结合OBE理念探索研讨式教学在工程教育实践课程中的应用

胡榕 韩杰 郑文亨

摘  要 以建筑环境与能源应用工程专业暖通空调综合课程设计为例，说明研讨式模式在实践课程教学中的具体应用。基于问题情境，通过讨论分析拆解问题任务，构建知识框架，建立工程思维，培养学生解决工程问题的能力。

关键词 OBE;新工科;工程教育;研讨式教学;暖通空调综合课程设计

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）17-0065-03

0  引言

2016年6月2日，中国正式加入“华盛顿协议”，要求按照国际标准实质等效的标准来培养学生，核心是培养“解决复杂工程问题”的能力[1]。同时，为了应对新一轮产业变革，教育部积极推动新工科建设，探索领跑全球工程教育的中国模式，先后形成“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”。目前我国大部分高等院校的工程教育模式仍以技术范式为主，以某一基础专业为核心开展相关课程的教学，着重阐释领域内的技术问题，以技术的先进性、复杂度作为成果评价标准[2]。而工程是指数学、自然科学和工程知识、技术和技能整体的、有目的性的应用，强调了知识、技术及技能使用的目的性和可靠性。同时，工程需兼顾社会效益、环境效益和经济效益，其要求超越了单一学科知识领域的范畴[1]。

1  OBE理念与研讨式教学

以课程为基础的传统教学模式中，教学环节较为简单，缺乏各课程之间相关知识的说明、阐释与讨论;学生多以应试为主，往往“学一门丢一门”，难以独立、系统地构建专业知识网络，在掌握各门科学知识后难以形成完整的解决复杂工程问题的能力。

为了解决工程教育与其行业实践脱离的问题，美国工程与认证委员会（ABET）曾发布工程标准2000，由工程教育投入性评估转向输出性结果的评估，美国工程教育范式相应地逐渐从科学技术转向工程实践[3]。

宋妍[4]从美国大学教育中得到启示，指出其采用的研讨式教学法对培养学生批判性思维、提高解决问题能力有着积极的作用。她观察到，在美国高校的教学中，教师往往通过提出问题、提供线索，引导学生创设多种情境，鼓励学生找资料、调查及讨论等活动探索解决问题的方法。在此过程中，学生成为学习的主动参与者，扩展原有知识体系，提高运用知识解决问题的能力;而教师则成为辅导者，引导学生建立各个知识点间的逻辑关系，培养学生思维习性，对学生学习过程中的異质性和不确定性给予及时的认可和鼓励。

2  研讨式教学在高等工程教育实践课程中的应用

实践课程不应仅为了检验或深化理论知识，也为学生应用知识、扩展知识提供了切实的问题情境，是学生锻炼动手能力、培养工程思维、提高解决工程问题能力的重要活动。因此，结合OBE理念设置问题情境，通过研讨引导学生认识知识与问题、问题与课程间的支撑关系，使学生从被动学习转为主动探索，构建专业知识网络，结合非技术因素的影响思考问题解决的可行方法，逐步形成工程思维。下面以建筑环境与能源应用工程专业暖通空调综合课程设计为例，说明研讨式教学在其中的应用。

建筑环境与能源应用工程是通过采用一系列建筑设备为建筑营造一个适合生产、生活的内部环境，并对建筑设备的运行进行调节控制以降低建筑能耗，学科基础跨土木工程、建筑学、环境科学与工程、工程热物理四个一级学科。 其中暖通空调综合课程设计是独立于相关课程空调与制冷和供热与锅炉的重要实践教学环节，要求学生综合运用课程理论知识，通过查阅各种文献资料、技术手册、行业规范，学习相关设计工具，初步掌握工程设计的一般方法，了解工程设计的原则和步骤，完成图纸设计及计算说明书的撰写，培养独立分析和解决一般工程实际问题的能力。笔者根据课程特点、毕业要求和学生知识经验，将教学过程分为思路规划、方案讨论、计算和图纸绘制、设计优化及成果展示与评价四个阶段。

