專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)戰(zhàn)案例式教學(xué)探索與實(shí)踐

劉國丹　胡松濤　王剛　趙一舟　王甫來　馬開杰

摘? 要：實(shí)踐能力的培養(yǎng)對專業(yè)學(xué)位研究生至關(guān)重要，在研究生課程教學(xué)中實(shí)施案例教學(xué)法，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)豐富的教學(xué)科研和工程經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，建設(shè)“產(chǎn)學(xué)研賽”一體化案例庫。案例緊密貼近社會需求，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值大；案例源于工程實(shí)踐，理論與實(shí)際緊密結(jié)合；案例源于科研項(xiàng)目，達(dá)到“教”“研”合一，“多課共享”；CFD仿真等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，提高理論分析能力。探索非標(biāo)準(zhǔn)答案全過程考核方式，全面評價學(xué)生成績。實(shí)踐證明，教學(xué)效果良好，指導(dǎo)的研究生在全國科技創(chuàng)新獲獎多次，授權(quán)發(fā)明專利，綜合創(chuàng)新能力大大提升。

關(guān)鍵詞：專業(yè)學(xué)位研究生；案例式教學(xué)；創(chuàng)新能力；科技創(chuàng)新；現(xiàn)代通風(fēng)技術(shù)

中圖分類號：G643? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）16-0053-04

Abstract： The practical ability is very important for professional degree postgraduates. The case teaching method is adopted. Teaching group has rich teaching and research and engineering experience， and builds a case base for training， learning， research and competition. The cases are close to the social demand and have great practical application value. The cases come from the engineering practice， and the theory is closely combined with the practice. The cases come from the scientific research project， achieving the integration of "teaching" and "research"， and "multi course sharing". The application of modern technologies such as CFD simulation improves the theoretical analysis ability. The whole process assessment method of non-standard answers is explored， and students' achievements are comprehensively evaluated. The practice has proved that the teaching effect is good. The postgraduate students have won many awards in national scientific and technological innovation， granted invention patents and greatly improved their comprehensive innovation ability.

Keywords： professional degree postgraduate; case teaching; innovative ability; scientific and technological innovation; Modern Ventilation Technology

到2025年，我國碩士研究生培養(yǎng)計(jì)劃中將有70%專業(yè)碩士學(xué)位研究生，實(shí)踐能力的培養(yǎng)對專業(yè)碩士至關(guān)重要，若僅通過導(dǎo)師的科研項(xiàng)目或工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，不僅知識覆蓋面有限，且難以形成可持續(xù)培養(yǎng)模式[1]。案例教學(xué)是一種將現(xiàn)實(shí)生活實(shí)踐與理論研究相結(jié)合，以實(shí)際案例為依據(jù)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主研習(xí)、自主探究，從而提高學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的教學(xué)方法[2]。

在此背景下，為提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量，創(chuàng)新教學(xué)模式，在研究生課程教學(xué)中實(shí)施案例教學(xué)法十分必要、意義重大。實(shí)施案例教學(xué)法的首要前提是構(gòu)建教學(xué)案例庫。

本文以現(xiàn)代通風(fēng)技術(shù)課程為例，進(jìn)行案例教學(xué)法研究，并結(jié)合科研課題和工程實(shí)踐，構(gòu)建有針對性的專業(yè)教學(xué)案例庫，為該領(lǐng)域研究生的培養(yǎng)提供良好的實(shí)踐學(xué)習(xí)平臺，以強(qiáng)化專業(yè)學(xué)位研究生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

一? 課程特點(diǎn)分析

在現(xiàn)代技術(shù)型社會中，人們有90%以上的時間是在人工環(huán)境（如住房、車間或交通工具）中度過的，良好的通風(fēng)是內(nèi)部人員的基本訴求，可以保障室內(nèi)人員舒適和安全以及工業(yè)過程性能。不良的通風(fēng)使得室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化日益嚴(yán)重，尤其是在空調(diào)建筑中“病態(tài)建筑綜合征”已成為節(jié)能時代的代名詞[3-5]。這些室內(nèi)空氣品質(zhì)問題與設(shè)備的維護(hù)差、室內(nèi)產(chǎn)生的污染物含量高、室外新風(fēng)量少等因素有關(guān)。

