基于CDIO模式的土木工程施工課程QTIA教學(xué)方法研究

孟文清，張亞鵬，崔邯龍

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北邯鄲056038)

基于CDIO模式的土木工程施工課程QTIA教學(xué)方法研究

孟文清，張亞鵬，崔邯龍

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北邯鄲056038)

文章將CDIO國(guó)際化教學(xué)理念的基本理論應(yīng)用到土木工程施工課程的教學(xué)過程中。在CDIO理論的基礎(chǔ)上，確定了土木工程施工課程的教學(xué)目標(biāo)，并提出了QTIA教學(xué)方法;針對(duì)典型案例，闡述了這種教學(xué)方法的操作步驟及教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題;對(duì)比分析了QTIA教學(xué)方法與CDIO模式的高度契合性;通過問卷方式對(duì)在校生和畢業(yè)生進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明這種教學(xué)方法較好地達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)要求。

CDIO;土木工程施工;教學(xué)目標(biāo);QTIA教學(xué)方法

CDIO模式是由美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家理工學(xué)院等四所大學(xué)工程教育改革研究團(tuán)隊(duì)提出的國(guó)際工程教育與人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式，即 Conceiving(構(gòu)思)—Designing(設(shè)計(jì))—Implementing(實(shí)現(xiàn))—Operation(運(yùn)行)。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO模式強(qiáng)調(diào)與社會(huì)大環(huán)境相協(xié)調(diào)的綜合的創(chuàng)新能力，同時(shí)更關(guān)注工程實(shí)踐，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，因此CDIO工程教育模式必將成為培養(yǎng)工程人才的有效途徑。

應(yīng)用型本科院校工程人才的培養(yǎng)，不僅要注重理論，更要加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué);不僅要提高學(xué)生的自學(xué)能力，更應(yīng)加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的培養(yǎng)。為了實(shí)現(xiàn)CDIO模式要求的學(xué)生能力的培養(yǎng)目標(biāo)，課程的教學(xué)方法也應(yīng)該按照CDIO教學(xué)大綱的要求來制定。由于土木工程施工課是土木類課程中最具專業(yè)特色、與現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系最緊密的專業(yè)課之一，我們按照CDIO教學(xué)大綱的要求，對(duì)該課程教學(xué)的方法進(jìn)行了初步研究及探討，期望能為應(yīng)用型本科院校專業(yè)課的教學(xué)提供一定的參考。

一、“問題——團(tuán)隊(duì)——方案——實(shí)踐(QTIA)”教學(xué)方法的提出

(一)課程教學(xué)目標(biāo)的確立

CDIO能力培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為四個(gè)層面，即工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。這種培養(yǎng)模式體現(xiàn)了大工程的理念，注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，同時(shí)密切聯(lián)系企業(yè)，而且大綱提供了全面的實(shí)施指引(包括培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)方法、學(xué)生考核、學(xué)習(xí)構(gòu)架)以及實(shí)施檢驗(yàn)等12條標(biāo)準(zhǔn)，具有系統(tǒng)性及可操作性。

基于CDIO模式的土木工程施工課程教學(xué)目標(biāo)是:通過教師的精心策劃和精心準(zhǔn)備，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該專業(yè)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更快地掌握常見的施工技術(shù)和施工組織基礎(chǔ)知識(shí);通過重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí);在教學(xué)過程中，盡可能多地模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，培養(yǎng)學(xué)生解決具體施工問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，滿足企業(yè)需求，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的效果。

(二)QTIA教學(xué)方法的提出

本課程為土木工程專業(yè)必修課程，課程主要分為施工技術(shù)和施工組織兩大部分，課程特點(diǎn)是:內(nèi)容多，各章節(jié)之間聯(lián)系不緊密，邏輯性不強(qiáng)，給知識(shí)的掌握帶來了一定的困難;教學(xué)安排以及教學(xué)內(nèi)容的制定受到施工新技術(shù)的直接影響;課程內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合緊密，學(xué)生感觀知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)缺乏，對(duì)知識(shí)的掌握不利，不能很好地滿足企業(yè)的需要。

