面向工程教育專業認證的地方建環專業改革與實踐
——以熱質交換原理與設備課程為例

管 勇， 胡萬玲， 張 葉， 周文和， 胡定科， 張洪偉

（1.蘭州交通大學 環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.嘉興學院 建筑工程學院，浙江 嘉興 314001；3.石家莊鐵道大學 機械工程學院， 河北 石家莊 050043）

為配套實施全國注冊公用設備工程師職業資格制度，從2002年起住房和城鄉建設部（以下簡稱住建部）開始組織實施了建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱建環專業）評估工作［1］。隨著2016年我國正式加入《華盛頓協議》，經住建部批準，高等教育建環專業評估委員會于2019年6月發布了《全國高等學校建筑環境與能源應用工程專業評估（認證）文件》［2］，建環專業至此開始從專業評估模式正式轉入到工程教育認證的新評價模式。專業評估與工程教育專業認證間的理念差異，要求建環專業在教育教學體系上進行根本性調整，如何做好建環專業認證工作成為建環專業教學面臨的重要議題。

為此，針對建環專業工程教育認證工作，結合蘭州交通大學建環專業認證過程中課程大綱制訂時的工作體會，以熱質交換原理與設備課程為例，分享了該課程大綱的設計思路與實施情況，以期為正在編寫課程大綱的地方高校提供參考。

一、準確認識工程認證體系，做好課程大綱頂層設計

工程教育專業認證是工程教育的質量保障制度［3］，其核心理念是“以學生為中心、以學生成果為導向、以持續改進為重點”。工程教育專業認證工作主要包括“說”“做”“證”和“改”四個方面（圖1），即明確專業培養目標，合理定位，明晰專業畢業要求和培養標準；建立基于成果導向的課程體系，以學生能力達成為中心開展教學；通過專業考核與社會調研對培養目標和畢業要求的達成度進行評價；基于評價結果，有針對性地推進專業持續改進［4］。課程體系以課程為載體，通過課程教學對工程教育認證中的畢業要求與課程目標達成度進行支撐和評價。同時，基于課程目標達成度情況查找課程教學過程中的短板和問題，并對此進行持續改進。為貫徹落實以成果為導向的工程教育理念，需按照“反向設計、正向實施”的原則對課程體系中各課程大綱進行有效設計。課程大綱作為課程教學的指導性和綱領性文件［5］，是任課教師教學工作的主要依據，也是筑牢教學質量的基石。因此，做好課程體系中各門課程大綱的制定是開展工程教育認證的重要前提與基礎。

圖1 工程教育認證中成果導向的教育教學體系圖

在領悟工程教育認證內涵基礎上，結合建環專業的人才培養方案，通過厘清畢業要求與課程目標的層級關系，按照以下思路做好課程大綱頂層設計工作。

首先，以建環專業人才培養方案為依據，通過廣泛交流、學習和調研，確定課程體系與畢業要求12條各指標點對應的支撐矩陣?；谌珖こ探逃龑I認證通用標準［6］、建環專業補充標準［2］及建環專業教學質量國家標準［7］的規定，結合社會企業需求，針對學校辦學特色、建環專業定位和學生個人發展考慮，以及認證標準中畢業要求12 條規定，在包括建環專業領域的行業、企業專家和校友多方參與下，明確建環專業培養目標，修訂建環專業人才培養方案，細化專業培養目標與12 條畢業要求指標點，結合建環本科指導性專業規范［1］，明確建環專業課程體系對畢業要求的支撐關聯矩陣及其權重關系。

其次，以支撐關聯矩陣為基準，根據課程核心知識點對畢業要求指標點的支撐特性，確立課程目標與畢業要求指標點的對應關系。在設定課程目標時，保證價值引領、知識傳授和能力培養的有機統一，從知識、能力和素養三個方面設定課程目標及其數量，并建議課程目標與畢業要求指標點數量一一對應，或前者略多于后者，以為后續課程目標達成計算提供便利。另外，在課程目標設定時，貫徹高等學校課程思政建設指導綱要精神要求［8］，充分挖掘課程中的思政元素，發揮課程思政的育人功能。

