基于应用型本科人才培养目标的项目式教学模式构建*

胡静 王昌凤 （天津城建大学能源与安全工程学院）

在全国教育大会上，习近平总书记的讲话对新时代我国高等教育的发展指明了方向，国家的科技进步和社会发展需要高等教育与时俱进，要通过以培养适合国家发展要求的人才为己任，着重培养创新型、复合型、应用型人才。[1]教育部部长陈宝生在新时代全国高等学校本科教育工作会议上指出，建设高等教育强国的必要条件就是重视本科教育的发展，培养大批与我国国情相匹配的有理想、有本领、有担当的高等专门技术人才，提供丰富的人才储备和强大的人才支撑和智力支持。[2]近年来，为了培养应用型人才，我国政府逐步引导部分本科高校向应用型转变，部分本科高校进行了积极探索与实践，并取得了一定的成效。[3-4]

一、应用型本科人才培养模式的内涵

大学的职能包括培养人才、科学研究和服务社会，是区别于其他社会组织的标志，其具有特定的性质、结构、功能和活动方式。自大学诞生至今，随着社会分工的变化、科学技术的发展，人类社会发生了巨大的变化，大学要生存和发展，就要进行变革。根据组织变革理论李维特模型，大学组织变革是大学在外部环境发生变化，或内力推动下，主动或被动地调整办学目标，改变大学内部结构，从而适应社会发展需要的过程。[5]当前，新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。大学通过实现为社会提供应用型人才和服务社会的办学目标，满足工业技术革命对人才的现实需要。同时我国正处于由制造大国向引领世界制造业发展的制造强国为目标的转变过程中，人才的多样化需求使社会对教育的多样化需求也显得更为迫切。特别是面对制造产业转型升级的能力需求，各行各业需要大量具有相当专业水平、理论视野和应用技术水平均衡发展的复合应用型人才。

大学面临的最大挑战之一是培养的人才要适应当今社会变化并具备新要求的能力，其中行业对学生的要求，社会对未来专业人才的要求构成了大学教育转型设计中应该考虑的基本方面。技术、经济、社会、文化和政治上的变化决定了企业需要的专业人员必须具备的特长和能力。要适应企业的需要，专业理论是不够的，对创新和灵活性应用的需求仍然是最重要的。而现阶段大学体系面临的问题是毕业生不能适应当今社会变化及其新要求的能力，缺乏创造意识和创造能力，难以与社会产业转型升级需求相匹配，在就业市场上缺乏竞争力。其原因主要为：毕业生的研究和创新准备不足；本科教学过程中理论指导过多，实践环节较少；本科知识过于笼统，缺乏专业知识的更新；高校缺乏指导实践的团队。

根据组织变革理论，外部环境来自我国处于经济转型的关键期，如果地方本科院校没有准确的定位，盲目侧重于科学研究的职能，致使科研上不去、教学质量低、服务跟不上，在市场经济环境下丧失竞争力，从而在服务于地方经济方面遇到瓶颈。所以高校转型势在必行，我国明确规定大学应当以培养人才为中心，并提供相关的专业知识，把学生培养成高水平、符合时代要求的复合型人才。《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》提出，引导普通本科高等学校转型发展，采取试点推动、示范引领等方式，引导一批普通本科高等学校向应用技术型高等学校转型。

应用型人才主要是在一定的理论规范指导下，从事非学术研究性工作，其任务是将抽象的理论符号转换成具体操作构思或产品构型，将知识应用于实践。[6]应用型本科人才的培养应该立足地方经济和社会发展需求，培养学生具备较强的分析和解决实际问题的能力，具有较强的专业实践能力和创新创造能力，从而适应社会的需求，并具有终身学习能力。因此学生的实践能力是非常重要的，是新时代应用型高等学校改革发展的需要，也是其本质和规律的全新阐释。基于此，提出面向解决实际工程问题的建筑环境与能源应用工程专业项目式教学的改革与探索，探索将教学与科研工作融合，将科研平台与教学平台融合的改革方案和模式。