結(jié)合CDIO模式的基本理論并根據(jù)課程的上述特點(diǎn)，我們提出了QTIA教學(xué)方法。所謂“QTIA”教學(xué)方法是指授課教師帶領(lǐng)學(xué)生圍繞設(shè)計(jì)好的某一個(gè)實(shí)際問題(Question)展開討論，以團(tuán)隊(duì)(Team)的組織形式確定解決問題的具體方案(Idea)，以親自動(dòng)手實(shí)踐(Action)的手段實(shí)施擬定的方案，從而獲取知識(shí)的教學(xué)方法。

二、“問題—團(tuán)隊(duì)—方案—實(shí)踐(QTIA)”教學(xué)方法的應(yīng)用

(一)課程教學(xué)目標(biāo)的確立

CDIO能力培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為四個(gè)層面，即工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。這種培養(yǎng)模式體現(xiàn)了大工程的理念，注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，同時(shí)密切聯(lián)系企業(yè)，而且大綱提供了全面的實(shí)施指引(包括培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)方法、學(xué)生考核、學(xué)習(xí)構(gòu)架)以及實(shí)施檢驗(yàn)等12條標(biāo)準(zhǔn)，具有系統(tǒng)性及可操作性。

基于CDIO模式的土木工程施工課程教學(xué)目標(biāo)是:通過教師的精心策劃和精心準(zhǔn)備，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該專業(yè)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更快地掌握常見的施工技術(shù)和施工組織基礎(chǔ)知識(shí);通過重視實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí);在教學(xué)過程中，盡可能多地模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，培養(yǎng)學(xué)生解決具體施工問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，滿足企業(yè)需求，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的效果。

(二)QTIA教學(xué)方法的提出

本課程為土木工程專業(yè)必修課程，課程主要分為施工技術(shù)和施工組織兩大部分，課程特點(diǎn)是:內(nèi)容多，各章節(jié)之間聯(lián)系不緊密，邏輯性不強(qiáng)，給知識(shí)的掌握帶來了一定的困難;教學(xué)安排以及教學(xué)內(nèi)容的制定受到施工新技術(shù)的直接影響;課程內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合緊密，學(xué)生感觀知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)缺乏，對(duì)知識(shí)的掌握不利，不能很好地滿足企業(yè)的需要。

結(jié)合CDIO模式的基本理論并根據(jù)課程的上述特點(diǎn)，我們提出了QTIA教學(xué)方法。所謂“QTIA”教學(xué)方法是指授課教師帶領(lǐng)學(xué)生圍繞設(shè)計(jì)好的某一個(gè)實(shí)際問題(Question)展開討論，以團(tuán)隊(duì)(Team)的組織形式確定解決問題的具體方案(Idea)，以親自動(dòng)手實(shí)踐(Action)的手段實(shí)施擬定的方案，從而獲取知識(shí)的教學(xué)方法。

三、“問題——團(tuán)隊(duì)——方案——實(shí)踐(QTIA)”教學(xué)方法的應(yīng)用

(一)QTIA教學(xué)方法具體步驟

本文以混凝土工程中的模板工程為例介紹其具體教學(xué)方法。

我們對(duì)教材中模板這一節(jié)的主要內(nèi)容進(jìn)行分析，主要包括模板的作用、模板的系統(tǒng)構(gòu)成、模板的基本要求、常見的模板類型、模板的安裝、模板的拆除以及模板設(shè)計(jì)等七部分內(nèi)容。其中前六項(xiàng)內(nèi)容為模板的基礎(chǔ)知識(shí)，理解起來相對(duì)容易;模板設(shè)計(jì)部分是本節(jié)的難點(diǎn)，介紹不同形狀、不同受力特點(diǎn)的不同構(gòu)件(梁、板、柱、墻、基礎(chǔ)等)如何進(jìn)行配板及支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，是應(yīng)用型本科院校學(xué)生必須掌握的技術(shù)知識(shí)。

