“‘双碳’目标”背景下土木类专业可持续发展的探索

［摘 要］ 分析了“双碳”背景下建筑环境与能源应用工程专业教学可持续发展的问题以及人才培养面临新的挑战和机遇，讨论如何从可持续发展教育创新教学方法、教学改革策略与实践案例等方面进行改革，并提出了相关的教学改革策略。研究成果可以为“双碳”背景下有效推进建筑环境与能源应用工程专业的可持续发展的教学改革提供理论和实践支持。旨在探讨基于“‘双碳’目标”背景下的建环专业教学改革的创新、协作与可持续发展。为基于“双碳”背景下的建环专业教学改革和实践提供思路，以促进学生的全面发展。同时，为其他领域的教育改革提供了借鉴和启示，以推动教育的创新与进步。

［关键词］ “双碳”目标；建筑环境与能源应用工程；教学改革；可持续发展

［基金项目］ 2024年度北京工业大学教学研究项目“‘双碳’背景下土木类专业教学改革——以建环专业为例”（ER2024RCB06）； 2022年度北京工业大学教学研究项目“‘双碳’目标下地方高校产科教融合的新工科人才培养模式构建与实践”（ER2022RCA03）

［作者简介］ 李炎锋（1971—），男，河南新密人，博士，北京工业大学建筑工程学院教授，博士生导师，主要从事建筑通风安全节能研究；苏枳赫（1998—），男，辽宁营口人，北京工业大学建筑工程学院2021级土木工程专业博士研究生，研究方向为建筑通风安全；王宏燕（1968—），女，河北保定人，博士，北京工业大学建筑工程学院副教授，主要从事建筑环境与节能研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）45-0105-04 ［收稿日期］ 2023-11-10

引言

2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上正式向国际社会做出碳达峰、碳中和承诺。据有关数据，我国建筑行业运行碳排放（含直接碳排放和间接碳排放）约为21亿吨CO2，占全国总量的20%左右［1］。如何在不影响人居环境品质的改善和人民群众的幸福感和获得感的前提下，实现建筑行业碳排放达峰并实现深度减排是我国应对气候变化目标中的重要议题［2］。

土木类建筑环境与能源应用工程专业（以下简称建环专业）主要研究建筑物理环境、建筑节能、建筑设施智能技术等方面的基本知识和技能，针对空调、供热、通风、建筑给排水、燃气供应等公共设施系统进行设计、施工、调试、运行，并对建筑设备的运行进行节能控制，对室内环境的空气进行净化调节等。实现建筑的低碳和零碳发展，亟须攻克现有建筑设计、建造、运维在碳中和领域中的技术瓶颈，引领建筑设计“节能—绿色—近零碳—零碳”的范式变革［3］。

一、“‘双碳’目标”背景下的专业教学需求与挑战

在“双碳”背景下，建筑行业须培养具备环境保护意识和可持续发展素养的专业人才，以应对节能减排、绿色建筑和可再生能源等方面的挑战。学生须了解和掌握先进的建筑环境营造和能源管理技术，以推动可持续建筑和低碳能源的应用［4］。此外，还须培养学生的创新能力和跨学科合作意识，以应对不断变化的技术进步和社会需求。

“双碳”背景下专业教学也面临一系列挑战。首先，传统的教学模式注重专业基础理论和专业知识，教学实践环节服务于理论知识的掌握，缺少对学生在实践案例中运用知识的能力培养。学生亟须接触真实的项目案例和实践，以提升他们的技能和解决问题的能力。其次，快速发展的人工环境技术和绿色科技要求教师及时更新教学内容和方法，以紧跟行业的发展趋势。教师须不断提升自己的专业素养和教学能力，以更好地引导学生适应行业科技的进步。

二、“双碳”背景下可持续发展内容融入建环专业教学的改革

（一）可持续发展内容融入专业教育的必要性

可持续发展是当前全球社会面临的重要挑战之一，也是建环领域的关键议题。“双碳”背景下建环专业涉及建筑环境设计、可再生能源利用、能源管理和环境影响等多个方面的可持续发展问题，因此培养学生的环境保护意识和能源资源管理能力至关重要。通过融入可持续发展教育内容，学生可以了解环境保护的重要性，学习如何在建筑环境设计和能源利用与管理中考虑环境友好和资源节约的原则。