最后，以課程目標達成為主線，構建課程大綱的主體框架結構。課程大綱設計既要考慮大綱的必選項，也要考慮不同課程的差異及特色選項。對于課程大綱必選項建議包括課程信息、課程簡介、課程目標、畢業要求及其指標點、課程主要內容與學時分配、課程教學方式方法、課程考核與評價方式、課程推薦資料等共8個方面的設置。此外，課程大綱應體現執筆人、課程負責人、審核人、參與修訂的任課教師及修訂時間等內容信息。

二、課程大綱內容的編寫

基于上述課程大綱的頂層設計方法，以蘭州交通大學建環專業的熱質交換原理與設備課程大綱為例，詳細闡述了如何設計面向工程教育認證的標準化課程大綱。

（一） 課程基本信息

課程基本信息主要為學習該課程的學生和任課教師提供課程代碼、課程類別、學時學分等信息，其中熱質交換原理與設備課程的基本信息如表1所示。

表1 熱質交換原理與設備課程信息

（二） 課程簡介

課程簡介主要針對本課程在建環專業學習中的任務與作用，說明了課程屬性、主講內容，以及本課程學習應掌握的知識與達到的能力要求。熱質交換原理與設備屬于專業平臺基礎理論課程，主要介紹建環專業領域所涉及的熱質交換原理與設備的共性內容，其目的是整合專業知識，減少專業課程體系的內容重復。課程由傳質理論基礎、傳熱傳質問題分析與計算、空氣熱濕處理方法，以及熱質交換設備熱工計算等內容組成，以動量、熱量及質量傳輸共同構成的傳輸理論為基礎，重點學習營造和調控建筑、人工環境過程中發生的熱質交換現象與規律及其相應能源轉換設備的分析計算方法等。通過該課程學習，學生能夠掌握建筑環境與能源應用工程領域內耦合發生的熱質交換基本理論、空氣處理基本方法及其相應設備的熱工計算方法，具有對熱質交換設備進行性能評價和優化設計的初步能力，為營造和控制良好室內人工環境的專業學習打下基礎。熱質交換原理與設備課程是建環專業重要的專業教育必修課程，特別是對建環專業后續專業課程的學習起著承上啟下的橋梁作用。

（三） 課程目標

課程目標是課程大綱的重要核心，課程目標決定畢業要求指標點。為此，在設定課程目標時要充分考慮課程目標與畢業要求指標點的對應關系，應避免出現匹配不當、無法支撐或多重支撐等問題［9］。與此同時，課程目標要充分考慮課程思政元素，體現育人功能。在語言組織上，應體現課程學習的層次要求，建議使用Bloom教育目標分類認知層次的高階性動詞［10］。

課程目標1：通過學習傳質理論基礎、熱質交換過程和空氣熱質處理等知識，理解動量、熱量和質量傳遞現象間的類比方法，在熟練掌握空氣熱濕處理方法的基礎上，能夠運用傳熱傳質理論知識對建環專業所涉及的傳熱傳質問題進行分析和計算。同時，通過對熱質交換基本理論發展史的了解，來培養學生勇于探索的精神。

課程目標2：熟悉建環專業常用熱質交換設備的形式與結構，能夠掌握和應用建環專業典型熱質交換設備的熱工計算方法，針對室內人工環境營造和調控復雜工程問題中的熱質交換設備進行熱性能評價和優化設計。通過高效熱質交換設備和節能關系的學習，培養學生的社會可持續發展思想和專業責任感。

課程目標3：通過課內實驗訓練，理解散熱器散熱量的測定原理與方法，以及噴淋室的熱濕處理過程，掌握營造人工環境中溫度、濕度、流量和壓力等數據的測定方法和技能。增強動手操作能力，能夠對實驗數據進行科學處理與分析，對散熱器與噴淋室的綜合性能給出合理的判定，編寫實驗分析報告并指出提高設備熱性能的途徑與方法，培養動手實踐和勇于創新的意識。

