CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式探索

劉方亮　吳偉偉

摘 要：CDIO對(duì)工程教育改革具有重要的指導(dǎo)作用。文章針對(duì)“建筑物理”課程順序式教學(xué)模式存在的問(wèn)題，構(gòu)建了CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式，該模式將“理論知識(shí)”與“實(shí)踐方法”整合，以“教”為源點(diǎn)，“教”、“學(xué)”、“做”交叉聯(lián)系，是“教”、“學(xué)”和“做”有機(jī)融合的一體化教學(xué)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：CDIO；教學(xué)模式；實(shí)踐型；交叉式；建筑物理

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2015）04-0045-03

CDIO理念是歐美20多年來(lái)工程教育改革理念的繼承和發(fā)展[1]。CDIO工程教育模式是指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），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)工程知識(shí)。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(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面[2]。CDIO是產(chǎn)品導(dǎo)向的教育指導(dǎo)原則，它對(duì)運(yùn)作的細(xì)節(jié)沒(méi)有硬性的規(guī)范[3]。對(duì)于具體某一門課程來(lái)說(shuō)，CDIO不可能給出具體的能力要求，同時(shí)也沒(méi)有明確給出CDIO能力目標(biāo)的落實(shí)方法，這就需要教學(xué)設(shè)計(jì)者依據(jù)教學(xué)的需要來(lái)制定符合相應(yīng)課程的CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)及其貫徹方法[4]。由此，根據(jù)CDIO基本理念，通過(guò)改變傳統(tǒng)的順序式教學(xué)模式，建立CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式，并以“建筑物理”課程為例，闡述在建筑專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)過(guò)程中如何具體滿足CDIO的要求。

一、“建筑物理”課程教學(xué)存在的問(wèn)題

“建筑物理”課程包括“建筑物理（熱）”、“建筑物理（聲）”和“建筑物理（光）”三門分支課程。該系列課程基本理論概念多、公式多、計(jì)算多，建筑學(xué)學(xué)生全面掌握并靈活應(yīng)用有一定的難度。同時(shí)，由于該課程技術(shù)性強(qiáng)，如果內(nèi)容安排不合適或教學(xué)效果不佳，會(huì)降低學(xué)生興趣和注意力[5]。因此，合理的教學(xué)模式設(shè)置對(duì)于“建筑物理”課程的教學(xué)至關(guān)重要。

長(zhǎng)期以來(lái)，受教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件的限制以及受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，該課程的教學(xué)模式為教、學(xué)、做三個(gè)子系統(tǒng)順序單向交集關(guān)系，如圖1，屬于“順序式”教學(xué)模式。

順序式教學(xué)模式先有針對(duì)理論知識(shí)的課堂教學(xué)，后有針對(duì)實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以理論教學(xué)為主，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔。順序式教學(xué)中，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)子集相互獨(dú)立，在理論課的備課和實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)中，教師往往不能將二者有機(jī)地結(jié)合。同時(shí)，理論學(xué)習(xí)子集與實(shí)踐學(xué)習(xí)子集也相互獨(dú)立，學(xué)生學(xué)在前，做在后，學(xué)與做脫節(jié)。由此引發(fā)出一系列問(wèn)題。首先，學(xué)生未能充分參與到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不能發(fā)揮自身的能動(dòng)性[6]。其次，教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能全面考慮到學(xué)生在理論課中有疑惑的知識(shí)點(diǎn)，也不能充分鍛煉學(xué)生獨(dú)立研究問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[7]。最后，學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收和應(yīng)用缺少有效的反饋機(jī)制。教與學(xué)、教與做的反饋過(guò)程相互獨(dú)立，難以做到教學(xué)相長(zhǎng)[8]。因而，學(xué)生面對(duì)深?yuàn)W的建筑物理理論難以產(chǎn)生濃厚的興趣，進(jìn)一步阻礙了他們對(duì)知識(shí)的理解。

CDIO工程教育模式是解決以上問(wèn)題的有效途徑[9]。在“建筑物理”課程教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，為使學(xué)生掌握建筑創(chuàng)作中建筑技術(shù)和建筑藝術(shù)結(jié)合的能力，應(yīng)當(dāng)以實(shí)現(xiàn)CDIO的培養(yǎng)要求為目標(biāo)，建立CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式。

