基于應用型本科人才培養目標的項目式教學模式構建

[摘 要]項目式教學方法是提升本科教學質量的重要措施，是培養學生解決復雜工程問題能力的重要手段，有助于高校的應用型轉型，培養應用型人才。為了踐行全國教育大會精神、推動工程教育專業認證、切實提高本科教學質量，提出了以建筑環境與能源應用工程專業為應用背景的項目式教學平臺構建方案、復雜工程問題的項目擬定原則、教學指導體系的構建策略及項目考核方法。通過該方法的實施，實現了教學與科研的有機統一，提高了教師的工作效率和積極性，鍛煉了學生解決實際問題的能力。

[關鍵詞]項目式教學;復雜工程問題;實踐教學體系

[中圖分類號] G642? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2022） 03-0059-06

在全國教育大會上，習近平總書記的講話對新時代我國高等教育的發展指明了方向，國家的科技進步和社會發展需要高等教育與時俱進，要通過以培養適合國家發展要求的人才為己任，著重培養創新型、復合型、應用型人才。[1]教育部部長陳寶生在新時代全國高等學校本科教育工作會議上指出，建設高等教育強國的必要條件就是重視本科教育的發展，培養大批與我國國情相匹配的有理想、有本領、有擔當的高等專門技術人才，提供豐富的人才儲備和強大的人才支撐和智力支持。[2]近年來，為了培養應用型人才，我國政府逐步引導部分本科高校向應用型轉變，部分本科高校進行了積極探索與實踐，并取得了一定的成效。[3-4]

一、應用型本科人才培養模式的內涵

大學的職能包括培養人才、科學研究和服務社會，是區別于其他社會組織的標志，其具有特定的性質、結構、功能和活動方式。自大學誕生至今，隨著社會分工的變化、科學技術的發展，人類社會發生了巨大的變化，大學要生存和發展，就要進行變革。根據組織變革理論李維特模型，大學組織變革是大學在外部環境發生變化，或內力推動下，主動或被動地調整辦學目標，改變大學內部結構，從而適應社會發展需要的過程。[5]當前，新一輪科技革命和產業變革與我國加快轉變經濟發展方式形成歷史性交匯，國際產業分工格局正在重塑。大學通過實現為社會提供應用型人才和服務社會的辦學目標，滿足工業技術革命對人才的現實需要。同時我國正處于由制造大國向引領世界制造業發展的制造強國為目標的轉變過程中，人才的多樣化需求使社會對教育的多樣化需求也顯得更為迫切。特別是面對制造產業轉型升級的能力需求，各行各業需要大量具有相當專業水平、理論視野和應用技術水平均衡發展的復合應用型人才。

大學面臨的最大挑戰之一是培養的人才要適應當今社會變化并具備新要求的能力，其中行業對學生的要求，社會對未來專業人才的要求構成了大學教育轉型設計中應該考慮的基本方面。技術、經濟、社會、文化和政治上的變化決定了企業需要的專業人員必須具備的特長和能力。要適應企業的需要，專業理論是不夠的，對創新和靈活性應用的需求仍然是最重要的。而現階段大學體系面臨的問題是畢業生不能適應當今社會變化及其新要求的能力，缺乏創造意識和創造能力，難以與社會產業轉型升級需求相匹配，在就業市場上缺乏競爭力。其原因主要為：畢業生的研究和創新準備不足;本科教學過程中理論指導過多，實踐環節較少;本科知識過于籠統，缺乏專業知識的更新;高校缺乏指導實踐的團隊。

根據組織變革理論，外部環境來自我國處于經濟轉型的關鍵期，如果地方本科院校沒有準確的定位，盲目側重于科學研究的職能，致使科研上不去、教學質量低、服務跟不上，在市場經濟環境下喪失競爭力，從而在服務于地方經濟方面遇到瓶頸。所以高校轉型勢在必行，我國明確規定大學應當以培養人才為中心，并提供相關的專業知識，把學生培養成高水平、符合時代要求的復合型人才?！秶鴦赵宏P于加快發展現代職業教育的決定》提出，引導普通本科高等學校轉型發展，采取試點推動、示范引領等方式，引導一批普通本科高等學校向應用技術型高等學校轉型。