首先，学生须具备社会责任意识和道德观念，关注社会利益和公众利益。通过可持续发展教育内容的融入，学生可以了解社会责任的重要性，培养其在工程实践中考虑社会和公众利益的能力。在经济发展和创新能力方面，可持续发展追求经济的可持续发展，鼓励创新和绿色技术的应用。

其次，可持续发展同样是全球性的议题，需要与各国和各领域合作。在建环专业的教育中，将可持续发展教育内容融入其中，培养学生的全球意识和跨文化合作能力。学生可以了解全球可持续发展目标，认识自己在可持续发展中的角色和责任，并积极参与全球合作。

最后，人工环境的营造离不开能源资源的消耗，建环专业的工作范畴是建筑能耗的主要区域，是节能减碳的主要阵地，未来更是需要转变观念，用可持续发展的理念引领专业发展，打造绿色低碳的建筑环境与能源系统。在专业教育中必须培养学生可持续发展的理念，融入可持续发展教育内容，引导学生关注经济和行业发展的可持续性。

（二）可持续发展建筑与能源应用管理的教学内容

建环专业在传统专业课程教学基础上，培养学生在“双碳”背景下的创新思维和可持续发展的能力，须将以下几个方面的知识融入教学内容。

1.可持续绿色低碳建筑的设计原则与技术。了解可持续绿色低碳建筑的基本概念及设计原则，有助于建环专业学生在后续建筑设备系统设计中系统性地体现可持续理念，实现建筑的低碳目标。在教学中，可以开设低碳及绿色建筑技术的选修课程，介绍绿色、低碳建筑的设计，运维原则、策略和技术。学生可以学习如何考虑建筑材料的环境影响、优化建筑能源利用、设计可再生能源系统等。通过实践项目和案例研究，学生可以应用所学知识开展绿色建筑的低碳性能的评价，提高专业能力。

2.建筑节能与能源管理。节能与能源管理是可持续发展的关键领域之一。在教学中，考虑开设不同层面的能源管控、能源规划选修课，例如“城市能源规划”课程，将节能与能源管理的概念和方法纳入课程内容。学生可以学习能源评估、节能技术应用、建筑能效分析等知识和技能。通过实际案例的分析和模拟实验的实践，学生可以掌握节能与能源管理的策略和方法，丰富个人的专业技能。

3.绿色建筑材料与技术。绿色建筑材料和技术是可持续建筑的重要组成部分。在教学中，可以引入绿色建筑材料和技术的相关内容，包括绿色建筑认证体系、可再生材料的应用、环境友好的建筑系统等。学生可以学习如何选择和应用绿色建筑材料，了解其环境性能和可持续性。同时，可以了解最新的绿色建筑技术和创新，培养学生对绿色建筑的设计和实施的能力。

4.可持续能源系统与智能控制。可持续能源系统和智能控制是实现可持续发展的重要手段。在教学中，可以通过开设“可再生能源利用技术”的专业选修课程，介绍可持续能源系统的原理、设计和应用，包括太阳能、风能、地热能等可再生能源系统。同时，可以学习智能控制技术在能源管理和建筑自动化方面的应用。通过实践项目和创新实验，学生可以掌握可持续能源系统的设计和优化方法，培养其在能源领域的创新能力。

（三）环境保护伦理与社会责任教育

环境保护伦理是指在人类与自然环境相互作用中涉及道德和价值观的规范［5］。建环专业的工作内容与室内外环境密切相关。在专业教学中引入环境伦理的概念和原则，探讨人类与自然环境的关系、资源的公平分配以及生态系统的保护等议题，培养学生的环境保护伦理意识，助力学生在面对复杂的建环专业工程问题时能够提出体现可持续发展理念的解决方案。

社会责任是指个体和组织对社会和环境承担的义务和责任。在专业课程的教学中，可以通过思政案例引入社会责任的概念和实践，探讨企业社会责任、可持续发展目标等内容，帮助学生了解企业在环境保护、社会公益和经济可持续发展方面的责任，培养其在建环实践中考虑社会利益和可持续发展的能力。

