建環專業核心課程案例式、啟發式和探究式教學方法的研究與實踐

周媛媛 王 芳 余延順 鄭佳宜

（南京理工大學能源與動力工程學院， 江蘇 南京 210094）

為了響應教育部“卓越計劃”，培養《建筑環境與能源應用工程》專業的創新應用型人才，必須重視專業基礎核心課程的教學。傳統的以“教師為主體”的“滿堂灌”式課堂教育模式和理念已不再滿足應用型和創新型人才培養的要求，急需探索創新型教學方法，改革教學內容、教學形式和考核方式。國家中長期教育改革和發展規劃綱要特別指出要注重學思結合，倡導案例式、啟發式、探究式、討論式、參與式等教學方法，營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境，幫助學生學會學習，為高校高等教學改革指出了一個明確的研究方向。其中，“案例式”教學堅持以案例為中心，是理論與實踐相結合的互動式教學，以實現由知識中心型教育向能力中心型教育的轉變。“啟發式”教學強調從學生的需求出發，處理好教與學之間的關系，使學生成為學習主體，而教師主要起到指導與推動的作用，由教師的單純講授變為師生間的互動。“探究式”教學以問題作為教學線索，將課程內容有機銜接，使教學過程轉化為問題解決過程，已成為高等教學研究的熱點之一[1]。“案例式”教學同時有機融合“啟發式”和“探究式”教學方法，使學生以基本理論知識為中心，將所學知識運用到各種不同的案例問題中，以案例問題作為教學線索，可顯著增強學生對課程內容的掌握效果，激發學生學習熱情，提高學生學習主動性和能動性，鍛煉學生知識應用能力，培養學生理論聯系實際，獨立思考能力以及提出、分析和解決具體問題的能力，并提升學生的實踐創新能力，特別適用于工科實踐性要求高的課程教學。目前，各高校都在積極進行運用案例式、啟發式、探究式、參與式等教學方法的大膽嘗試，盡力克服傳統教學所帶來的缺陷和弊端，并取得了一定成果[2]。

本文結合建環專業特色，根據教學大綱及培養目標，以案例式教學為核心，并結合啟發式和探究式教學方法，對現有的建環專業核心課程的教學內容、授課形式和考核方式等方面提出教學改革，以提高課程的教學效果，提升學生運用理論知識解決實際工程問題的能力和創新能力。

1 傳統教學存在的問題

目前，《建筑環境與能源應用工程》專業所培養的學生不但要求掌握堅實的理論基礎，還需具備工程實踐意識、分析和解決實際問題的能力、新技術研發和創新能力。然而該專業主要核心課程教學同其它工科專業課程一樣，大多存在著如下問題：（1）教師大多依然采用傳統的灌輸式教學，教學內容枯燥，方法單一，學生被動接受式學習；（2）注重理論計算和卷面考試成績，不注重培養解決實際問題能力；（3）實踐教學和工程實踐環節薄弱，所培養的學生工程意識差，不能分析和解決實際工程問題，更不具備產品開發和創新能力；（4）實驗教學主要以驗證性實驗為主，缺乏綜合性和設計性實驗，有待開發和完善創新性實驗[3]。因而，傳統的課程教學效果不佳，沒有達到理論與實際相結合，著力培養學生工程實踐能力和創新能力的教學目標。因此，在設計課程的教學活動中以學生的發展為核心，整合教學資源，組織模塊化教學內容，設置開放性和知識綜合程度高的創新探索類案例，融合啟發式和探究式教學方法，充分激發學生的學習積極性和探索欲，對于培養學生的創新能力和解決工程實際問題的能力具有重要的作用。

2 設計模塊化教學內容

傳統的以教師單一講授為主的教學模式對知識的傳授是十分有效的，課堂教學內容以章節為單位組織，而按照各章節的邏輯順序進行授課。但在這種教學模式下，教學過程就會變成“復制知識”的過程，學生按照這個思路被“灌輸式”學習，師生之間缺乏互動，大大限制了老師“教”和學生“學”的積極性，也不利于學生工程實踐能力和創新能力的培養。鑒于此，本文提出整合建環專業核心課程教學核心知識內容和典型工程分析、設計案例，將教學內容劃分為三個模塊：講授模塊、協作模塊和討論模塊。通過模塊化設置改變傳統教師單向講授和學生自由學習、討論的時間比例，讓學生成為課堂的真正主人。

在講授模塊里需要重新組織課程的教學內容，打破章節的束縛，濃縮重點知識點，每個重點知識模塊對應一定的工程案例問題，以實際案例問題等為授課導向，啟發學生思考，探究問題的答案。另外，教師需搜集整合教學資源，并將教學資源線上化。線上教學資源內容包括教學大綱、教案、課件、參考圖書、文獻和軟件等，還需搜集大量的與授課內容相適應的典型分析及設計工程實例，包含最新科技進展與生產實踐中的工程案例。根據認識實習、生產實習及專業教師的前沿科研項目來搜集整理相關的分析及設計的工程案例，并將這些工程案例分類整合，建設線上教學案例資源庫，供學生在在協作模塊自主學習過程中進行選題和研究。學生在線上對這些開放性的典型案例進行分組選題，同一個小組（3 人或者5 人）選擇同一個案例，案例設計不同的問題，例如一個空調制冷系統設計的案例包含熱力計算，壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器等設計選型等。由同一小組的學生利用課下時間去思考分析，協作整合設計，并提出案例分析或設計過程中存在的關鍵問題。討論模塊主要涉及問題討論和工程案例匯報討論等。由學生匯報分享課下協作模塊進行的工程案例分析設計成果，總結所涉及的重要知識點，遇到的問題和運用理論知識解決工程問題的思路。老師和其它組的學生共同參與討論，并最終確定每組同學解決工程案例問題的方案。教師最后基于學生在典型案例分析設計過程中遇到的問題對所涉及的重點和難點進行集中提煉講解，對關鍵知識點進行進一步的解釋和剖析。

