奧爾堡模式在金課建設中的實踐
——以空調工程為例

屈 元 黃 翔 強天偉 孫鐵柱 趙 娟

（西安工程大學 西安 710048）

0 引言

20世紀60年代后期，西方爆發了大規模的學生運動，傳統教育制度受到批判，學生呼吁改革教師單向傳授這種枯燥的教學方法，要求建立以學生為本的學習環境。到了70年代，丹麥、德國、荷蘭等工業化發達的國家對工程師的工程實踐能力提出新的要求。他們提出將真實工程世界體驗貫穿于工程教育過程中，工程師要能解決實際工程問題，即工程教育要回歸工程實踐的整體環境中[1]。在此背景下，丹麥奧爾堡大學從1974年成立伊始就在學校所有院系建立了基于問題的學習（Problem-Based Learning，PBL）基礎上的項目導向（Project-Oriented Learning）的工程教育教學模式。奧爾堡模式也成為PBL 模式應用在工程教育領域中的典范，在全球范圍內被多所高校接受[2]。

.新一輪科技革命與產業變革為我國工程教育提供了發展契機和挑戰。一方面，工業發展對人才需求增加，學生的就業面更廣；另一方面，用人單位要求工科院校的畢業生具有一定的實踐動手能力、處理實際問題的應變能力、團隊合作能力和創新能力[3]。2018年6月教育部在新時代中國高等學校本科教育工作會議上提出了建設“一流本科教育”，打造“金課”的任務。一流本科教育，專業是基本主體，課程是核心環節。課程建設既是黨和國家事業發展對優秀人才的迫切需要也是引導學生求真學問、練真本領、成為具有創新精神和實踐能力的高級專門人才的需要[4]。而奧爾堡模式經過多年的廣泛應用實踐被證明在以上方面有著顯著的優勢，能夠為建設“金課”提供啟發和借鑒。

1 奧爾堡模式的特點

奧爾堡模式的核心特點是基于項目的課程框架，如圖1所示。在奧爾堡大學學生每學期需要修滿30 分的歐盟通用學分（ECTS）。其中，課程學分為7.5-15，項目工作占15-22.5。一個學期約5個月，課程和項目工作為期4 個月，第5 個月為考試月。項目工作圍繞學習主題進行。教學工作組每學期制定一個學習主題，圍繞這個主題確定本學期課程體系框架，包括課程和項目兩個部分。課程分為一般性課程和項目課程。一般性課程類似于國內的公共基礎課，為學生提供基礎知識。項目課程根據學期主題設置，學生從中學習與項目有直接關系的知識。項目工作是貫穿奧爾堡大學PBL 教學的主線。每學期前兩個月集中課堂授課，為期兩周的迷你項目與課程同步開展。迷你項目以項目提案寫作為主要內容，為學生開展學期主項目提供初步的嘗試性體驗。在接下來的兩個月，學生全部學習時間都投入到項目工作中。項目工作量占學期總學時的50%，項目課程與項目工作合計占學期總學時的75%。

圖1 對奧爾堡大學的課程結構與傳統課程結構進行了對比。傳統高校課程體系呈金字塔結構，穩定的課程結構意味著由教師決定教學內容和進度以及教育過程。教學內容以理論知識學習為主，學生的理論基礎較扎實，但理論知識與實踐應用存在脫節情況。奧爾堡大學通過真實的問題情境來設計課程結構，學生能夠將課本知識直接用于項目工作，其工程實踐能力在真實的工程環境中得到鍛煉。因此，從課程框架上變革是實踐奧爾堡模式的必要條件。

除了上述核心特點外，以學生為中心（Student Center）的教育理念、產出導向（Outcome Based Education,OBE）的教育體系和全過程多元化學習效果評價體系也貫穿奧爾堡大學教學過程中，成為該模式成功的保證。

2 基于奧爾堡模式的教學設計

2.1 構建學期學習主題

建筑環境與能源應用專業第5 學期開設的專業課程有空調工程、流體輸配管網、制冷工程，供熱工程等。由于課程間沒有建立起相互聯系的紐帶，學生學習時只將其孤立地看成一門門課程。而實際工程中遇到的問題往往是復雜的，解決復雜工程問題的能力是畢業生必須具備的核心能力，而復雜問題往往是多學科交叉或跨學科問題。將孤立的，碎片化的專業知識系統化體系化是教學改革的重要任務。

