專業(yè)學位研究生實戰(zhàn)案例式教學探索與實踐

劉國丹　胡松濤　王剛　趙一舟　王甫來　馬開杰

摘? 要：實踐能力的培養(yǎng)對專業(yè)學位研究生至關重要，在研究生課程教學中實施案例教學法，發(fā)揮團隊豐富的教學科研和工程經(jīng)驗優(yōu)勢，建設“產(chǎn)學研賽”一體化案例庫。案例緊密貼近社會需求，現(xiàn)實應用價值大；案例源于工程實踐，理論與實際緊密結(jié)合；案例源于科研項目，達到“教”“研”合一，“多課共享”；CFD仿真等現(xiàn)代技術的應用，提高理論分析能力。探索非標準答案全過程考核方式，全面評價學生成績。實踐證明，教學效果良好，指導的研究生在全國科技創(chuàng)新獲獎多次，授權(quán)發(fā)明專利，綜合創(chuàng)新能力大大提升。

關鍵詞：專業(yè)學位研究生；案例式教學；創(chuàng)新能力；科技創(chuàng)新；現(xiàn)代通風技術

中圖分類號：G643? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）16-0053-04

Abstract： The practical ability is very important for professional degree postgraduates. The case teaching method is adopted. Teaching group has rich teaching and research and engineering experience， and builds a case base for training， learning， research and competition. The cases are close to the social demand and have great practical application value. The cases come from the engineering practice， and the theory is closely combined with the practice. The cases come from the scientific research project， achieving the integration of "teaching" and "research"， and "multi course sharing". The application of modern technologies such as CFD simulation improves the theoretical analysis ability. The whole process assessment method of non-standard answers is explored， and students' achievements are comprehensively evaluated. The practice has proved that the teaching effect is good. The postgraduate students have won many awards in national scientific and technological innovation， granted invention patents and greatly improved their comprehensive innovation ability.

Keywords： professional degree postgraduate; case teaching; innovative ability; scientific and technological innovation; Modern Ventilation Technology

到2025年，我國碩士研究生培養(yǎng)計劃中將有70%專業(yè)碩士學位研究生，實踐能力的培養(yǎng)對專業(yè)碩士至關重要，若僅通過導師的科研項目或工程項目進行實踐訓練，不僅知識覆蓋面有限，且難以形成可持續(xù)培養(yǎng)模式[1]。案例教學是一種將現(xiàn)實生活實踐與理論研究相結(jié)合，以實際案例為依據(jù)，強調(diào)學生自主研習、自主探究，從而提高學生運用理論解決實際問題的教學方法[2]。

在此背景下，為提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量，創(chuàng)新教學模式，在研究生課程教學中實施案例教學法十分必要、意義重大。實施案例教學法的首要前提是構(gòu)建教學案例庫。

本文以現(xiàn)代通風技術課程為例，進行案例教學法研究，并結(jié)合科研課題和工程實踐，構(gòu)建有針對性的專業(yè)教學案例庫，為該領域研究生的培養(yǎng)提供良好的實踐學習平臺，以強化專業(yè)學位研究生的實踐應用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

一? 課程特點分析

在現(xiàn)代技術型社會中，人們有90%以上的時間是在人工環(huán)境（如住房、車間或交通工具）中度過的，良好的通風是內(nèi)部人員的基本訴求，可以保障室內(nèi)人員舒適和安全以及工業(yè)過程性能。不良的通風使得室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化日益嚴重，尤其是在空調(diào)建筑中“病態(tài)建筑綜合征”已成為節(jié)能時代的代名詞[3-5]。這些室內(nèi)空氣品質(zhì)問題與設備的維護差、室內(nèi)產(chǎn)生的污染物含量高、室外新風量少等因素有關。

