多层次产学研及项目教学法在高等工科教学中的应用<br/>——以建筑环境测试技术课程为例

多层次产学研及项目教学法在高等工科教学中的应用
——以建筑环境测试技术课程为例

2018-02-09王清树刘成刚

中国现代教育装备 2018年7期

李娟王清树刘成刚

苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州 215009

建筑环境与能源应用工程专业培养掌握基本专业理论和基础知识、获得工程师基本训练、具有暖通空调、燃气输配、建筑给排水等公共设施系统设计、安装、调试、运行管理能力、在本专业领域内从事科学研究和技术开发基本能力的应用型工程技术人才。同时，培养工程应用型人才是使科学技术登上高峰的重要人为因素，是人类为科技发展做出贡献的突出表现[1]。

建筑环境测试技术课程是建筑环境与能源应用工程专业基础课，内容涉及测量误差及数据处理、测量仪表、测试技术，具有内容广、知识面宽、实践性强的特点。产学研结合教育以培养学生的综合专业素质、竞争能力为重点，把高校教学与科研同企业生产相结合，以互惠互利为原则，谋求人才培养、科研、生产、信息交流等方面的共同发展[2]。

1 建筑环境测试技术课程知识体系与现存教学问题

建筑环境测试技术课程知识体系分为3个部分—测试技术基础、测量仪表、测试技术。第一部分主要包括测量方法分类、计量、测量误差和数据处理；第二部分涉及温度、湿度、压力、物位、流速、流量、热量、气体成分、空气污染物、环境放射性、噪声、光环境、水电参量的测量方法、测试仪表工作原理、校准及应用、电动显示仪表；第三部分包括自动化测量系统以及与本专业紧密结合的建筑能耗、通风空调系统风量、空气过滤器性能、空气冷却器与加热器性能、散热器热工性能、空调机组性能、洁净室、工业企业噪声测量技术。结合上述知识体系与教学实践，目前存在的教学问题主要有以下几方面。

(1)教学模式单一、教学内容陈旧，不利于教学互动、实现教学目标。传统教学采取“填鸭式”、接受式教育，教师依据课本内容逐章讲授理论知识，学生依据教师要求背诵“重点内容”获得学分，师生互动仅限于课堂提问环节；其特点是“重知识、轻思考”“重结果、轻过程”“重记忆、轻运用”“重理论、轻实践”，学生被动接受知识，无法激发其求知欲与自觉性、开拓其发散性与创新性思维并适应当前大学生素质教育的需要[3]。随着科技发展日新月异，测试技术突飞猛进，尤其是小型化与智能化传感器、光电、超声波、射线、航天技术、生物工程、生产过程自动化、加工工艺的发展，使得教学内容存在局限性与滞后性，无法紧跟时代发展步伐、与时俱进。

(2)理论基础与工程应用脱轨，不利于培养复合型、应用型高级人才。在有限的学时内不优化课程体系结构、调整教学内容、改进教学方法的情况下，仅注重理论灌输，不与工程应用相结合，导致理论讲解过于抽象、深奥难懂、空洞无味、测试技术的应用及发展讲授过于空洞、学生动手能力和创造性思维得不到锻炼和提高，从而严重影响教学效果。另外，复合型、应用型人才应具备较强的技术应用能力和较高的综合素质，需要以高新技术工程应用为主要内容和突破口，这也是本专业的培养目标[4]。

(3)科研与教学脱轨、创造与创新不足，不利于提高学生竞争实力及综合素质。科研的基本任务是探索、认知未知，针对国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键性科技问题，全面考虑应用背景、国内外研究现状、发展动态，其成果能为创造发明新产品和新技术提供理论依据。现代测试仪器已打破传统仪器的概念，其功能和作用发生了质的变化。科研与教学脱轨，造成最新科研成果无法融入教学、无法跟踪最新技术进展并实现可持续发展。同时，随着企业经营模式由粗放型转向集约型，企业成为工程应用开发和投入的主体之一，这也必然要求高校培养具有创造创新能力的高素质综合人才。

2 多层次产学研结合理念的应用背景及现实意义

目前，学校教育基本停留在理论与参观实践的程度，缺乏实际操作与认知环境，而完整的知识体系与认知过程需与生产活动、科学研究相结合。党的十八大、十八届三中全会均提出要“深化产教融合、校企合作，培养高素质劳动者和技能型人才”；中共中央总书记习近平同志在全国职业教育工作会议上指出要“坚持产教融合、校企合作，坚持工学结合、知行合一”。

