《Proceedings of the Design Society》：Review of a modular and scalable course concept for sustainable product development: a multi-institutional case study
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为满足当代需求，工程师必须能够开发具有可持续性与环境兼容性的产品及系统。为适应这一要求，工程领域亟需新设或调整相关课程与培养方案。本研究旨在回顾一种模块化、可扩展的可持续产品开发课程概念的整合应用情况。该研究基于四所德国高校18次课程实施的多机构案例研究，揭示
为满足当代需求，工程师必须能够开发具有可持续性与环境兼容性的产品及系统。为适应这一要求，工程领域亟需新设或调整相关课程与培养方案。本研究旨在回顾一种模块化、可扩展的可持续产品开发课程概念的整合应用情况。该研究基于四所德国高校18次课程实施的多机构案例研究，揭示了两种主要应用模式：面向专业深化的独立课程（stand-alone courses for specialisation）与面向知识传播的嵌入式模块（integrated modules for dissemination）。为回答下述研究问题，研究人员首先阐述了可持续产品开发的基本术语，以及该主题在德国高等教育机构中的整合现状，随后对先前开发的课程概念进行说明。研究采用定性多案例研究方法，通过目的性抽样选取18个不同的课程实施方案作为分析个案，并进行描述性跨案例分析以识别不同实施场景中的模式。研究结果表明，该模块化课程概念通过两种截然不同的策略路径实现应用：一是综合性的独立课程路径，用于专业化深度学习；二是灵活的嵌入式模块路径，用于在现有课程中实现广泛传播。模块化为教师、课程负责人等提供了选择适当路径的灵活性——既可构建综合性的项目式课程以培养专业人才的深层技能，也可设计紧凑的知识导向型模块以建立全体工程学生的基礎认知。该模块化课程概念配合共享教育资源，通过三种主要机制促进复杂议题向工程 Aug 程教育培养方案的融入：降低采纳门槛、实现规模化扩展以及确保可迁移性。研究结论指出，模块化课程概念是嵌入工程教育可持续性的高效、灵活且可扩展的工具；其模块化设计支持从面向大规模学生的简短基础导入到面向小规模群体深入技能导向专业化培养的广泛应用谱系。未来研究应聚焦于实证测量与比较两种路径下学生具体学习成效与能力发展，以及收集学生对课程内容和教学方法的意见反馈，同时通过质性调查与访谈评估教师对内容整合的感知体验及材料供给对整合过程的促进作用。
## 研究背景与问题提出
减少全球温室气体排放是当今时代的核心目标之一。2006年）。为此，企业必须采取更具生态性和可持续性的经营方式。可持续方法为企业提供了技术创新与经济竞争力的新的机遇，这要求开发新型或改进型产品、服务或产品-服务系统（Product-Service Systems）。工程师在此转型过程中扮演关键角色，因为产品开发过程中的决策决定了产品在整个生命周期（Life Cycle）中的环境影响，据估计60%至80%的产品环境影响是在初始阶段确定的。然而，可持续产品开发在过去德国工程教育培养方案中代表性不足，尽管2023年与2018年对比分析显示这一状况正在改善——提供生态设计（Ecodesign）和可持续产品开发特定课程的高校从11所（9%）显著增加至55所（46%），但教育工作者和机构仍面临快速开发高质量、有效教学方案的挑战。Allenby（2009）甚至指出，教育的不可预测性、复杂性和加速变化与可持续性需求的结合，正构成一场迅速逼近却未被充分重视的教育危机。
在此背景下，本研究旨在系统调查这一最初开发的课程概念如何在其他课程中被采纳，以及如何促进可持续设计在工程教育中的传播。研究围绕三个核心问题展开：该模块化课程概念如何在不同大学课程和机构情境中实施；模块化课程概念如何增强可持续产品设计实践所需关键技能的发展；以及模块化课程概念配合共享教育资源如何促进可持续性等复杂主题向工程培养方案的整合。