應用型人才主要是在一定的理論規范指導下，從事非學術研究性工作，其任務是將抽象的理論符號轉換成具體操作構思或產品構型，將知識應用于實踐。[6]應用型本科人才的培養應該立足地方經濟和社會發展需求，培養學生具備較強的分析和解決實際問題的能力，具有較強的專業實踐能力和創新創造能力，從而適應社會的需求，并具有終身學習能力。因此學生的實踐能力是非常重要的，是新時代應用型高等學校改革發展的需要，也是其本質和規律的全新闡釋?；诖?，提出面向解決實際工程問題的建筑環境與能源應用工程專業項目式教學的改革與探索，探索將教學與科研工作融合，將科研平臺與教學平臺融合的改革方案和模式。

二、項目式教學法是實現應用型本科人才培養目標的有效方法

（一）項目式教學法的優勢

項目式教學法最早可以追溯到1918年，由約翰·杜威和威廉·基爾帕特里克提出。[7]該方法是指學生通過實施一個復雜的工程實際問題，完成該項目找到答案并提高能力的一種教學方法。該方法作為實現有效提高能力的最合適手段，教師提出明確的任務和目標，在模擬實踐環境條件下，參與者將知識、技能和價值觀結合在一起，并將項目進行組織和實施，通過在已知知識的基礎上構建新知識，在團隊合作過程中，通過與他人互動而獲得更多實踐經驗。學生參與項目的過程中，教師在所承擔的任務中起引導作用，并為學生的學習提供激勵，從而使學生獲得一個主動的學習過程，而不是被動地吸收知識。

項目式教學法與傳統課堂教學法相比，具有以下特點：

（1）教學目標上，通過項目式教學法學生不僅學習理論知識，還培養學生的創新意識、應用知識能力、實際動手能力等，最終達到解決實際問題的目標。

（2）參與程度上，課堂教學法中教師是中心，而項目式教學過程中以學生為中心，學生為了解決問題，由被動學習轉變為主動學習，并主動尋求解決問題的方法。gzslib202204021850

（3）合作形式上，課堂教學法通常是教師單向向學生傳輸知識，而項目式教學法的交流包括師生之間的交流，團隊成員之間的交流，以及為了解決問題，學生還需要和解決問題過程中所有相關人員的溝通交流。在這個過程中，學生的各種能力全面提升，有利于快速適應畢業后的工作。

（4）學習評估上，項目式教學法中，學生的學習結果不是唯一的評估標準，項目實施過程中的態度、參與程度、創新性等都成為評估標準，學生能夠發揮自己的特長，而不只會參加標準化考試。

（二）項目式教學法保障了工程教育專業認證對應用型人才培養提出的要求

應用型本科人才培養模式以適應社會需求為目標，以培養解決復雜工程問題的能力為主線，來設計人才培養的知識、能力結構，因此十分重視學生的實踐能力、創新能力和應用能力，順應工程專業本科教育的專業認證趨勢。工程教育專業認證是推動高等工程教學標準化建設的重要手段，是我國學歷被國際認可的重要參考標準。[8]對于考生和學生家長而言，工程教育專業認證是可以有效保障教學質量，提高人才的核心競爭力，強化國際標準的實質等效，有利于學生未來的出國深造和發展。對于教師而言，工程教育專業認證可以促進教學與科研的統一，強化課程教學與人才培養的貫通和關聯，關注以學生為教學活動的核心，激發學生的學習興趣，增強教師的使命感和終身學習的動力。對于用人單位而言，工程教育專業認證可以促進人才培養與工程技術的對接，推動高等院校與企業合作及參與教學指導的深度，提高了人才培養的效率和水平。[9]因此，工程教育專業認證是目前工程類專業高質量高水平發展的有力保障。而工程類本科教育的最基本定位和要求就是所培養的學生具備解決本專業領域的復雜工程問題的能力，復雜工程問題的能力培養的重要抓手和方法就是項目式教學方法。