二、项目式教学法是实现应用型本科人才培养目标的有效方法

（一）项目式教学法的优势

项目式教学法最早可以追溯到1918年，由约翰·杜威和威廉·基尔帕特里克提出。[7]该方法是指学生通过实施一个复杂的工程实际问题，完成该项目找到答案并提高能力的一种教学方法。该方法作为实现有效提高能力的最合适手段，教师提出明确的任务和目标，在模拟实践环境条件下，参与者将知识、技能和价值观结合在一起，并将项目进行组织和实施，通过在已知知识的基础上构建新知识，在团队合作过程中，通过与他人互动而获得更多实践经验。学生参与项目的过程中，教师在所承担的任务中起引导作用，并为学生的学习提供激励，从而使学生获得一个主动的学习过程，而不是被动地吸收知识。

项目式教学法与传统课堂教学法相比，具有以下特点：

（1）教学目标上，通过项目式教学法学生不仅学习理论知识，还培养学生的创新意识、应用知识能力、实际动手能力等，最终达到解决实际问题的目标。

（2）参与程度上，课堂教学法中教师是中心，而项目式教学过程中以学生为中心，学生为了解决问题，由被动学习转变为主动学习，并主动寻求解决问题的方法。

（3）合作形式上，课堂教学法通常是教师单向向学生传输知识，而项目式教学法的交流包括师生之间的交流，团队成员之间的交流，以及为了解决问题，学生还需要和解决问题过程中所有相关人员的沟通交流。在这个过程中，学生的各种能力全面提升，有利于快速适应毕业后的工作。

（4）学习评估上，项目式教学法中，学生的学习结果不是唯一的评估标准，项目实施过程中的态度、参与程度、创新性等都成为评估标准，学生能够发挥自己的特长，而不只会参加标准化考试。

（二）项目式教学法保障了工程教育专业认证对应用型人才培养提出的要求

应用型本科人才培养模式以适应社会需求为目标，以培养解决复杂工程问题的能力为主线，来设计人才培养的知识、能力结构，因此十分重视学生的实践能力、创新能力和应用能力，顺应工程专业本科教育的专业认证趋势。工程教育专业认证是推动高等工程教学标准化建设的重要手段，是我国学历被国际认可的重要参考标准。[8]对于考生和学生家长而言，工程教育专业认证是可以有效保障教学质量，提高人才的核心竞争力，强化国际标准的实质等效，有利于学生未来的出国深造和发展。对于教师而言，工程教育专业认证可以促进教学与科研的统一，强化课程教学与人才培养的贯通和关联，关注以学生为教学活动的核心，激发学生的学习兴趣，增强教师的使命感和终身学习的动力。对于用人单位而言，工程教育专业认证可以促进人才培养与工程技术的对接，推动高等院校与企业合作及参与教学指导的深度，提高了人才培养的效率和水平。[9]因此，工程教育专业认证是目前工程类专业高质量高水平发展的有力保障。而工程类本科教育的最基本定位和要求就是所培养的学生具备解决本专业领域的复杂工程问题的能力，复杂工程问题的能力培养的重要抓手和方法就是项目式教学方法。

项目式教学所需的课题需要从实际的工程类或者科研类的课题中提炼加工，这样才能高效地引导学生从问题的引出、问题的分析、问题的解决几个层次训练学生思考问题的能力。教师的教学科研是高等学校发展的两个重要职能，科研和教学都要投入较大的精力才能达到较好的目标和要求，因此，可以结合教学和科研工作完成项目式教学。在项目的具体执行时，落实设计方案的设计与实现方法，在不同的研究点或者实践点如何与人、物、系统等多方面的影响因素开展多方协同机制，达到提升学生的团队协作能力和水平。此外，在解决项目中遇到的复杂工程问题时，学生需要掌握工程设计或开发对社会、环境、法律、行规、伦理、道德等方面的影响，培养学生的社会责任感。[10]

