王春林，方豪

摘 要：在應(yīng)用型本科的“新工科”人才培養(yǎng)過程中課程建設(shè)探索是重要的環(huán)節(jié)，本文以建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的特色課程《工業(yè)余熱利用》建設(shè)為例，為解決供熱行業(yè)將來面臨的“碳中和”、清潔供暖的社會需求目標(biāo)開發(fā)課程，通過學(xué)情分析、提取課程特征、設(shè)計課程目標(biāo)，探索“大作業(yè)”教學(xué)模式，形成“4+3+2+2+1”的教學(xué)方法體系，并根據(jù)知識點(diǎn)、復(fù)雜工程問題的處理、課程思政等方面設(shè)計教學(xué)反饋評價方式，踐行“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，將教師作為課程教學(xué)的組織者和引導(dǎo)著，形成了專業(yè)課程為后續(xù)課程服務(wù)、為畢業(yè)設(shè)計服務(wù)、為行業(yè)發(fā)展服務(wù)的教學(xué)效果?？勺鳛橄嚓P(guān)專業(yè)新課程建設(shè)的參考。

關(guān)鍵詞：工程教育;教學(xué)設(shè)計;課程思政;建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程;專業(yè)課程設(shè)計

中圖分類號：G642.0? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2022）05-0091-04

1 專業(yè)建設(shè)背景

隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型，提出2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)和2060年前碳中和愿景[1]。作為其中的具體措施，2021年3月，中華人民共和國財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)保部等單位聯(lián)合發(fā)文，對冬季實(shí)行清潔取暖且有改造需求的北方地區(qū)地級以上城市進(jìn)行獎補(bǔ)，連續(xù)支持三年，工業(yè)余熱、生物質(zhì)能等多種方式均在此列。據(jù)不完全統(tǒng)計，北方城鎮(zhèn)供暖地區(qū)的高能耗工業(yè)余熱可提供約20%的城鎮(zhèn)供暖，熱電聯(lián)產(chǎn)余熱回收可提供80%的城鎮(zhèn)供暖，從總體上可實(shí)現(xiàn)大幅度降低現(xiàn)有的化石能源采暖，從而實(shí)現(xiàn)低碳、清潔的供暖方式。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技革命和產(chǎn)業(yè)變革迫切需要高等教育不斷提升創(chuàng)新能力，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的進(jìn)程中發(fā)揮引領(lǐng)和支撐作用[2]。本科高等學(xué)校的專業(yè)及專業(yè)課程的設(shè)計，需要綜合考量學(xué)校的定位、人才就業(yè)出口、本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀等因素。作為以供熱、供燃?xì)鉃橹饕瞬排囵B(yǎng)方向的赤峰學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，具備以下課程特色：

1.2016年赤峰學(xué)院入選“產(chǎn)教融合發(fā)展工程建設(shè)規(guī)劃項(xiàng)目應(yīng)用型本科院校”[3];

2.建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（以下簡稱“建環(huán)“）是以能源技術(shù)為主，與建筑、機(jī)械、信息技術(shù)等多專業(yè)的交叉應(yīng)用型學(xué)科。與人類基本需求“衣、食、住、行”均緊密相關(guān);

3.工業(yè)余熱對清潔供暖的作用顯著，在供熱系統(tǒng)中應(yīng)作為重要的補(bǔ)充熱源，承擔(dān)末端熱用戶的基礎(chǔ)負(fù)荷[4];

赤峰學(xué)院的建環(huán)專業(yè)，是“產(chǎn)學(xué)研用”合作辦學(xué)的典型案例?！豆I(yè)余熱利用》的課程設(shè)計，要求在課程定位上對位專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo);在教學(xué)組織上與供熱行業(yè)深度合作;內(nèi)容上包含宏觀的分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、推測供熱需求和供給側(cè)的變化，微觀的各行各業(yè)的工業(yè)余熱利用技術(shù)的專業(yè)知識、實(shí)踐案例等知識點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計整合;在考核評價上面向企業(yè)的技術(shù)需求。

2 學(xué)情分析與教學(xué)痛點(diǎn)

2.1 學(xué)情分析

本課程屬于初開課程，在課程的目標(biāo)設(shè)計、內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法、效果評價等各環(huán)節(jié)中，需要根據(jù)學(xué)生的具體情況進(jìn)行動態(tài)的分析。圍繞學(xué)生的心理、課程在課程體系中的作用、學(xué)生接受知識的差異、學(xué)習(xí)方法和潛在問題進(jìn)行綜合考量，通過觀察、談話、調(diào)研、書面材料和測驗(yàn)等形式進(jìn)行教學(xué)過程的反饋和改良修正。按照培養(yǎng)目標(biāo)的要求，在溝通與交往能力、解決工程問題的能力、學(xué)習(xí)參與能力、課程體系與教學(xué)質(zhì)量滿意度、實(shí)習(xí)時間滿意度等多方面[5]進(jìn)行綜合評估。

