基于CDIO模式下的工程熱力學(xué)教學(xué)改革與實踐

李夢迪+古小敏+朱輝+莊光亮

摘要：CDIO教育理念以產(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)系的方式學(xué)習工程。本文遵循理論價值與實踐價值并重的原則，著重探討基于CDIO模式的能源與動力工程專業(yè)工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革，力求從課程編排、授課方式、課程設(shè)置、考核方式、教師能力提升等方面提出改革建議，為今后工程熱力學(xué)教學(xué)工作提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：CDIO；工程熱力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0108-02

CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，該理論將構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）相結(jié)合，注重學(xué)生工程基礎(chǔ)知識的掌握，以及個人能力、團隊協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力的培養(yǎng)。它以產(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)系的方式學(xué)習工程，注重啟發(fā)式學(xué)習，重點放在“做中學(xué)”，是目前被廣泛應(yīng)用的一種教育模式。工程熱力學(xué)研究熱能與其他形式能量相互轉(zhuǎn)化，是能源與動力工程專業(yè)（以下簡稱“能動專業(yè)”）必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。在長期的教學(xué)過程中，師生大都有“難教難學(xué)”的感受，本文總結(jié)了在CDIO工程教育模式下開展工程熱力學(xué)教學(xué)的實施方案。

一、工程熱力學(xué)的課程特點及教學(xué)現(xiàn)狀

1.課程內(nèi)容抽象、難理解。工程熱力學(xué)理論性與應(yīng)用性并重，其基本理論是從工程實際出發(fā)，經(jīng)過抽象、概括和簡化的方法得出的，并用于指導(dǎo)解決工程實際問題。該課程概念多，且具有抽象性、多義性、模糊性。有些概念比較抽象，如焓與熵的意義，孤立系統(tǒng)熵增原理等，不易理解。

2.授課形式單一、缺乏互動環(huán)節(jié)。在授課形式上，大部分教師仍采用填鴨式教學(xué)法，學(xué)生在學(xué)習過程中處于被動地位。教師多根據(jù)自身對課程的理解及以往的教學(xué)經(jīng)驗設(shè)計安排整個教學(xué)過程，學(xué)生在學(xué)習中，缺乏提出意見和建議的機會和主動學(xué)習探討的興趣。

3.課程安排密集、任務(wù)重。在教學(xué)計劃安排上，我校能動專業(yè)第1—4學(xué)期開設(shè)通識教育課程，第5學(xué)期開始，開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課程。工程熱力學(xué)、流體力學(xué)和傳熱學(xué)三門專業(yè)基礎(chǔ)課同時開設(shè)在第5學(xué)期，而學(xué)生剛由通識教育轉(zhuǎn)為專業(yè)學(xué)習，在學(xué)習方式、思維模式的轉(zhuǎn)換上還未成熟，如此繁重的學(xué)習任務(wù)勢必將影響學(xué)習效果。

4.考核形式單一、局限性大。在考核方式上，目前采取平時成績與考試成績相結(jié)合的成績評定模式，平時成績與期末成績的分值比例是3∶7。平時成績主要包括學(xué)生的出勤、作業(yè)完成情況及學(xué)生的實驗成績，各占總評成績的10%。在這種考核方式下，學(xué)生往往將學(xué)習精力集中于應(yīng)對期末考試，對課程內(nèi)容不求甚解，對于分值較小的實踐操作不加重視，不益于學(xué)生綜合能力培養(yǎng)。

二、CDIO教育模式下的工程熱力學(xué)教學(xué)實施方案

我校依托航空航天領(lǐng)域，致力于建設(shè)機械類、能源類、電子信息類以及航空旅游類等專業(yè)為一體的綜合性應(yīng)用型本科院校，將培養(yǎng)應(yīng)用型人才作為育人目標并貫徹始終，此培養(yǎng)理念與CDIO模式不謀而合。自2014年起，能動專業(yè)教學(xué)團隊在2014、2015級課程教學(xué)中引入CDIO教育模式，實踐證明這種以工程應(yīng)用與能力培養(yǎng)為核心，以工程項目全周期為主線的教育思想適應(yīng)應(yīng)用型本科教育需求。

1.基于構(gòu)思（Conceive）理念的啟發(fā)式、散點式教學(xué)方式。CDIO模式的專業(yè)目標是把產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行作為工程教育的環(huán)境。基于此理念，教師在課程編排構(gòu)思上，應(yīng)根據(jù)課程的特點，盡量地將理論系統(tǒng)化、實際化，將理論知識與實際相結(jié)合，列舉工程實例以幫助學(xué)生理解。將知識化整為零，分解細化，突出重點，讓專業(yè)基礎(chǔ)課為專業(yè)服務(wù)，同時也能適當減輕學(xué)生的課業(yè)壓力。在教學(xué)過程中，多采用提問式和啟發(fā)式教學(xué)，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習，力求做到課程設(shè)計構(gòu)思皆以學(xué)生為主體，以此為指導(dǎo)思想安排整個課程教學(xué)。