（三）项目式教学法保证了应用型本科实践教学体系的培养目标

本科教学是我国高等教育的基础，提高本科教学质量的关键是实践教学环节，而实践教学需要投入大量的精力和时间进行精心设计才可以达到预期的效果。根据我校对全校工程类专业的培养计划修订要求，总结归纳培养计划修订的特点如下：

1.制定符合我校发展和培养目标定位的本科专业培养方案，坚持“强化基础，注重实践，突出能力，提高素质”的教学理念，以学生能力培养为核心，突出我校办学特色，贴近社会需求，注重课程体系的完整性和一致性。

2.转变课堂灌输式的教学观念，增加课外学时，充分利用现代信息技术，探索线上和线下教学相结合，改革传统课堂教学模式，创新教学方式，提高教学效率。积极尝试探究式教学，尝试“基于问题式学习”和“基于项目式学习”等研究型学习方法，促进学生自主学习和合作学习，培养学生的探究能力和创新精神。

3.各专业应合理安排实践教学环节与理论教学的衔接。集中实践性教学环节要突出实效，压缩各类参观性实践，切实提高学生的实践能力。建议工科专业在已有的课程设计、专业设计等实践环节基础上，设置综合性的项目式教学实践，拟计划参加工程教育认证的工科专业的实践环节应注重解决“复杂工程问题”。在课程设计/专业设计、学生创新实践活动等环节建议采用项目式教学的方法。

三、项目式教学方法的设计与实践

（一）“建平台”——以专业方向为引领，构建教学研究通用的硬件平台

1.专业方向

以建筑环境与能源应用工程专业为研究对象，我校建筑环境与能源应用工程专业有两个专业方向：一个是供热通风及空调工程方向，另一个是城市燃气工程方向。主要以该专业为主要；切入点，开展相关教学改革方面的尝试。

2.行业背景

建筑环境与能源应用工程专业是以建筑为主要对象，在充分利用自然能源基础上，采用人工环境与能源，利用工程技术创造适合人类生活与工作的舒适、健康、节能、环保的建筑环境的学科。

3.研究平台

经过多年的建设，逐渐形成研究平台建设的基本原则——“瞄准国家战略需求，提前进行规划论证，平台功能模块化购置”。在学校和学院各级主管部门和领导的支持下，有针对性地构建了六类主要的教学科研平台，为实验室开设本科生实践项目和教师与研究生从事科学研究提供了硬件条件。

（1）工程设计与计算中心

该中心购置天正暖通、天正节能、天正日照和建筑业预算等工程设计及分析软件，以及Fluent流体动力学计算软件和Trnsys建筑能耗模拟软件。该工程实训中心的建成为培养本科生工程设计及分析能力、工程预算及管理等方面的能力及技能，提供了优越的实训平台。

（2）变风量实验平台

与企业联合成立了空调系统节能技术研究室。构建变风量实验平台，将变风量装置的结构、安装、控制的特点直观地展示给学生，便于学生动手调节和测试，分析和掌握变风量空调系统的运行规律。变风量实验平台的建设过程中与多个企业建立了联系，便于吸引行业中工程经验丰富的技术人员参与到本专业实验教学建设活动中，将本专业的新兴技术灌输给学生；也便于同企业联合申报科研课题，锻炼实验教学队伍；同时便于承担相关工程技术咨询与培训，加强社会交流与合作。

（3）建筑围护结构热工性能监测平台

与企业合作，建设了建筑围护结构热工性能检测平台，具备保温材料及保温墙体的热工性能精确检测能力。该实验平台承担专业实验教学任务的同时为积极开展节能建筑材料相关的科研活动提供了条件，提高了学生的科研创新能力。通过科学选择保温材料、优化材料配方，保温材料各个性能测试等手段，对墙体材料的各性能参数、墙体保温形式及效果和保温材料防火性能等进行分析、评价和研究，探索更为合理的保温技术和措施。