此外，現有的實踐學時雖然達到了培養計劃的要求，但理論課與實踐課銜接不緊密，學生在理論教學中缺乏應用實踐訓練，使其對基本理論的理解和基本技能的鍛煉不足。這大大影響了學生學習的興趣和熱情，理論聯系實際的能力弱。

針對上述問題，提出“空氣調節系統設計”的學習主題。該主題涵蓋了畢業培養目標中的大部分內容，符合OBE 的教學導向。以空調工程、流體輸配管網和制冷工程作為項目課程，將學習主題作為學期主項目，項目與課程同步開展，以項目任務推動學習進行。

2.2 項目導向的線上線下學習

根據學習主題學生需要識別問題，定義問題、分析問題和解決問題。項目課程為學生提供了理論基礎和方法。例如在項目工作的準備階段學生按小組設計不同類型的建筑物作為學期項目的設計對象。學生不僅要對不同功能建筑的空氣調節類型進行區分，還要確定空調系統的具體任務。確定好各自的項目后學生遇到的問題是需要確定設計參數，這些參數如何獲得，如何計算建筑物的負荷等問題。

表1 列出了項目工作三個階段的課程支撐情況和主要針對的能力訓練類型。在教學內容的安排和教學進度的設計上突出項目導向的作用。課程教學內容根據項目需求推進并發布在本地學堂云平臺上，線下采用學生和教師討論為主的學習模式。

表1 三個學習階段的課程支撐情況和針對的能力訓練類型Table 1 Curriculum support and abilities training for the three learning stages

線上學習資源包括國家級精品在線課程“暖通空調”、主講教師自建教學微課、習題庫、教學課件，課程思政教學、課外學習視頻資源和圖文資源等。

線下課堂教學中采用課堂彈幕、課堂投稿、課上課下討論區互動、隨機測評、小組學習互評等教學輔助工具提升學生學習積極性和參與度。課后發布學習通知，學習資料，進行在線測驗、批改作業、在線為學生提供實時輔導答疑等延展師生互動交流的時間和空間。

2.3 學習評價機制和競賽培育機制

學習評價方式對學生學習過程影響最大。對2016 和2017 級的問卷調查表明，68%的學生認為當前以筆試為主的的考試機制不能全面評價學生的學習效果，即單一的評價機制不利于學生的學習。奧爾堡大學學習評價體系由評價方法和工具、評價標準、評價主體（或途徑）構成。評價方法上以形成性評價為主，貫穿學生整個學習過程；評價標準采用基于ECTS 的七級標準；評價工具主要有四種：筆試、口試、周期任務評價和課程參與評價[5]。

借鑒奧爾堡大學評價體系，提高形成性評價比例，學習過程評價采用線下和線上評價相結合的形式。線下評價包括課堂學習參與度、課堂討論情況、答辯情況等。線上評價包括幕課和微課視頻觀看、線上討論參與度、線上作業提交情況和線上其他學習資源學習情況等。評價主體為教師、學生和行業專家的多元主體。

競賽活動的評量由國家相關機構、行業協會、知名企業等組織方的專家評審進行，評價結果具有較高的權威性，在學科競賽中獲獎的學生往往受到就業單位的青睞。通過學科競賽激勵選拔出優秀團隊，由教師團隊進行專業指導和培育后參加相關學科或綜合學科競賽的學習活動。通過參加競賽提高了學生創新實踐能力和學習動力。

3 教學實踐結果分析

3.1 項目導向的教學實踐

教學實踐第一階段為項目導向的實踐階段。這一階段工作包括課程學習目標制定、學習效果評價建立、學習主題確定和課程內容整合等。主要實踐對象為建筑環境與能源應用工程專業2016 級和2017 級共113 名學生。

課程目標從國家社會及教育發展需求、行業產業發展及職場需求、學生發展及期望和學校定位及發展目標四個方面建構。其中職場需求通過對2016屆、2017 屆和2018 屆本專業222 畢業生就業情況和所涉及的18 個行業進行了調查。對2016 級和2017 級共113 名學生做了發展和期望的問卷。通過以上調查建立課程的三級培養目標。