調(diào)查研究法中，應(yīng)用線上教學(xué)資源的優(yōu)勢，通過電子平臺進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容掌握的典型評價。主要通過思維導(dǎo)圖、發(fā)散論點(diǎn)等方法來分析工業(yè)余熱熱源信息及其相關(guān)性;通過實(shí)踐調(diào)查案例讓學(xué)生掌握信息統(tǒng)計工作中的側(cè)重點(diǎn);通過論文綱要來指導(dǎo)學(xué)生的工程報告寫作及工程匯報技巧[6]。

2.2 課程特征提取

工業(yè)余熱利用并未以一門專業(yè)課程出現(xiàn)在《高等學(xué)校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范（2013年版）》中，課程內(nèi)容的類比和參照資源較少，具備新技術(shù)和交叉學(xué)科兩個顯著特征：

2.2.1 新技術(shù)特征顯著

（1）技術(shù)需求前景巨大，但現(xiàn)有成熟的技術(shù)方案不多。

（2）目前無可參考的教材。

（3）缺乏典型的工程案例作為支撐點(diǎn)進(jìn)行研究。

2.2.2 交叉學(xué)科特點(diǎn)鮮明

（1）熱源工藝復(fù)雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

（2）不同行業(yè)的分析方法、取熱流程差異很大。

（3）不同地區(qū)的特點(diǎn)不同，相關(guān)的分析成果較少。

2.3 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

結(jié)合學(xué)生的學(xué)情分析結(jié)果和課程特征，《工業(yè)余熱利用》課程的主要目標(biāo)是使學(xué)生掌握建立低品位工業(yè)余熱信息統(tǒng)計的方法體系，利用建立的理論方法與工具，定性描述低品位工業(yè)余應(yīng)用于城鎮(zhèn)集中供暖各關(guān)鍵問題的優(yōu)化目標(biāo)，掌握定量地進(jìn)行熱源選擇的優(yōu)化方法，能夠在系統(tǒng)全局及局部環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計與優(yōu)化。具體包括：分析工業(yè)余熱的供暖過程、選擇最優(yōu)取熱流程、設(shè)計適合低品位工業(yè)余熱供暖系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法。為畢業(yè)設(shè)計中的能源綜合利用提供一個技術(shù)選擇路徑。課程定位在建環(huán)專業(yè)中的能源應(yīng)用專業(yè)領(lǐng)域中，并根據(jù)專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計課程思政。

3 教學(xué)設(shè)計

3.1 教學(xué)模式

教學(xué)模式的設(shè)計主要根據(jù)學(xué)生的學(xué)情、專業(yè)定位、課程定位進(jìn)行課堂教學(xué)組織。本課程與實(shí)踐結(jié)合的較為緊密，教學(xué)過程的特點(diǎn)更接近于職業(yè)教育專業(yè)教學(xué)的特征。課程建設(shè)需要緊密貼合行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全面掌握相關(guān)行業(yè)的能源使用現(xiàn)狀、利用好互聯(lián)網(wǎng)的信息整合功能優(yōu)勢，與時俱進(jìn)的進(jìn)行行業(yè)發(fā)展的動態(tài)分析[7]。

教學(xué)模式主要選用范例教學(xué)、引導(dǎo)-發(fā)現(xiàn)教學(xué)（問題-探究教學(xué)），通過項(xiàng)目化的課題設(shè)計，利用“探索—翻轉(zhuǎn)—應(yīng)用”模式進(jìn)行知識內(nèi)化[8]，通過ISAS（Information Search and Analysis Skill信息搜索和分析技能）進(jìn)行綜合工程能力的訓(xùn)練[9]。設(shè)計指導(dǎo)學(xué)生利用課余時間，選擇具備挑戰(zhàn)性、前瞻性的主題，通過團(tuán)隊(duì)分工完成信息搜集、分析、演講、課題研究報告等環(huán)節(jié)，在知識性工具的學(xué)習(xí)和使用、信息技術(shù)的選擇、溝通表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)同等方面進(jìn)行綜合訓(xùn)練，在難度設(shè)計上由淺入深、在題目選擇上從宏觀到微觀，通過研討的形式探索行業(yè)的最新應(yīng)用技術(shù)，如下圖。通過四個大作業(yè)的設(shè)計，預(yù)留作業(yè)，教學(xué)活動以解決問題為中心，在教師指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題、提出問題通過自己的活動找到答案。課上教師以案例教學(xué)介紹問題的其中1種以上的解決方案，進(jìn)行問題啟發(fā)。每次教學(xué)過程，經(jīng)過四個階段，即教師講解、案例分析、技術(shù)討論、翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)過程，將認(rèn)知過程，由教師主導(dǎo)逐步向?qū)W生學(xué)習(xí)推動，形成教學(xué)的漸進(jìn)式過渡。并將研究分析方法在第一時間介紹給學(xué)生，使得學(xué)生在研究問題的時候有明確的方向，從而獲得良好的教學(xué)效果。

