種設備的特點,再針對自己的設計對象的特點進行設備選型;在繪制施工圖時,學生要先熟悉專業(yè)制圖標準,按照標準繪圖進行樣板圖學習,熟悉繪圖流程、內(nèi)容、標準,再自己動手。這些環(huán)節(jié)都要由指導教師和企業(yè)導師共同把關(guān),保證設計成果的精細化、規(guī)范化和工程化。四、結(jié)語新一輪科技