由于人們對更高質(zhì)量的室內(nèi)空氣環(huán)境的需求，通風系統(tǒng)也在日常生活中得到廣泛的應用，應用場景也從最初的主要服務于工業(yè)生產(chǎn)車間的通風除塵，擴展到更為廣闊的領域，如大空間建筑通風、地下工程施工通風、公路鐵路隧道通風、地下車庫通風和太陽能煙囪等自然通風、公共交通工具內(nèi)部通風、醫(yī)療建筑通風[6-8]。尤其在2019年底暴發(fā)新冠疫情以來，通風更是引起人們的廣泛關注，方艙醫(yī)院內(nèi)手術室、負壓隔離病房等通風系統(tǒng)設計，更是防止病毒空氣傳播及為醫(yī)護人員提供安全空氣環(huán)境的重要手段[9-10]。

然而，通風系統(tǒng)的原理復雜，影響通風效果的因素眾多，系統(tǒng)設計難度大。僅從通風方式來分有自然通風、機械通風和混合通風等，加之應用場景不同，受到建筑內(nèi)部空間構(gòu)造、穿堂風、室內(nèi)熱氣流、室內(nèi)外氣象條件和送風口布置及形式等影響，通風氣流復雜多變，只有合理設計，才能達到理想通風效果。對于醫(yī)療建筑而言，還需要保證潔凈度和壓力梯度的設計要求。為了更好地計算通風系統(tǒng)的氣流分布，CFD（Computational Fluid Dynamics），即計算流體動力學技術，廣泛應用于通風系統(tǒng)設計中，通風已經(jīng)發(fā)展成為一門集科學研究和工程應用為一體的綜合學科。

針對課程特點，現(xiàn)代通風技術課程比較適宜采用案例法教學，將理論與工程實踐相結(jié)合，針對具體工程，進行個性化案例設計，也可進行工程診斷，輔以現(xiàn)代計算機CFD模擬仿真技術，以提高學生的理論分析能力。

二? 本課程案例教學現(xiàn)狀分析及實施方案

案例庫在教育領域廣為采用，美國多所知名大學制定了教學資源庫計劃，以滿足學習者對于知識與技能的學習需求。這些案例庫在學科類別、企業(yè)規(guī)模類別、企業(yè)性質(zhì)類別、行業(yè)類別、區(qū)域類別和案例功能類別等方面非常齊全[11]。在我國，最早的是管理學和商學專業(yè)在本科生中進行案例教學，而在研究生教育培養(yǎng)中，關于通風理論及設計的教學案例庫的研究還相當少。

目前在通風方面的本科案例教學主要集中于礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造和煤礦通風與安全[12-13]，基本停留在原有的工業(yè)通風系統(tǒng)設計方面，但是隨著通風技術的廣泛應用，其應用場景多變，系統(tǒng)設計要求不一，例如醫(yī)療建筑、廠房、地下空間等設計中需要特殊處理的差異較大，迫切需要針對具體工程，進行個性化案例設計。此外，通風原理課程內(nèi)容復雜繁多，概念抽象，許多學生對此缺乏學習興趣，影響教學效果。

因此，根據(jù)教學目標和課程內(nèi)容的需要，以典型案例為基本教學素材，將學生引入特定案例中，引導學生理解和掌握基本理論，激發(fā)和培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維能力。同時引入CFD模擬仿真手段，進行理論分析的同時，可以進行通風系統(tǒng)中流場及溫度場的可視化，將抽象的原理形象化展示。因此開展本課程教學案例庫的建設在當前是十分重要和必要的，且具有十分重要的意義和廣闊前景。具體實施思路如圖1所示。

三? 產(chǎn)學研賽一體化的實戰(zhàn)案例庫建設

教學團隊長期致力于人工環(huán)境營造與通風技術研究，積累了較豐富的科研經(jīng)歷，取得了若干研究成果，獲批6項國家自然科學基金項目，以及“973”子課題、國家科技部“十一五”科技支撐計劃子課題、“863”子課題等多項省部級科研課題，這些經(jīng)歷和研究成果為專業(yè)教學案例庫的建設奠定了良好的基礎。此外，團隊還主持完成了山東省優(yōu)質(zhì)課程實驗的理論基礎，如山東省本科高校教學改革研究項目《基于BIM平臺的集成化綠色建筑實踐教學模式改革》、青島理工大學專業(yè)學位研究生教學案例庫建設項目《空調(diào)工程系統(tǒng)優(yōu)化設計》、青島理工大學名校工程建設項目《“通風與空調(diào)工程”課程教學模式創(chuàng)新研究》等教改課題，多人具有注冊全國共用設備師（暖通空調(diào)方向）和一、二級建造師或造價師的執(zhí)業(yè)資格證書，團隊教學科研及工程經(jīng)驗豐富。

