奧爾堡模式在金課建設(shè)中的實踐
——以空調(diào)工程為例

屈 元 黃 翔 強(qiáng)天偉 孫鐵柱 趙 娟

（西安工程大學(xué) 西安 710048）

0 引言

20世紀(jì)60年代后期，西方爆發(fā)了大規(guī)模的學(xué)生運(yùn)動，傳統(tǒng)教育制度受到批判，學(xué)生呼吁改革教師單向傳授這種枯燥的教學(xué)方法，要求建立以學(xué)生為本的學(xué)習(xí)環(huán)境。到了70年代，丹麥、德國、荷蘭等工業(yè)化發(fā)達(dá)的國家對工程師的工程實踐能力提出新的要求。他們提出將真實工程世界體驗貫穿于工程教育過程中，工程師要能解決實際工程問題，即工程教育要回歸工程實踐的整體環(huán)境中[1]。在此背景下，丹麥奧爾堡大學(xué)從1974年成立伊始就在學(xué)校所有院系建立了基于問題的學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，PBL）基礎(chǔ)上的項目導(dǎo)向（Project-Oriented Learning）的工程教育教學(xué)模式。奧爾堡模式也成為PBL 模式應(yīng)用在工程教育領(lǐng)域中的典范，在全球范圍內(nèi)被多所高校接受[2]。

.新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革為我國工程教育提供了發(fā)展契機(jī)和挑戰(zhàn)。一方面，工業(yè)發(fā)展對人才需求增加，學(xué)生的就業(yè)面更廣；另一方面，用人單位要求工科院校的畢業(yè)生具有一定的實踐動手能力、處理實際問題的應(yīng)變能力、團(tuán)隊合作能力和創(chuàng)新能力[3]。2018年6月教育部在新時代中國高等學(xué)校本科教育工作會議上提出了建設(shè)“一流本科教育”，打造“金課”的任務(wù)。一流本科教育，專業(yè)是基本主體，課程是核心環(huán)節(jié)。課程建設(shè)既是黨和國家事業(yè)發(fā)展對優(yōu)秀人才的迫切需要也是引導(dǎo)學(xué)生求真學(xué)問、練真本領(lǐng)、成為具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才的需要[4]。而奧爾堡模式經(jīng)過多年的廣泛應(yīng)用實踐被證明在以上方面有著顯著的優(yōu)勢，能夠為建設(shè)“金課”提供啟發(fā)和借鑒。

1 奧爾堡模式的特點(diǎn)

奧爾堡模式的核心特點(diǎn)是基于項目的課程框架，如圖1所示。在奧爾堡大學(xué)學(xué)生每學(xué)期需要修滿30 分的歐盟通用學(xué)分（ECTS）。其中，課程學(xué)分為7.5-15，項目工作占15-22.5。一個學(xué)期約5個月，課程和項目工作為期4 個月，第5 個月為考試月。項目工作圍繞學(xué)習(xí)主題進(jìn)行。教學(xué)工作組每學(xué)期制定一個學(xué)習(xí)主題，圍繞這個主題確定本學(xué)期課程體系框架，包括課程和項目兩個部分。課程分為一般性課程和項目課程。一般性課程類似于國內(nèi)的公共基礎(chǔ)課，為學(xué)生提供基礎(chǔ)知識。項目課程根據(jù)學(xué)期主題設(shè)置，學(xué)生從中學(xué)習(xí)與項目有直接關(guān)系的知識。項目工作是貫穿奧爾堡大學(xué)PBL 教學(xué)的主線。每學(xué)期前兩個月集中課堂授課，為期兩周的迷你項目與課程同步開展。迷你項目以項目提案寫作為主要內(nèi)容，為學(xué)生開展學(xué)期主項目提供初步的嘗試性體驗。在接下來的兩個月，學(xué)生全部學(xué)習(xí)時間都投入到項目工作中。項目工作量占學(xué)期總學(xué)時的50%，項目課程與項目工作合計占學(xué)期總學(xué)時的75%。

圖1 對奧爾堡大學(xué)的課程結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比。傳統(tǒng)高校課程體系呈金字塔結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定的課程結(jié)構(gòu)意味著由教師決定教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度以及教育過程。教學(xué)內(nèi)容以理論知識學(xué)習(xí)為主，學(xué)生的理論基礎(chǔ)較扎實，但理論知識與實踐應(yīng)用存在脫節(jié)情況。奧爾堡大學(xué)通過真實的問題情境來設(shè)計課程結(jié)構(gòu)，學(xué)生能夠?qū)⒄n本知識直接用于項目工作，其工程實踐能力在真實的工程環(huán)境中得到鍛煉。因此，從課程框架上變革是實踐奧爾堡模式的必要條件。

