CDIO模式在《土木工程材料》教學(xué)改革中的應(yīng)用與實踐

孫 凌 王 穎 于文勇 魏建軍

黑龍江工程學(xué)院， 哈爾濱 150050

CDIO模式在《土木工程材料》教學(xué)改革中的應(yīng)用與實踐

孫 凌 王 穎 于文勇 魏建軍

黑龍江工程學(xué)院， 哈爾濱 150050

針對目前我國工程教育存在的問題，將CDIO工程教育模式引入到土木工程材料教學(xué)過程中，針對土木工程材料課程進行了CDIO模式的設(shè)計，在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生組建創(chuàng)新團隊，進行項目構(gòu)思設(shè)計及實施。該教學(xué)模式較好地體現(xiàn)了CDIO理念，提升了教學(xué)效果，增強了學(xué)生處理實際問題的能力以及團隊協(xié)作能力。

工程教育；CDIO；土木工程材料；團隊協(xié)作

1 背景

社會、經(jīng)濟的發(fā)展，科技的創(chuàng)新，都要求高等教育提供高質(zhì)量的人才，我國經(jīng)濟要繼續(xù)保持高速增長勢頭,需要培養(yǎng)一大批創(chuàng)新型的國際化工程師。

目前我國科技人力資源總量和研發(fā)人員總數(shù)都位居世界前列。然而，與世界發(fā)達國家相比，我國工程科技人才在數(shù)量上雖然具有一定的優(yōu)勢，但在質(zhì)量上也表現(xiàn)出很多不足，例如偏重理論而忽視實踐；人才個人能力突出但不擅長團隊協(xié)作；缺少創(chuàng)新型人才和高技能人才，原始創(chuàng)新能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力不足；工程科技人才的專業(yè)、地域分布不盡合理；產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)，缺乏創(chuàng)業(yè)精神。如何在有限的學(xué)制內(nèi)，使學(xué)生能夠具備良好的職業(yè)道德修養(yǎng)，具備一定的創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力和管理能力，是高等工程教育改革和探索的關(guān)鍵問題[1][3]。

土木工程材料是土木工程專業(yè)實踐性很強的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課 ，該課程不僅是學(xué)生今后從事土木工程設(shè)計、施工和監(jiān)理等工作的必要基礎(chǔ) ，同時為后續(xù)的專業(yè)課如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》、《橋梁課程》、《路基路面工程》等學(xué)習提供材料學(xué)方面基礎(chǔ)知識。學(xué)生通過該課程學(xué)習，不僅應(yīng)能掌握材料的基本知識 ，還需要在實踐能力和創(chuàng)新能力方面都有所提高。鑒于土木工程材料課程實踐性強的特點，必須不斷進行實驗教學(xué)改革，來加強學(xué)生設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加強學(xué)生團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，才能適應(yīng)社會發(fā)展的需要，達到提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標[2]。CDIO 工程教育模式以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式進行學(xué)習，使學(xué)生獲得工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。2011年黑龍江省高等教育教學(xué)改革工程重點項目“基于CDIO 模式下的土木工程材料課程教學(xué)改革”在我校2010級道路橋梁與渡河專業(yè)卓越工程師試點班開展，將CDIO工程教育模式運用到理論與實踐教學(xué)活動中，充分體現(xiàn)了“做中學(xué)”、“基于項目教育和學(xué)習”的理念，增強了學(xué)生自學(xué)和解決問題以及團隊工作和溝通的能力。

2 土木工程材料課程CDIO模式的設(shè)計

以土木工程材料課程實踐與理論學(xué)習相結(jié)合，構(gòu)建課程教學(xué)內(nèi)容，通過本課程的理論學(xué)習、課程實踐以及和項目實施設(shè)計等環(huán)節(jié)，在“邊學(xué)邊做”中培養(yǎng)學(xué)生掌握土木工程材料的基本性能。根據(jù)CDIO模式 ，我們將土木工程材料課程作為 CDIO教學(xué)模式的一個三級項目進行了設(shè)計和實施。

通過本課程學(xué)習，要求學(xué)生掌握土木工程材料的基礎(chǔ)知識和理論，并能夠達到以下目標：（1）理解土木工程材料的基本性能與構(gòu)造之間的關(guān)系；（2）理解水泥混凝土、瀝青混凝土以及無機結(jié)合料的技術(shù)性質(zhì)及技術(shù)標準；（3）能夠熟練進行無機結(jié)合料穩(wěn)定材料、水泥混凝土和瀝青混合料配合比設(shè)計；（4）了解土木工程材料與資源能源環(huán)境的關(guān)系、環(huán)境友好材料及其實現(xiàn)途徑等；（5）具有在實際工程中進行水泥混凝土、瀝青混凝土和無機結(jié)合料組成設(shè)計和實驗數(shù)據(jù)處理的能力；（6）通過項目實施周的工程實踐，使學(xué)生的個人技能和團隊協(xié)作能力得到提升。

