基于新工科和OBE理念的建筑冷热源课程教学改革探索*

齐俊峰 齐子姝 蒋迪

摘  要  新工科建设对人才培养理念和教学模式提出新的挑战。根据建筑冷热源课程教学现状和存在的问题，开展基于OBE理念的教学改革与探索，结合“双碳”能源战略，整合教学内容，践行以系统性能力培养为核心目标的项目教学模式，探索知识、能力和素质协调发展的知行合一教育理念，建立以能力目标达成为主要指标的评价体系，调动学生学习热情，进一步提高解决复杂工程问题的能力及创新思维能力。

关键词  新工科；OBE理念；建筑冷热源；教学改革

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）18-0111-04

1  新工科和OBE理念

1.1  新工科的提出与内涵

2017 年，“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[1]奏响新工科建设的“三部曲”，开启新工科建设的元年。“复旦共识”探讨新工科的内涵特征、新工科建设发展的路线；“天大行动”提出“天大六问”，即“问产业需求建专业，问技术发展改内容，问学校主体推改革，问学生志趣变方法，问内外资源创条件，问国际前沿立标准”，指明新工科专业建设方向；“北京指南”提出新工科建设指导意见，即明确目标要求、更加注重理念引领、更加注重结构优化、更加注重模式创新、更加注重质量保障、更加注重分类发展。

新工科是基于国家战略新需求[1]，迎接世界竞争新挑战，支撑新经济蓬勃发展，突破核心关键技术，构筑未来全球创新制高点提出的。新工科应具备引领性、创新性、融合性和实践性的特征。新工科内涵是以应对变化[2]、塑造未来为指引，以继承与创新、交叉与融合、协同与共享为主要途径，实现从学科导向转向以产业需求为导向，培养未来多元、创新的卓越工程人才[3]。

1.2  OBE理念

OBE（Outcome-Based Education，成果导向教育）理念由Spady等于1981年首次提出[4]，很快得到西方社会的重视与认可，美国工程与技术教育认证协会（ABET）全面接受OBE理念并融入工程教育认证标准。我国于2016年6月加入《华盛顿协议》，成为该协议的成员国，标志着我国的工程教育与国际社会实质等效。OBE理念核心是“成果导向、以学生为中心、持续改进”。

OBE理念是指以学生学习成果为导向的教育理念，遵循“正向设计、反向实施”的教育模式，成果是指学生通过学习后能够获得的能力[5]，强调教学设计和教学实施以学生的学习成果为核心，反向设计教学培养框架和成果评价体系，指导学生渐进式学习，并对学习成果进行评价，保证教学质量的提高。

2  建筑冷热源课程教学现状

2017年，吉林建筑大学建筑环境与能源应用工程（简称“建环”）专业被确定为省级“新工科示范建设专业”。为响应新工科建设的国家战略要求，以新工科建设和OBE理念为指引，对建筑冷热源课程进行深入剖析，得出以下结论。

2.1  教学内容与社会需求不适应

2020年，我国提出“双碳”战略，能源革命的号角已经吹响，建筑能源结构已经开始作出重大调整，节能减排任务的重要性更加凸显。传统的压缩式制冷技术+燃煤锅炉房供热技术简单组合的教学内容与“双碳”战略引领的能源革命需要不适应，主要表现为：

1）不能满足建环专业人才培养的厚基础、重实践需求；

2）不能满足清洁能源、可再生能源与传统能源共存的知识结构需求；

3）不能满足节能减排、可持续发展的工程素养提高需求；

4）不能满足地方院校服务地方经济发展的地域特色需求。

2.2  单元模式与工程能力培养不适应

2.2.1  课程信息量大而无序

除制冷原理、制冷设备、制冷剂、燃料燃烧、锅炉设备、水处理设备、烟风系统等基本内容外，还融入新能源、清洁能源、环境保护、可持续发展等内容，随着能源革命的深入，课程的教学内容不断丰富。

2.2.2  各单元内容相对孤立

建筑冷热源的各单元教学内容之间相对独立，教学中重视知识的传授，不注重各单元内容衔接与知识应用，课堂教学中各单元知识进一步碎片化，与工程的系统性和整体性理念相悖，不适应工程能力的培养。

2.3  教学理念与学生发展不适应

以教师为中心的教育是把知识传授给学生，教师与学生之间的关系是“授”与“受”，教师是知识的拥有者，学生是知识的接受者。教师把授课知识写成教案“背”给学生，或者教师把学习内容写入课件“念”给学生，教学强调教师一桶水，学生一杯水，教学是倒水过程。这种以教师为中心的满堂灌和车厢式教学模式，既不注重调动学生的学习热情和参与度，也不注重知识的运用与思考，不适应新工科背景下学生能力的发展和素质的提高。