二、CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式的構(gòu)建

（一）CDIO導(dǎo)向的教學(xué)模式框架

CDIO（Conceive-Design-Implement Operate），即“構(gòu)想—設(shè)計(jì)—實(shí)施—操作”。這四個(gè)過(guò)程來(lái)源于產(chǎn)品或系統(tǒng)的生命周期過(guò)程，涵蓋了絕大多數(shù)工程師必要的專業(yè)活動(dòng)?，F(xiàn)代工程師涉足產(chǎn)品、生產(chǎn)流程以及系統(tǒng)生命周期的各個(gè)方面[10]。所以，符合CDIO導(dǎo)向的課程教學(xué)過(guò)程也應(yīng)以此為基礎(chǔ)。構(gòu)想階段，課程基礎(chǔ)知識(shí)的傳授（理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)）使學(xué)生掌握研究對(duì)象的需求、考慮工藝、策略和方法，并且發(fā)展概念的、技術(shù)的方案；設(shè)計(jì)階段，以構(gòu)想階段的知識(shí)架構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，提出計(jì)劃、草圖和算法流程，描述需要實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品、生產(chǎn)流程以及系統(tǒng)；實(shí)施階段，借助形式多樣的課內(nèi)外實(shí)踐活動(dòng)，將設(shè)計(jì)成品化；操作階段，用教學(xué)成果、教學(xué)過(guò)程和教學(xué)體系傳遞內(nèi)在的價(jià)值，以進(jìn)化更新現(xiàn)有的系統(tǒng)。

以“構(gòu)想—設(shè)計(jì)—實(shí)施—操作”為基本過(guò)程的教學(xué)活動(dòng)，涉及專業(yè)培養(yǎng)理念、課程計(jì)劃的制訂、設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐場(chǎng)所、教與學(xué)的新方法、教師提高、考核與評(píng)估六個(gè)方面。這六個(gè)方面，體現(xiàn)了CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)了教學(xué)過(guò)程中不同的階段，指向教學(xué)模式中不同的集合關(guān)系（見(jiàn)表1）。以上構(gòu)成了CDIO導(dǎo)向的新的教學(xué)模式框架。

（二）CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式模型

以CDIO為導(dǎo)向的教學(xué)模式框架為基礎(chǔ)，將“理論知識(shí)”集合與“實(shí)踐方法”集合相互嚙合，同時(shí)把在順序式模式中割裂為兩個(gè)部分的“教”子集，合并為一個(gè)合集，在“教”的階段，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐知識(shí)的結(jié)合，使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的脫節(jié)概率降低，形成圖2所示的新型教學(xué)模式。該模式以“教”為源點(diǎn)，“教”、“學(xué)”、“做”交叉聯(lián)系，三個(gè)子集間的交集，為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)或創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，是學(xué)生實(shí)踐能力鍛煉的重要區(qū)域。故新型教學(xué)模式稱為“交叉式”實(shí)踐型教學(xué)模式。

從圖2中可以看出，交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式是“教”“學(xué)”“做”交叉共行的系統(tǒng)化教學(xué)方式。“教”的起始仍然是以教師為主，對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)備。教師不但要將課堂教學(xué)理論知識(shí)點(diǎn)準(zhǔn)備好，還要考慮到知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)體系在“學(xué)”與“做”中所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)。這樣使教師在傳授知識(shí)之初就將理論與實(shí)踐有針對(duì)性、有目的地結(jié)合起來(lái)，避免了理論與實(shí)踐單向聯(lián)系造成的脫節(jié)?！皩W(xué)”包括學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的接受和理解、課下作業(yè)的完成和知識(shí)的消化，以及掌握實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)備的操作，驗(yàn)證或重現(xiàn)知識(shí)。“做”涵蓋了學(xué)生所有課堂內(nèi)外主動(dòng)和被動(dòng)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐行為?！敖獭迸c“學(xué)”的交集，是經(jīng)課堂教學(xué)過(guò)程完成的。學(xué)生在課堂中完成知識(shí)的吸收和理解，并了解知識(shí)點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的聯(lián)系。“教”與“做”和“學(xué)”與“做”的交集，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)完成的?！皩W(xué)”與“做”以及“教”與“做”是可以同時(shí)進(jìn)行的。在“教”與“做”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用和實(shí)驗(yàn)操作的流程，對(duì)所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)進(jìn)行初步的驗(yàn)證和二次理解。在“學(xué)”與“做”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)或開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中，以“教”與“做”的成果為基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)較深入的進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)學(xué)生“分析問(wèn)題”、“解決問(wèn)題”的能力，使學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)在實(shí)踐中的應(yīng)用。