（四） 課程目標與畢業要求及其指標點的對應關系

根據建環專業人才培養方案中關于熱質交換原理與設備課程與畢業要求指標點關聯矩陣，確定該課程的課程目標與指標點對應關系，如表2所示。

表2 熱質交換原理與設備課程目標與畢業要求指標點對應關系及其權重

（五） 課程主要內容與學時分配

課程內容是實現課程目標的支撐基礎，課程內容不僅要覆蓋建環專業規范所規定的課程核心知識點［1］，能夠反映課程目標中知識、能力和素養要求的支撐內容，還要有支撐課程思政的內容，按照每8 個學時至少出現一個顯性課程思政點進行設置，并用括號作凸顯表述。另外，課程內容中學時分配要與表2中的課程目標相對應，其中高強度支撐的課程目標設定學時相應要多。需要指出的是，基于工程教育認證的課程內容不是按照所選定教材章節確定課程內容的，而是為滿足課程目標需求涉及的知識點來設置教學內容的，因此建議按照建環本科指導性專業規范要求來設置課程主要內容。

熱質交換原理與設備課程主要涉及課堂理論教學和實驗教學兩部分內容，具體課程內容、學時分配及與課程目標對應關系如表3和表4所示。

表3 課堂教學主要內容、學時分配及與課程目標的對應關系

表4 實驗教學內容、學時分配及課程目標對應關系

（六） 課程教學方式方法

課程教學任務的中心是圍繞課程目標來進行的，為了達到這一主旨，任課教師需要將以教師、教材和課堂為中心向以學生為中心轉變，注重教與學的密切結合［11］。結合課程教學內容，熱質交換原理與設備課程采用形式多樣的教學方式和方法，如線上輔助教學：課前通過微信/QQ群或雨課堂推送每講的預習任務，課堂上鼓勵學生提問、質疑和討論，課下推送本講教學難重點，激發學生主動學習的興趣，培養學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力；任務驅動教學：根據課程目標，對應設置課前預習導學、課后作業、線下測試、實驗等環節，并提前布置任務，促進課程目標的達成；討論式教學：課內討論和課外答質疑研討相結合，線上（答質疑群）與線下答質疑研討（每周設置固定現場答疑環節）相補充，引導和督促學生平時主動復習，提高授課質量和效果；實驗教學：開設散熱器熱性能實驗和噴淋室熱工性能實驗，增強學生的動手實踐操作能力，并對散熱器與噴淋室的熱性能給出合理的判定，編寫實驗分析報告；課程思政導學：在授課過程中應充分發掘課程中的思政元素，實現對學生價值觀的科學引導。

（七） 課程考核與評價方式

課程考核與評價是檢驗課程目標達成情況與評價依據合理性的重要環節，為畢業要求指標點達成計算提供數據支撐，也為課程教學的持續改進提供依據?；诠こ探逃J證的課程考核評價，應注重過程形成性考核和凸顯學習產出效果，因此熱質交換設備課程需從優化過程考核環節和完善課程評價體系兩方面實施課程評價工作。

1. 課程考核

熱質交換原理與設備課程考核方式采用過程形成性考核與結課考試考核相結合的方式［12］，其中，過程形成性考核包括作業、答（質）疑研討、實驗和線下測驗4個部分。過程形成性考核成績 =作業考核成績（30%）+答質疑研討考核成績（5%）+實驗考核成績（15%）+線下測驗考核成績（10%）；課程考核成績=過程形成性考核（占課程考核成績60%）+ 結課考試（占課程考核成績40%）。

為了科學規范地做好課程考核環節，以課程大綱附件的形式編寫的熱質交換原理與設備課程考核及成績評定細則，包括過程形成性考核成績評定細則、結課考試考核評定細則、課程成績評定資格說明，以及執行說明及注意事項4 方面內容。其中，過程形成性考核成績評定細則重點闡述上述四個過程環節中以課程分目標達成為目的的考核重點、任務量要求及其成績評定標準；結課考試考核評定細則主要針對課程分目標達成的命題任務、要求與分值分配；課程成績評定資格說明是為強化形成性考核管理對平時出勤與過程環節中任務完成情況的具體要求，如缺勤累計學時達到課程總學時10%、曠課達到課程總學時5%、缺失過程考核4 個環節中任意一個，或者過程考核成績低于60%等，都會取消該門課程的成績評定資格。

