摘要
重庆大学土木工程学院依托国家级实验教学示范中心，对建筑环境与能源应用工程专业空调冷热源系统、大型通风空调系统等成本高、危险性高、周期长的实验内容进行虚拟仿真实验教学系统建设，共建设了空调冷热源系统、空调系统、热水供暖系统三个综合虚拟仿真实验系统。实验建设紧密围绕建环专业实践教学体系展开，坚持“能实不虚、虚实互补”原则，以培养解决复杂工程问题、具有创新思维、高素质综合型工科人才为目标。实验内容设置综合性的多工况虚拟实验、事故工况实验和科研创新实验，支撑了完整的实验教学过程，并建立了双向评价体系。实验采用Web端在线实验形式，提高实验的便捷性和共享性。2020—2021年，虚拟仿真实验系统除服务本校本科实验教学外，向4个高校超300名学生提供实验教学服务，获得校内外较高评价，产生了良好的示范和社会效益。
根据教育部办公厅关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知，教育部决定全面实施“六卓越一拔尖”计划2.0，启动一流本科专业建设“双万计划
虚拟仿真实验系统建设中遵循工程教育的CDIO模式，即以“构思（ Conceive ）－设计（ Design ）－实施（ Implement）－运作（ Operate）” 理念为指导，注重顶层设计，充分考虑理论课与实验课、虚拟实验与实体实验之间的支撑关系和人才培养任务，选择适宜的实验内容及教学形式。
重庆大学建环专业构建了基于工程创新人才培养的“二三四”实践教学体系，如
图1 专业实践教学体系
实验类型规避演示性、验证性实验，选用综合性、创新性实验。设置多工况（包括事故工况）实验，并引入实际工程场景和实验影响因素和测试背景的复杂性，同时，将科研成果转化到实验内容中，使实验内容具有高阶性、创新性，提升实验挑战度。
丰富交互操作内容激发学生学习兴趣，增加自学、拓展、研讨等学习板块，引导学生自主学习，养成终身学习的习惯，培养勇于讨论、分享的精
2017年至今，建环专业设计了空调冷热源系统、空调系统、热水供暖系统3个综合虚拟仿真实验项目。以空调冷热源系统综合虚拟仿真实验为例，项目通过虚拟仿真技术，构建冷水机组、锅炉机组冷热源系统三维仿真模型，学生可直观全面地观看冷热源系统的组成、构造，对课本知识实体化，有效弥补了生产实习过程中学生难以接触设计科学、安装规范、系统完整的实体工程遗憾。在三维模型界面，学生可进行旋转、移动、缩放视角等操作，学生可点击任意设备、阀门等构件，查看其知识点介绍，对系统设置知其然且知其所以然，夯实基础，构建全局观。系统探索界面如
图3 冷水机组系统三维模型探索
以空调冷热源系统综合虚拟仿真实验为例，虚拟实验包括以下内容：（1）对冷水机组系统的冷冻水供水温度、冷冻水流量、冷却水进水温度、冷却水流量4个参数，以及蒸发器、冷凝器结垢状态进行设置，获得系统供冷量、负荷率、机组COP及冷站EER等系统性能测试数据；（2）对锅炉机组系统的供水温度、供水流量、锅炉结垢状态进行工况设置，获取系统供热量、负荷率、耗气量、锅炉效率等系统性能测试数据；（3）当设定工况异常，系统将显示故障实验出现的后果。虚拟实验测试界面如
虚拟仿真实验采用线上线下结合的教学方式。每个实验项目4个学时。其中，3个学时由学生独立完成，包括下载资料自学，自主进行实验探索，完成客观题考核，根据测试数据完成实验报告；1个学时为答疑和研讨，教师根据学生自主实验考核情况，对疑难问题进行答疑，并组织学生对实验涉及的科研成果和创新点进行讨论。
虚拟仿真实验与实体实验紧密结合进行实验教学，各虚拟仿真实验项目与实体实验项目的教学关联，见
| 实验类型 | 实验项目 | 教学内容及能力培养 | 难度 | 互补联系 |
|---|---|---|---|---|
| 虚拟仿真实验 | 空调冷热源系统综合虚拟仿真实验 | 更全面的系统组成，多工况系统运行特性及事故工况影响，锻炼较强的自学和分析总结能力 | ★★★★ | 互补，并作为实体实验后的提升 |
| 实体实验 | 冷水机组性能综合实验 | 系统组成、调试，测试仪器、方法及少数工况实验，锻炼实践操作能力及较基础的分析总结 | ★★★ | 互补，作为虚拟实验前的基础 |
| 实验类型 | 实验项目 | 教学内容及能力培养 | 难度 | 互补联系 |
|---|---|---|---|---|
| 虚拟仿真实验 | 空调系统综合虚拟仿真实验 | 更全面的系统组成，多工况系统运行特性及事故工况影响，冷热源及末端耦合现象，锻炼较强的自学和分析总结能力 | ★★★★ | 互补，并作为实体实验后的提升 |