根據(jù)上述分析結(jié)果，為了有效提高教學(xué)效果，教師對(duì)整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行構(gòu)思:采用多媒體教學(xué)的方式先將模板工程的基礎(chǔ)知識(shí)講授給學(xué)生;對(duì)模板設(shè)計(jì)內(nèi)容我們采用QTIA教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)。

1．問題(Question)設(shè)計(jì)

“問題”是QTIA教學(xué)方法的重要條件，直接反映了教學(xué)內(nèi)容，一切教學(xué)活動(dòng)將圍繞Question展開。問題應(yīng)為突出重點(diǎn)、難度適中、有代表性、便于學(xué)生發(fā)散思維的實(shí)際工程，因此需要教師精心設(shè)計(jì)。

模板工程教學(xué)過程中我們根據(jù)上述要求，分別選擇了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)以及單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)的施工圖紙，指定基礎(chǔ)或某結(jié)構(gòu)層的一部分(以軸線劃分)的模板設(shè)計(jì)作為一個(gè)Question。

2．團(tuán)隊(duì)(Team)的建立

“團(tuán)隊(duì)”的組建是QTIA教學(xué)方法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了保證團(tuán)隊(duì)工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，需注意以下問題:

(1)學(xué)生的班級(jí)。一個(gè)班的學(xué)生之間比較熟悉，交流方便，有利于團(tuán)隊(duì)活動(dòng)的展開。

(2)學(xué)生的性別。整個(gè)教學(xué)活動(dòng)涉及動(dòng)手操作，需充分考慮男女生的智能、體能等方面的差異，合理分配。

(3)學(xué)生的組織能力以及學(xué)習(xí)成績(jī)。團(tuán)隊(duì)成員的學(xué)習(xí)成績(jī)和組織能力層次要搭配合理，以優(yōu)帶差、以強(qiáng)帶弱，充分調(diào)動(dòng)每一個(gè)學(xué)生的積極性。

(4)團(tuán)隊(duì)人數(shù)。人數(shù)太多，工作組織相對(duì)困難，工作安排可能出現(xiàn)你推我、我推他的情況，造成命令傳達(dá)不下去或執(zhí)行難等問題;人數(shù)太少，無法集思廣益，對(duì)Question的學(xué)習(xí)深入度不足。我們經(jīng)過對(duì)比分析，團(tuán)隊(duì)以9～12人為宜。團(tuán)隊(duì)建立后，每個(gè)Team選擇一個(gè)Question，進(jìn)行配板設(shè)計(jì)。

3．確定解決方案(Idea)

這是QTIA教學(xué)方法的核心，學(xué)生知識(shí)的獲取主要是在這個(gè)階段完成的。題目選定后，各團(tuán)隊(duì)成員在學(xué)習(xí)基本原理的基礎(chǔ)上，自己查閱資料，到施工現(xiàn)場(chǎng)考察，首先確定選用什么類型的模板，如何配板保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，通過荷載計(jì)算確定模型板及支撐系統(tǒng)，給出符合規(guī)范要求的、可操作性強(qiáng)的方案2～3個(gè)。

確定方案期間老師要對(duì)該學(xué)習(xí)過程要有一個(gè)整體的把握，老師可以對(duì)學(xué)生提出的問題給予一定的技術(shù)支持，但不能全權(quán)代理，特別注意最終方案一定是學(xué)生自己的方案;另外學(xué)生制定的方案允許存在一些小的問題，這些問題不會(huì)影響大的方案的執(zhí)行，但是可能會(huì)影響方案的最終效果，可以在下一個(gè)階段(Action)中讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并更正;對(duì)于出現(xiàn)的嚴(yán)重的原則性的錯(cuò)誤則要及時(shí)的指出，否則下一個(gè)階段就無法正常進(jìn)行，如:個(gè)別團(tuán)隊(duì)在制定帶預(yù)埋地腳螺栓的獨(dú)立基礎(chǔ)的模板設(shè)計(jì)方案時(shí)，將固定地腳螺栓的系統(tǒng)支撐在模板系統(tǒng)上，這樣在后期澆注混凝土?xí)r會(huì)出現(xiàn)地腳螺栓隨著模板一起發(fā)生位移的問題，屬于錯(cuò)誤方案，應(yīng)及時(shí)給予糾正。