2.4  评价单一与能力导向不适应

课程教学目标是以培养学生的建筑冷热源工程实践能力为核心，兼顾知识应用、能力培养与素质提高的协调发展。但课程评价方式过分强调期末考试的终结性评价，轻视各学习过程的形成性评价，并且评价内容多以知识为主，因此，评价结果只能反映学生的知识记忆能力，体现学生知识积累多少，不能反映知识应用、工程能力和人文素养。评价结论与课程目标没有明确的映射关系，不适应OBE理念下的能力导向需求。

综上所述，建筑冷热源在课程设计和教学活动等方面均未很好地体现OBE的理念，无法满足专业认证和卓越工程师培养的需求。因此，针对建筑冷热源课程教学现状和存在问题，开展教学目标、教学内容、教学模式、教学理念和教学评价的全方面改革与探索，对于培养学生工程实践能力、达成课程能力目标具有重要意义。

3  建筑冷热源课程教学改革与实践

3.1  以产出为引领，重构课程内容

针对课程培养目标对建筑冷热源的知识需求，本课程基于“继承与创新、交叉与融合”新工科建设理念，对传统教学内容进行大幅度整合，新增教学内容优化融合，保证基础够用，突出应用。

3.1.1  调整燃煤锅炉教学内容

“双碳”时代，正逐步压减燃煤调峰热源建设，但严寒地区供热燃煤调峰热源在一段历史时期必然客观存在。以服务地方经济为使命，以燃煤锅炉工程实践能力人才培养为目标，教学内容做适切调整，一方面优化燃煤锅炉房设计和锅炉房运行管理知识，另一方面删除锅炉应力及热力计算知识，确保教学目标与工程实践无缝衔接。

3.1.2  增加燃气锅炉安全应用

天然气由餐饮、工业和交通领域应用逐步进军建筑供热领域，燃气锅炉逐渐取代燃煤锅炉成为严寒地区的调峰热源。因此，在掌握锅炉构造基础上，加强燃烧器和燃气锅炉房安全的学习，满足清洁能源的时代要求。

3.1.3  强化热泵的应用

热泵作为节能技术，将在建筑供热领域占有重要的一席之地。在逆卡诺循环理论、制冷剂及相关设备学习的基础上，强化空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵等系统设计和运行调试，满足节能减排的技术升级。

3.1.4  融入节能、环保和可持续发展内容

课程内容调整中，有机融入节能、环保、技术经济、职业伦理和可持续发展等内容，使其内化为工程实践的理念。

3.2  以成果为导向[6]，践行主线教学模式

教学的本质是知识的学习和能力的培养。传统的课堂教学十分重视知识的传授与构建，为达此目标，教师会将专业知识划分为若干独立的便于操作的课程单元，每一个课程单元变成边界清晰、内容独立的知识单元，而这些知识单元再通过多次课堂传授，学生获得的只是知识碎片。这样的教学模式就好比一棵树[7]，只见到树木的根、茎、枝、叶，不见整棵树木，会大大弱化知识单元之间固有的学科联系，阻碍工程能力的培养。

成果导向打破单元模式下对知识结构的碎片化分割，构建以建筑冷源系统设计和锅炉房系统设计为主线的项目教学模式，教学活动各个环节聚焦于建筑冷源系统设计和锅炉房系统设计的最终目标的达成，知识构建关注主线目标的知识系统性、完整性和科学性，每一堂课的教学都是基于主线目标的达成，对课程内容、教学资源和教学方法进行反向设计。

每次教学活动以实现主线目标为出发点，通过“学习知识—分析问题—解决问题—培养能力”正向实施，每次课教学产出（工程能力）支撑主线目标。项目主线教学模式充分显示，每堂课以工程项目主线目标为导向，有利于工程能力的培养；教学目标明确，有利于调动学生学习的积极性；教学产出与课程目标相呼应，有利于学生达到顶峰成果。

3.3  以学生为中心[8]，落实知行合一理念

以学生为中心的教学的主体是学生，教学的本质是会学，教学的目的是学会。传统教学模式是“三中心”教学，教师为中心、课堂为中心和课本为中心。“三中心”教学模式在传授知识方面是一条捷径，但不利于调动学生学习的积极性，不利于学生对知识的探索和能力的培养。以学生为中心的教学始终把学生放在主体位置，始终体现以生为本，学生是知识的探索者、构建者、孜孜不倦的追求者，教师是教学过程的主导者、推动者和帮助者。课程以建筑冷源系统设计和锅炉房系统设计为主要线索，教师对教学目的、教学内容、教学方式和教学过程进行精心设计，调动学生的主动性、能动性和创造性，引导学生完成各种教学活动，向预期教学目标迈进。