产学研是“产教融合、校企合作”的进一步深化于落实，其理念是科研、教育、生产不同社会分工在功能与资源优势上的协同与集成化，是技术创新上、中、下游的对接与耦合。产学研结合教育的根本意义在于以下几方面。

(1)有利于实现教学目标、助力教学教改。学生在企业实训基地实习期间，需综合了解工程背景、行业最新发展动态，基于理论知识查阅大量相关文献并进行提炼，从而参与方案制定、跟进产品生产；在校内科研实验室实践期间，需结合理论知识对实验原理、方案与过程获得整体认知；从而把枯燥的理论知识讲授转变为理论知识与实际应用的有效结合，从单向传授知识的演绎式教学转变为互动式双向教学，增进师生交流互动，进一步提高学生的学习兴趣，充分调动学生的主观能动性。而且，除了“教”与“学”的互动之外，实训是重要的学习契机，可加深学生对所学专业的认知、对未来从事行业的了解。

(2)有利于培养学生的综合专业素质，助力就业创业。综合专业素质包括知识、能力、素质三方面。学生全面发展与综合素质的提高，需要借助产业活动与科技实践[5]。产学研结合教育能使学生在掌握专业基础知识、学科前沿的同时，拥有将来实际工作所需的技能和能力。首先，学校通过“走出去、请进来”的模式与企业交流，为人才培养提供良好的条件与氛围；学生通过积累丰富的实训经验，具备就业创业竞争力和社会适应能力；其次，教师的科研成果能够在教学中得到应用，实现科研与教学相辅相成，而学生能够了解最新学术前沿及行业发展动态，同时具备企业需求的技术应用能力和职业素养。

(3)有利于提高师资队伍水平，助力专业建设。高校综合实力主要取决于教学实力与科研实力，具体涉及师资力量、科研成果、学科门类、仪器设备、教学设施、图书藏量等等，其中科研实力是高校的核心竞争力之一，其主要目的是为学科专业建设服务、促进科技成果产业化发展。专业建设是高校的基本工作，更是人才培养的基础。高校科研大多围绕优势学科方向开展，将人才培养与科学研究相结合、基础研究与技术创新相结合。目前，基于“互联网+”的产学研平台利用信息优势和创新资源推动了产学研合作的技术创新和知识创新，这为高校师资队伍建设提供了有力支撑，架起了企业、高校之间的桥梁。

3 建筑环境测试技术课程教学改革探索

目前，许多培养工程应用型人才的高校都将项目教学法作为教改课题的首选[6]。本文依据课程内容的特点与课程教学目标引入项目教学法，重点阐述其基本理念与实施方案。将产学研结合教育细化为理论知识与基础研究相结合、科研项目与企业创新相结合、教学成果实用化与技术成果市场化相结合，并着重阐明与之相应的项目教学法的具体实施方法与成效。

2003年7月，德国联邦职教所制订了以行动为导向的项目教学法，其实施方案是把整个教学过程分解为具体工程或事件，设计多个项目教学方案，按行动回路设计教学思路。学习重点在于学习过程而非学习结果，不仅向学生传授理论知识和操作技能，更重要的是培养其职业能力：方法创新能力、接纳新知识的能力、协作能力、社会能力。教师不占主体地位，而是学生学习过程中的引导者、指导者和监督者，学生具有90%的积极能动性。由此可见，项目教学法最显著的特点是以项目为主线、以教师为引导、以学生为主体，具体表现在目标指向的多重性、注重理论与实践相结合，这一理念与产学研教育理念完全吻合，可进一步细分为以下几方面。

3.1 立足纵向科研项目理论知识与基础研究相结合

根据现代高等工程教育注重学生工程实践能力和创新能力培养的特点，发挥教师承担大量纵向科研项目的优势，以项目为背景，注重理论知识与基础研究的结合。纵向科研项目按照性质可分为基础研究、应用基础研究、应用研究、开发研究，具有一定的指导性和引领性，是衡量高校科研水平的重要指标。而且，由于精密测量的需要，实验室往往采用最高端、最先进的仪器仪表、研究并探索最前沿的测试原理与方法。苏州科技大学建筑环境与能源应用工程专业教师承担的国家级和省部级科研项目如天然气水合物、替代制冷剂水合物、相变墙体节能材料等，既涉及传统的常用测试器具和方法(热电偶、热电阻、电磁流量计、高低温试验箱等等)，也包括最新的、最先进的测量手段(例如X-衍射谱仪、激光拉曼光谱、低温扫描电镜、高压差示扫描量热仪)。学生可基于教材理论知识以及先修课程的知识，从感兴趣的项目中选择相应子项目进行学习与跟进。