4．實(shí)施及驗(yàn)證(Action)

這是QTIA教學(xué)方法的重要階段，是知識(shí)與動(dòng)手技能提高的重要環(huán)節(jié)。方案確定且基本成熟(成熟度由教師掌握)以后，學(xué)校為學(xué)生提供所需的施工工具和基本材料，各團(tuán)隊(duì)在學(xué)校的實(shí)習(xí)基地按照制定的方案實(shí)際動(dòng)手支設(shè)模板，通過實(shí)踐分析對(duì)比方案的好壞，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)糾正。

在模板支設(shè)過程中，出現(xiàn)了很多實(shí)際問題。如:某一個(gè)框架結(jié)構(gòu)梁柱(如圖1)的模板方案支設(shè)完成后梁柱節(jié)點(diǎn)處模板連接不當(dāng)，出現(xiàn)分家，無法緊密連接(如圖2)。大家在老師的帶領(lǐng)下討論分析問題產(chǎn)生的原因，主要是對(duì)組合鋼模板的類型和連接方式了解不清楚造成的，于是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整方案，最終完成了任務(wù)(如圖3)。另外還有一些團(tuán)隊(duì)的方案出現(xiàn)了模型板拼接工藝不符合規(guī)定的問題，都在老師的引導(dǎo)下得到了解決。

(二)QTIA教學(xué)方法分析

1．QTIA教學(xué)方法與CDIO模式的對(duì)比分析。

QTIA教學(xué)方法充分考慮了應(yīng)用型本科院校學(xué)生的能力特點(diǎn)，是CDIO模式與土木工程施工課程教學(xué)的具體結(jié)合:

(1)Question的設(shè)計(jì)是施工現(xiàn)場(chǎng)的具體問題，解決這樣的Question對(duì)學(xué)生來說更有學(xué)習(xí)動(dòng)力，同時(shí)拉近了學(xué)校與企業(yè)的距離，符合CDIO模式提出的注重企業(yè)需求的觀點(diǎn)。

(2)Team形式的設(shè)想正是CDIO模式的重要內(nèi)容，個(gè)人的技能培養(yǎng)在團(tuán)隊(duì)中得以實(shí)現(xiàn)。學(xué)生要想解決這樣一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的問題，一個(gè)人很難獨(dú)立完成，必須明確分工。誰指揮?誰負(fù)責(zé)資料查詢?誰負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研?如何交流(包括學(xué)生之間的交流以及與施工現(xiàn)場(chǎng)人員的交流)?最終方案如何確定?出現(xiàn)問題后如何解決?這一系列的問題都培養(yǎng)了溝通能力和團(tuán)隊(duì)的分工協(xié)作能力，加強(qiáng)了集體主義責(zé)任感。

(3)Idea過程與CDIO教學(xué)大綱中的第一部分關(guān)于工程技術(shù)知識(shí)原理和技術(shù)推理高度一致。學(xué)生在解決問題這一過程中，正是以基本理論為核心，通過資料的查詢和施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研，放射性的學(xué)習(xí)，拓寬了知識(shí)面，開闊了視野，掌握了核心技術(shù)知識(shí);并在分析計(jì)算、方案選擇的過程中掌握了高級(jí)工程基礎(chǔ)知識(shí)。

(4)Action這一過程首先從感官上極大的增加了認(rèn)識(shí);另外在支設(shè)模板的過程中，大家發(fā)現(xiàn)了很多問題，通過方案的調(diào)整，進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

QTIA教學(xué)方法最大程度的調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)本課程的積極性，在老師的正確引導(dǎo)下培養(yǎng)了學(xué)生三種專業(yè)思維能力，即工程推理和解決問題能力、實(shí)驗(yàn)中探尋知識(shí)能力和系統(tǒng)思維能力。