教學(xué)內(nèi)容上，從國家宏觀的能源信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)入手，參照典型工程的示范數(shù)據(jù)，以熱源、熱網(wǎng)、熱用戶各點(diǎn)的最新優(yōu)化技術(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行衡量比較，通過分地域、分行業(yè)兩種方式逐步進(jìn)行能源總量的細(xì)分。逐步展開學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況動態(tài)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度，力求更加深入的進(jìn)行工程問題的分析和探索。

教學(xué)活動組織中，培養(yǎng)學(xué)生組織工程項(xiàng)目、參與工程項(xiàng)目的能力。特別是對帶頭人的要求，提出具體明確的組長責(zé)任：與課代表、助教及時溝通，明確大作業(yè)意圖和要求;召集討論，確定匯報思路;合理分工，大作業(yè)任務(wù)拆解;聯(lián)系組員，及時完成相應(yīng)內(nèi)容;整體把關(guān)，查漏補(bǔ)缺。

3.2 思政融入

課程思政是高校為解決培養(yǎng)什么樣的人、為誰培養(yǎng)人、如何培養(yǎng)人這個根本問題而必須開展的教學(xué)研究工作[10]。本課程圍繞專業(yè)發(fā)展史、社會發(fā)展史，結(jié)合工程案例，以過去、現(xiàn)在、未來發(fā)展等3個階段，通過線上教學(xué)資料發(fā)布、課上的案例講述、小組學(xué)習(xí)過程中感悟、學(xué)生匯報中的認(rèn)知分享等步驟完成。

3.3 課程教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

基于模塊化培養(yǎng)工程應(yīng)用能力的《工業(yè)余熱利用》“4×4”教學(xué)模式。即按照4個課程主要學(xué)習(xí)的目標(biāo)，即余熱總量、熱源選擇、熱量輸配、熱用戶優(yōu)化，分別設(shè)置大作業(yè)，每個階段目標(biāo)按照不同的模式細(xì)分為4個主題，即國內(nèi)余熱總量估算、某項(xiàng)目典型余熱應(yīng)用技術(shù)、按地域的余熱量估算、按行業(yè)的與熱量估算等。開課即布置本學(xué)期的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容，分組完成，教師進(jìn)行授課，提出解決方案。在工程案例中穿插課程思政要求，培養(yǎng)高尚的情操。

課程教學(xué)可總結(jié)為“4+3+2+2+1”：

4個階段，即4次大作業(yè);

3種授課模式，線下講授、翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合模式;

2種教學(xué)過程，即教師或行業(yè)專家講、學(xué)生完成作業(yè)后的匯報2個過程;

2種研究視角，即全國、全球的工業(yè)余熱總量的宏觀視角，和某企業(yè)、某熱源的余熱總量估算方法的微觀視角。

1種學(xué)習(xí)組織。通過分組完成的方式，鍛煉學(xué)生的科技活動、工程項(xiàng)目的組織能力和執(zhí)行能力，著力進(jìn)行應(yīng)用型課程教學(xué)改革。

3.4 教學(xué)評價方法

教學(xué)評價采用大作業(yè)綜合評分為主要考核方式，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案。分組完成4次大作業(yè)的PPT及研究報告，課上隨機(jī)的小作業(yè)。每次作業(yè)由不同的同學(xué)擔(dān)任組長，不得重復(fù)，組長有明確的責(zé)任，設(shè)置獨(dú)立加分項(xiàng)，鍛煉學(xué)生的組織協(xié)調(diào)和任務(wù)協(xié)同能力。

因本課程為研究性課程，課程內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)答案不唯一，故課程的考核，不以考試論成敗，以學(xué)習(xí)探索的態(tài)度、自主完成研究工作的效率、主要結(jié)論的創(chuàng)新性作為考核的標(biāo)注，考核過程受評閱教師主觀因素影響?？己嗽u價工作中，每次不少于3位從事工業(yè)余熱相關(guān)領(lǐng)域研究工作的教師、行業(yè)、企業(yè)的專家學(xué)者共同參與，以綜合成績進(jìn)行評價，同時讓學(xué)生在同行的提問中思考和成長。