除了上述核心特點(diǎn)外，以學(xué)生為中心（Student Center）的教育理念、產(chǎn)出導(dǎo)向（Outcome Based Education,OBE）的教育體系和全過程多元化學(xué)習(xí)效果評價體系也貫穿奧爾堡大學(xué)教學(xué)過程中，成為該模式成功的保證。

2 基于奧爾堡模式的教學(xué)設(shè)計

2.1 構(gòu)建學(xué)期學(xué)習(xí)主題

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)第5 學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程有空調(diào)工程、流體輸配管網(wǎng)、制冷工程，供熱工程等。由于課程間沒有建立起相互聯(lián)系的紐帶，學(xué)生學(xué)習(xí)時只將其孤立地看成一門門課程。而實際工程中遇到的問題往往是復(fù)雜的，解決復(fù)雜工程問題的能力是畢業(yè)生必須具備的核心能力，而復(fù)雜問題往往是多學(xué)科交叉或跨學(xué)科問題。將孤立的，碎片化的專業(yè)知識系統(tǒng)化體系化是教學(xué)改革的重要任務(wù)。

此外，現(xiàn)有的實踐學(xué)時雖然達(dá)到了培養(yǎng)計劃的要求，但理論課與實踐課銜接不緊密，學(xué)生在理論教學(xué)中缺乏應(yīng)用實踐訓(xùn)練，使其對基本理論的理解和基本技能的鍛煉不足。這大大影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，理論聯(lián)系實際的能力弱。

針對上述問題，提出“空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計”的學(xué)習(xí)主題。該主題涵蓋了畢業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中的大部分內(nèi)容，符合OBE 的教學(xué)導(dǎo)向。以空調(diào)工程、流體輸配管網(wǎng)和制冷工程作為項目課程，將學(xué)習(xí)主題作為學(xué)期主項目，項目與課程同步開展，以項目任務(wù)推動學(xué)習(xí)進(jìn)行。

2.2 項目導(dǎo)向的線上線下學(xué)習(xí)

根據(jù)學(xué)習(xí)主題學(xué)生需要識別問題，定義問題、分析問題和解決問題。項目課程為學(xué)生提供了理論基礎(chǔ)和方法。例如在項目工作的準(zhǔn)備階段學(xué)生按小組設(shè)計不同類型的建筑物作為學(xué)期項目的設(shè)計對象。學(xué)生不僅要對不同功能建筑的空氣調(diào)節(jié)類型進(jìn)行區(qū)分，還要確定空調(diào)系統(tǒng)的具體任務(wù)。確定好各自的項目后學(xué)生遇到的問題是需要確定設(shè)計參數(shù)，這些參數(shù)如何獲得，如何計算建筑物的負(fù)荷等問題。

表1 列出了項目工作三個階段的課程支撐情況和主要針對的能力訓(xùn)練類型。在教學(xué)內(nèi)容的安排和教學(xué)進(jìn)度的設(shè)計上突出項目導(dǎo)向的作用。課程教學(xué)內(nèi)容根據(jù)項目需求推進(jìn)并發(fā)布在本地學(xué)堂云平臺上，線下采用學(xué)生和教師討論為主的學(xué)習(xí)模式。

表1 三個學(xué)習(xí)階段的課程支撐情況和針對的能力訓(xùn)練類型Table 1 Curriculum support and abilities training for the three learning stages

線上學(xué)習(xí)資源包括國家級精品在線課程“暖通空調(diào)”、主講教師自建教學(xué)微課、習(xí)題庫、教學(xué)課件，課程思政教學(xué)、課外學(xué)習(xí)視頻資源和圖文資源等。

線下課堂教學(xué)中采用課堂彈幕、課堂投稿、課上課下討論區(qū)互動、隨機(jī)測評、小組學(xué)習(xí)互評等教學(xué)輔助工具提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和參與度。課后發(fā)布學(xué)習(xí)通知，學(xué)習(xí)資料，進(jìn)行在線測驗、批改作業(yè)、在線為學(xué)生提供實時輔導(dǎo)答疑等延展師生互動交流的時間和空間。

