基于學(xué)習(xí)成效驅(qū)動的暖通專業(yè)研究生課程多元化考核方法研究與實(shí)踐

王昭俊,劉 京,周志剛,張承虎,王 芳

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院 寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150006)

建立科學(xué)合理的課程考核體系，發(fā)揮考核的積極作用，是提升研究生教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是高校教學(xué)改革的重要內(nèi)容。美國著名教育家肯·貝恩教授認(rèn)為可采用考試、作業(yè)或課程論文等幾種方式評價學(xué)習(xí)成效[1]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)暖通學(xué)科開設(shè)了3門基礎(chǔ)課、2門專業(yè)基礎(chǔ)課、10余門專業(yè)課。應(yīng)結(jié)合課程特點(diǎn)，采用不同的教學(xué)模式和考核方式，以啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，豐富學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力?；谇捌诙嘣慕虒W(xué)模式研究成果[2]，對暖通學(xué)科不同類別的課程考核方式進(jìn)行了改革，并取得了初步成效。

一、國內(nèi)外多元化考核方法研究現(xiàn)狀分析

科學(xué)的考核方式能引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識之上，充分發(fā)揮主觀能動性，獨(dú)立思考，大膽創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

西方發(fā)達(dá)國家較早提出了考核評價的多元化思想。如美國著名教育家肯·貝恩教授認(rèn)為可采用考試、作業(yè)或課程論文等幾種方式評價學(xué)習(xí)成效[1]。評價方式和方法多樣，評價內(nèi)容靈活，有助于培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力[3]。高等教育評價應(yīng)以教育質(zhì)量提升、可實(shí)踐性、多元方法測量為原則[4]。

近年來，專家學(xué)者對高?？荚囋u價標(biāo)準(zhǔn)、評價方法、評價結(jié)果等問題進(jìn)行了探討[5]。文獻(xiàn)[6-8]介紹了針對不同課程采用多元化考核的改革實(shí)踐，文獻(xiàn)[7]提出了課堂討論、專題演講、課程論文評述、考試、數(shù)據(jù)處理、綜合實(shí)驗(yàn)等多種考核方式,文獻(xiàn)[8]提出了結(jié)構(gòu)化多環(huán)節(jié)的加權(quán)平均考核方法，用以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

綜上所述，注重過程的多元化考核方式已在一些課程取得了良好的效果，但是由于課程特點(diǎn)、特色不同，這些考核方式還需要科學(xué)合理地應(yīng)用于暖通學(xué)科的課程考核中。

二、暖通學(xué)科課程設(shè)置簡介

哈爾濱工業(yè)大學(xué)暖通學(xué)科為研究生開設(shè)了基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課?；A(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課是專業(yè)的理論所在，是專業(yè)的實(shí)質(zhì)與內(nèi)核。專業(yè)課主要教授學(xué)生如何運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識解決工程實(shí)際問題，這是加強(qiáng)基礎(chǔ)課的重要環(huán)節(jié)。

暖通學(xué)科為研究生開設(shè)的基礎(chǔ)課有高等傳熱學(xué)、高等工程熱力學(xué)和高等流體力學(xué)；專業(yè)基礎(chǔ)課有室內(nèi)空氣環(huán)境、實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)；專業(yè)課有計算流體及數(shù)值模擬技術(shù)、熱網(wǎng)計算原理、建筑節(jié)能技術(shù)、建筑煙氣控制技術(shù)、熱泵新技術(shù)、變風(fēng)量與低溫送風(fēng)技術(shù)、燃?xì)鈨\(yùn)與燃燒技術(shù)、現(xiàn)代控制理論及模糊控制、新能源及可再生能源利用技術(shù)等。

目前研究生課程考核的方式主要有：期末考試、平時測試、平時作業(yè)、課程作業(yè)、課程論文、讀書報告、課堂討論與演講等。針對不同課程的特點(diǎn)，研究不同課程科學(xué)合理的考核方式，并結(jié)合多元化的教學(xué)模式，強(qiáng)化過程管理，可提高研究生的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì)。

三、不同類型課程多元化考核方法改革與實(shí)踐

(一)基礎(chǔ)課

基礎(chǔ)課的特點(diǎn)是基礎(chǔ)理論系統(tǒng)、完善。以基礎(chǔ)課高等傳熱學(xué)課程為例，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用傳熱學(xué)理論分析、解決實(shí)際工程問題的能力，傳熱學(xué)問題的方法論是課程重點(diǎn)。采用期末開卷考試、研究報告、加分計分的形式進(jìn)行考核。

