建筑环境与能源应用工程专业新形态教材建设探索
赵金玲 王树刚 王宗山
摘 要：高等教育信息化对建筑环境与新能源应用专业教学理念、教学模式和教学资源等提出新的要求，开发内容先进、形式创新的新形态教材已成为必然的发展趋势。文章梳理了新形态教材的内涵与优势，提出了针对建筑环境与新能源应用专业的新形态教材开发思路和措施，包括教材与课程的联系形式设计、新形态教材的分层定位设计、数字化教学资源研发的内容及形式，以期为同行提供借鉴和参考。
关键词：教育信息化;建筑环境与能源应用工程专业;新形态教材;数字化资源
中图分类号：G434? ? ?文献标志码：B? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）16-0035-04
一、引言
当今世界正在进入以信息产业为主导的经济发展时期，以信息技术为代表的新一轮科技革命正在兴起。新一代信息技术以“数字化、网络化、智能化”为核心特征，给社会带来广泛而深刻的改变，尤其对传统高等教育产生了巨大的冲击，催生了教育信息化的变革。
以信息技术与教育教学深度融合为特征的教育信息化已成为全球范围内高等教育必然的发展趋势，开放网络课程、学习分析技术等得到越来越广泛地应用。截至2020年3月，中国在线教育用户规模达4.23亿，较2018年底增长110.2%，占网民整体的46.8%[1] 。2018年4月，《教育信息化2.0行动计划》出台[2]。而《教育部高等教育司2020年工作要点》中明确指出：建立“互联网+教学”“智能+教学”新形态，促进学习方式变革，提高教学效率，激发教与学的活力，以信息技术推动高等教育高质量内涵式发展。
建筑环境与能源应用工程专业（以下简称“建环专业”）的任务是以建筑为主要对象，在充分利用自然能源的基础上，采用人工环境与能源利用工程技术创造适合人类生活与工作的舒适、健康、节能、环保的建筑环境和满足产品生产与科学实验要求的工艺环境以及特殊应用领域的人工环境[3]。目前，我国建环专业的信息化教学改革正处于探索阶段，建环专业在教学目标、教学理念、教学模式与方法、教学资源等方面都将出现基于信息技术的重大改变。教材作为教学的重要资源，与时代契合、随技术升级是实现高质量教学的重要保障。
二、教育信息化对建环专业教材建设提出的新要求
1.教材建设理念与形式变革
信息技术与高等教育深度融合推动教育理念、模式与方法全面发生变革。这种变革不仅体现在运用新技术为学校及课堂提供新的教学方式，还体现在教学理念更加强调以学生为中心，学习者的自主性和选择性更强。
2018年，教育部提出线上、线上线下混合式、线下、虚拟仿真以及社会实践五大“金课”建设目标，打造具有高效、有趣、有挑战的“金课”成为当前高质量教学的主流。深度运用信息技术提升教学效果是“金课”的重要指标，从而促使教学方式从“知识传授为主”向“自主学习、互动学习为主”转变，考核方法从知识考核向能力考核、过程考核转变，评价指标也从“教得好”向“学得好”转变。
目前，建环专业的教材以传统的纸质教材形式为主，在建设理念上忽视对学习者的吸引力，在呈现形式上主要是文字、表格和图片等静态形式，这种传统的教学资源已经不能满足新形式教学的需求，需要在教材形态和功能上升级创新。教育信息化要求建环专业大量开发建设灵活丰富的线上教学资源，包括教学视频、线上习题、互动自测、虚拟资源等等。
2.人才培养目标与培养模式调整
为了主动应对新一轮科技革命与产业革命，新工科建设成为我国高等工程教育的战略行动。为实现新工科建设目标的“知识之新”和“人才之新”[4]，建环专业势必需要与理科及相关工科交叉融合，拓展学科领域和专业内涵，同时，需要面向新兴产业和区域发展的需求调整人才培养目标和培养模式。
从2019年开始，建环专业的毕业要求开始采用《华盛顿协议》工程教育认证标准，除了以往传统工程教育所重视的工程知识和能力外，更强调社会观、可持续发展观、团队协作、管理及终身学习等多方面能力的培养[5]。为达成上述培养目标和毕业要求，建环专业的人才培养模式需要探索多样化和个性化改革，探索高级人才的培养新模式。为了适应新工科背景下建环专业的发展需求，亟须改进教材理念和内容，建设与信息时代发展相匹配的专业教材和教学资源。
3.行业飞速发展加快知识更新需求