2.3 學(xué)習(xí)評價機(jī)制和競賽培育機(jī)制

學(xué)習(xí)評價方式對學(xué)生學(xué)習(xí)過程影響最大。對2016 和2017 級的問卷調(diào)查表明，68%的學(xué)生認(rèn)為當(dāng)前以筆試為主的的考試機(jī)制不能全面評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，即單一的評價機(jī)制不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。奧爾堡大學(xué)學(xué)習(xí)評價體系由評價方法和工具、評價標(biāo)準(zhǔn)、評價主體（或途徑）構(gòu)成。評價方法上以形成性評價為主，貫穿學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程；評價標(biāo)準(zhǔn)采用基于ECTS 的七級標(biāo)準(zhǔn)；評價工具主要有四種：筆試、口試、周期任務(wù)評價和課程參與評價[5]。

借鑒奧爾堡大學(xué)評價體系，提高形成性評價比例，學(xué)習(xí)過程評價采用線下和線上評價相結(jié)合的形式。線下評價包括課堂學(xué)習(xí)參與度、課堂討論情況、答辯情況等。線上評價包括幕課和微課視頻觀看、線上討論參與度、線上作業(yè)提交情況和線上其他學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)情況等。評價主體為教師、學(xué)生和行業(yè)專家的多元主體。

競賽活動的評量由國家相關(guān)機(jī)構(gòu)、行業(yè)協(xié)會、知名企業(yè)等組織方的專家評審進(jìn)行，評價結(jié)果具有較高的權(quán)威性，在學(xué)科競賽中獲獎的學(xué)生往往受到就業(yè)單位的青睞。通過學(xué)科競賽激勵選拔出優(yōu)秀團(tuán)隊，由教師團(tuán)隊進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)和培育后參加相關(guān)學(xué)科或綜合學(xué)科競賽的學(xué)習(xí)活動。通過參加競賽提高了學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和學(xué)習(xí)動力。

3 教學(xué)實踐結(jié)果分析

3.1 項目導(dǎo)向的教學(xué)實踐

教學(xué)實踐第一階段為項目導(dǎo)向的實踐階段。這一階段工作包括課程學(xué)習(xí)目標(biāo)制定、學(xué)習(xí)效果評價建立、學(xué)習(xí)主題確定和課程內(nèi)容整合等。主要實踐對象為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)2016 級和2017 級共113 名學(xué)生。

課程目標(biāo)從國家社會及教育發(fā)展需求、行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及職場需求、學(xué)生發(fā)展及期望和學(xué)校定位及發(fā)展目標(biāo)四個方面建構(gòu)。其中職場需求通過對2016屆、2017 屆和2018 屆本專業(yè)222 畢業(yè)生就業(yè)情況和所涉及的18 個行業(yè)進(jìn)行了調(diào)查。對2016 級和2017 級共113 名學(xué)生做了發(fā)展和期望的問卷。通過以上調(diào)查建立課程的三級培養(yǎng)目標(biāo)。

教學(xué)實踐過程中對課程前期和后期進(jìn)行了學(xué)習(xí)情況調(diào)查問卷，問卷主要了解新模式對學(xué)生學(xué)習(xí)動力、學(xué)習(xí)參與度、交流合作和學(xué)習(xí)能力提升等方面的影響。圖2 是學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力前期和后期對比結(jié)果。課程開始前對本專業(yè)有興趣的學(xué)生僅占14.8%，對專業(yè)無興趣的學(xué)生占51.9%。進(jìn)一步調(diào)查表明造成這一結(jié)果的原因是88.9%的學(xué)生并非出于興趣而選擇該專業(yè)，受其影響學(xué)生學(xué)習(xí)動力明顯不足。采用基于問題的項目導(dǎo)向式教學(xué)方法后，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高到37.5%，無學(xué)習(xí)興趣的比例降低至14.5%。

圖2 項目導(dǎo)向模式對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動力的影響Fig.2 The impact of project-oriented model on students'learning interest and motivation

圖3、圖4 和圖5 分別是該模式對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、項目工作中的同伴學(xué)習(xí)能力和師生互動交流的影響。結(jié)果顯示采用該教學(xué)模式后以上能力都有顯著提升。其中認(rèn)為團(tuán)隊項目工作對個人自主學(xué)習(xí)能力和同伴學(xué)習(xí)能力的提升最大，分別達(dá)到了83.1%和78.0%。有88.1%的學(xué)生認(rèn)為課堂評價方法的采用顯著增強(qiáng)了師生互動的機(jī)會，加強(qiáng)了師生間的交流。

