◆摘  要：分析新工科建筑环境与能源应用专业课程设置中课程综合性不强、跨学科课程缺乏、学生分析工程技术问题能力不足和实践环节落后等问题，提出将人工智能融入教学各个环节。课程教学改革分步走：首先是基础学习，然后是综合提升。通过在基础课程教学中增加人工智能知识、跨学科教学以及完成综合项目设计等方法，提升学生人工智能综合应用、主动获取、实践操作、沟通协调和创新创业能力。

◆关键词：新工科;人工智能;教学改革;创新

1 引言

以人工智能、大数据等前沿技术为代表的新一轮科技革命和产业变革正深刻改变着高等教育，近年我国不断出台政策推进人工智能教育的发展。2018年教育部发布的《高等学校人工智能创新行动计划》进一步明确了人工智能与教育融合发展，促进高等教育创新发展的总体规划。

近年来，随着计算机技术发展及大数据的广泛应用，伴随人工智能在不断创新使其在社会发展中的作用越来越重要。高校传统教育对学生的教授思路局限，学生的个性很难得到发散和促进。传统的教学模式对学生的创新思维发掘和扩展能力有限，在这种背景下，基于人工智能的教学改革更有利于拓展课堂教学环境和学生思维，是未来教学改进的重要组成部分。建筑环境与能源应用专业是以改善居住环境、提高能源利用为主的综合性学科。在营造人工环境的同时，注重建筑及建筑设备能源的高效利用。当前建环专业的人才培养目标为： 学生通过了解中国能源资源状况和社会可持续发展相关的法律法规，建立可持续发展理念，在建筑环境工程设计和实施过程中，主动推广使用节能环保材料。在建筑环境与能源应用专业的培养体系中，注重学生基本热力学理论与工程设计的培养，知识体系完整而全面。如何在新工科和人工智能的浪潮下，对建筑环境与能源应用专业的教学工作进行适应性改革，促使建环专业学生能够具备主动高效获取知识能力、基础性的实践操作能力、沟通协调与表达能力、创新创业能力和解决复杂工程问题能力等。为适应社会发展需求，应用人工智能技术，通过建环专业的教学改革是非常紧迫的任务。

2 建筑环境与能源应用专业现状

建环专业的任务是以人工建筑为主要研究对象，综合采用供暖、通风、降温、净化等人工环境与能源利用技术，去创造适合人民群众生活与工作的健康、舒适、高效的建筑环境以及满足科学实验、特殊生产工艺过程要求的环境。专业主要使命是以达到最高效的能源利用及综合考虑经济适用条件下，营造健康的建筑环境，专业内涵包括室内外环境、节能减排等领域。在新工科与人工智能环境下，建筑环境与能源应用专业学生在培养过程中存在以下不足，很能满足当前社会对建环专业人才的需求。

2.1教学模式陈旧

当前，专业主干基础课例如空调工程、传热学、流体力学、建筑给排水等依然通过PPT+板书的传统教学模式，对学生进行知识灌输和讲授，不能有效激发学生的主动探索学习能力。注重对课后习题的书面解答，缺乏可视化的案例教学。学生对纸面上的简单计算可以驾驭，但是面临复杂的工程设计，解决综合分析问题的能力不足。

2.2综合实践能力不足

建筑环境与能源应用专业培养方案和授课计划中，理论教学占比较大，实践教学配比偏低。一方面担任教学任务的多数教室没有实际工程技术实践经验，实践教学仍以书面知识讲授为主，缺乏实际项目支撑;其次，学生的实践教学多以参观为主要手段，走马观花，只了解工程项目大概表象，不能深入工程设计环节，很难有效结合课程教授内容，即对课程讲授内容起不到促进理解作用，同时又与理论知识相脱离。最终，理论知识得不到应用，培养模式缺乏与新时代人工智能相适应的工程能力。

2.3跨学科课程不足

当前建环专业的培养方案中出本专业课程外缺少跨学科课程。人工智能涉及数据挖掘、智能控制、先进材料等学课程，大部分学校均未开设。在实践环节当中，学生跨学科综合项目实践同样缺乏。