3.2 立足横向研发合作科研项目与企业创新相结合

横向科研项目来自于社会需求单位，研究内容更贴近社会需要，涉及科学研究、技术咨询、技术开发、技术服务等，是高校扩大对外联系、服务地方经济建设、提高科研水平和知名度的重要途径，对地方经济和社会发展具有重要作用。与纵向项目相比，横向项目立足于企业创新需求，且更注重实用性而非理论研究。苏州科技大学建筑环境与能源应用工程专业教师承担的横向科研项目例如大型公共建筑能耗系统节能新技术、既有建筑节能改造、毛细管辐射空调末端装置等，与本专业知识紧密结合，一些复杂技术和难题经教师分解之后，变为多个易于解决的小问题，例如收集大量实际生产与能耗数据、数据误差分析、节能方案调研，这均是学生可自行完成的小项目，有利于深化学习效果、锻炼学生的动手与实践能力、提高其知识应用与职业道德水平。

3.3 立足就业创业教学成果实用化与技术成果市场化相结合

随着本科生招生规模不断扩大，用人单位宁要一技之长的工人，而不愿录用只有理论知识而无实践经验和能力的本科生。但是，随着经济高速发展，企业又急需大量人才，国家也鼓励大学生创业。基于此，高校教学成果必须实用化而非停留在理论学习、获得学分与毕业证书、高分低能的阶段。对于科研而言，尤其是纵向科研项目，其技术成果不可仅用于应付项目结题、职称评定，而需面对瞬息万变的市场，实现科研产业化、市场化。例如，苏州科技大学建筑环境与能源应用工程专业自行设计、研制的焓差实验室利用空气焓差法测试空调机组制冷(热)量，系统结构包括外围保温结构(实现空间分割，确保人工模拟环境符合测试要求，减少热损失、降低能耗)、空气处理机组(空调柜体、风机、加热器、加湿器、制冷系统)、温湿度采样系统、空气流量测量装置、系统控制装置、测量数据采集系统。研制过程需综合考虑空调机组制冷能力、低温非稳态制热能力、功耗、COP、循环风量及季节能源消耗效率等。各个方面均可分解为多个子项目由学生实际设计并进行评判。而且，焓差实验室还具备对外承接企业空调性能测试项目的能力，学生在此过程中可开阔视野，对行业内的公司与企业获得基本认知，有利于其就业创业。

基于以上三方面，以“建筑能耗测量技术”这部分教学内容为例，具体阐述项目教学法的实施步骤。

(1)课堂讲授，突出重点，获得整体认知。着重讲解建筑物所消耗的热量、冷量来源、维护结构热工性能，使得学生对建筑能耗测量对象获得整体认知。简要提及待测参变量及其与先前课程内容的衔接。由于先修课程暖通空调[7]、建筑环境学已对室内设计参数、建筑负荷有了相关讲解，因此这部分内容在1个学时内即可讲授完成。

(2)项目分组，明确任务与目的。将纵向与横向科研项目“相变节能墙体材料”与“既有建筑节能改造”分为6个子项目—建筑平均室温、室外空气温度与风速测量；相变节能墙体材料理论及应用调研；相变节能墙体性能测定方案；既有建筑能耗测试与调研；既有建筑单位耗能量测量；既有建筑节能改造方案。根据学生的学习成绩与兴趣爱好，平均5～6名学生一组，明确每位学生的调研与测量任务，实现优势互补，同时锻炼其团队意识和协作能力。

(3)项目实施，了解各小组项目进度，分阶段评估并改进。每周2次检查项目实施进度。测量项目组应提供测量设备选型原则、测量方案设计例如测点设置、设备安装方法等；调研项目组应提供调研对象的基本原理、国内外发展现状、行业前沿及发展趋势；方案设计组应基于所学知识、相关文献提供切实可行的合理方案，并确定最终所选方案。项目组汇报工作进度过程中，教师应针对已完成的部分任务进行评价，并尽量引导学生朝着实用性、可行性方向考虑，方案应尽可能与时俱进。

(4)学生展示项目成果，教师予以修正完善并完成最终考核。展示过程依据学生的实际情况，可由每一名项目成员分别展示，也可由推荐小组代表完成。对于后一种情况，其他组员可酌情补充。由于各组任务不同，学生之间还可互相学习。通过教师的修正完善，学生可得到专业指导，更深刻地理解教学内容。考核方式避免传统的卷面成绩考核法，而是从创新学习能力、创新知识基础、创新思维能力、创新技能四方面构建产学研联动条件下的综合评价指标系统[1]。