基于“CDIO”工程教育模式的土木工程材料課程教學改革探索

帥英+翟紅俠+劉瑾

摘要：文章探討了“CDIO”工程教育模式在土木工程材料課程教學改革中的應用，主要是從理論知識體系模塊化構建、實踐技能項目驅動化構建、課程效果多功能化構建、課程考核互動后構建4個方面對土木工程材料課程教學進行改革探索，實踐證明，“CDIO” 工程教育模式教學激發(fā)了學生的主動性和創(chuàng)造性，教學質量得到明顯提高。

關鍵詞：CDIO； 土木工程材料； 課程；教學改革

中圖分類號：TU5-4文獻標志碼：A文章編號：10052909（2015）06009003“CDIO”工程教育理念起源于20世紀90年代，最早由美國麻省理工學院、瑞典皇家工程學院等國際知名大學聯(lián)合創(chuàng)立。CDIO是Conceive（構思）、Design （設計）、Implement （實施）和Operate （運行）4個英文單詞的縮寫，該教育理念的核心是利用大學學科齊全、資源豐富等優(yōu)勢，結合工程實際，把產品從研發(fā)、設計、生產到運行過程中涉及到的有關技術、經濟、企業(yè)和社會等團隊綜合大項目融入專業(yè)核心課程的教學，使學生的基礎知識、 個人素養(yǎng)、 團隊精神和工程意識4個方面的能力得到訓練和提升。目前，中國高等工程教育普遍缺乏創(chuàng)新性和實踐性，已成為高等工程教育改革亟待解決的難題，因此，依托“CDIO”工程教育模式結合工程教育的實際，探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的教育教學改革，具有重要的現(xiàn)實意義[1-2]。

土木工程材料是土木工程、建筑學、材料科學與工程、安全工程、工程管理等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程，具有很強的實踐性、應用性和創(chuàng)新性。當前，突出“應用和創(chuàng)新”是地方高校土建類專業(yè)教育的核心，也是專業(yè)定位和辦學的立足點。文章基于“CDIO”工程教育的理念和模式，結合近幾年參與土木工程材料課程教學的實踐，就培養(yǎng)學生的工程意識、實踐能力和創(chuàng)新精神，提高教學質量進行了探索。

一、 土木工程材料課程教學存在的問題

土木工程材料作為土建類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，主要培養(yǎng)學生了解和掌握該領域相關材料的組成、性能、檢測、表征和應用等方面的知識以及現(xiàn)代土木工程材料的新理論、新技術、新規(guī)范、新方法等[3-4]，目前，該課程在教學過程中主要存在以下問題。

第一，課程內容繁雜。土木工程材料課程包括涉及土建領域的無機膠凝材料、有機高分子材料、金屬材料和復合材料四大類，上千個品種。由于教學內容多而雜，各章之間又缺乏聯(lián)系，教學內容整體系統(tǒng)性不強，導致學生難以將所學知識融會貫通并在實踐中靈活運用。

第二，教學模式單一。土木工程材料課程涉及概念或經驗性的內容多，理論推導及計算較少，學生在學習中常感枯燥乏味，課堂氣氛不佳。此外，組織學生到施工現(xiàn)場見習實踐的機會不多，學生缺乏直觀認識，不知道怎樣將書本知識與工程實踐結合起來，在教學過程中容易造成理論與實際脫節(jié)。

第三，知識更新較快。近年來，隨著經濟與科技的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設進程的加快，對土木工程材料的質量和品種提出了更高要求，各種新技術、新工藝不斷出現(xiàn)使土木工程材料家族不斷添加新成員。然而在教學實踐中，課程內容常常滯后于行業(yè)發(fā)展，缺乏對新材料、新技術、新工藝的追蹤，培養(yǎng)的學生畢業(yè)后在崗位上適應性較差。

第四，教學學時限制。教學改革后，安徽建筑大學土木工程材料課程教學僅有24學時，由于學時的限制，很難將課程涉及到的所有材料按照門類和品種一一在課堂上講授。因此，有必要借鑒“CDIO”工程教育理念對原有的教學模式進行改革與創(chuàng)新。

高等建筑教育2015年第24卷第6期

帥英，等基于“CDIO”工程教育模式下的土木工程材料課程教學改革探索

二、土木工程材料課程教學方法改革與創(chuàng)新

以創(chuàng)新精神和實踐能力為培養(yǎng)目標的“CDIO”工程教育模式實現(xiàn)了3種能力結構的有機結合： 一是理論層面的知識體系； 二是實踐層面的能力體系；三是人際交往技能體系。基于這3種能力的培養(yǎng)，對土木工程材料課程進行了以下4個方面的改革。

（一） 理論體系模塊化構建

根據土建類項目運行周期內的不同階段，將土木工程材料課程的理論知識體系分為3個層面，即土木工程材料基礎知識、土木工程材料技術知識和土木工程材料綜合應用及制備、研發(fā)。根據以上3個層面的學習要點，將課程內容整合為3個模塊：第一模塊為材料基本性質與工程應用；第二模塊為材料性能檢測與表征、質量控制與評價；第三模塊為材料制備方法與性能改善。在授課形式上，打破傳統(tǒng)課堂講授的單一模式，借助模塊管理，整合知識體系，輔以多媒體演示、實驗驗證、課堂討論等教學手段，使學生充分掌握三大模塊的主要內容。