因此在人工智能普遍应用及其快速融入高校“新工科”建设的背景下，建环专业课程设置应契合时代发展的需求，在课程体系中加入人工智能课程，创新开展融入“新工科+人工智能”的理念和模式，使学生具备人工智能开发和研究的基础和能力。

3 教学改革实施过程

以工程技术为依托，采用以学生为核心的项目驱动方式，教师的教学理念要转化到能力培养上，人才能力的培养才能使学生终身不断进取。系统设计综合项目，分阶段推进。

3.1人工智能基础教育阶段

基础教育仍然以基本理论学习为核心，如高等数学、数值计算方法、自动控制原理等，这些课程以人工智能为背景，以习题或课程设计的形式展开人工智能相关基础教育。在课程教学实施过程中，基本知识通过线上慕课的形式展开，课堂研讨主要解决问题。教师设定问题发给学生。把课程学习分成若干阶段，学生以小组为单位，对各个阶段目标进行团队分析，提出满足设计要求的方案。每个阶段完成时，教师对结果进行检查或者学生互相评判，学生通过演示、答辩来展示本组完成的工作。

3.2人工智能综合提升阶段

借助开展虚拟仿真实验教学能很好地实现理论教学与实践教学的一体化。紧密结合专业前沿知识，对提高学生素质，促进学生的学习能力、实践能力和创新能力具有重要作用。毕业设计是培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力的重要途径。建立与土木、建筑电气、自动化、计算机专业学生协作团队，共同模拟设计院场景进行多专业综合项目实践。还可以通过大学生创新创业训练培养学生的实践能力。大学生创新创业项目为学生提供自主实践、学习的平台，引导学生独立自主完成项目。项目的构思、设计等都由学生独立完成。通过上述实践项目不仅培养了学生自主创新意识，主动学习能力，培养学生的团队协作精神，激发学生的钻研能力、实践能力，还可以促进学生自主创业。

4高校新工科人工智能人才培养有效方法

为培养新工科创新应用型人才，可以采用以下几种有效方法，分别是改革创新法、问卷调研法，课堂案例法、校外体验法。创新改革法是在实际课堂中，学生进行自主思考、自行实验的一种方法。由老师提出问题，讲解关于该问题的一些最基本的专业知识，其它的内容由学生自行思考，自行查阅文献、自行确定方案、自行总结过程中遇见的问题以及中间的收获。教师通过课堂上的观察以及学生们的总结情况，对遗漏知识进行补充说明，并且提出过程中的问题与改善措施，以及对操作过程的细节进行补充等等。问卷调研法，是指通过制作并向广大师生发放问卷的方式，来统计调研学生对于新工科创新应用型人才培养模式的建议和对高校教学方法改革的期望以及教师对人才培养模式的思考与主张，由此不断优化该培养模式。课堂案例法是指由教师提出近期某工程的真实案例，让学生进行分析，分组思考、讨论，自行解决整个过程遇见的问题，包括对于陌生知识的查阅，材料的分析与了解，环境的保护等等，教师负责引导协助学生进行整个方案的制作以及在适当的时候给予一定帮助。校外体验法是指通过组织学生在校外的参观与实习来培养学生的创新意识，提升学生的创新思维以及使其能掌握和运用到真实的工作中。

以改革创新法为例：

①将教学课堂变为开放课堂，从朝前看变成面对面。学生分组而坐，用讨论式课堂代替聆听式课堂。

②定期要求学生上交此阶段对于本专业的各类心得体会。开始要求学生观看专业重要期刊，掌握专业重要事件，收集专业工作中经典案例，以文字形式定期展示自己的理解和感悟。

③举办课堂辩论赛，由教师选择一实际工程中所出现的专业问题，由各组同学进行辩论比拼，最终选出最优方案。

④举办校级交流会。校内相近专业间，校与校同专业之间进行互访，坐在一起共同交流，共同进步。教师分享有效的教学方式方法，学生分享在课堂以及实习过程中彼此的心得体会。以促进各高校教育水平进步，扬长避短，增加创新应用型人才培养的经验及手段。