随着我国经济快速发展以及工程的復杂性和综合性不断增强，暖通空调行业出现日新月异的变化。节能减排、城镇化、“一路一带”和“互联网+”都对暖通空调行业提出了新的需求和挑战。节能减排的重大需求为建环专业的拓展升级提供了巨大的发展驱动力，北方地区清洁取暖发展趋势催化了清洁能源技术的提升，并提出了能源规划教育的新要求，“一路一带”建设使一些新技术向西亚和东南亚拓展，基于物联网、大数据技术的智能化工具越来越多地在暖通空调工程中应用。
然而，由于传统纸质教材具有更新难度大、更新周期长等特点，教材内容的更新速度往往滞后于行业的发展速度。同时由于课时有限，依靠课堂和实践教学也难以使学生对拓展知识和行业发展充分深入地学习、领悟与吸收。因此，应该选择更加有效的信息传递方式作为传统纸质教材和课堂教学的有益补充。
三、新形态教材的内涵与优势
新形态教材是通过数字平台和网络技术将纸质教材与数字资源有机联系的新型教材，具有纸质教材体系完整、数字资源呈现多样等特点。新形态教材在编写理念、内容形式和出版机制等方面突破了传统教材的模式，可以满足教师课内课外教学、学生线上线下学习等信息时代的教学新需求，为高等教育信息化的教与学提供了全方位、立体化的支撑[6]。与传统教材相比，新形态教材具有灵活性、开放性和动态性优势。
1.知识呈现方式更符合人的学习规律
学习过程是一个从知识呈现（感知）到获取、构建、内化、提取应用的过程。从广义上来看，教材、课件、习题、实验室、实习、教师等都是知识呈现的载体，知识呈现的方式直接影响着学习者参与的兴趣和质量[7]。
新形态教材的纸质资源承载着知识体系的主干内容，而数字资源提供了教学配套资源，包括知识点讲解、拓展素材、交互式学习材料等。新形态教材不仅能通过视频、音频、动画、虚拟现实等数字资源提高学生的学习效果，还可以支持自测等互动学习方式，使知识呈现实现多样化和情景化，体现知识的真实性与动态性，符合人的认知规律和互动学习需求，尤其适合当今大学生的学习特点。
2.拓展自主学习和资源传播的可能性
为了适应科学技术的飞速发展，终身学习能力已成为信息化社会高级人才的必备基本素质。培养自主学习能力的新需求，对传统教学提出了突破课堂教学局限、打破学校围墙界限的挑战。新形态教材构成教材、课堂、教学资源三者融合的立体化形式，提高了学习时间和空间的灵活性，提高了自主学习的可能性。
另外，新形态教材也有利于克服优秀教学资源的地域局限。由于数字化资源具有便捷性和共享性等特点，新形态教材提高了教学资源校际、国际间传播的可能性，惠及更多的自主学习者，提高了优质教学资源的使用率，同时节约了教材建设的人力资源成本[8]。
3.教材内容动态更新迅捷
对于建环专业而言，新形态教材尤其适用于行业前沿、标准规范、实用案例的动态更新，实现基础理论知识、行业发展和实践的兼顾，满足了教材内容适时更新的要求。其主要原因是新形态教材具有可以在支持平台上迅捷地更换数字资源的特点，与传统教材相比，新形态教材的优势是更新难度小、更新周期短、更新成本低[9]。
四、建环专业新形态教材开发思路
1.新形态教材的分层定位设计
现有建环专业的课程体系包括通识类、基础大类、专业基础类、专业课程等。本文主要针对建环专业的专业基础类和专业类课程特点（见表1），提出分层次定位的新形态教材开发思路。
专业基础类课程涵盖建环专业人才培养需要的基本概念、基本理论和基本方法，为学生构建了工程热力学、流体力学、传热学、传质学、建筑环境学等基础知识体系。这些基础知识的特点是短时间内不会发生颠覆性改变，但是会随着学科发展产生新知识、新理论和新方法。鉴于此，专业基础类课程的新形态教材应侧重于学生对知识掌握的“准确”和“透彻”，使学生对基础知识的来龙去脉、千变万化以及衍生知识都理解透彻，并对学科前沿进展及时掌握。
专业课程主要由《建筑环境测试技术》《暖通空调》《建筑设备自动化》《燃气储存与输配》等课程构成，这些课程与专业实践密切关联、与行业技术发展结合紧密，专业类课程的新形态教材应侧重于学生对知识掌握的“灵活”和“综合”，能够灵活地将各类基本知识结合，综合性地解决问题。
2.教材与课程的联系形式设计
依据教材与课程的联系方式，新形态教材主要有三种形式[10]：①书配网形态教材：在已有教材的基础上进行修订或改造，形成与开放课程配套的书配网形态教材。②网配书形态教材：在已建设的开放课程基础上，依据开放课程的内容和形式元素研发的新形态教材。③书网一体化形态教材：教材与开放课程同步设计开发的新形态教材。这三种新形态教材的特点及适用范围见图1。