教學實踐過程中對課程前期和后期進行了學習情況調查問卷，問卷主要了解新模式對學生學習動力、學習參與度、交流合作和學習能力提升等方面的影響。圖2 是學習興趣和學習動力前期和后期對比結果。課程開始前對本專業有興趣的學生僅占14.8%，對專業無興趣的學生占51.9%。進一步調查表明造成這一結果的原因是88.9%的學生并非出于興趣而選擇該專業，受其影響學生學習動力明顯不足。采用基于問題的項目導向式教學方法后，學生學習興趣提高到37.5%，無學習興趣的比例降低至14.5%。

圖2 項目導向模式對學生學習興趣和動力的影響Fig.2 The impact of project-oriented model on students'learning interest and motivation

圖3、圖4 和圖5 分別是該模式對學生自主學習能力、項目工作中的同伴學習能力和師生互動交流的影響。結果顯示采用該教學模式后以上能力都有顯著提升。其中認為團隊項目工作對個人自主學習能力和同伴學習能力的提升最大，分別達到了83.1%和78.0%。有88.1%的學生認為課堂評價方法的采用顯著增強了師生互動的機會，加強了師生間的交流。

圖3 項目導向模式對自主學習能力的影響Fig.3 The impact of project-oriented model on autonomous learning ability

圖4 項目導向模式對同伴學習能力的影響Fig.4 The impact of project-oriented model on peer learning ability

圖5 項目導向模式對師生互動的影響Fig.5 The impact of the project-oriented model on teacher-student interaction

3.2 基于項目導向的線上線下教學實踐

教學實踐第二階段為線上線下教學實踐階段。這一階段工作涉及到線上學習資源的建設和整合、線下翻轉課堂的教學設計、線上線下學習過程評價等問題。受新冠疫情影響主要實踐對象為建筑環境與能源應用工程專業2019 級共52 名學生。

在課程開始前對傳統教學模式中學生學習效果影響因素的調查結果如圖6所示。該結果顯示同伴影響、單一評價機制和學習資源缺乏是影響學習效果的三個主要因素，分別占58%、48%和42%。采用線上線下項目導向的教學后，同伴負面影響降低至13%，受學習資源不足的影響下降至10%，如圖7所示。圖8 顯示了學習評價機制改進后促進了學生日常學習管理。圖9 為學生對基于項目導向線上線下教學模式的接受度。對于首次接觸該模式的學生，94%的學生表示能接受這種教學模式，其中19%的學生表示完全能接受。說明該模式應用于工程教育是可行的。

圖6 傳統教學模式中學習效果影響因素Fig.6 Influencing factors of learning effect in traditional teaching mode

圖8 學習評價方式對日常學習的影響Fig.8 The impact of learning evaluation methods on daily learning

圖9 學生對基于項目導向線上線下教學模式的接受度Fig.9 Students'acceptance of project-oriented online and offline teaching models

實施了項目導向的線上線下混合式教學后，學生學習時間延長、學習工作量增加、內容上提高了難度和深度，符合金課“兩性一度”的建設要求。然而從圖7 中也看到課外時間不足、自我管理能力不夠和缺乏對新教學模式體驗是實施項目導向線上線下教學的影響因素。而這些因素的改善需要自上而下的調整和自下而上不斷的實踐。

圖7 影響學生接受項目導向的線上線下教學的因素Fig.7 Factors affecting students'acceptance of project-oriented online and offline teaching

3.3 其他教學實踐成果

通過項目導向PBL 教學模式和競賽激勵機制，教學團隊重點培育了由2016 級、2017 級和2018級學生組成的6 支學生團隊參加了2020年“賽迪環保杯”第十三屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽、2020年“天加杯”第十四屆中國制冷空調行業大學生科技競賽、2021 全國高校BIM 應用畢業設計大賽、2020年“互聯網+”創新創業大賽、中國紡織類高校創意、創新、創業大賽校內賽。通過外部評價這6 支團隊均獲得優異成績。其中一項競賽團隊作品獲得國家實用新型專利授權。參賽學生發表核心期刊科技論文一篇。

4 結語

基于問題和項目的學習模式為學生營造了具體而真實的工程世界。在真實工程實踐的問題或項目中學生可以經歷工程實踐的核心過程——發現問題，識別問題，分析問題和解決問題。奧爾堡PBL 模式的教育理念順應了我國工程專業認證的以成果為導向，以學生為中心的核心理念，對我國的工程教育有很大的借鑒價值。然而通過教學實踐也看到受現有教育體系和制度的影響，奧爾堡模式在實際應用中不能全盤照抄，需要相關政策的支持和一線教師根據具體環境不斷調整、反復實踐和檢驗。