為達到《土木工程材料》課程教學(xué)目標，在教學(xué)環(huán)節(jié)上安排了兩周課程實踐周和一周項目實施周。要求學(xué)生在實踐周中完成對所學(xué)理論知識的消化和理解。在學(xué)習土木工程材料理論基本知識以及兩周實踐的基礎(chǔ)上，完成一項包括構(gòu)想、設(shè)計并與實際工程項目相結(jié)合的團隊研發(fā)項目，在項目實施周中運行并展示成果全過程，在實踐與合作中進行探究學(xué)習，提升學(xué)生個人技能和團隊協(xié)作能力，使其具有與本專業(yè)相關(guān)的專業(yè)素質(zhì)。

3 基于CDIO理念的土木工程材料課程的實施

基于CDIO 理念首先要求學(xué)生在理論課學(xué)習的過程中引導(dǎo)學(xué)生組建實踐創(chuàng)新團隊，根據(jù)資源優(yōu)化進行自由組合 ，再以團隊的形式構(gòu)思一個項目，利用所學(xué)的知識、并通過查閱文獻對構(gòu)思的項目進行設(shè)計。在兩周的課程實踐周，學(xué)生動手完成土木工程材料常規(guī)、基本試驗。在掌握一定的理論知識和實踐技能后，展開團隊內(nèi)部與團隊之間的討論，使構(gòu)思、設(shè)計的項目具有可操作性。在教學(xué)過程中，以CDIO理念的為引導(dǎo)，卓越工程師試點班的學(xué)生自發(fā)地組成四個創(chuàng)新團隊，分別構(gòu)思設(shè)計了（1）C60 混凝土的配制與抗?jié)B性研究；（2）泵送混凝土坍落度經(jīng)時損失研究；（3）摻加氧化鐵的彩色瀝青混合料配合比設(shè)計；（4）大空隙瀝青混合料抗凍性研究四個項目。

同學(xué)們表現(xiàn)得最活躍的階段就是構(gòu)思階段，每一個同學(xué)都表現(xiàn)出積極參與、積極思考、積極鉆研的學(xué)習態(tài)度，每一個同學(xué)都能認真查閱文獻，運用自己學(xué)過的專業(yè)知識、掌握的實踐技能，多次進行討論，并且邀請專業(yè)老師參與研討，給予學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)，制定出合理可行的技術(shù)路線，明確了研究目標。通過從先進性、實用性、經(jīng)濟性等方面對各種方案進行比較，同學(xué)們從中獲得了設(shè)計和工程實踐的知識。在整個構(gòu)思、設(shè)計、實施過程中，注重引導(dǎo)學(xué)生建立個人能力與團隊協(xié)作的統(tǒng)一，培養(yǎng)他們的團隊精神以及處理實際問題的能力。以摻加氧化鐵的彩色瀝青混合料配合比設(shè)計為例，在項目的具體實施過程中，首先從材料的選擇入手，通過顏色對比試驗確定氧化鐵在混合料中的摻量，通過馬歇爾試驗確定各種礦料的用量比例以及瀝青的最佳用量。

在項目的實施過程中，也有失敗的時候，學(xué)生根據(jù)試驗過程中獲得的試驗結(jié)果，團隊內(nèi)部進行討論、研究，團隊之間進行交流，確定原來構(gòu)思中的缺陷，進一步修改后再設(shè)計、實踐、運作其項目，最后獲得彩色瀝青混合料。學(xué)生在項目實施的過程中會遇到難題，這些困難能夠激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)的激情和勇氣，能夠讓學(xué)生在學(xué)習中鍛煉綜合運用知識的能力，以及團隊協(xié)作能力。

特別值得一提的是，在教學(xué)改革試點的兩個班級中，通過土木工程材料的學(xué)習，激發(fā)了學(xué)生對土木工程設(shè)計及試驗的興趣，上面四個團隊構(gòu)思的創(chuàng)新項目都被列入2012年黑龍江工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，并批準立項，其中兩項推薦申報黑龍江省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目。由此可見，基于CDIO理念的土木工程材料新型教學(xué)模式的探索與實踐是成功的，值得在接下來的課程改革及優(yōu)化過程中進一步推廣。

4 結(jié)語

對土木工程材料課程采用CDIO教學(xué)模式改革后，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容提出了新的需求，“做中學(xué)”的基于項目學(xué)習的教學(xué)模式很受學(xué)生歡迎，學(xué)生對課程的熱愛程度有很大提高，對項目的運作過程有了親身實踐機會，學(xué)生綜合能力得到了全方位的鍛煉。實踐證明：雖然 CDIO是一個新的教育模式，但已經(jīng)顯示了它的強大生命力，相信通過CDIO高等工程教育模式的改革，將會大大增強學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的國際競爭力。

[1]鐘金明，李苑玲.基于CD IO理念的工程教育實踐教學(xué)改革初探[J].實驗科學(xué)與技術(shù) ，2009（6） 67-69

[2]Edward F.Crawley，Johan Malmqvist，S ren stlund，Doris R.Brodeur主編.重新認識工程教育-國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].顧佩華，沈民奮，陸小華譯.北京： 高等教育出版社，2009.4：44-48

[3]陳會凡，李廣慧.CDIO工程教育模式在土木工程材料中的應(yīng)用研究[J].高等建筑教育，2011（4） 39-43

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.094

2011年黑龍江省高等教育教學(xué)改革工程重點項目——基于CDIO模式下土木工程材料課程教學(xué)改革研究