項目式教學所需的課題需要從實際的工程類或者科研類的課題中提煉加工，這樣才能高效地引導學生從問題的引出、問題的分析、問題的解決幾個層次訓練學生思考問題的能力。教師的教學科研是高等學校發展的兩個重要職能，科研和教學都要投入較大的精力才能達到較好的目標和要求，因此，可以結合教學和科研工作完成項目式教學。在項目的具體執行時，落實設計方案的設計與實現方法，在不同的研究點或者實踐點如何與人、物、系統等多方面的影響因素開展多方協同機制，達到提升學生的團隊協作能力和水平。此外，在解決項目中遇到的復雜工程問題時，學生需要掌握工程設計或開發對社會、環境、法律、行規、倫理、道德等方面的影響，培養學生的社會責任感。[10]

（三）項目式教學法保證了應用型本科實踐教學體系的培養目標

本科教學是我國高等教育的基礎，提高本科教學質量的關鍵是實踐教學環節，而實踐教學需要投入大量的精力和時間進行精心設計才可以達到預期的效果。根據我校對全校工程類專業的培養計劃修訂要求，總結歸納培養計劃修訂的特點如下：

1.制定符合我校發展和培養目標定位的本科專業培養方案，堅持“強化基礎，注重實踐，突出能力，提高素質”的教學理念，以學生能力培養為核心，突出我校辦學特色，貼近社會需求，注重課程體系的完整性和一致性。

2.轉變課堂灌輸式的教學觀念，增加課外學時，充分利用現代信息技術，探索線上和線下教學相結合，改革傳統課堂教學模式，創新教學方式，提高教學效率。積極嘗試探究式教學，嘗試“基于問題式學習”和“基于項目式學習”等研究型學習方法，促進學生自主學習和合作學習，培養學生的探究能力和創新精神。

3.各專業應合理安排實踐教學環節與理論教學的銜接。集中實踐性教學環節要突出實效，壓縮各類參觀性實踐，切實提高學生的實踐能力。建議工科專業在已有的課程設計、專業設計等實踐環節基礎上，設置綜合性的項目式教學實踐，擬計劃參加工程教育認證的工科專業的實踐環節應注重解決“復雜工程問題”。在課程設計/專業設計、學生創新實踐活動等環節建議采用項目式教學的方法。

三、項目式教學方法的設計與實踐

（一）“建平臺”——以專業方向為引領，構建教學研究通用的硬件平臺

1.專業方向

以建筑環境與能源應用工程專業為研究對象，我校建筑環境與能源應用工程專業有兩個專業方向：一個是供熱通風及空調工程方向，另一個是城市燃氣工程方向。主要以該專業為主要;切入點，開展相關教學改革方面的嘗試。

2.行業背景

建筑環境與能源應用工程專業是以建筑為主要對象，在充分利用自然能源基礎上，采用人工環境與能源，利用工程技術創造適合人類生活與工作的舒適、健康、節能、環保的建筑環境的學科。

3.研究平臺

經過多年的建設，逐漸形成研究平臺建設的基本原則——“瞄準國家戰略需求，提前進行規劃論證，平臺功能模塊化購置”。在學校和學院各級主管部門和領導的支持下，有針對性地構建了六類主要的教學科研平臺，為實驗室開設本科生實踐項目和教師與研究生從事科學研究提供了硬件條件。

（1）工程設計與計算中心

該中心購置天正暖通、天正節能、天正日照和建筑業預算等工程設計及分析軟件，以及Fluent流體動力學計算軟件和Trnsys建筑能耗模擬軟件。該工程實訓中心的建成為培養本科生工程設計及分析能力、工程預算及管理等方面的能力及技能，提供了優越的實訓平臺。

（2）變風量實驗平臺

與企業聯合成立了空調系統節能技術研究室。構建變風量實驗平臺，將變風量裝置的結構、安裝、控制的特點直觀地展示給學生，便于學生動手調節和測試，分析和掌握變風量空調系統的運行規律。變風量實驗平臺的建設過程中與多個企業建立了聯系，便于吸引行業中工程經驗豐富的技術人員參與到本專業實驗教學建設活動中，將本專業的新興技術灌輸給學生;也便于同企業聯合申報科研課題，鍛煉實驗教學隊伍;同時便于承擔相關工程技術咨詢與培訓，加強社會交流與合作。gzslib202204021850