⑤积极鼓励学生参与各类大学生创新创业竞赛项目。由三五同学进行组队，共同参与各类校级、省级、国家级的大学生创新创业竞赛，在过程中丰富知识，开发思维，锻炼能力。学校依据成绩的好坏给予相应的学分或成绩奖励，激发同学们的兴趣。

⑥鼓励学生参与各类创新创业项目，多多钻研，发表论文和专利者，给予一定的学分或者成绩奖励。将科研融入到日常学习和生活中去。

⑦考试机制变化。不再仅仅局限于一个教室，一张试卷，可以扩展到室外或者扩展为多人共同完成。以达到真正学有所思，学有所用的效果。使学生更具备成为创新应用型人才的能力。

以土建类专业校外体验法为例：

①施工单位进行基本工作体验。从头开始，要求学生认真观察本专业所需的工作内容及和其他专业的衔接内容，认真记好各项规范要求和操作的方法。

②专业设计院进行复杂交叉专业配合体验。要求学生在过程中熟练掌握制图技能，将日常所学与实际设计相结合，以至于在未来能更好的、更人性化的工作，增加就业竞争力。

③其它专业类单位从事体验。要求学生多听多看，多问多做。能真正有所学，有所对照，有所收获。能在实习体验过程中寻找到思路，成为高素质高水平的创新应用型人才。

④其它土建类高校进行参观学习。通过交流，不断完善创新应用型人才培养模式，学生也能在交流中有所收获。

以地方土建类高校为例，为使毕业生能够适应建筑业转型升级，结合地域性建筑工程特点，在教学工作中通过专业基础知识的交叉融合，搭建通识性理论平台;强化双（多）专业课主线，突出地域特色;注重实践教学环节与工程实际结合，满足行业人才需求。新工科人工智能人才培养方案制定应该充分认清就业现状，并以此为出发点、落脚点，全面深入的分析创新应用型人才培养的模式，以此为各高校提供创新应用型人才培养模式的理论依据，使其更好更快的开始进行创新应用型人才的培养。

5 结语

随着科技的进步以及与广大人民群众提升生活品质的要求，建筑环境与能源应用工程专业的内涵在不断拓展，从最初的“供热、供煤气及通风”到现在提升自然资源利用率，以最低的能源消耗构建适宜的人居环境。云计算、大数据、物联网等现代技术在建筑行业的广泛应用，对建环专业人才培养也提出更高层次的要求。开展新工科与人工智能背景下建筑环境与能源应用专业课程教学改革，通过分步走的人工智能培养实践，将有效提升现有的课程教学模式，积极调动学生对新技术的求知欲，极大提高学生人工智能开发与研究能力，培养具有创新创业意识和能力的新工科人才，以适应现代建筑业的高速发展。

参考文献

[1]陈丽萍，颜承初，龚延风，等.建筑环境与能源应用工程专业现代高素质人才培养探讨—以南京工业大学为例[J].高等建筑教育，2021，30（01） ： 49-55.

[2]赵颖杰，马一江.新工科背景下建筑环境学课程教学改革与讨论[J].教育教学论坛，2020（42） ： 150-151.

[3]王素英，张超，赵晓丹，等.新工科背景下民办高校建筑环境与能源应用工程专业课程改革[J].教育现代化，，2020，7（54）：69-72.

[4]高宏峰，刘伟，徐素莉等.新工科与人工智能背景下电信专业课程教学改革[J].办公自动化杂志，2021（443）：43-45.

[5]梁迎丽，刘陈.人工智能教育应用的现状分析、典型特征与发展趋势[J].中国电化教育，2018（03）：24-30.

基金项目：

吉林省教育教学“十三五”规划2020年度一般课题—面向新工科人工智能人才培养研究（GH20129）。