三、“双碳”背景下可持续发展的专业教学改革案例

教学改革的目标是培养具备可持续发展意识和能力的建环专业人才。在制定教学改革策略时，需要明确培养目标，如知识与技能的全面发展、创新能力的培养、实践能力的提升等。同时，还需要遵循教学改革的原则，如注重学生主体性、强调实践与应用、促进跨学科合作等，以确保教学改革的有效性和可持续性。

教学改革策略的实施是关键环节，需要系统的组织和配套的支持措施。教师在教学中应积极运用创新的教学方法和教学技术，如案例研究、项目实践、合作学习等，以提高学生的参与度和学习效果。同时，还需要建立有效的评估体系，通过课堂评估、项目评估、学生反馈等方式，及时了解教学改革的效果和问题，为进一步改进提供依据。

制定教学改革策略需要经过系统的规划和策划过程。首先，需要进行教育需求分析，了解学生、行业和社会对建环专业人才的需求。其次，根据需求分析结果，制定教学改革的具体目标和内容，并确定相应的教学方法和评估方式。最后，制订实施计划，包括教师培训、资源配置、实施阶段的监测与评估等，确保教学改革策略的顺利实施。

“双碳”背景下，在建环专业教育中从课程体系、课程内容到实践环节，全方位融入可持续发展理念，打造新的专业范式，提高学生解决复杂工程问题的能力。

（一）打造绿色低碳技术课程模块，着力培养学生解决复杂专业工程问题的能力

课程体系是专业改革的顶层设计。北京工业大学建环专业在培养方案的修订执行过程中，围绕国家的“双碳”目标，将培养学生低碳建筑环境营造能力和可持续的能源管控能力作为重要目标，先后开设了“绿色建筑技术”“可再生能源利用技术”“城市能源规划”“互联网与物联网”“数据挖掘方法在建筑能源中的应用”“建筑能耗模拟及BIM技术”等理论课程，将最新的低碳建筑技术、绿色健康室内环境营造技术、可再生能源多能互补技术等融入传统专业教育，同时把数字技术纳入专业教育体系，全面培养学生在“双碳”背景下解决复杂工程问题的能力。

（二）搭建综合型创新实践平台，培养学生应用知识的能力

密切结合国家可再生能源及数字经济发展的重大战略，开展了“低碳多能互补能源系统创新实验平台”及“绿色大数据实践教学平台”建设。大数据时代已经到来，为响应“‘双碳’目标”，本项目在建环系现有实验平台的基础上，整合硬件资源，结合大数据监测及分析的要求，建立了上述两个综合性创新实践平台，用于对室内供冷、供暖、通风等耗能及太阳能等可再生能源进行实时数据收发和监控，同时达到智能化节能减排的目的。上述平台用于学生的专业实践教学及创新实践教学，发挥了不可替代的作用，提高了学生运用知识的能力。

（三）引入案例教学，提高学生的可持续设计能力

借助校外产学研实践教学基地，开展低碳建筑运行的案例教学。通过带领学生到低碳和零碳建筑实地参观，开展现场数据监测，在基地工程师指导下完成建筑低碳性能分析等，让学生亲身体验建环的实际情况，加深对理论知识的理解和应用。案例分析和评估可以评估学生在实地考察和实验实践中的观察能力、数据分析能力以及问题解决能力。

实践项目是建环专业教学改革中的重要组成部分。通过设计和实施实践项目，学生可以将所学知识应用于实际项目，提高他们的问题解决能力和实践能力。实践项目包括实地调研、设计方案的制订、模型搭建和实验测试等环节，让学生亲身参与真实的工程实践。同时，项目可以与企业、社区或相关机构进行合作，促进学生与实际工作环境的接触和交流。

案例研究是一种有效的教学方法，通过分析和讨论真实的建环专业工程实践案例，学生可以深入了解相关领域的实践经验和问题解决方法。教师可以选取具有代表性的案例，涵盖不同类型的建筑和能源应用，引导学生分析案例的优势、挑战和解决方案。通过案例研究，学生可以培养批判性思维和分析能力，将理论知识与实践经验相结合，为日后的工作做好准备。