根据纸质教材以及开放课程的建设情况，可以选择不同的新形态教材建设形式。对于已有教材的升级改造，可以采用书配网的形式。如果已经建成开放课程，可以采用网配书形式开发新形态教材。而书网一体化形式的新形态教材，需要教材和开放课程同步建设，既可以由教材为主导，也可以由课程为主导，最终目标是实现课程与教材的整合优势。
3.数字化教学资源研发
为了实现数字资源与纸质教材的有机联系，新形态教材的编写者需要进行以下两方面的开发工作：
（1）纸质教材版式设计需要创新设计
一般可以采用设置边栏方式，即在相关知识点附近的边栏中放置数字资源的标题，从而建立纸质教材内容与数字资源的关联。在此过程中需要构建知识单元并对知识要点进行分解。例如，笔者主讲的《热质交换原理与设备》课程，根据知识体系分解为170个知识点，录制了57个重难点讲解视频资源，制作了79个虚拟交互资源，这些数字资源能够拆分、组合、修改和重复使用。
（2）根据课程定位设计并开发相应的数字资源
例如，《建筑环境学》《热质交换原理与设备》《流体输配管网》等专业基础课程，可以基于“夯实基础、强化练习、拓展视野、把握前沿”的原则进行开发。配套数字资源内容主要包括重点难点解析、知识溯源、典型例题讲解、自测题及答案、应用案例、科学家小传、学科前沿等。
而《暖通空调》《建筑环境测试技术》《建筑设备自动化》等专业课程，可以基于“联系实际、灵活应用、综合分析”的原则，数字资源主要包括基本概念与原理解析、典型案例精讲、行业发展动态、工具文件、相关工程建设法规和标准规范、工程伦理等。数字资源形式可以为微视频、动画、音频、交互式信息处理界面或平台，还可以采用场景展示、情境分析、交互实训和模拟演练等，是对纸质教材体系框架的有力补充。
五、结语
高等教育信息化促使教学需求发生变化是建环专业教材形态转型的原动力，而互联网、多媒体以及媒体传播等先进技术为传统教材与数字资源深度融合提供了支撑。随着高等教育信息化建设的推进和发展，建环专业的教学与数字资源紧密联系将成为新常态，开发适应互联网教学形式和新工科内涵的内容先进、形式创新的新形态教材也是必然的发展趋势。这也要求教师不断更新教学理念，提高信息化教学的能力，并与出版社紧密合作开发信息化教学产品。教师充分利用新形态教材在教学改革方面的积极作用，对提高建环专业线上与线下教学的质量和效率将是有力保障。
参考文献：
[1]中国互联网络信息中心.第45次中国互联网络发展状况统计报告[EB/OL]. http：//www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/hlwtjbg/202004/P020200428596599037028.pdf.
[2]黄荣怀，王运武.中国教育改革40年：教育信息化[M].北京：科学出版社，2019.
[3]高等学校建筑环境与设备工程学科专业指导委员会.高等学校建筑环境与能源应用工程本科指导性专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4]刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析——兼论行业特色型大学的新工科建设[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.
[5]住建部高等教育建筑环境与能源应用工程专业评估委员会.全国高等学校建筑环境与能源应用工程专业评估（认证）文件（2019年版）[EB/OL] http：//www.mohurd.gov.cn/jsrc/zypg/w02019062622006633524843750.pdf.
[6]李晓鹏.新形态教材出版的实践与思考[J].现代出版，2017（5）：51-54.
[7][美]布鲁纳著，邵瑞珍等译.布鲁纳教育论著选[M].北京：人民教育出版社，2018.
[8]張炜.新形态课程与教材建设[J].中国大学教学，2018（1）：85-86.
[9]柴龙会，肖向红，张晶钰，等.“互联网+”时代关于新形态教材建设与应用的思考[J].中国教育信息化，2017（2）：50-52.
[10]王友富.MOOC背景下的教材形态与研发策略初探[J].中国编辑，2016（2）：63-67.? （编辑：李晓萍）