（4）太阳能/地源复合热泵实验系统

该实验系统的建设集地源热泵系统、太阳能热泵系统和空气源热泵系统于一体，可以实现不同能源组合工况的转换，实验内容涵盖热工测量及自动控制、流体输配管网、建筑环境学、建筑节能、供热工程等多门课程，同时可满足研究生实验项目的开发和教师科研工作的开展。该系统运行测试数据可结合TRNSYS分析工具建立建筑功能系统模型，分析太阳能、地热能复合热泵系统的实时运行能效，便于开展建筑用能系统的优化设计及高能效运行问题的研究。

（5）燃气输配综合实验平台

升级改造燃气输配管网综合实验平台，为城市燃气输配的仿真研究提供完备的实验条件。燃气输配管网综合实验平台的升级改造将为燃气输配工程问题的研究提供完备的技术平台，促使与设计单位、生产单位等多方合作，共同推进城市能源结构调整过程中大规模燃气输配合理调度问题的解决。

（6）供热及空调末端装置多工况分析测试平台

完善供热及空调末端测试平台的测量及调节控制系统，用于评测不同工况下供热及空调末端的热工性能,为建筑设备系统节能设计及高效运行调节提供技术分析条件。供热及空调末端装置多工况分析测试平台的建立有助于同本专业涉及的研究和工程领域的生产单位建立合作关系，共同促进城市热能供应系统中的能耗设备的合理设计及高能效运行。

（二）“拟题目”——以实际课题为依托，拟定本科生实践项目

1.题目的来源

本科生实践题目来源主要有省部级以上纵向课题、企事业单位横向委托课题、实验室平台建设课题、大学生创新创业项目和海外留学学生国外设计题目等五类。学生实践项目的拟题是以项目执行过程中的技术问题为主，经过教师加工提炼，分为科学技术、生产实践、实验室建设、自拟四种类型。这些题目的拟定，是按照不同学生的人群进行拟定和分配。具体的关系如图1所示。

图1 本科生实践类项目拟题过程

2.题目重复率

为了避免每年实践项目的重复率过高的问题，需要充分利用平时开展科研活动的机会，根据项目进度实时进行题目内容的更新或补充，进而保障实践类项目的质量和水平。

（1）充分利用横纵向课题的研究进度拟题

随着横纵向科研项目管理的逐渐规范化，项目的执行进度和研究任务考核逐渐规范化，每年的考核要求和指标均非常明确，充分利用这一机会，提炼归纳本科生实践题目。因为这些实践题目均经过指导教师深思熟虑，非常适用于训练学生解决复杂工程问题的能力。

（2）充分利用实验室软硬件平台改造的机会拟题

实验室的平台构建需要有规划性，应符合专业和学科的发展要求，且紧跟国家战略发展的需求。根据研究进度和创新性实验的要求，实验平台每年均需要进行适当的调整、更新或者升级，在进行硬件改造升级的过程中，一些技术问题可以提炼出复杂工程问题，留给学生进行实践项目训练。

（3）充分利用国家和天津市各类大学生课外科技活动的机会拟题

大学生课外科技活动较多，可以将课外科技活动和课内实践活动相结合，根据每年科技竞赛的要求来调整每年的实践项目内容，以比赛作为引领，激发学生的学习兴趣，达到较好地锻炼学生工程能力和水平的目的。

3.题目的难度

学生实践项目的难度把握是非常关键的，这对拟题教师提出了更高的要求。拟题教师需要把握环能专业学生的专业知识。为了保证拟题难度的合理性，通常拟题的过程要经过审批，以毕业设计为例，题目的审批环节和流程如图2所示。

图2 实践类项目题目审核管理流程

尽管实践类项目的审核程序比较完备，但是针对不同的学生采用相同的难度标准是非常困难的。本项目在多轮的各类设计过程中，总结了一点经验，具体如下：

（1）“量体裁衣”