1.開卷考試

高等傳熱學(xué)課程內(nèi)容以數(shù)學(xué)建模、方程推演、結(jié)論推導(dǎo)為主，內(nèi)容紛繁復(fù)雜，不可能也不要求學(xué)生將這些內(nèi)容死記硬背下來。對同一個問題，不同學(xué)生看問題的角度和分析方法通常不一樣。作為研究生課程，兼具知識傳授和能力培養(yǎng)的雙重功能，考試不僅考查學(xué)生對知識的掌握程度，而且還要兼顧對學(xué)生分析與創(chuàng)新能力的評價。因此，考試的試題不能是“死題”，不宜有“標(biāo)準(zhǔn)答案”，試題要讓學(xué)生有充足的“自由發(fā)揮余地”?；诖?，高等傳熱學(xué)一直采用開卷考試，不要求學(xué)生背公式和數(shù)據(jù)，讓學(xué)生有更多的時間和精力投入到對問題的深入剖析上。雖然開卷考試對教師的出題能力提出了更高要求，但是學(xué)生在考試中也得到了一次深刻的鍛煉。

2.研究報告

書本內(nèi)容有限，很多內(nèi)容學(xué)生可能不太感興趣，或者對學(xué)生的課題研究作用不大。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，允許學(xué)生在課程大綱范圍內(nèi)展開興趣研究。研究報告遵循學(xué)術(shù)論文的形式要求，嚴(yán)格做到學(xué)術(shù)規(guī)范。開卷考試成績與研究報告成績之比為7∶3。

3.加分計分

高等傳熱學(xué)的考核計分方式與常規(guī)的“減分計分”不同。常規(guī)的考試有參考答案，錯一個得分點(diǎn)扣除相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，最終得到一個“減分得分”。這種“減分計分”方式的前提是有標(biāo)準(zhǔn)答案，弊端是扼殺了創(chuàng)造性。高等傳熱學(xué)不出“死題”，留有充分的“自由發(fā)揮余地”，是根據(jù)學(xué)生答題或者研究報告的創(chuàng)新點(diǎn)、閃光點(diǎn)分別賦予一定的分?jǐn)?shù)，最終得到一個“加分得分”。“加分計分”方式充分調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新思維，同一個問題會得到很多新穎的思路和解法。

在課程授課之初,將課程的考核和計分方式告知學(xué)生。開卷考試讓學(xué)生可以將更多的時間和精力放在分析問題和解決問題的能力培養(yǎng)上來。研究報告可以帶動學(xué)生盡早進(jìn)入課題開展研究，增強(qiáng)了基礎(chǔ)課程與實(shí)際課題的聯(lián)系，保障了后續(xù)課題研究時傳熱學(xué)知識點(diǎn)的應(yīng)用更加廣泛和規(guī)范。加分計分保證了開卷考試的公平公正性，更好地考核評價學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維能力。

(二)專業(yè)基礎(chǔ)課

專業(yè)基礎(chǔ)課是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的橋梁。以專業(yè)基礎(chǔ)課室內(nèi)空氣環(huán)境為例，該課程是暖通學(xué)科碩士研究生一門重要的專業(yè)學(xué)位課。其基本要求是在本科生建筑環(huán)境學(xué)課程的基礎(chǔ)上，使學(xué)生掌握與室內(nèi)空氣環(huán)境相關(guān)的研究方法、評價方法和控制策略原理。創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)和論文寫作能力的培養(yǎng)是課程培養(yǎng)目標(biāo)。

考核采用“期末考試+課程論文+匯報答辯演講”的方式，強(qiáng)調(diào)課程論文的過程管理，主要包括課程論文選題、寫作提綱、論文初稿和終稿、課程論文匯報答辯4個環(huán)節(jié)，學(xué)生共有4次參與討論與演講的機(jī)會。論文要求每人一題，因材施教、注重個性化培養(yǎng)。學(xué)生可根據(jù)其研究方向結(jié)合導(dǎo)師的實(shí)際課題，或根據(jù)授課內(nèi)容自擬題選題。

論文寫作的過程管理：第一堂課布置課程論文并提出相關(guān)要求，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)思考；在后續(xù)的課堂教學(xué)中就課程論文的選題、寫作內(nèi)容、寫作提綱、初稿和終稿、報告答辯等環(huán)節(jié)分階段組織課堂討論。這樣的模式有利于引導(dǎo)學(xué)生變被動聽課為自主學(xué)習(xí)。

學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了選題、查閱文獻(xiàn)、論文寫作、討論交流與演講的全過程培訓(xùn)，提高了發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，同時也培養(yǎng)了論文寫作與表述能力，個人綜合素質(zhì)得到了全面提升。從近幾年學(xué)生提交的課程論文看，論文的完成質(zhì)量逐年提升，其中2015年優(yōu)秀課程論文占比29.2%，2016年和2017年分別為55%和61.1%。