3 改革教學形式

教學活動是課程與教學的基礎，基于案例式、啟發式和探究式教學方法的課程的教學形式與傳統的教學形式是不同的，需要進行課堂的翻轉，將課程教學與課外學習相結合，理論知識與實踐能力相結合，理論教學與科學研究相結合。本文結合新型模塊化教學內容的設計，對教學形式進行相應的改革。講授模塊和討論模塊在課堂上完成，協作模塊為課下學生自主完成。首先在課程教學中我們在講授模塊需要根據實際工程問題引入課程主要知識點，變枯燥的知識點的傳授過程為提出問題、分析問題、引出重要理論知識點和運用知識點解決問題的過程。具體地，結合授課內容及學生的專業水平提出相應的工程案例，使工程案例通過一個自然的、合乎邏輯的認識過程展示在學生面前，讓學生在教師的啟發引導下發現問題，依據具體的問題開展師生互動研討活動，如包括空調系統或部件性能分析問題、系統或部件設計問題、系統或部件優化問題和故障診斷問題等。通過探究如何用理論知識解決實際問題，提高學生對知識點的學習效果，并培養學生獨立思考和分析能力。

建環專業核心課程的知識內容較多，課時數有限，需要學生有效利用課外學習時間。通過讓學生課下選取不同的實際工程案例，能促進學生有效利用課下學習時間，帶著解決實際問題的目標去學習，對課堂教學的知識內容進行鞏固，真正學以致用，同時能鍛煉學生團隊協作和匯報等綜合能力。其中，供學生協作和討論模塊所使用的案例的選取既要有一定難度又要具有可實現性拓展，要與實際或科研有較強的關聯，這樣更能激發學生研究的興趣。課下的協作模塊根據授課內容及工程案例，鼓勵學生自主查閱文獻和相關資料，自主進行設計和分析，包括學習Matlab、EES 或Fortran 等編程軟件。

在討論模塊中，變換教師和學生的角色，由教師講授轉變為學生發言。課上的討論模塊則是在上述兩個模塊完成之后，學生在課上根據自己的案例分析設計過程遇到的關鍵問題和得到的結論，在課上進行匯報，教師引導其它學生積極參與互動討論，并鼓勵其它學生提出問題及對其它同學的匯報做出評價。最后，老師最終對工程案例分析中的重點知識點進行提煉，幫助學生學習鞏固。通過以上的教學方式，讓學生真正變為課堂的主體，讓傳統的“死”課堂“活”起來。

4 改進考核方式

以往給學生布置的課后作業和期中、期末卷面考試通常只能考查零散的知識點，并且學生往往存在課前和考前集中突擊的問題，記得快忘得快，并不能真正系統地掌握專業理論知識，更缺乏運用理論知識解決實際問題的能力。因此，僅以傳統的課后作業和考試卷面成績衡量學生學習效果的考核方式早已不能滿足目前培養創新應用型人才的要求。

本研究是基于案例式、啟發式和探究式教學方法的教學改革，對于教師的“教”和學生的“學”的效果評價應當選擇能夠實際反映學生學習產出的方式進行考核。因此，課程考核應當從學生理論知識掌握情況和綜合能力兩大方面進行，在兩者間分配不同權重作為最終的考核成績。減少卷面考試的成績比重，提高學生實際工程案例分析解決和匯報部分的分數，并加大平時課堂上學生互動討論表現的比重。理論知識考核主要通過傳統的課后小作業和卷面考試成績衡量，但需要豐富卷面考試的考試題型，減少考核零散知識點的選擇題和填空題，增加能考核學生多個知識點綜合運用能力的分析和問答題。綜合能力考核通過協作和討論模塊中典型工程案例的分析設計匯報情況及學生課堂參與互動討論情況進行考核，主要考察學生解決工程問題的能力、自主創新能力和匯報總結能力。其中，案例匯報部分學生的成績可由教師的評價成績和學生互評成績共同決定，從而提高學生參與其它學生案例問題討論的積極性，促進學生在評價其它學生案例分析匯報情況的過程中提出問題，并對自己的案例問題完成情況進行反思。

5 結語

本文針對目前建環專業核心課程以及大多工科專業核心課程教學模式單一和教學效果差，不能培養學生知識應用和創新能力，滿足不了新時代人才培養要求的問題，提出了以案例式教學為核心，結合啟發式和探究式教學方法，對課程的教學內容、教學形式及考核方式提出了改革措施。通過組織設計模塊化教學內容，設置開放性和知識綜合程度高的創新探索類案例，利用案例分析設計任務和課堂師生互動討論等更豐富的教學形式啟發學生主動思考，同時改革傳統的考核方式，充分激發學生的學習積極性和探索欲，提高其發現、分析和解決問題的能力，提高學生教學過程的參與程度，從而達到提高教學效果，培養學生工程實踐能力和創新能力的目標。