由于人們對更高質(zhì)量的室內(nèi)空氣環(huán)境的需求，通風(fēng)系統(tǒng)也在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用場景也從最初的主要服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)車間的通風(fēng)除塵，擴(kuò)展到更為廣闊的領(lǐng)域，如大空間建筑通風(fēng)、地下工程施工通風(fēng)、公路鐵路隧道通風(fēng)、地下車庫通風(fēng)和太陽能煙囪等自然通風(fēng)、公共交通工具內(nèi)部通風(fēng)、醫(yī)療建筑通風(fēng)[6-8]。尤其在2019年底暴發(fā)新冠疫情以來，通風(fēng)更是引起人們的廣泛關(guān)注，方艙醫(yī)院內(nèi)手術(shù)室、負(fù)壓隔離病房等通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，更是防止病毒空氣傳播及為醫(yī)護(hù)人員提供安全空氣環(huán)境的重要手段[9-10]。

然而，通風(fēng)系統(tǒng)的原理復(fù)雜，影響通風(fēng)效果的因素眾多，系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大。僅從通風(fēng)方式來分有自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)和混合通風(fēng)等，加之應(yīng)用場景不同，受到建筑內(nèi)部空間構(gòu)造、穿堂風(fēng)、室內(nèi)熱氣流、室內(nèi)外氣象條件和送風(fēng)口布置及形式等影響，通風(fēng)氣流復(fù)雜多變，只有合理設(shè)計(jì)，才能達(dá)到理想通風(fēng)效果。對于醫(yī)療建筑而言，還需要保證潔凈度和壓力梯度的設(shè)計(jì)要求。為了更好地計(jì)算通風(fēng)系統(tǒng)的氣流分布，CFD（Computational Fluid Dynamics），即計(jì)算流體動力學(xué)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通風(fēng)已經(jīng)發(fā)展成為一門集科學(xué)研究和工程應(yīng)用為一體的綜合學(xué)科。

針對課程特點(diǎn)，現(xiàn)代通風(fēng)技術(shù)課程比較適宜采用案例法教學(xué)，將理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，針對具體工程，進(jìn)行個性化案例設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行工程診斷，輔以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)CFD模擬仿真技術(shù)，以提高學(xué)生的理論分析能力。

二? 本課程案例教學(xué)現(xiàn)狀分析及實(shí)施方案

案例庫在教育領(lǐng)域廣為采用，美國多所知名大學(xué)制定了教學(xué)資源庫計(jì)劃，以滿足學(xué)習(xí)者對于知識與技能的學(xué)習(xí)需求。這些案例庫在學(xué)科類別、企業(yè)規(guī)模類別、企業(yè)性質(zhì)類別、行業(yè)類別、區(qū)域類別和案例功能類別等方面非常齊全[11]。在我國，最早的是管理學(xué)和商學(xué)專業(yè)在本科生中進(jìn)行案例教學(xué)，而在研究生教育培養(yǎng)中，關(guān)于通風(fēng)理論及設(shè)計(jì)的教學(xué)案例庫的研究還相當(dāng)少。

目前在通風(fēng)方面的本科案例教學(xué)主要集中于礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造和煤礦通風(fēng)與安全[12-13]，基本停留在原有的工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，但是隨著通風(fēng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用場景多變，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求不一，例如醫(yī)療建筑、廠房、地下空間等設(shè)計(jì)中需要特殊處理的差異較大，迫切需要針對具體工程，進(jìn)行個性化案例設(shè)計(jì)。此外，通風(fēng)原理課程內(nèi)容復(fù)雜繁多，概念抽象，許多學(xué)生對此缺乏學(xué)習(xí)興趣，影響教學(xué)效果。