(三)專業(yè)課

專業(yè)課的特點(diǎn)是專業(yè)性、綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)。有必要研究課程作業(yè)、課程論文等多元化考核方式的適用性，強(qiáng)化考核的過程管理，提出可行的實(shí)施方案，并付諸于實(shí)踐。筆者分別以建筑節(jié)能技術(shù)、計算流體及數(shù)值模擬技術(shù)、熱網(wǎng)技術(shù)原理三門課程為例，介紹考核方式改革成效。

1.建筑節(jié)能技術(shù)課程

該課程是一門綜合性專業(yè)技術(shù)課，是供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程、建筑與土木工程、建筑技術(shù)科學(xué)等學(xué)科的重要專業(yè)課，具有跨學(xué)科、綜合性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。其目的是使學(xué)生了解國內(nèi)外建筑節(jié)能理論與技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和動態(tài)，掌握建筑節(jié)能領(lǐng)域最新理念、技術(shù)和節(jié)能設(shè)計方法，拓寬專業(yè)視野，為今后從事建筑節(jié)能相關(guān)行業(yè)咨詢、設(shè)計、檢測、評價及管理奠定必要的技術(shù)知識儲備。

研究生多元互補(bǔ)課堂“教”與“學(xué)”模式實(shí)踐過程中，教師教學(xué)過程應(yīng)將“以教師為中心”和“以學(xué)生為中心”相結(jié)合。將“認(rèn)識性教學(xué)”與“研究性教學(xué)”相結(jié)合，“單向授課”與“教學(xué)相長”相結(jié)合。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程應(yīng)是“單一教材閱讀”與“廣泛閱讀”相結(jié)合，“個體學(xué)習(xí)”與“協(xié)作學(xué)習(xí)”“團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)”相結(jié)合[9]。為充分貫徹并實(shí)施上述教學(xué)模式，對建筑節(jié)能技術(shù)課程考核方式進(jìn)行了相應(yīng)改革?；谡n程內(nèi)容和目標(biāo)定位，采用了課堂提問占5%、期末開卷考試(課堂講授+課外閱讀)占 70%、軟件模擬計算作業(yè)占5%、課程論文考核(綜述論文+案例論文)占15%、專題課堂討論占5%累加考核的方式。下面僅從課堂提問、課堂講授和課外閱讀綜合考核、專題課堂討論等環(huán)節(jié)著重介紹。

在課堂知識點(diǎn)講授過程中，有針對性地設(shè)計了40多個課堂提問環(huán)節(jié)，諸如“得熱量、冷負(fù)荷和除熱量的區(qū)分”“以教室墻體為例，說明哪些部位可能存在結(jié)構(gòu)性熱橋”等。這些問題有些涉及學(xué)過的知識，有些是剛講完的授課內(nèi)容，主要考查學(xué)生是否跟上了教師的授課進(jìn)度。盡管課堂提問考核方式僅占總成績的5%，但學(xué)生投入極大熱情，上課注意力明顯提高。課程除一本教學(xué)參考書外，根據(jù)各章節(jié)內(nèi)容還布置了7本課外必讀資料。有些課程作業(yè)要通過課外閱讀材料的學(xué)習(xí)才能完成，并在期末開卷考核中賦予課堂內(nèi)容和課外學(xué)習(xí)內(nèi)容各35%的比重。研究生普遍反映學(xué)習(xí)內(nèi)容增多了，涉獵的知識面更廣，提高了學(xué)生對建筑節(jié)能相關(guān)領(lǐng)域的認(rèn)識和理解，為研究方向的確定起到很好的開拓作用。專題課堂討論環(huán)節(jié)，學(xué)生作為演講的主導(dǎo)者，教師是討論方向的引導(dǎo)者，或者是針對期刊文獻(xiàn)的深度討論，或者是案例論文的講解和分析，學(xué)生之間形成互動，考核僅是一種手段，師生之間在討論中達(dá)到了“教學(xué)相長”的目的。

2.計算流體及數(shù)值模擬技術(shù)

專業(yè)選修課計算流體及數(shù)值模擬技術(shù)是以介紹計算流體力學(xué)(CFD)的基本原理、算法及其在建筑環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用為主的課程。通過課堂學(xué)習(xí)、實(shí)例講解、上機(jī)編程、模擬大作業(yè)和課堂討論等教學(xué)形式，使研究生能夠大體掌握計算流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、應(yīng)用方法和應(yīng)用技巧，培養(yǎng)學(xué)生正確應(yīng)用計算流體力學(xué)等數(shù)值模擬技術(shù)解決實(shí)際科研問題的能力。