| 实体实验 | 风机盘管性能综合实验 | 系统组成、调试，测试仪器、方法及少数工况实验，锻炼实践操作能力及较基础的分析总结 | ★★★ | 互补，作为虚拟实验前的基础 |
| 实验类型 | 实验项目 | 教学内容及能力培养 | 难度 | 互补联系 |
|---|---|---|---|---|
| 虚拟仿真实验 | 热水供暖系统综合虚拟仿真实验 | 较全面的系统组成，多工况系统运行特性及事故工况影响，热源与末端的耦合，锻炼较强的自学和分析总结能力 | ★★★★ | 互补，并作为实体实验前的基础 |
| 实体实验 | 供暖系统设计性综合实验 | 对复杂研学实验系统自主进行实验方案设计、实验测试及分析，各课题小组分享研讨实验成果，培养科研、创新思维，锻炼分析、解决、总结复杂问题的能力及团队协会、交流共享的综合素质 | ★★★★★ | 互补，作为虚拟实验后的提升 |
空调冷热源系统综合虚拟仿真实验的3个虚拟仿真实验项目作为专业综合实验课程的实验项目，自2018年投入建环专业本科实验教学，支撑一流专业建设及人才培养，至今，已有500名大四本科生参与实验，并获得学生较好的评价，如
图5 学生“泛在化”学习及讨论
图6 学生意见调查统计
| 毕业要求 | 毕业要求指标点 | 课程目标 |
|---|---|---|
| 问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析建筑环境与能源应用领域的复杂工程问题，以获得有效结论 | 能够应用数学、自然科学和工程科学的基本理论，对建筑环境与能源应用工程及相关领域的复杂工程问题进行识别、表达 | 能够将理论知识与工程实际相结合，在实验测试中识别、表述相关工程问题，并能通过实验测试、数据分析对比，剖析复杂的工程问题，得到有效结论 |
| 能够经过理论推导、实验验证、对比分析、总结归纳、综合判断等方法，获得有效结论 | ||
| 环境与可持续发展：能够理解和评价针对建筑环境与能源应用工程专业的复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响 | 了解建筑环境与能源应用工程中的工程问题及解决方案对环境、社会可持续发展的影响 | 通过实验实践发现、体会专业领域存在的工程问题、技术瓶颈，并通过创新性实验、自主性学习和研讨分享等了解相关解决方案及研究方向，并理解其带来的环境、社会可持续发展效益 |
| 终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，具有提高自主 学习和适应建筑环境与能源应用工程新发展的能力 | 对于自主学习和终身学习的必要性有正确的认识，具有自主学习和终身学习的意识 | 通过课前自学、线上自主实验等锻炼自主学习和探索的能力，体会理解自主学习和终身学习的重要意义 |
注： 毕业要求为《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）明确的1-12项毕业要求中的2、7、12项。重庆大学建环专业对每个毕业要求列出多个下属毕业指标点，表中毕业指标点为虚拟仿真实验项目毕业要求涉及到的毕业指标点。
建环专业虚拟仿真实验依托重庆大学虚拟仿真实验共享平台，具备对校内外师生共享服务的能力。除建环专业学生可通过共享平台完成必修课实验项目外，校内其他学生可在共享实验中使用虚拟仿真实验资源进行学习。同时，其他高校可通过申请获得相应实验项目的教学使用权限，并通过平台进行实验项目布置、班级管理、成绩批阅等一系列教学管理工作。此外，空调冷热源系统综合虚拟仿真实验项目2019年被认定为重庆市示范性虚拟仿真实验教学项目，该实验项目同时在实验空间——国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台、重庆高校虚拟仿真实验（实训）教学项目共享平台上共享，对各高校及社会人员开放服务。
重庆大学建筑环境与能源应用工程专业遵循工程教育的CDIO模式，坚持“能实不虚，虚实互补”的原则，建设空调冷热源系统等多个虚拟仿真实验项目，在创新人才培养、一流专业评估中均起到较好的支撑作用，在社会服务、高校示范中也取得较理想的成效，获得校内外较高的评价，但仍有一些不足和待突破的地方。首先，实验项目还需持续改进优化，进一步丰富实验内容及交互环节，将科研成果更深入地融合到实验中，如增加不同建筑类型、气候条件的实验，除典型系统外还可增加一些新型系统。此外，在对外服务及示范中，需联合更多的高校共同建设和提升实验内容，形成互补之势，提高资源利用率，提升虚拟仿真实验系统教学质量及示范能力。
参考文献
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