基于學習成效驅動的暖通專業研究生課程多元化考核方法研究與實踐

王昭俊,劉 京,周志剛,張承虎,王 芳

(哈爾濱工業大學 建筑學院 寒地城鄉人居環境科學與技術工業和信息化部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150006)

建立科學合理的課程考核體系，發揮考核的積極作用，是提升研究生教學質量的基礎，也是高校教學改革的重要內容。美國著名教育家肯·貝恩教授認為可采用考試、作業或課程論文等幾種方式評價學習成效[1]。哈爾濱工業大學暖通學科開設了3門基礎課、2門專業基礎課、10余門專業課。應結合課程特點，采用不同的教學模式和考核方式，以啟發學生的創新思維，豐富學生的想象力和創造力。基于前期多元化的教學模式研究成果[2]，對暖通學科不同類別的課程考核方式進行了改革，并取得了初步成效。

一、國內外多元化考核方法研究現狀分析

科學的考核方式能引導和鼓勵學生在掌握基礎知識之上，充分發揮主觀能動性，獨立思考，大膽創新，培養學生發現問題和解決問題的能力。

西方發達國家較早提出了考核評價的多元化思想。如美國著名教育家肯·貝恩教授認為可采用考試、作業或課程論文等幾種方式評價學習成效[1]。評價方式和方法多樣，評價內容靈活，有助于培養學生的想象力和創造力[3]。高等教育評價應以教育質量提升、可實踐性、多元方法測量為原則[4]。

近年來，專家學者對高校考試評價標準、評價方法、評價結果等問題進行了探討[5]。文獻[6-8]介紹了針對不同課程采用多元化考核的改革實踐，文獻[7]提出了課堂討論、專題演講、課程論文評述、考試、數據處理、綜合實驗等多種考核方式,文獻[8]提出了結構化多環節的加權平均考核方法，用以檢驗學生的學習成效。

綜上所述，注重過程的多元化考核方式已在一些課程取得了良好的效果，但是由于課程特點、特色不同，這些考核方式還需要科學合理地應用于暖通學科的課程考核中。

二、暖通學科課程設置簡介

哈爾濱工業大學暖通學科為研究生開設了基礎課、專業基礎課和專業課。基礎課和專業基礎課是專業的理論所在，是專業的實質與內核。專業課主要教授學生如何運用專業基礎知識解決工程實際問題，這是加強基礎課的重要環節。

暖通學科為研究生開設的基礎課有高等傳熱學、高等工程熱力學和高等流體力學；專業基礎課有室內空氣環境、實驗的理論基礎；專業課有計算流體及數值模擬技術、熱網計算原理、建筑節能技術、建筑煙氣控制技術、熱泵新技術、變風量與低溫送風技術、燃氣儲運與燃燒技術、現代控制理論及模糊控制、新能源及可再生能源利用技術等。

目前研究生課程考核的方式主要有：期末考試、平時測試、平時作業、課程作業、課程論文、讀書報告、課堂討論與演講等。針對不同課程的特點，研究不同課程科學合理的考核方式，并結合多元化的教學模式，強化過程管理，可提高研究生的學習效果和綜合素質。

三、不同類型課程多元化考核方法改革與實踐

(一)基礎課

基礎課的特點是基礎理論系統、完善。以基礎課高等傳熱學課程為例，該課程主要培養學生運用傳熱學理論分析、解決實際工程問題的能力，傳熱學問題的方法論是課程重點。采用期末開卷考試、研究報告、加分計分的形式進行考核。

1.開卷考試

高等傳熱學課程內容以數學建模、方程推演、結論推導為主，內容紛繁復雜，不可能也不要求學生將這些內容死記硬背下來。對同一個問題，不同學生看問題的角度和分析方法通常不一樣。作為研究生課程，兼具知識傳授和能力培養的雙重功能，考試不僅考查學生對知識的掌握程度，而且還要兼顧對學生分析與創新能力的評價。因此，考試的試題不能是“死題”，不宜有“標準答案”，試題要讓學生有充足的“自由發揮余地”。基于此，高等傳熱學一直采用開卷考試，不要求學生背公式和數據，讓學生有更多的時間和精力投入到對問題的深入剖析上。雖然開卷考試對教師的出題能力提出了更高要求，但是學生在考試中也得到了一次深刻的鍛煉。

2.研究報告

書本內容有限，很多內容學生可能不太感興趣，或者對學生的課題研究作用不大。為了提高學生的學習興趣，允許學生在課程大綱范圍內展開興趣研究。研究報告遵循學術論文的形式要求，嚴格做到學術規范。開卷考試成績與研究報告成績之比為7∶3。

3.加分計分

高等傳熱學的考核計分方式與常規的“減分計分”不同。常規的考試有參考答案，錯一個得分點扣除相應的分數，最終得到一個“減分得分”。這種“減分計分”方式的前提是有標準答案，弊端是扼殺了創造性。高等傳熱學不出“死題”，留有充分的“自由發揮余地”，是根據學生答題或者研究報告的創新點、閃光點分別賦予一定的分數，最終得到一個“加分得分”。“加分計分”方式充分調動學生的創新思維，同一個問題會得到很多新穎的思路和解法。