4 教學(xué)效果

4.1 教學(xué)評價

教學(xué)效果評價，采用小作業(yè)檢查工具性的知識點(diǎn)學(xué)習(xí)情況，大作業(yè)檢查特定工程問題分析處理能力，出勤和加分綜合考察學(xué)習(xí)態(tài)度和平時表現(xiàn)，總分上限不突破100分。課程綜合成績結(jié)果，中等、優(yōu)秀的比例數(shù)較小，良好的比例較高，體現(xiàn)了一定的區(qū)分度，避免了在過程評價中的區(qū)分度較小的問題[11]。大作業(yè)的評價，采用一名教師、一名行業(yè)專家、一名本專業(yè)畢業(yè)生、一名其他高校專家組成評價小組，各專家從不同角度制定評分方案，最后進(jìn)行綜合打分。

為更好地進(jìn)行每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分析，用5分梯度的曲面圖，來表示在不同作業(yè)中的綜合表現(xiàn)，如下圖。圖中橫坐標(biāo)表示學(xué)生個體，縱坐標(biāo)表示作業(yè)任務(wù)，圖中的線，反映每次作業(yè)的綜合表現(xiàn)，探索不同作業(yè)任務(wù)條件下的學(xué)生短板和優(yōu)勢點(diǎn)，以便為學(xué)生綜合能力的評估做準(zhǔn)備。以小作業(yè)3為例，從圖中可看出，成績在75-80分的比例較高，相對于其他的作業(yè)，成績較低，在作業(yè)難度上可能偏大，下一步的教學(xué)計劃需要在此做一定的加強(qiáng);以第15號學(xué)生為例，最高分出現(xiàn)在小作業(yè)2、4，成績在95-100，小作業(yè)3相對較弱。在后續(xù)課程的暑期供熱調(diào)研的實(shí)習(xí)實(shí)踐活動中，便可以建議該同學(xué)帶頭參加與小作業(yè)2、4相關(guān)的調(diào)研工作，關(guān)注自身薄弱環(huán)節(jié)，向相關(guān)類別成績較高的同學(xué)交流學(xué)習(xí)，形成共同進(jìn)步。

4.2 社會服務(wù)及科研成果

通過研究式的教學(xué)過程獲得科研成果。教師方面，2019年發(fā)表3篇學(xué)術(shù)論文，其中1篇獲得2020年“領(lǐng)跑者5000中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文”;學(xué)生成果方面，每年培養(yǎng)1名從事工業(yè)余熱相關(guān)工作的畢業(yè)生，已畢業(yè)2屆學(xué)生，2人均獲得優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計，1人的研究成果發(fā)表在《區(qū)域供熱》雜志，論文獲得第二屆中國供熱學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文，收錄在2019中國供熱優(yōu)秀論文集。相關(guān)研究受到供熱行業(yè)的重視，在工業(yè)余熱清潔供暖的宏觀設(shè)計方面提供了重要的參考。

教學(xué)模式區(qū)域成熟，大作業(yè)結(jié)合工程案例的教學(xué)方法，通過3屆學(xué)生的培養(yǎng)，現(xiàn)已基本穩(wěn)定，每年逐步更新教學(xué)內(nèi)容和案例數(shù)據(jù)，使得每年的教學(xué)內(nèi)容隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)而變化，同學(xué)們畢業(yè)后能直接應(yīng)用于相關(guān)工作，獲得了行業(yè)認(rèn)可。

5 小結(jié)

通過課程4輪的教學(xué)實(shí)踐，以《工業(yè)余熱利用》為典型專業(yè)課程的新建課程，在教學(xué)設(shè)計和實(shí)踐中有如下特點(diǎn)：

1.課程定位在應(yīng)用能力的培育。課堂教學(xué)為工程案例的研究服務(wù)，以實(shí)際問題的多變和多維解決途徑，以發(fā)散的思維引導(dǎo)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過真實(shí)案例、與工程的運(yùn)行進(jìn)行互動，作為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的考核依據(jù)，在學(xué)習(xí)過程中解決工程問題。

2.動態(tài)組織教學(xué)內(nèi)容。每年分析一個典型的工業(yè)余熱系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與不同年份、不同地區(qū)的案例進(jìn)行橫向、縱向比較，提高學(xué)生的全面分析和解決工程問題的能力。

3.學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主角。學(xué)習(xí)活動中，將監(jiān)督、組織、管理學(xué)生課后學(xué)習(xí)的工作，以組長的形式下放。教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，由課代表、各題目的組長進(jìn)行總體安排，形成良性的管理機(jī)制。在管理活動中，鍛煉學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作和項(xiàng)目組織管理的能力，為將來學(xué)生從事工程管理、組織做準(zhǔn)備。

4.學(xué)習(xí)成果與社會服務(wù)相結(jié)合。學(xué)習(xí)成果就是研究成果，經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計階段的打磨，向行業(yè)推送，提高服務(wù)行業(yè)的能力。

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