該課程采用上機(jī)實(shí)踐與研究報告相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。上機(jī)實(shí)踐在市政環(huán)境國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在借鑒國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮國情和專業(yè)特點(diǎn)，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)，將多屏顯示、圓桌體驗(yàn)、可移動終端、人機(jī)交互、情境感知等技術(shù)手段有機(jī)組合，建設(shè)成虛擬仿真專用實(shí)驗(yàn)場地。其特點(diǎn)是融教室和實(shí)驗(yàn)室角色于一體，縮短了教師和學(xué)生之間的心理距離，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)設(shè)備和教學(xué)之間的相輔相成，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的順利開展奠定了硬件基礎(chǔ)，從而營造出以學(xué)生為主體，激發(fā)主動學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)調(diào)分工合作、啟發(fā)與創(chuàng)新并存的新穎虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。利用該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，教師首先介紹商用CFD軟件的特點(diǎn)和功能，然后用典型案例簡單介紹商用CFD軟件的操作要領(lǐng)。學(xué)生現(xiàn)場同步演練，初步掌握最基本的操作步驟。

研究報告包括2個主要內(nèi)容：(1)以簡單的非穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱問題為例，通過實(shí)際編程操作，考查學(xué)生對網(wǎng)格劃分、空間和時間差分，以及三對角矩陣方程組的TDMA求解方法的理解；(2)利用商業(yè)CFD軟件，挑選出建筑環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)典型的流動現(xiàn)象案例，采用不同湍流計算模型進(jìn)行數(shù)值模擬，考查學(xué)生對商業(yè)CFD軟件建模、網(wǎng)格劃分、設(shè)定條件的輸入、運(yùn)算和收斂判斷、后處理等簡單操作的掌握程度。通過改變編程參數(shù)、湍流計算模型，做到每個學(xué)生的報告內(nèi)容不同。在撰寫報告過程中，同樣利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺進(jìn)行答疑講解。鼓勵學(xué)生在完成大作業(yè)的過程中討論分析計算結(jié)果，教師根據(jù)報告計算結(jié)果、分析問題的深度進(jìn)行評分。

3.熱網(wǎng)計算原理

專業(yè)選修課熱網(wǎng)計算原理是在本科供熱工程課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)用概率論、圖論、矩陣?yán)碚摰葦?shù)學(xué)工具解決供熱管網(wǎng)計算有關(guān)問題的一門課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用基礎(chǔ)知識和數(shù)學(xué)理論，解決和分析專業(yè)技術(shù)問題的能力。結(jié)合該課程的特點(diǎn)，在講授過程中特別注意理論與實(shí)際工程案例的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高其解決實(shí)際工程問題的能力。

考核方式采用“課程論文+課堂練習(xí)+工程案例分析交流”的方式，重在課程論文的過程管理，包括課程論文選題與課程論文匯報答辯幾個主要環(huán)節(jié)，學(xué)生共有2次參與討論與演講的機(jī)會。

結(jié)合當(dāng)前清潔能源在供熱系統(tǒng)中的高效利用與智慧供熱等最新方向，確定參考題目與范圍，但是最終選擇每人一題。在整個熱網(wǎng)計算原理課程教學(xué)環(huán)節(jié)，以不同系統(tǒng)形式與其計算方法作為階段性目標(biāo)，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)和思考；采用供熱工程虛擬仿真平臺與哈爾濱工業(yè)大學(xué)自主研發(fā)的供熱計算軟件作為訓(xùn)練工具，在課堂教學(xué)中就計算原理在實(shí)際工程案例中的應(yīng)用進(jìn)行課堂測試與討論。這有利于引導(dǎo)學(xué)生由被動聽課變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)，將所學(xué)的理論知識真正在工程中應(yīng)用，并注意實(shí)際工程計算時邊界條件的選定，極大地提升了學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了選題、復(fù)雜供熱系統(tǒng)計算原理的學(xué)習(xí)、論文寫作、工程實(shí)際案例討論交流等全過程培訓(xùn)，提高了研究生發(fā)現(xiàn)供熱系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計缺陷、解決實(shí)際工程問題的能力，同時也培養(yǎng)了論文寫作與表述能力。從近幾年學(xué)生提交的課程論文看，論文的完成質(zhì)量逐年提升，其中2016年優(yōu)秀課程論文率占比22%，2017年達(dá)45%。大部分學(xué)生能夠通過該課程的學(xué)習(xí)，帶著解決實(shí)際工程問題的理念，進(jìn)行深入思考并靈活運(yùn)行所學(xué)知識，不僅課程論文的選題越來越新穎實(shí)用，而且研究內(nèi)容也愈加深入。

四、結(jié)語

以哈爾濱工業(yè)大學(xué)暖通學(xué)科研究生課程多元化考核方式為主題，分別以高等傳熱學(xué)、室內(nèi)空氣環(huán)境以及建筑節(jié)能技術(shù)等課程為代表，詳述了基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課在開設(shè)過程中的具體考核指標(biāo)和做法。近幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，基于過程管理的多元化考核方式有利于引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)習(xí)成效。所提出的經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的多元化考核模式，對其他工科類研究生課程考核方式改革具有一定的借鑒作用。