2．教學(xué)效果調(diào)查與分析。

自2007年采用QTIA教學(xué)以來，學(xué)生對(duì)這種教學(xué)方法給予了充分的肯定。2009年我院土木工程專業(yè)共九個(gè)班開設(shè)了土木工程施工這門課程，我們對(duì)其中的四個(gè)班采用了QTIA教學(xué)方法教學(xué)，課程結(jié)束后對(duì)這些學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，調(diào)查表共發(fā)出138份，收回125份，調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1;我們對(duì)九個(gè)班的期末測(cè)試成績(jī)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果見表2。此外，我們對(duì)首屆采用QTIA教學(xué)方法教學(xué)現(xiàn)已畢業(yè)兩年的學(xué)生也進(jìn)行了回訪，結(jié)果見表3。

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通過調(diào)查分析證明QTIA教學(xué)方法能夠最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情(尤其是對(duì)那些學(xué)習(xí)積極性不高的學(xué)生)，使整個(gè)的教學(xué)過程生動(dòng)而不乏知識(shí)性，并且顯著地提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和動(dòng)手能力，達(dá)到了預(yù)期的基于CDIO模式的土木工程施工課程教學(xué)目標(biāo)的要求。

四、結(jié)論

本文結(jié)合應(yīng)用型本科院校及土木工程施工課程的特點(diǎn)，制定了基于CDIO模式的土木工程施工課程的教學(xué)目標(biāo)，提出了QTIA教學(xué)方法。

實(shí)踐證明，QTIA教學(xué)方法的實(shí)施，更好地滿足了應(yīng)用型本科院校工程人才培養(yǎng)的要求，不僅極大地提高了本課程的教學(xué)效果，達(dá)到了本課程教學(xué)目標(biāo)的要求，同時(shí)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)能力(包括解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、動(dòng)手能力、勝任崗位能力等)的培養(yǎng)也收到了較好的效果。QTIA教學(xué)方法是CDIO模式基本理論在土木工程課程教學(xué)上的深化與發(fā)展，是一種行之有效的教學(xué)方法，可以在土木工程施工課程以及類似的專業(yè)課程中廣泛推廣。

［1］顧佩華．CDIO大綱與標(biāo)準(zhǔn)［M］．汕頭:汕頭大學(xué)出版社，2008．

［2］康全禮，陸小華，熊光晶．CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)［J］．高等教育研究學(xué)報(bào)，2008，(12):32．

［3］王剛．CDIO工程教育模式的解讀與思考［J］．中國(guó)高教研究，2009，(5):69．

［4］顧佩華．從CDIO到EIP－CDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式［J］．高等工程教育研究，2008，(1):67．

Teaching methods of QTIA in civil Engineering construction course based on CDIO model

MENG Wen－qing，ZHANG Ya－peng，CUI Han－long
(School of Civil Engineering，Hebei University of Engineering，Handan 056038，China)

Based on the international teaching idea of CDIO，a new teaching system is applied to the teaching process of Civil Engineering Construction course．Based on the theory of CDIO，teaching aim of Civil Engineering Construction course is determined，and teaching methods of QTIA are put forward．Firstly，taking the typical cases for example，this paper expounds in detail the operation steps of this method and some problems needing attention in teaching．Secondly，it compares and analyzes the highly combined teaching methods of QTIA with teaching idea of CDIO．Lastly，it is proved that this teaching method meets the expected requirements through the investigation by questionnaire．

CDIO;civil engineering construction;teaching aim;teaching methods of QTIA

G642

A

1673－9477(2011)04－0098－03

2011－10－15

全國(guó)教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃2009年度教育部重點(diǎn)課題(編號(hào):DIA090220)

孟文清(1966－)，男，河北臨漳人，教授，主要從事施工技術(shù)與管理方面的教學(xué)與研究。

［責(zé)任編輯:王云江］