結合OBE理念探索研討式教學在工程教育實踐課程中的應用

胡榕 韓杰 鄭文亨

摘? 要 以建筑環境與能源應用工程專業暖通空調綜合課程設計為例，說明研討式模式在實踐課程教學中的具體應用。基于問題情境，通過討論分析拆解問題任務，構建知識框架，建立工程思維，培養學生解決工程問題的能力。

關鍵詞 OBE;新工科;工程教育;研討式教學;暖通空調綜合課程設計

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）17-0065-03

0? 引言

2016年6月2日，中國正式加入“華盛頓協議”，要求按照國際標準實質等效的標準來培養學生，核心是培養“解決復雜工程問題”的能力[1]。同時，為了應對新一輪產業變革，教育部積極推動新工科建設，探索領跑全球工程教育的中國模式，先后形成“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。目前我國大部分高等院校的工程教育模式仍以技術范式為主，以某一基礎專業為核心開展相關課程的教學，著重闡釋領域內的技術問題，以技術的先進性、復雜度作為成果評價標準[2]。而工程是指數學、自然科學和工程知識、技術和技能整體的、有目的性的應用，強調了知識、技術及技能使用的目的性和可靠性。同時，工程需兼顧社會效益、環境效益和經濟效益，其要求超越了單一學科知識領域的范疇[1]。

1? OBE理念與研討式教學

以課程為基礎的傳統教學模式中，教學環節較為簡單，缺乏各課程之間相關知識的說明、闡釋與討論;學生多以應試為主，往往“學一門丟一門”，難以獨立、系統地構建專業知識網絡，在掌握各門科學知識后難以形成完整的解決復雜工程問題的能力。

為了解決工程教育與其行業實踐脫離的問題，美國工程與認證委員會（ABET）曾發布工程標準2000，由工程教育投入性評估轉向輸出性結果的評估，美國工程教育范式相應地逐漸從科學技術轉向工程實踐[3]。

宋妍[4]從美國大學教育中得到啟示，指出其采用的研討式教學法對培養學生批判性思維、提高解決問題能力有著積極的作用。她觀察到，在美國高校的教學中，教師往往通過提出問題、提供線索，引導學生創設多種情境，鼓勵學生找資料、調查及討論等活動探索解決問題的方法。在此過程中，學生成為學習的主動參與者，擴展原有知識體系，提高運用知識解決問題的能力;而教師則成為輔導者，引導學生建立各個知識點間的邏輯關系，培養學生思維習性，對學生學習過程中的異質性和不確定性給予及時的認可和鼓勵。

2? 研討式教學在高等工程教育實踐課程中的應用

實踐課程不應僅為了檢驗或深化理論知識，也為學生應用知識、擴展知識提供了切實的問題情境，是學生鍛煉動手能力、培養工程思維、提高解決工程問題能力的重要活動。因此，結合OBE理念設置問題情境，通過研討引導學生認識知識與問題、問題與課程間的支撐關系，使學生從被動學習轉為主動探索，構建專業知識網絡，結合非技術因素的影響思考問題解決的可行方法，逐步形成工程思維。下面以建筑環境與能源應用工程專業暖通空調綜合課程設計為例，說明研討式教學在其中的應用。

建筑環境與能源應用工程是通過采用一系列建筑設備為建筑營造一個適合生產、生活的內部環境，并對建筑設備的運行進行調節控制以降低建筑能耗，學科基礎跨土木工程、建筑學、環境科學與工程、工程熱物理四個一級學科。 其中暖通空調綜合課程設計是獨立于相關課程空調與制冷和供熱與鍋爐的重要實踐教學環節，要求學生綜合運用課程理論知識，通過查閱各種文獻資料、技術手冊、行業規范，學習相關設計工具，初步掌握工程設計的一般方法，了解工程設計的原則和步驟，完成圖紙設計及計算說明書的撰寫，培養獨立分析和解決一般工程實際問題的能力。筆者根據課程特點、畢業要求和學生知識經驗，將教學過程分為思路規劃、方案討論、計算和圖紙繪制、設計優化及成果展示與評價四個階段。