三個(gè)子集的公共交集，是“教”、“學(xué)”和“做”有機(jī)融合的一體化教學(xué)過(guò)程。由學(xué)生根據(jù)自己掌握的理論和實(shí)踐知識(shí)，在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，提出有意義、有創(chuàng)新、可行的問(wèn)題。并自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析所得數(shù)據(jù)結(jié)論，解決問(wèn)題。在教師的指導(dǎo)下，鍛煉了學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。該集合中，教師的指導(dǎo)屬于“教”，學(xué)生自己提出問(wèn)題、查閱文獻(xiàn)屬于“學(xué)”，學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題屬于“做”。反過(guò)來(lái)，學(xué)生獨(dú)立提供的問(wèn)題，又促進(jìn)了教師能力的提高，從而在這個(gè)教學(xué)交集中做到了“以教促學(xué)”和“以學(xué)促教”。公共交集在教學(xué)環(huán)節(jié)中表現(xiàn)為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)或創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的是圓滿完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)[11]。因此，三子集的交叉是一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的途徑，又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個(gè)重要步驟。

三、CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式的實(shí)施效果

CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式，將順序式教學(xué)模式中分散的反饋系統(tǒng)變?yōu)閮?nèi)在整合的反饋系統(tǒng)，符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)9中對(duì)教學(xué)反饋的要求。該模式可以克服順序式教學(xué)模式的缺陷，防止因理論知識(shí)集合與實(shí)踐方法集合被割裂，“教”“學(xué)”“做”無(wú)法交叉聯(lián)系，而產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，因此在教學(xué)順序、課程準(zhǔn)備與教學(xué)、學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、學(xué)生能力的培養(yǎng)、教學(xué)反饋等方面均會(huì)產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。表2說(shuō)明兩種模式的教學(xué)效果對(duì)比。

通過(guò)比較，CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式不但保證學(xué)生掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)，而且能夠充分鍛煉學(xué)生的個(gè)人能力和人際團(tuán)隊(duì)能力，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程系統(tǒng)能力鍛煉的目的。

CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式已經(jīng)在哈爾濱理工大學(xué)“建筑物理”課程中得到應(yīng)用，獲得良好的效果。針對(duì)該模式提出的哈爾濱理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“嚴(yán)寒地區(qū)空心磚墻材內(nèi)附鋁箔保溫性能研究”已經(jīng)獲批，并正在進(jìn)行當(dāng)中。到目前為止，取得了一些經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)“建筑物理”課程的興趣得到提升，同時(shí)提出問(wèn)題的質(zhì)量也越來(lái)越高，并能熟練掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理等研究方法。通過(guò)對(duì)哈爾濱理工大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生（2008級(jí)、2009級(jí)、2010級(jí)）成績(jī)比較，采用CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式后第一年，“建筑物理”課程平均成績(jī)提高了7.5%；次年，課程平均成績(jī)提高了10%，平均分為87分。根據(jù)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)評(píng)教所獲得的數(shù)據(jù)，在應(yīng)用CDIO教學(xué)模式后，課程教學(xué)滿意度為91.3%。在哈爾濱理工大學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)中，83.2%的學(xué)生進(jìn)行了申報(bào)，且申報(bào)成功率為52%。

CDIO導(dǎo)向的交叉式實(shí)踐型教學(xué)模式的實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)的復(fù)雜工程，需要從學(xué)科或?qū)I(yè)的整體進(jìn)行把握。該教學(xué)模式中，如何確定各交叉區(qū)域的合理比例，以及模型如何向其他課程進(jìn)行推廣等問(wèn)題需要進(jìn)一步研究和解決。

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