教学的本质是会学，不在于传授知识，而在于积累知识、发展能力和提高素质三者同步螺旋上升，强调知识、能力和素质相互促进。学是思的基础，思是学的深化，“学而不思则罔，思而不学则殆”，思考是智慧的钥匙，是认知的催化剂。在建筑冷源系统设计和锅炉房系统设计为主线的教学组织模式下，重视案例教学方法，以工程项目设计达成为目的，提倡在知识传授中适时切入工程案例，引导学生运用所学知识分析问题、提出方案，在思中学、做中学，做到学思结合，践行知行合一。同时，十分重视启发式教学，要求教师有很高的业务素质和教学水平。《论语·述而》主张“不愤不启，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也”，教育之功在引导，贵在转化，妙在开窍。

教学的目的是学会，学会不是积累多少知识，而是能做什么。从教育本源看，知识是基础，是静态的；能力与素质是目标，是动态的。知识积累固然重要，没有知识的能力和素质是无源之水、无本之木，但教育强调知识、能力与素质相互促进、共同发展，通过知识学习，深入思考和实践，激发创造能力，达成课程目标。建筑冷源系统设计和锅炉房系统设计的工程能力是本课程的核心目标，以工程设计为主要线索，以综合能力培养为最终目的，在教学过程中不断促进知识、能力与素质的综合提高，达成高峰课程成果。

3.4  以能力评价为核心，改进课程评价体系

传统的教学评价主要是终结性的，重点在于评定、区分和选拔，忽视评价的诊断和改进功能。评价方式主要是期末考试，注重知识记忆，注重定量结果，不利于学生能力的培养。因此，提出以能力评价为核心的能力评价体系，以促进学生综合素质发展为宗旨，在不同教学情境下，通过多种渠道考查学生掌握知识和应用知识的水平与能力。能力评价方式包括：

1）视频学习，根据网络平台教学视频记录考查教学视频学习完成情况和作业完成情况；

2）雨课堂成绩，了解学生对知识的理解程度；

3）小组讨论和课堂发言，通过小组讨论及课堂发言情况，了解学生分析问题能力、语言表达和沟通能力；

4）大作业答辩和报告，考查学生对基本概念的理解和掌握水平；

5）设计型作业和汇报，考查学生分析问题能力、语言表达能力、沟通能力和创新能力；

6）实验，通过实验考查学生分析问题能力、数据处理能力和研究问题能力；

7）期末开卷考试，考查学生对知识的掌握程度和运用理论知识分析判断问题的能力。

能力评价体系包括形成性评价和终结性评价，但强化持续改进功能关键在于落实形成性评价。通过教学活动中各个环节的能力形成评价，教师激励学生、学生之间相互激励，激发学生求知的热情和对知识建构的参与，树立进一步学习知识与发展能力的信心。同时，评价结果将构成学生的监控与反思，进一步调整学习策略，逐步达成课程目标。

4  结束语

在新工科建设背景下，以OBE理念为导向，针对建筑冷热源课程教学现状进行反思，提出课程改革的必要性。以教学产出为引领，以“继承与创新、交叉与融合”为原则，重构教学内容，推动专业的发展；为避免教学中盲人摸象般知识碎片化学习，基于OBE理念“反向设计、正向实施”的基本原则，践行工程项目为主线的项目教学模式，改善学生对课程体系认知；以学生为中心，提出知行合一，知识、能力和素质三者协调发展的教学理念，调动学生的学习热情，提高学生的工程实践能力；制定能力为导向的评价机制，评价中十分注重过程评价和能力评价，通过教师激励和学生之间的相互激励，以及学生的自我监控，强化评价机制的诊断和改进功能，通过不断的努力达到最终学习成果。总之，以OBE理念为导向的教学模式实践，可以锻炼学生的工程实践能力和创新精神，有利于卓越新工科人才培养，从而取得理想的教学效果。

参考文献

[1] 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 夏建国，赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究，2017（3）：15-19，65.

[3] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4] 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[5] 周洪波，周平.基于OBE理念的高校教学模式改革研究[J].中国成人教育，2018（4）：92-94.

[6] 李志义.成果导向的教学设计[J].中国大学教学，2015（3）：32-39.

[7] 蒋丽霞.成果导向教育（OBE）理念下的课堂教学模式探析[J].美与时代，2017（12）：128-129.

[8] 顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式：汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[9] 许兰娟.基于OBE理念的安全系统工程混合式教学模式探索[J].中国现代教育装备，2019（17）：52-54.

*基金项目：吉林省2020高等教育教学改革研究课题“新工科背景下建筑环境与能源应用专业人才培养模式的改革与实践”（新工科专项，编号：202028579ZY008K）；吉林省教育科学“十三五”规划2020重点课题“基于OBE理论的建环专业应用型人才培养模式研究与实践”（编号：ZD20015）。

作者：齐俊峰，吉林建筑大学市政与环境工程学院，教授，研究方向为高等教育教学；齐子姝，吉林建筑大学市政与环境工程学院，博士，副教授，研究方向为高等教学方法；蒋迪，吉林建筑大学市政与环境工程学院，讲师，研究方向为高等教学管理（130118）。