2.基于設(shè)計（Design）理念的多元化、階段化的呈現(xiàn)形式。CDIO模式的核心思想是以產(chǎn)品為導(dǎo)向、受眾為主體指導(dǎo)整個生產(chǎn)學(xué)習過程?；诖怂枷?，教師在教學(xué)設(shè)計之初，應(yīng)結(jié)合本校學(xué)生的實際情況，預(yù)測學(xué)生對課程的理解掌握程度，以此為基礎(chǔ)設(shè)計教學(xué)進度及授課形式。在課程教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生學(xué)習掌握的實際情況調(diào)整教學(xué)設(shè)計，達到最佳教學(xué)效果。在課程呈現(xiàn)方式上，工程熱力學(xué)涉及大量的數(shù)學(xué)公式，且公式間聯(lián)系緊密，應(yīng)多采用多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合進行。在教課課件的制作上，應(yīng)多結(jié)合生產(chǎn)實習成果開發(fā)交互性好的多媒體資源，充分發(fā)揮多媒體授課的優(yōu)勢，在多媒體中多使用圖表、插入音頻、視頻材料，直觀展現(xiàn)相關(guān)知識點

3.基于實現(xiàn)（Implement）理念的實驗性、任務(wù)性課程結(jié)構(gòu)編排。CDIO模式倡導(dǎo)技術(shù)知識和能力的教學(xué)實踐上以產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的生產(chǎn)周期作為工程教育的框架或環(huán)境。具體到本課程，以實驗服務(wù)于理論、理論指導(dǎo)實踐的教學(xué)思想為指導(dǎo)，將理論知識與實際熱力學(xué)過程的有效鏈接。過去工程熱力學(xué)的實踐課比重小，且實踐類型單一，不利于學(xué)生綜合實踐能力的培養(yǎng)。在新的教學(xué)中，增加了部分探索性及半開放性實驗，由學(xué)生提出自行提出實驗方案并進行實驗設(shè)計，取得了良好的教學(xué)效果。

4.基于運作（Operate）理念的全方位、多指標考核模式。傳統(tǒng)的成績評定模式偏重于理論知識的考核而忽略對學(xué)生其他方面能力培養(yǎng)的引導(dǎo)，不益于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。CDIO模式要求基本個人能力、人際能力和對產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)建能力在多大程度上滿足專業(yè)目標并能夠經(jīng)過專業(yè)利益相關(guān)者的檢驗。對學(xué)生的基本個人能力和人際能力、產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建能力以及學(xué)科知識應(yīng)融入專業(yè)考核之中。為此，我們將考核重點轉(zhuǎn)變?yōu)榭疾閷W(xué)生綜合能力，將CDIO模式的運作理念融入到成績評定中，采用多角度的復(fù)合標準，主要考查學(xué)生理論知識、實踐能力、課程設(shè)計、作業(yè)完成、課程總結(jié)等方面，按照40%、20%、20%、10%、10%的成績比例給定。

5.以CDIO模式為指導(dǎo)，注重教師自我能力提升。教師是學(xué)生學(xué)習的引路人，其個人能力、專業(yè)素養(yǎng)在很大程度將都將直接影響學(xué)生的學(xué)習效果。我校目前能動專業(yè)教師大都以中青年為主，專業(yè)能力、授課經(jīng)驗都有待提高，CDIO模式對教師基本個人能力和人際能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建能力都有較高要求。在完成課業(yè)工作的同時，教師還應(yīng)努力提升在一體化學(xué)習經(jīng)驗、運用主動和經(jīng)驗學(xué)習方法以及學(xué)生考核等方面的能力。為此，每年我校針對每個本科專業(yè)選送1名骨干教師去德國進修學(xué)習先進工程教育理念。為提升教師的工程能力，每年安排1—2名青年教師去企業(yè)參與相關(guān)的工程項目。

三、結(jié)束語

本文總結(jié)近年來我校在CDIO教育模式下開展工程熱力學(xué)教學(xué)的具體做法。從實際效果看，基于工程教育理念的課程教學(xué)成效明顯，可適應(yīng)于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標需求。然而，在實際推行CDIO工程教學(xué)過程中，仍面臨諸多方面的挑戰(zhàn)，如工程教育強調(diào)教學(xué)過程的互動與協(xié)作，這要求實施小班教學(xué)，對于每屆招收120人左右的學(xué)生規(guī)模，相比傳統(tǒng)的大班授課，這無疑增加了教學(xué)成本。對于師資隊伍相對薄弱的地方應(yīng)用型本科院校，新的教學(xué)模式導(dǎo)致教師工作負荷顯著增大，如何保證教師的工作熱情和精力也是當前面臨的主要困難。

參考文獻：

[1]劉增輝.CDIO—顛覆性的工科教育模式改革[J].中國遠程教育，2008，（14）：64–67.

[2]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式—基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，28（4）：116–119.

[3]徐新，羅國華，靳海.CDIO理念在化工熱力教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究，2012，（6）：159–160.

[4]顧學(xué)雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIO：清華大學(xué)創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，1（1）：11–23.

[5]何宏舟，鄒崢，丁小映.提高“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].中國電力教育，2002，（4）：65–69.

[6]吳曉燕，楊學(xué)賓.“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革探[J].電力教學(xué)，2011，21（079）：157–164.

[7]査建中.論"做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1–9.

[8]葉名.工程教育CDIO模式適應(yīng)性轉(zhuǎn)換平臺的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014：77–94.