2.1? 思路規劃

這一階段教學目標是能夠初步建立系統工程概念，初步了解工程設計方法和系統設計步驟。在先前相關理論課程的學習中，多數學生僅掌握了知識內容本身，對知識架構缺乏探究，在設計初期難以說明所學知識對系統設計的支撐作用。根據OBE理念，結合研討式教學，教師設立具體的問題情境，引導學生進行集中討論，采用思維導圖分析，拆解任務，形成初步設計思路。

比如在舒適性空調系統設計中，學生通過對目標問題的分析找出關鍵詞——維持、建筑和舒適水平。課堂上，教師引導學生思考并提出各級子問題并標上序號（見圖1），然后要求學生分組討論，思考解決子問題的途徑，所涉及的參數、系統和設備等信息，明確哪些信息或參數是已知的或通過查閱文獻資料獲得的，哪些參數是經計算或圖紙設計后獲得的。課后要求學生根據思維導圖和子問題列出本次設計的任務清單及進度計劃，列出完成各步驟所用到的參考文獻。

2.2? 方案討論

思路規劃之后，可開展系統方案設計。該階段要求學生了解方案設計中的技術、環境和經濟等影響因素，學會通過查閱行業標準、規范、手冊等文獻資料解決問題，逐步構建工程思維，包含獨立思考、小組討論和班級討論三個階段。首先，學生根據思維導圖及步驟1、2的計算結果，獨立地對給定建筑選擇可能的空調形式和冷熱源形式。其次，學生在小組內就方案的技術可行性進行探討，同時考慮環境、社會和經濟等影響因素;教師適時介入討論，指導學生查閱相關規范、標準和手冊解決問題。最后，每組選出代表性方案參與班級討論。為提高學生的積極性，同時了解專業相關崗位的工作內容，討論課通過角色扮演的形式進行（見圖2）。

2.3? 計算及圖紙繪制

該階段學生根據方案討論結果調整進度計劃，獨立進行圖紙設計及計算書撰寫，要求學會通過查閱相關文獻資料深化專業知識，學會使用現代專業工具表達設計思想。在此期間，教師不定時進入小組檢查設計過程，就共性問題開展討論，幫助學生擴展設計思路，及時糾正設計錯誤。

2.4? 成果展示與評價

最后，為了鞏固學生對專業技術知識的掌握，提升工程思維和表達能力，要求每組學生展示代表性成果，并根據專業標準和規范作出評價，引導學生對設計內容、設計重點進行歸納、總結。

3? 結語

雖然一般工程問題的解決有較明確的思路，但因建筑功能、地理環境、經濟水平等因素的影響，需要設計人員具有全局意識，保障技術方案的可行、可靠。以OBE為理念，反向設計教學過程，以構建學生工程思維、提高解決工程問題能力、培養團隊精神、提高溝通能力為目標，借助研討式教學模式，從問題情境出發，引導學生討論、分析問題和拆解任務，通過知識回顧及查閱文獻資料建立問題任務與技術知識的聯系;鼓勵學生通過角色扮演學會換位思考，結合工程要求、地理環境、經濟水平等非技術因素進行方案設計;要求學生經獨立設計后進行總結和評價。在此過程中，教師雖然僅是引導和輔助作用，但由于工程設計有較強的系統性、嚴謹性，教師要做到心中有數，及時發現學生在設計過程中的知識盲點、邏輯弱點，肯定學生工作的同時引導學生發現問題、開闊思路，讓學生既感受到系統設計的成就感，又清晰地認識到自身的不足，有為解決問題而進一步學習的信心和動力。

參考文獻

[1]楊毅剛，孟斌，王偉楠.如何破解工程教育中有關“復雜工程問題”的難點：基于企業技術創新視角[J].高等工程教育研究，2017（2）：72-78.

[2]周玉容，張安富，李志峰.中國高等工程教育改革現狀、矛盾與轉型：基于公立本科院校工科教師的調查分析[J].高教發展與評估，2020，36（3）：14-23.

[3]張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與實踐邊界：兼議專業教育的范式轉變[J].高等工程教育研究，2020，3：109-115.

[4]宋妍.美國大學研討式教學方法：內涵、特點及啟示[J].教師教育論壇，2017，7（30）：86-89.