在課程授課之初,將課程的考核和計分方式告知學生。開卷考試讓學生可以將更多的時間和精力放在分析問題和解決問題的能力培養上來。研究報告可以帶動學生盡早進入課題開展研究，增強了基礎課程與實際課題的聯系，保障了后續課題研究時傳熱學知識點的應用更加廣泛和規范。加分計分保證了開卷考試的公平公正性，更好地考核評價學生的創新能力和發散思維能力。

(二)專業基礎課

專業基礎課是基礎課和專業課之間的橋梁。以專業基礎課室內空氣環境為例，該課程是暖通學科碩士研究生一門重要的專業學位課。其基本要求是在本科生建筑環境學課程的基礎上，使學生掌握與室內空氣環境相關的研究方法、評價方法和控制策略原理。創新思維能力的培養和論文寫作能力的培養是課程培養目標。

考核采用“期末考試+課程論文+匯報答辯演講”的方式，強調課程論文的過程管理，主要包括課程論文選題、寫作提綱、論文初稿和終稿、課程論文匯報答辯4個環節，學生共有4次參與討論與演講的機會。論文要求每人一題，因材施教、注重個性化培養。學生可根據其研究方向結合導師的實際課題，或根據授課內容自擬題選題。

論文寫作的過程管理：第一堂課布置課程論文并提出相關要求，讓學生帶著問題學習思考；在后續的課堂教學中就課程論文的選題、寫作內容、寫作提綱、初稿和終稿、報告答辯等環節分階段組織課堂討論。這樣的模式有利于引導學生變被動聽課為自主學習。

學生通過該課程的學習，經歷了選題、查閱文獻、論文寫作、討論交流與演講的全過程培訓，提高了發現問題和解決問題的能力，同時也培養了論文寫作與表述能力，個人綜合素質得到了全面提升。從近幾年學生提交的課程論文看，論文的完成質量逐年提升，其中2015年優秀課程論文占比29.2%，2016年和2017年分別為55%和61.1%。

(三)專業課

專業課的特點是專業性、綜合性、應用性強。有必要研究課程作業、課程論文等多元化考核方式的適用性，強化考核的過程管理，提出可行的實施方案，并付諸于實踐。筆者分別以建筑節能技術、計算流體及數值模擬技術、熱網技術原理三門課程為例，介紹考核方式改革成效。

1.建筑節能技術課程

該課程是一門綜合性專業技術課，是供熱供燃氣通風及空調工程、建筑與土木工程、建筑技術科學等學科的重要專業課，具有跨學科、綜合性、應用性強的特點。其目的是使學生了解國內外建筑節能理論與技術發展脈絡和動態，掌握建筑節能領域最新理念、技術和節能設計方法，拓寬專業視野，為今后從事建筑節能相關行業咨詢、設計、檢測、評價及管理奠定必要的技術知識儲備。

研究生多元互補課堂“教”與“學”模式實踐過程中，教師教學過程應將“以教師為中心”和“以學生為中心”相結合。將“認識性教學”與“研究性教學”相結合，“單向授課”與“教學相長”相結合。學生的學習過程應是“單一教材閱讀”與“廣泛閱讀”相結合，“個體學習”與“協作學習”“團隊學習”相結合[9]。為充分貫徹并實施上述教學模式，對建筑節能技術課程考核方式進行了相應改革。基于課程內容和目標定位，采用了課堂提問占5%、期末開卷考試(課堂講授+課外閱讀)占 70%、軟件模擬計算作業占5%、課程論文考核(綜述論文+案例論文)占15%、專題課堂討論占5%累加考核的方式。下面僅從課堂提問、課堂講授和課外閱讀綜合考核、專題課堂討論等環節著重介紹。

在課堂知識點講授過程中，有針對性地設計了40多個課堂提問環節，諸如“得熱量、冷負荷和除熱量的區分”“以教室墻體為例，說明哪些部位可能存在結構性熱橋”等。這些問題有些涉及學過的知識，有些是剛講完的授課內容，主要考查學生是否跟上了教師的授課進度。盡管課堂提問考核方式僅占總成績的5%，但學生投入極大熱情，上課注意力明顯提高。課程除一本教學參考書外，根據各章節內容還布置了7本課外必讀資料。有些課程作業要通過課外閱讀材料的學習才能完成，并在期末開卷考核中賦予課堂內容和課外學習內容各35%的比重。研究生普遍反映學習內容增多了，涉獵的知識面更廣，提高了學生對建筑節能相關領域的認識和理解，為研究方向的確定起到很好的開拓作用。專題課堂討論環節，學生作為演講的主導者，教師是討論方向的引導者，或者是針對期刊文獻的深度討論，或者是案例論文的講解和分析，學生之間形成互動，考核僅是一種手段，師生之間在討論中達到了“教學相長”的目的。