因此，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容的需要，以典型案例為基本教學(xué)素材，將學(xué)生引入特定案例中，引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握基本理論，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維能力。同時引入CFD模擬仿真手段，進(jìn)行理論分析的同時，可以進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)中流場及溫度場的可視化，將抽象的原理形象化展示。因此開展本課程教學(xué)案例庫的建設(shè)在當(dāng)前是十分重要和必要的，且具有十分重要的意義和廣闊前景。具體實(shí)施思路如圖1所示。

三? 產(chǎn)學(xué)研賽一體化的實(shí)戰(zhàn)案例庫建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)長期致力于人工環(huán)境營造與通風(fēng)技術(shù)研究，積累了較豐富的科研經(jīng)歷，取得了若干研究成果，獲批6項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，以及“973”子課題、國家科技部“十一五”科技支撐計(jì)劃子課題、“863”子課題等多項(xiàng)省部級科研課題，這些經(jīng)歷和研究成果為專業(yè)教學(xué)案例庫的建設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)。此外，團(tuán)隊(duì)還主持完成了山東省優(yōu)質(zhì)課程實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)，如山東省本科高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目《基于BIM平臺的集成化綠色建筑實(shí)踐教學(xué)模式改革》、青島理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例庫建設(shè)項(xiàng)目《空調(diào)工程系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)》、青島理工大學(xué)名校工程建設(shè)項(xiàng)目《“通風(fēng)與空調(diào)工程”課程教學(xué)模式創(chuàng)新研究》等教改課題，多人具有注冊全國共用設(shè)備師（暖通空調(diào)方向）和一、二級建造師或造價師的執(zhí)業(yè)資格證書，團(tuán)隊(duì)教學(xué)科研及工程經(jīng)驗(yàn)豐富。

在教學(xué)過程中，充分發(fā)揮科研和工程經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，案例庫建設(shè)大多來源于團(tuán)隊(duì)的研究實(shí)踐和實(shí)際工程，具有鮮明的特色，其特色及創(chuàng)新性如下。

（一）? 案例緊密貼近社會需求，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值大

例如引入針對新冠疫情的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，ICU內(nèi)污染物擴(kuò)散規(guī)律及控制等典型案例（圖2），并進(jìn)行個性化局部空氣處理裝置研究，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

加裝局部裝置后，顆粒物濃度降低，并且分布均勻，無渦流區(qū)域，降低了交叉感染發(fā)生的概率（圖3）。

（二）? 案例源于工程實(shí)踐，理論與實(shí)際緊密結(jié)合

將實(shí)際工程凝練為專業(yè)教學(xué)案例，具有很好的工程背景和實(shí)踐特征，在研究生工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面優(yōu)勢突出。例如，本團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)聯(lián)合中標(biāo)，進(jìn)行青島新機(jī)場通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)專項(xiàng)研究，團(tuán)隊(duì)購買了無線小型氣象站、發(fā)煙機(jī)等設(shè)備，帶領(lǐng)研究生進(jìn)行現(xiàn)場測試氣流組織，參加系統(tǒng)調(diào)試，并進(jìn)行問題診斷與分析，大大提高了學(xué)生的工程分析能力（圖4、圖5）。

（三）? 案例源于科研項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)“教”“研”合一，“多課共享”

區(qū)別于本科生的案例教學(xué)，針對專業(yè)學(xué)位研究生，在案例教學(xué)過程中，科研貫穿于教學(xué)中，通過對以往研究項(xiàng)目的總結(jié)和提煉，形成特色鮮明、針對性強(qiáng)的專業(yè)教學(xué)案例，從而使案例具有高起點(diǎn)、高水平、寬口徑的特點(diǎn)，并涵蓋了通風(fēng)原理課程的多個教學(xué)內(nèi)容，也可用于空氣污染與控制、建筑能耗與模擬仿真等涉及到通風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)課程教學(xué)中。