圖3 項目導(dǎo)向模式對自主學(xué)習(xí)能力的影響Fig.3 The impact of project-oriented model on autonomous learning ability

圖4 項目導(dǎo)向模式對同伴學(xué)習(xí)能力的影響Fig.4 The impact of project-oriented model on peer learning ability

圖5 項目導(dǎo)向模式對師生互動的影響Fig.5 The impact of the project-oriented model on teacher-student interaction

3.2 基于項目導(dǎo)向的線上線下教學(xué)實踐

教學(xué)實踐第二階段為線上線下教學(xué)實踐階段。這一階段工作涉及到線上學(xué)習(xí)資源的建設(shè)和整合、線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計、線上線下學(xué)習(xí)過程評價等問題。受新冠疫情影響主要實踐對象為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)2019 級共52 名學(xué)生。

在課程開始前對傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響因素的調(diào)查結(jié)果如圖6所示。該結(jié)果顯示同伴影響、單一評價機(jī)制和學(xué)習(xí)資源缺乏是影響學(xué)習(xí)效果的三個主要因素，分別占58%、48%和42%。采用線上線下項目導(dǎo)向的教學(xué)后，同伴負(fù)面影響降低至13%，受學(xué)習(xí)資源不足的影響下降至10%，如圖7所示。圖8 顯示了學(xué)習(xí)評價機(jī)制改進(jìn)后促進(jìn)了學(xué)生日常學(xué)習(xí)管理。圖9 為學(xué)生對基于項目導(dǎo)向線上線下教學(xué)模式的接受度。對于首次接觸該模式的學(xué)生，94%的學(xué)生表示能接受這種教學(xué)模式，其中19%的學(xué)生表示完全能接受。說明該模式應(yīng)用于工程教育是可行的。

圖6 傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)習(xí)效果影響因素Fig.6 Influencing factors of learning effect in traditional teaching mode

圖8 學(xué)習(xí)評價方式對日常學(xué)習(xí)的影響Fig.8 The impact of learning evaluation methods on daily learning

圖9 學(xué)生對基于項目導(dǎo)向線上線下教學(xué)模式的接受度Fig.9 Students'acceptance of project-oriented online and offline teaching models

實施了項目導(dǎo)向的線上線下混合式教學(xué)后，學(xué)生學(xué)習(xí)時間延長、學(xué)習(xí)工作量增加、內(nèi)容上提高了難度和深度，符合金課“兩性一度”的建設(shè)要求。然而從圖7 中也看到課外時間不足、自我管理能力不夠和缺乏對新教學(xué)模式體驗是實施項目導(dǎo)向線上線下教學(xué)的影響因素。而這些因素的改善需要自上而下的調(diào)整和自下而上不斷的實踐。

圖7 影響學(xué)生接受項目導(dǎo)向的線上線下教學(xué)的因素Fig.7 Factors affecting students'acceptance of project-oriented online and offline teaching

3.3 其他教學(xué)實踐成果

通過項目導(dǎo)向PBL 教學(xué)模式和競賽激勵機(jī)制，教學(xué)團(tuán)隊重點(diǎn)培育了由2016 級、2017 級和2018級學(xué)生組成的6 支學(xué)生團(tuán)隊參加了2020年“賽迪環(huán)保杯”第十三屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、2020年“天加杯”第十四屆中國制冷空調(diào)行業(yè)大學(xué)生科技競賽、2021 全國高校BIM 應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計大賽、2020年“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國紡織類高校創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)大賽校內(nèi)賽。通過外部評價這6 支團(tuán)隊均獲得優(yōu)異成績。其中一項競賽團(tuán)隊作品獲得國家實用新型專利授權(quán)。參賽學(xué)生發(fā)表核心期刊科技論文一篇。

4 結(jié)語

基于問題和項目的學(xué)習(xí)模式為學(xué)生營造了具體而真實的工程世界。在真實工程實踐的問題或項目中學(xué)生可以經(jīng)歷工程實踐的核心過程——發(fā)現(xiàn)問題，識別問題，分析問題和解決問題。奧爾堡PBL 模式的教育理念順應(yīng)了我國工程專業(yè)認(rèn)證的以成果為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心的核心理念，對我國的工程教育有很大的借鑒價值。然而通過教學(xué)實踐也看到受現(xiàn)有教育體系和制度的影響，奧爾堡模式在實際應(yīng)用中不能全盤照抄，需要相關(guān)政策的支持和一線教師根據(jù)具體環(huán)境不斷調(diào)整、反復(fù)實踐和檢驗。