2.計算流體及數值模擬技術

專業選修課計算流體及數值模擬技術是以介紹計算流體力學(CFD)的基本原理、算法及其在建筑環境領域應用為主的課程。通過課堂學習、實例講解、上機編程、模擬大作業和課堂討論等教學形式，使研究生能夠大體掌握計算流體力學的基礎理論、應用方法和應用技巧，培養學生正確應用計算流體力學等數值模擬技術解決實際科研問題的能力。

該課程采用上機實踐與研究報告相結合的方式進行考核。上機實踐在市政環境國家級虛擬仿真實驗教學中心進行。該實驗教學中心在借鑒國外經驗的基礎上，充分考慮國情和專業特點，綜合利用互聯網，將多屏顯示、圓桌體驗、可移動終端、人機交互、情境感知等技術手段有機組合，建設成虛擬仿真專用實驗場地。其特點是融教室和實驗室角色于一體，縮短了教師和學生之間的心理距離，實現了先進設備和教學之間的相輔相成，為虛擬仿真實驗課程的順利開展奠定了硬件基礎，從而營造出以學生為主體，激發主動學習興趣、強調分工合作、啟發與創新并存的新穎虛擬仿真實驗教學環境。利用該虛擬仿真實驗教學平臺，教師首先介紹商用CFD軟件的特點和功能，然后用典型案例簡單介紹商用CFD軟件的操作要領。學生現場同步演練，初步掌握最基本的操作步驟。

研究報告包括2個主要內容：(1)以簡單的非穩態一維導熱問題為例，通過實際編程操作，考查學生對網格劃分、空間和時間差分，以及三對角矩陣方程組的TDMA求解方法的理解；(2)利用商業CFD軟件，挑選出建筑環境領域內典型的流動現象案例，采用不同湍流計算模型進行數值模擬，考查學生對商業CFD軟件建模、網格劃分、設定條件的輸入、運算和收斂判斷、后處理等簡單操作的掌握程度。通過改變編程參數、湍流計算模型，做到每個學生的報告內容不同。在撰寫報告過程中，同樣利用虛擬仿真實驗教學平臺進行答疑講解。鼓勵學生在完成大作業的過程中討論分析計算結果，教師根據報告計算結果、分析問題的深度進行評分。

3.熱網計算原理

專業選修課熱網計算原理是在本科供熱工程課程學習的基礎上，學習用概率論、圖論、矩陣理論等數學工具解決供熱管網計算有關問題的一門課程，重點培養學生靈活運用基礎知識和數學理論，解決和分析專業技術問題的能力。結合該課程的特點，在講授過程中特別注意理論與實際工程案例的結合，強調運用，以激發學生學習興趣，提高其解決實際工程問題的能力。

考核方式采用“課程論文+課堂練習+工程案例分析交流”的方式，重在課程論文的過程管理，包括課程論文選題與課程論文匯報答辯幾個主要環節，學生共有2次參與討論與演講的機會。

結合當前清潔能源在供熱系統中的高效利用與智慧供熱等最新方向，確定參考題目與范圍，但是最終選擇每人一題。在整個熱網計算原理課程教學環節，以不同系統形式與其計算方法作為階段性目標，讓學生帶著問題去學習和思考；采用供熱工程虛擬仿真平臺與哈爾濱工業大學自主研發的供熱計算軟件作為訓練工具，在課堂教學中就計算原理在實際工程案例中的應用進行課堂測試與討論。這有利于引導學生由被動聽課變為自主學習，將所學的理論知識真正在工程中應用，并注意實際工程計算時邊界條件的選定，極大地提升了學生解決實際工程問題的能力。

學生通過該課程的學習，經歷了選題、復雜供熱系統計算原理的學習、論文寫作、工程實際案例討論交流等全過程培訓，提高了研究生發現供熱系統運行設計缺陷、解決實際工程問題的能力，同時也培養了論文寫作與表述能力。從近幾年學生提交的課程論文看，論文的完成質量逐年提升，其中2016年優秀課程論文率占比22%，2017年達45%。大部分學生能夠通過該課程的學習，帶著解決實際工程問題的理念，進行深入思考并靈活運行所學知識，不僅課程論文的選題越來越新穎實用，而且研究內容也愈加深入。

四、結語

以哈爾濱工業大學暖通學科研究生課程多元化考核方式為主題，分別以高等傳熱學、室內空氣環境以及建筑節能技術等課程為代表，詳述了基礎課、專業基礎課和專業課在開設過程中的具體考核指標和做法。近幾年的教學實踐表明，基于過程管理的多元化考核方式有利于引導學生開展自主學習、深度學習，培養其創新思維能力，提高學習成效。所提出的經實踐檢驗的多元化考核模式，對其他工科類研究生課程考核方式改革具有一定的借鑒作用。