## 课程概念开发与技术方法
研究人员在开发评估的课程概念时，首先基于对环境兼容与可持续产品开发现有程序模型的全面综述，发现尚无单一现有框架能够完全胜任这一复杂跨学科主题的教学，尤其是兼顾产品使用阶段的方法论严谨性与教学有效性。开发过程以决策导向型教学设计模型（Decision-Oriented Instructional Design model）为结构指导框架，将12种不同可持续产品开发模型的程序步骤综合为九个核心顺序任务，涵盖从产品生命周期环境影响分析到改进措施开发与评估的全过程。该概念采用以学生为中心的方法和探究式学习，关键教学元素为基于现实的学习情境——学生扮演虚构公司新员工角色，负责分析并生态改进真实产品。概念的核心特征在于其模块化结构，包含可持续性基础、生命周期分析方法及环境改进措施目录等构建模块，并配有明确的学习成果、先修条件、时长单元（90分钟单元）、评估方式及教学材料，支持教师根据课程约束和目标灵活选择组合。所有教学材料均遵循开放式教育资源（Open Educational Resources, OER）原则开发，便于共享和修改。
本研究采用定性多案例研究方法，通过目的性抽样选取18个课程实施案例，涵盖四所德国高等教育机构（鲁尔大学波鸿分校、弗里德里希-亚历山大大学埃尔朗根-纽伦堡分校、多特蒙德工业大学、威斯特法伦应用技术大学）、本硕不同层次、必修与选修不同类型课程。纳入标准为每个案例至少整合两个完整教学单元（180分钟）的概念内容，排除仅包含单次 guest lecture 的实施。数据收集采用文档分析与半结构化访谈相结合的方法，文档包括官方模块手册、课程安排及考试信息，访谈涵盖四位负责18次实施的讲师，内容涉及采用动机、选定模块及深度、授课模式、学生规模、评估形式、整合约束、 perceived fit 与延续性及估计学生人数。数据分析采用描述性跨案例分析，按照预设参数（大学、年份学期、课程名称、技术层次、学生人数、考试类型、课程层次、授课形式、实施模式及内容占比）进行系统分类和比较。
## 研究结果
研究结果揭示了该概念在不同学术情境中的多样化应用。"深度路径：面向专业化的独立课程"——四个案例作为完全基于该概念的独立"可持续产品开发"课程实施，技术层次均为"中等"，应用于鲁尔大学波鸿分校的选修硕士课程及威斯特法伦应用技术大学的必修学士课程，均采用能力导向评估方法，如作品集（portfolio）、口试、学习日志或报告，旨在评鉴应用与能力的高阶技能。"广度路径：面向传播的嵌入式模块"——14个案例利用概念模块化特征将可持续性内容嵌入现有课程，内容占比从0-10%到91-100%不等，多数（56%）课程整合21-40%的概念内容。在低技术层次课程如"可持续未来"中，整合比例为10%-32%；而在核心技术必修课程如"机械元件I"中，整合比例仅为9%-14%，以低剂量、高覆盖方式面向大规模学生群体（如弗里德里希-亚历山大大学每年约300人、多特蒙德工业大学约120人）进行基础技术教育中的可持续性概念导入，考试形式几乎全部为（数字化）笔试。学生群体规模分布广泛，从不足10人的小组到多达300人的大组，算术均值为99.8人，中位数为50人。该概念在学士和硕士层次均得到成功应用，独立课程路径适用于不同学术专业化阶段，而嵌入式模块路径 strategically 应用于必修学士课程早期阶段，确保所有工程学生无论后续专业化方向如何均接触可持续设计基础。
## 讨论与结论
研究表明，模块化课程概念通过两种战略路径实现应用：独立课程路径实现专业深度学习，嵌入式模块路径实现灵活广泛传播。模块化设计通过内容范围、学习目标与评估方法之间的刻意对齐（constructive alignment）增强关键技能发展——独立课程路径通过复杂能力导向评估培养深层实践技能，嵌入式模块路径通过笔试高效大规模评估基础概念认知，教师可根据需要选择适当路径。配合共享教育资源的模块化概念通过降低采纳门槛、实现规模化扩展及确保可迁移性三种机制，促进复杂主题向工程培养方案的整合：为技术密集型核心科目讲师提供预包装的低开销解决方案；在必修课程中向大规模学生群体传播基础知识，实现比专业选修课更广泛的覆盖影响；模块及材料的鲁棒性和清晰性使其可被非原始开发团队成员的讲师成功采用，无需各机构重复开发材料，且分析案例显示整合内容在后续学期和年份得以保留。
研究结论部分指出，该多机构案例研究分析表明，模块化课程概念是嵌入工程教育可持续性的高效、灵活且可扩展的工具。其模块化设计支持从面向数百名学生的简短基础导入到面向较小群体深入技能导向专业化培养的广泛应用谱系，这些应用适合采用作品集、学习日志或报告等能力导向评估方法以应对高阶应用与能力。在广度路径中，将9%-14%的原始内容有效整合入高技术性核心工程课程，是实现可持续性原则广泛传播的可行策略。研究发现强烈表明，此类可扩展、模块化框架的开发与共享能够成为加速工程教育培养方案必要且紧迫演进的关键促成因素。未来研究应聚焦于实证测量与比较两种路径下学生具体学习成效与能力发展，收集学生对课程内容和教学方法的意见反馈，并通过质性调查与访谈评估教师对内容整合的感知体验及材料供给对整合过程的促进作用。