課程結束后，任課教師根據課程教學自評和學生學習成效情況，撰寫教學總結和持續改進報告，以為工程教育認證的現場考察提供材料支撐。

2. 課程評價

課程評價主要是為課程目標達成度提供依據。熱質交換原理與設備課程的目標達成與課程考核環節之間的對應關系如表5所示。為明確課程達成度計算情況，課程以大綱附件的形式提出了課程目標達成評價與分析方法。該方法主要包括支撐課程目標的權重分配（表6）、課程目標達成度計算（表7）、課程對應的畢業指標點目標達成度計算（表8）。

表5 熱質交換原理與設備課程目標與課程考核環節之間的對應關系

表6 熱質交換原理與設備課程目標達成的評價環節及支撐課程目標的權重分配

表7 熱質交換原理與設備課程目標達成度評價值計算表

表8 熱質交換原理與設備課程對應的畢業指標點目標達成度計算表

為方便課程目標達成度計算，針對表5 中的課程考核環節與課程目標的二維矩陣對應關系，采用下標變量i和j分別表示第i個課程考核環節與第j個課程目標，其中，i=1，5；j=1，3，詳見表5至表8所示。

表6中的Ri為第i個課程考核環節的總權重，也就是上文中第i個課程考核環節占課程考核成績的比例；rij為第i個課程考核環節與第j個課程目標的權重；kj為第j個課程目標的總權重；Mi為第i個課程考核環節的目標分值下同。

對于課程目標達成度評價包括課程分目標達成度評價和課程總目標達成度評價，具體計算方法如下：

式中，Dj為第j個課程分目標的達成度，計算示例見表7所示。

表7 中的mij為第i個課程考核環節與第j個課程目標的考核項目標分值；aij為第i個課程考核環節與第j個課程目標的學生考核項實際得分。其中，M1=m11+m12；M2=m21+m22+m23；M3=m31+m32；M4=m43；M5=m51+m52+m53，下同。

本課程期望達成值的底線為0.65，任課教師根據課程目標實際達成值對期望達成值的達成情況進行分析，并提出持續改進措施及建議。

由于熱質交換原理與設備課程目標有3 個，其中課程目標1 和2 共同支撐著畢業要求指標點1.3，課程目標3 支撐著畢業要求指標點4.2。為了給畢業要求達成評價提供有效支撐數據，有必要提供計算課程對應的畢業指標點目標達成度的計算方法。根據課程各考核環節的分值設置，以及畢業要求指標點與課程目標考核環節的對應關系，課程對應的畢業指標點目標達成度計算方法如表8所示。

（八） 課程推薦資料

課程推薦材料主要是為課程大綱使用者指出需采用的教材，方便學習了解相關參考書目和在線資源信息。由于當前建環學科領域發展迅速，新的設備與技術更新較快，課程推薦資料要與時俱進，采用新版書目。另外，為拓寬學生閱讀視野，推薦一些國外經典書目也是有必要的。

三、結語

基于工程教育認證的課程大綱設計是一項系統工程，它涉及課程持續改進的質量觀和構建課程考核的達成評價機制。蘭州交通大學依托建環國家級一流專業，在廣泛學習調研的基礎上，通過分析工程認證體系，采取全員參與新課程大綱設計與實踐工作，取得了較好的教學成效。在2021年建環專業評估（認證）中，蘭州交通大學建環專業取得時長6 年有效期［13］，以熱質交換原理與設備為代表的課程大綱得到考查專家的充分認可，為建環專業自評報告提供了重要支撐，并在及其他工程專業中推廣和實施，可為其他地方院校建環專業的標準化課程大綱修訂提供參考。