（3）建筑圍護結構熱工性能監測平臺

與企業合作，建設了建筑圍護結構熱工性能檢測平臺，具備保溫材料及保溫墻體的熱工性能精確檢測能力。該實驗平臺承擔專業實驗教學任務的同時為積極開展節能建筑材料相關的科研活動提供了條件，提高了學生的科研創新能力。通過科學選擇保溫材料、優化材料配方，保溫材料各個性能測試等手段，對墻體材料的各性能參數、墻體保溫形式及效果和保溫材料防火性能等進行分析、評價和研究，探索更為合理的保溫技術和措施。

（4）太陽能/地源復合熱泵實驗系統

該實驗系統的建設集地源熱泵系統、太陽能熱泵系統和空氣源熱泵系統于一體，可以實現不同能源組合工況的轉換，實驗內容涵蓋熱工測量及自動控制、流體輸配管網、建筑環境學、建筑節能、供熱工程等多門課程，同時可滿足研究生實驗項目的開發和教師科研工作的開展。該系統運行測試數據可結合TRNSYS分析工具建立建筑功能系統模型，分析太陽能、地熱能復合熱泵系統的實時運行能效，便于開展建筑用能系統的優化設計及高能效運行問題的研究。

（5）燃氣輸配綜合實驗平臺

升級改造燃氣輸配管網綜合實驗平臺，為城市燃氣輸配的仿真研究提供完備的實驗條件。燃氣輸配管網綜合實驗平臺的升級改造將為燃氣輸配工程問題的研究提供完備的技術平臺，促使與設計單位、生產單位等多方合作，共同推進城市能源結構調整過程中大規模燃氣輸配合理調度問題的解決。

（6）供熱及空調末端裝置多工況分析測試平臺

完善供熱及空調末端測試平臺的測量及調節控制系統，用于評測不同工況下供熱及空調末端的熱工性能，為建筑設備系統節能設計及高效運行調節提供技術分析條件。供熱及空調末端裝置多工況分析測試平臺的建立有助于同本專業涉及的研究和工程領域的生產單位建立合作關系，共同促進城市熱能供應系統中的能耗設備的合理設計及高能效運行。

（二）“擬題目”——以實際課題為依托，擬定本科生實踐項目

1.題目的來源

本科生實踐題目來源主要有省部級以上縱向課題、企事業單位橫向委托課題、實驗室平臺建設課題、大學生創新創業項目和海外留學學生國外設計題目等五類。學生實踐項目的擬題是以項目執行過程中的技術問題為主，經過教師加工提煉，分為科學技術、生產實踐、實驗室建設、自擬四種類型。這些題目的擬定，是按照不同學生的人群進行擬定和分配。具體的關系如圖1所示。

2.題目重復率

為了避免每年實踐項目的重復率過高的問題，需要充分利用平時開展科研活動的機會，根據項目進度實時進行題目內容的更新或補充，進而保障實踐類項目的質量和水平。

（1）充分利用橫縱向課題的研究進度擬題

隨著橫縱向科研項目管理的逐漸規范化，項目的執行進度和研究任務考核逐漸規范化，每年的考核要求和指標均非常明確，充分利用這一機會，提煉歸納本科生實踐題目。因為這些實踐題目均經過指導教師深思熟慮，非常適用于訓練學生解決復雜工程問題的能力。

（2）充分利用實驗室軟硬件平臺改造的機會擬題

實驗室的平臺構建需要有規劃性，應符合專業和學科的發展要求，且緊跟國家戰略發展的需求。根據研究進度和創新性實驗的要求，實驗平臺每年均需要進行適當的調整、更新或者升級，在進行硬件改造升級的過程中，一些技術問題可以提煉出復雜工程問題，留給學生進行實踐項目訓練。

（3）充分利用國家和天津市各類大學生課外科技活動的機會擬題

大學生課外科技活動較多，可以將課外科技活動和課內實踐活動相結合，根據每年科技競賽的要求來調整每年的實踐項目內容，以比賽作為引領，激發學生的學習興趣，達到較好地鍛煉學生工程能力和水平的目的。

3.題目的難度

學生實踐項目的難度把握是非常關鍵的，這對擬題教師提出了更高的要求。擬題教師需要把握環能專業學生的專業知識。為了保證擬題難度的合理性，通常擬題的過程要經過審批，以畢業設計為例，題目的審批環節和流程如圖2所示。