实验室面向本科生全天候开放，吸引本专业的学生来实验室从事科技活动，同时鼓励本科生在科研实验室开展各类实践教学环节，根据同学们在实验室的表现对他们对专业知识的理解和把握程度进行合理评估，并根据他们的个人倾向拟定相关实践类题目。

（2）“循序渐进”

实践类题目的难易程度与学生的理解直接相关，学生对于题目的理解随着其逐渐进入学习状态而变得简单了。比如，燃气输配类的实践项目，项目开始执行时，绝大部分同学都认为比较难，是属于系统性的设计。但是随着对建筑和设备的逐渐掌握，渐渐掌握了燃气设计类项目的规律和方法，逐渐进入了设计状态，使得开始觉得较难的题目变得越来越简单了。

（3）“激发兴趣”

兴趣是最好的“老师”，当学生对所研究的课题产生兴趣的时候，他就会专注研究这一问题，并会逐渐进入状态，原来觉得无从下手的难题，也变得比较简单了。比如，燃气燃烧类的设计题目，大部分同学开始觉得非常难，但是因为对燃气燃烧控制器系统的开发过程比较感兴趣，渐渐地深入研究，使得原来的难题迎刃而解。

（三）“勤指导”——以指导教师为主，研究生为辅，构建多层级的实践指导体系

学生从实践类项目中提升能力的好坏直接与指导教师的指导时间、次数和方法有关。为了使学生最大限度地提高设计与研究能力，采用指导教师为主，研究生为辅的指导体系，对于本科生和研究生是教学相长的重要机会。

研究生所做的研究课题与本科生的设计课题是“深层次”和“浅层次”的关系，研究生指导学长通常是二年级的学生，每位同学在自己的研究方向具有初步的指导能力，且可以实际指导本科生使用科研仪器设备，提高指导效率。

构建教师——研究生——本科生实践指导体系，具体流程如图3所示。

图3 实践项目的指导体系

（四）“严要求”——以实践环节为载体，开展项目管理的实践教学模式

1.考勤管理

实践环节的考勤管理是保障教学质量的重要措施之一，将学生的考勤信息作为实践环节的平时成绩的一部分纳入综合成绩，实践环节开始前由指导教师在任务书中或者设计报告要求中予以明确。实践环节由研究生专门负责考勤管理。

2.进度管理

实践教学环节需要有设计任务书，设计任务书中需要有设计进度安排，设计进度的科学安排对于学生完成设计项目具有重要的指导意义。同时，按照时间进度开展进度检查管理是督促学生有效开展实践教学活动的重要抓手。进度管理可以采用问题导向式的模式，以解决问题作为进度检查的量化指标，阶段性任务以问题的方式考核完成情况。时间进度安排可以采用甘特图的方式设置，便于节点的控制和检查。

3.考核管理

实践项目执行完毕后，通常需要完成三种类型的任务，一是完成项目设计报告，二是完成系统实物的设计，三是完成设计答辩。项目执行过程中的考核管理是保障项目执行质量的重要措施。这里以课程设计报告综合评定成绩的计算方法为例，说明考核管理的方法。课程设计的平时成绩主要由考勤记录、实验表现、学习态度等方面构成。为了强调过程管理，这部分成绩占50%。报告成绩主要考核学生对所设计的系统的理解和把握，是否按照要求撰写报告等。答辩成绩主要考核学生对所设计系统的理解程度，是否可以清晰表达系统的设计过程和结论。

经过在几届学生中的尝试，逐渐形成了一套相对完整的基于复杂工程问题的项目式教学方法和模式，规范了实践类教学环节的运行与管理。通过该成果的应用，紧密结合企业需求和高校转型，与应用型人才培养具有最大的契合度，打破了传统人才培养模式的束缚，学生的工程实践和创新能力有了大幅度提升。