2.1  思路规划

这一阶段教学目标是能够初步建立系统工程概念，初步了解工程设计方法和系统设计步骤。在先前相关理论课程的学习中，多数学生仅掌握了知识内容本身，对知识架构缺乏探究，在设计初期难以说明所学知识对系统设计的支撑作用。根据OBE理念，结合研讨式教学，教师设立具体的问题情境，引导学生进行集中讨论，采用思维导图分析，拆解任务，形成初步设计思路。

比如在舒适性空调系统设计中，学生通过对目标问题的分析找出关键词——维持、建筑和舒适水平。课堂上，教师引导学生思考并提出各级子问题并标上序号（见图1），然后要求学生分组讨论，思考解决子问题的途径，所涉及的参数、系统和设备等信息，明确哪些信息或参数是已知的或通过查阅文献资料获得的，哪些参数是经计算或图纸设计后获得的。课后要求学生根据思维导图和子问题列出本次设计的任务清单及进度计划，列出完成各步骤所用到的参考文献。

2.2  方案讨论

思路规划之后，可开展系统方案设计。该阶段要求学生了解方案设计中的技术、环境和经济等影响因素，学会通过查阅行业标准、规范、手册等文献资料解决问题，逐步构建工程思维，包含独立思考、小组讨论和班级讨论三个阶段。首先，学生根据思维导图及步骤1、2的计算结果，独立地对给定建筑选择可能的空调形式和冷热源形式。其次，学生在小组内就方案的技术可行性进行探讨，同时考虑环境、社会和经济等影响因素;教师适时介入讨论，指导学生查阅相关规范、标准和手册解决问题。最后，每组选出代表性方案参与班级讨论。为提高学生的积极性，同时了解专业相关岗位的工作内容，讨论课通过角色扮演的形式进行（见图2）。

2.3  计算及图纸绘制

该阶段学生根据方案讨论结果调整进度计划，独立进行图纸设计及计算书撰写，要求学会通过查阅相关文献资料深化专业知识，学会使用现代专业工具表达设计思想。在此期间，教师不定时进入小组检查设计过程，就共性问题开展讨论，帮助学生扩展设计思路，及时纠正设计错误。

2.4  成果展示与评价

最后，为了巩固学生对专业技术知识的掌握，提升工程思维和表达能力，要求每组学生展示代表性成果，并根据专业标准和规范作出评价，引导学生对设计内容、设计重点进行归纳、总结。

3  结语

虽然一般工程问题的解决有较明确的思路，但因建筑功能、地理环境、经济水平等因素的影响，需要设计人员具有全局意识，保障技术方案的可行、可靠。以OBE为理念，反向设计教学过程，以构建学生工程思维、提高解决工程问题能力、培养团队精神、提高沟通能力为目标，借助研讨式教学模式，从问题情境出发，引导学生讨论、分析问题和拆解任务，通过知识回顾及查阅文献资料建立问题任务与技术知识的联系;鼓励学生通过角色扮演学会换位思考，结合工程要求、地理环境、经济水平等非技术因素进行方案设计;要求学生经独立设计后进行总结和评价。在此过程中，教师虽然仅是引导和辅助作用，但由于工程设计有较强的系统性、严谨性，教师要做到心中有数，及时发现学生在设计过程中的知识盲点、逻辑弱点，肯定学生工作的同时引导学生发现问题、开阔思路，让学生既感受到系统设计的成就感，又清晰地认识到自身的不足，有为解决问题而进一步学习的信心和动力。

参考文献

[1]杨毅刚，孟斌，王伟楠.如何破解工程教育中有关“复杂工程问题”的难点：基于企业技术创新视角[J].高等工程教育研究，2017（2）：72-78.

[2]周玉容，张安富，李志峰.中国高等工程教育改革现状、矛盾与转型：基于公立本科院校工科教师的调查分析[J].高教发展与评估，2020，36（3）：14-23.

[3]张男星，张炼，王新凤，等.理解OBE：起源、核心与实践边界：兼议专业教育的范式转变[J].高等工程教育研究，2020，3：109-115.

[4]宋妍.美国大学研讨式教学方法：内涵、特点及启示[J].教师教育论坛，2017，7（30）：86-89.