在教學過程中，充分發(fā)揮科研和工程經(jīng)驗優(yōu)勢，案例庫建設大多來源于團隊的研究實踐和實際工程，具有鮮明的特色，其特色及創(chuàng)新性如下。

（一）? 案例緊密貼近社會需求，現(xiàn)實應用價值大

例如引入針對新冠疫情的通風系統(tǒng)設計，ICU內(nèi)污染物擴散規(guī)律及控制等典型案例（圖2），并進行個性化局部空氣處理裝置研究，激發(fā)學生的學習興趣。

加裝局部裝置后，顆粒物濃度降低，并且分布均勻，無渦流區(qū)域，降低了交叉感染發(fā)生的概率（圖3）。

（二）? 案例源于工程實踐，理論與實際緊密結(jié)合

將實際工程凝練為專業(yè)教學案例，具有很好的工程背景和實踐特征，在研究生工程實踐能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面優(yōu)勢突出。例如，本團隊與清華大學聯(lián)合中標，進行青島新機場通風空調(diào)系統(tǒng)專項研究，團隊購買了無線小型氣象站、發(fā)煙機等設備，帶領研究生進行現(xiàn)場測試氣流組織，參加系統(tǒng)調(diào)試，并進行問題診斷與分析，大大提高了學生的工程分析能力（圖4、圖5）。

（三）? 案例源于科研項目，實現(xiàn)“教”“研”合一，“多課共享”

區(qū)別于本科生的案例教學，針對專業(yè)學位研究生，在案例教學過程中，科研貫穿于教學中，通過對以往研究項目的總結(jié)和提煉，形成特色鮮明、針對性強的專業(yè)教學案例，從而使案例具有高起點、高水平、寬口徑的特點，并涵蓋了通風原理課程的多個教學內(nèi)容，也可用于空氣污染與控制、建筑能耗與模擬仿真等涉及到通風系統(tǒng)的相關課程教學中。

（四）? CFD仿真等現(xiàn)代技術的應用，提高理論分析能力

由于通風系統(tǒng)氣流復雜，影響因素眾多，傳統(tǒng)的計算方法難以滿足工程分析需要，借助CFD模擬仿真手段（圖6），進行通風系統(tǒng)氣流模擬與仿真優(yōu)化，改進后的送風方案大大提高車廂內(nèi)溫度場均勻性和乘員舒適度，實際案例分析和前沿技術應用，提高了研究生理論聯(lián)系實際的綜合分析能力。

四? 非標準答案的全過程考核方式探索

對學生進行全過程化考核與評價，破除標準答案的單一考試模式，對學生的學習過程進行全程考查，具體做法如下：①課前。教師布置或?qū)W生自選工程案例，學生自主查閱資料與分析，制作PPT。②課中。采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，先由學生進行PPT講解，闡述自己觀點，再由教師進行點評及提問，以及其他學生進行提問，最后由教師進行總結(jié)。與此同時，教師記錄演講學生的表現(xiàn)、專業(yè)分析能力，并記錄其他同學的提問及分析等課堂參與度和活躍度指標，作為每位學生平時成績考核依據(jù)。③結(jié)課。按照科技論文寫作規(guī)范撰寫課程報告，鍛煉了研究生的科研寫作能力，為進一步研究論文的撰寫奠定基礎。