盡管實踐類項目的審核程序比較完備，但是針對不同的學生采用相同的難度標準是非常困難的。本項目在多輪的各類設計過程中，總結了一點經驗，具體如下：

（1）“量體裁衣”

實驗室面向本科生全天候開放，吸引本專業的學生來實驗室從事科技活動，同時鼓勵本科生在科研實驗室開展各類實踐教學環節，根據同學們在實驗室的表現對他們對專業知識的理解和把握程度進行合理評估，并根據他們的個人傾向擬定相關實踐類題目。

（2）“循序漸進”

實踐類題目的難易程度與學生的理解直接相關，學生對于題目的理解隨著其逐漸進入學習狀態而變得簡單了。比如，燃氣輸配類的實踐項目，項目開始執行時，絕大部分同學都認為比較難，是屬于系統性的設計。但是隨著對建筑和設備的逐漸掌握，漸漸掌握了燃氣設計類項目的規律和方法，逐漸進入了設計狀態，使得開始覺得較難的題目變得越來越簡單了。

（3）“激發興趣”

興趣是最好的“老師”，當學生對所研究的課題產生興趣的時候，他就會專注研究這一問題，并會逐漸進入狀態，原來覺得無從下手的難題，也變得比較簡單了。比如，燃氣燃燒類的設計題目，大部分同學開始覺得非常難，但是因為對燃氣燃燒控制器系統的開發過程比較感興趣，漸漸地深入研究，使得原來的難題迎刃而解。

（三）“勤指導”——以指導教師為主，研究生為輔，構建多層級的實踐指導體系

學生從實踐類項目中提升能力的好壞直接與指導教師的指導時間、次數和方法有關。為了使學生最大限度地提高設計與研究能力，采用指導教師為主，研究生為輔的指導體系，對于本科生和研究生是教學相長的重要機會。

研究生所做的研究課題與本科生的設計課題是“深層次”和“淺層次”的關系，研究生指導學長通常是二年級的學生，每位同學在自己的研究方向具有初步的指導能力，且可以實際指導本科生使用科研儀器設備，提高指導效率。gzslib202204021850

構建教師——研究生——本科生實踐指導體系，具體流程如圖3所示。

（四）“嚴要求”——以實踐環節為載體，開展項目管理的實踐教學模式

1.考勤管理

實踐環節的考勤管理是保障教學質量的重要措施之一，將學生的考勤信息作為實踐環節的平時成績的一部分納入綜合成績，實踐環節開始前由指導教師在任務書中或者設計報告要求中予以明確。實踐環節由研究生專門負責考勤管理。

2.進度管理

實踐教學環節需要有設計任務書，設計任務書中需要有設計進度安排，設計進度的科學安排對于學生完成設計項目具有重要的指導意義。同時，按照時間進度開展進度檢查管理是督促學生有效開展實踐教學活動的重要抓手。進度管理可以采用問題導向式的模式，以解決問題作為進度檢查的量化指標，階段性任務以問題的方式考核完成情況。時間進度安排可以采用甘特圖的方式設置，便于節點的控制和檢查。

3.考核管理

實踐項目執行完畢后，通常需要完成三種類型的任務，一是完成項目設計報告，二是完成系統實物的設計，三是完成設計答辯。項目執行過程中的考核管理是保障項目執行質量的重要措施。這里以課程設計報告綜合評定成績的計算方法為例，說明考核管理的方法。課程設計的平時成績主要由考勤記錄、實驗表現、學習態度等方面構成。為了強調過程管理，這部分成績占50%。報告成績主要考核學生對所設計的系統的理解和把握，是否按照要求撰寫報告等。答辯成績主要考核學生對所設計系統的理解程度，是否可以清晰表達系統的設計過程和結論。

經過在幾屆學生中的嘗試，逐漸形成了一套相對完整的基于復雜工程問題的項目式教學方法和模式，規范了實踐類教學環節的運行與管理。通過該成果的應用，緊密結合企業需求和高校轉型，與應用型人才培養具有最大的契合度，打破了傳統人才培養模式的束縛，學生的工程實踐和創新能力有了大幅度提升。

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