（二）實踐體系項目化驅動

土木工程材料課程實踐層面的能力體系包括工程實踐與問題解決技能、實驗驗證與知識創(chuàng)新技能以及在工程實踐中構思、設計、實施和運作項目的能力。在實踐環(huán)節(jié)，根據專業(yè)人才培養(yǎng)的特點和要求，通過項目設計將需要學習和掌握的內容有機而系統(tǒng)地結合起來。在項目設計上，立足專業(yè)和行業(yè)發(fā)展，將相關的實際項目或案例整理為實踐教學內容。根據理論體系模塊，先后共設計了三大實踐項目，所帶班級學生分成若干小組，以教師提出的大項目為藍本，自行設計子項目，通過調研、設計、試驗、總結、成果展示等過程完成項目研究。

（三）教學效果功能化構建

人際交往技能體系包括團隊意識、合作能力與協(xié)調能力等。教書和育人是教學的兩大功能，但在實際的教學過程中，許多教師往往注重知識的傳授，而忽略了學生道德品質與職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成?！癈DIO”模式下的教學改革提升了學生的團隊合作、開拓創(chuàng)新、勇于嘗試等品質的培養(yǎng)。在教學過程中，學生分成若干項目組，每個項目組由一個負責人和多個小組成員組成，工作中教師、項目負責人、項目組成員之間需要不斷地溝通和磨合，有些時候，學生還需要走出校園，參與相關行業(yè)、企業(yè)的項目。在這些環(huán)節(jié)里，學生的團隊合作意識，創(chuàng)新意識、工程意識以及個體的人際交往和工程實踐能力等職業(yè)素養(yǎng)均得到了潛移默化訓練和提升。

（四）考核方式互動化構建

土木工程材料課程在考核方式上做了大膽的嘗試，改變以往“學生學習、教師評價”的單一考核模式，尤其是“項目驅動”環(huán)節(jié)的考核，學生既是項目的參與者，也是實施效果的評價者之一，這種模式充分調動了學生的主觀能動性。在考核過程中，要求學生按照項目構思與設計、項目實施與運行、結果反饋與修正、項目總結與匯報4個方面進行。該環(huán)節(jié)的評分按3個方面綜合考評：一是專家組老師給每個項目組打分，二是項目小組之間的互評打分，三是項目組自評打分。每個項目組成員的最終得分由3個方面的得分按照一定的比例加權而成。這種互動式考核模式使學生在自評與互評的過程中不斷自我提升與相互學習，達到教學資源利用的最大化與教學效果的最優(yōu)化。

三、課程教學改革效果

基于“CDIO”教育理念的土木工程材料課程教學改革，通過理論教學模塊化設計，能夠系統(tǒng)化、高效率地幫助學生掌握土木工程材料基本理論知識，積極參與實踐教學項目，有利于其工程實踐、人際交往、環(huán)境適應能力的培養(yǎng)，教學效果良好。

（1）構建了突出學生能力培養(yǎng)的“理論+實踐+素養(yǎng)”的課程教學體系。以模塊化、項目化、功能化、互動化教學為主線，培養(yǎng)了學生作為未來土建類工程師所必備的基本職業(yè)素養(yǎng)。

（2）構建了能夠激發(fā)學生主觀能動性的“項目驅動”式課程教學模式。 項目驅動教學能夠有效整合教學內容，幫助學生系統(tǒng)化掌握課程知識體系，對于培養(yǎng)學生自主學習、實踐能力以及團隊協(xié)作等具有極大地促進作用。

（3）培養(yǎng)了學生“科學思維+經濟頭腦”的大工程觀。在項目構思、設計、實施和運行過程中，學生不僅要從專業(yè)的角度保證材料的性能最優(yōu)化，還要根據工程實際考慮項目的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益等因素，培養(yǎng)學生的大工程觀。

（4） 嘗試了一種更能激發(fā)學生學習興趣的“互動式”考核模式。“互動式”考核模式改變了學生“被學習”、“被考核”的被動局面，使其充分享受到學習與考核的樂趣，激發(fā)其學習的主動性和創(chuàng)造性。

四、結語

基于“CDIO”工程教育模式的土木工程材料課程教學改革，以理論知識體系模塊化構建為平臺，實踐能力體系項目化驅動為手段，以培養(yǎng)學生的工程實踐、應用創(chuàng)新以及人際交往能力為目標，轉變教育教學理念、優(yōu)化教學內容、改進教學模式，將理論與實踐有機融合，激發(fā)了學生的主動性和創(chuàng)造性，教學效果得到明顯改善。

參考文獻：

[1] 曹姍姍，韓晶.CDIO工程教育理念下的電路課程改革探索[J].科技創(chuàng)新導報，2011（8）：56-59.

[2]林軍志，莫麗華. “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”下的工程地質課程教學改革探討[J].科學咨詢，2011（9）：99-100.

[3] 何娟.《土木工程材料》課程教學方法探討[J].中山大學學報論叢，2004，24（3）：150-152

[4]翟紅俠，詹炳根，劉瑾.《土木工程材料》[M].合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2009.

Teaching reform of civil engineering materials course based on CDIO

SHUAI Ying， ZHAI Hongxia， LIU Jin

（School of Materials and Chemical Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei 230601， P. R. China）

Abstract： Based on the application of CDIO in the teaching reform of civil engineering materials， we explored the reform of teaching methods of the course from the modularization of the theoretical system， the construction of item practice drivers and the multifunctional teaching effect. The practice result shows that CDIO motivates students initiative and creativity and also remarkably improves the teaching quality.

Keywords： CDIO； civil engineering materials； course； teaching reform