五? 結(jié)合科技競賽提升創(chuàng)新能力

打造“學產(chǎn)研賽交流”的第二課堂育人模式，課外帶領研究生積極參加科技創(chuàng)新和學科競賽，多次獲得國家和省級以上獎項，并赴美國頒獎1項。例如，在2022年帶領研究生針對學校地下車庫結(jié)露問題，進行現(xiàn)場實測、理論分析、CFD仿真，提出通風系統(tǒng)改善措施，參賽題目《基于空調(diào)冷凝熱利用的地下車庫防結(jié)露措施調(diào)研與對策研究》，獲得全國節(jié)能減排大賽二等獎。此外，指導研究生授權(quán)及發(fā)明專利申請十余項，多名研究生在國內(nèi)外學術會議進行專題報告，提高了研究生綜合創(chuàng)新能力，指導的研究生獲得研究生國家獎學金、山東省優(yōu)秀碩士論文、山東省研究生優(yōu)秀成果獎等。

六? 結(jié)束語

隨著專業(yè)學位研究生教育迅速發(fā)展和實踐能力培養(yǎng)的需求不斷增大，在教學過程中采用實戰(zhàn)案例教學法，建設“產(chǎn)學研賽”一體化案例庫，達到“教”“研”合一，“多課共享”，同時探索全過程考核方式，全面評價學生成績。有利于研究生獨立思考、實踐動手、創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)和提升。

參考文獻：

[1] 屈振新.案例教學在專業(yè)碩士培養(yǎng)中的應用研究[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2014（10）：48-49.

[2] 德里克·博克.美國高等教育[M].北京：北京師范學院出版社，1991.

[3] 李恩多，康智強，夏曉東，等.淺談被動式超低能耗建筑中室內(nèi)空氣品質(zhì)問題[A].中共沈陽市委、沈陽市人民政府.第十七屆沈陽科學學術年會論文集[C].中共沈陽市委、沈陽市人民政府：沈陽市科學技術協(xié)會，2020：5.

[4] 周佳佳，徐寶萍.基于室內(nèi)空氣質(zhì)量和節(jié)能的通風策略研究[J].建筑熱能通風空調(diào)，2019，38（12）：27-32.

[5] 楊會盼，劉瑞琦，劉志超.淺談暖通空調(diào)系統(tǒng)對室內(nèi)空氣品質(zhì)的影響[J].居舍，2019（16）：10，41.

[6] 李杰.轎車室內(nèi)氣流組織與空氣品質(zhì)的研究[D].桂林：桂林電子科技大學，2019.

[7] 傳染病醫(yī)療建筑電氣設備專業(yè)通風空調(diào)控制的特殊性[J].智能建筑電氣技術，2018，12（1）：97.

[8] 沈晉明，劉燕敏.德國醫(yī)療建筑手術部通風與空調(diào)系統(tǒng)的應用研究[J].中國醫(yī)院建筑與裝備，2017，18（3）：33-37.

[9] 張再鵬，陳焰華，雷建平，等.某方艙醫(yī)院的通風空調(diào)系統(tǒng)設計[J].暖通空調(diào)，2020，50（11）：62-65，87.

[10] 周珣樹，彭亮，陳強，等.大花山方艙醫(yī)院通風空調(diào)系統(tǒng)設計與改造探討[J].暖通空調(diào)，2020，50（6）：55-59.

[11] 康寧.走近哈佛課堂[M].桂林：廣西師范大學出版社，2004：47.

[12] 沈斌，秦憲禮，王洪粱，等.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造案例編制及其教學實踐[J].價值工程，2013，32（28）：284-285.

[13] 楊桂琴.“煤礦通風與安全”課堂教學中的實踐與探討[J].低碳世界，2013（12）：145-146.

基金項目：山東省專業(yè)學位研究生教學案例庫建設項目“《通風理論與設計》案例庫”（SDYAL20113）；山東省研究生教學改革面上項目“‘科教融合·賽創(chuàng)融煉·四鏈融通的工科研究生創(chuàng)新實踐能力提升研究”（SDYJSJGC2023041）；青島理工大學研究生教育教學改革重點項目“‘科教融合·賽創(chuàng)融煉·四鏈融通的工科研究生創(chuàng)新實踐能力提升研究”（Y032023-004）

第一作者簡介：劉國丹（1969-），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士，教授，博士研究生導師。研究方向為暖通空調(diào)。