（四）? CFD仿真等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，提高理論分析能力

由于通風(fēng)系統(tǒng)氣流復(fù)雜，影響因素眾多，傳統(tǒng)的計(jì)算方法難以滿足工程分析需要，借助CFD模擬仿真手段（圖6），進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)氣流模擬與仿真優(yōu)化，改進(jìn)后的送風(fēng)方案大大提高車廂內(nèi)溫度場均勻性和乘員舒適度，實(shí)際案例分析和前沿技術(shù)應(yīng)用，提高了研究生理論聯(lián)系實(shí)際的綜合分析能力。

四? 非標(biāo)準(zhǔn)答案的全過程考核方式探索

對學(xué)生進(jìn)行全過程化考核與評價，破除標(biāo)準(zhǔn)答案的單一考試模式，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行全程考查，具體做法如下：①課前。教師布置或?qū)W生自選工程案例，學(xué)生自主查閱資料與分析，制作PPT。②課中。采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，先由學(xué)生進(jìn)行PPT講解，闡述自己觀點(diǎn)，再由教師進(jìn)行點(diǎn)評及提問，以及其他學(xué)生進(jìn)行提問，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。與此同時，教師記錄演講學(xué)生的表現(xiàn)、專業(yè)分析能力，并記錄其他同學(xué)的提問及分析等課堂參與度和活躍度指標(biāo)，作為每位學(xué)生平時成績考核依據(jù)。③結(jié)課。按照科技論文寫作規(guī)范撰寫課程報(bào)告，鍛煉了研究生的科研寫作能力，為進(jìn)一步研究論文的撰寫奠定基礎(chǔ)。

五? 結(jié)合科技競賽提升創(chuàng)新能力

打造“學(xué)產(chǎn)研賽交流”的第二課堂育人模式，課外帶領(lǐng)研究生積極參加科技創(chuàng)新和學(xué)科競賽，多次獲得國家和省級以上獎項(xiàng)，并赴美國頒獎1項(xiàng)。例如，在2022年帶領(lǐng)研究生針對學(xué)校地下車庫結(jié)露問題，進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測、理論分析、CFD仿真，提出通風(fēng)系統(tǒng)改善措施，參賽題目《基于空調(diào)冷凝熱利用的地下車庫防結(jié)露措施調(diào)研與對策研究》，獲得全國節(jié)能減排大賽二等獎。此外，指導(dǎo)研究生授權(quán)及發(fā)明專利申請十余項(xiàng)，多名研究生在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議進(jìn)行專題報(bào)告，提高了研究生綜合創(chuàng)新能力，指導(dǎo)的研究生獲得研究生國家獎學(xué)金、山東省優(yōu)秀碩士論文、山東省研究生優(yōu)秀成果獎等。

六? 結(jié)束語

隨著專業(yè)學(xué)位研究生教育迅速發(fā)展和實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求不斷增大，在教學(xué)過程中采用實(shí)戰(zhàn)案例教學(xué)法，建設(shè)“產(chǎn)學(xué)研賽”一體化案例庫，達(dá)到“教”“研”合一，“多課共享”，同時探索全過程考核方式，全面評價學(xué)生成績。有利于研究生獨(dú)立思考、實(shí)踐動手、創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)和提升。

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基金項(xiàng)目：山東省專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例庫建設(shè)項(xiàng)目“《通風(fēng)理論與設(shè)計(jì)》案例庫”（SDYAL20113）；山東省研究生教學(xué)改革面上項(xiàng)目“‘科教融合·賽創(chuàng)融煉·四鏈融通的工科研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力提升研究”（SDYJSJGC2023041）；青島理工大學(xué)研究生教育教學(xué)改革重點(diǎn)項(xiàng)目“‘科教融合·賽創(chuàng)融煉·四鏈融通的工科研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力提升研究”（Y032023-004）

第一作者簡介：劉國丹（1969-），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榕照{(diào)。