基于CDIO工程教育模式的“外加劑技術與應用”總體教學設計*

劉進強 郝斌 黃雁 陳瑞軍（唐山學院環(huán)境與化學工程系）

近些年，我國高等教育得到了蓬勃發(fā)展，為中國特色社會主義建設取得舉世矚目的成就提供了人力支持和智力保障。據(jù)有關資料顯示，從絕對數(shù)量來看，我國工程教育規(guī)模世界第一，但也存在嚴重的工程性與創(chuàng)新性缺位現(xiàn)象[1]。在當前信息技術時代，發(fā)達的科技給生活、工作、學習帶來很大便利的同時也給學生造成了太多外界刺激，分散了其專注學習的注意力；重理論輕實踐的傳統(tǒng)教育模式使教學過程單調、枯燥，更難激發(fā)學生的學習興趣及動力，實現(xiàn)良好的教學效果[2][3]。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果?；贑DIO模式進行課程教學改革，充分發(fā)揮學生學習的主體作用，使其深度融入學習全過程，將顯著提高其工程實踐能力以及團結協(xié)作等職業(yè)綜合能力。

一 CDIO工程教育模式的內涵

CDIO工程教育模式是由麻省理工學院等四所大學通過4年的探索研究而建立的基于工程教育的先進教學模式。它將企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程映射至高校人才培養(yǎng)的全過程，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期中的構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）等四個環(huán)節(jié)為載體，讓學生以主動實踐的方式在工程背景下有機地學習課程知識，達到工程能力和學科知識的完美結合[4-5]。CDIO的主要理念主要通過教學大綱和12條標準得以體現(xiàn)，其中教學大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，著重加強學生的能力。12條標準涉及教師、學生、課堂以及實踐等方面應當達到的標準。CDIO模式是以培養(yǎng)既有過硬的學科專業(yè)知識、深厚的工程能力，又有良好的職業(yè)道德的國際化工程師為目標[6]。

CDIO工程教育模式給我們高等教育教學改革提供了先進理念以及可參考的框架，對高等教育人才培養(yǎng)的重要意義已得到了廣泛共識。2016年1月，“全國CDIO工程教育聯(lián)盟”成立。2017年4月，2017CDIO工程教育聯(lián)盟會議圍繞“建設新工科背景下的CDIO工程教育改革與發(fā)展”主題在浙江大學城市學院召開，探討了新形勢下如何創(chuàng)新發(fā)展CDIO工程教育，推進創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教育、工程認證和新工科實施。通過對CDIO教育模式及其實踐成果的研究，反思我們教育教學現(xiàn)狀，結合課程的具體實際，大力推進基于CDIO模式的課程教學改革，才能提高我們的教學效果，真正將工程實踐能力培養(yǎng)的目標落到實處。

二 “外加劑技術與應用”課程的特點及教學現(xiàn)狀

“外加劑技術及應用”課程是我校無機非金屬材料工程專業(yè)一門專業(yè)方向課，其培養(yǎng)目標是，使學生掌握混凝土外加劑的類型與基本性質、作用機理與生產(chǎn)過程、性能評價與檢測、工程應用與問題應對措施等，在具有堅實理論基礎的同時，能正確、合理地應用專業(yè)基礎知識解決外加劑應用過程中的實際問題。課時32學時，教學方式以課堂講授為主，考核方式為考查，成績主要由出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)及結課測驗構成。

該課程具有很強的工程應用型特點，對學生從事外加劑工程應用或技術服務，具有很強的適用性，滿足了外加劑生產(chǎn)企業(yè)以及商品混凝土企業(yè)對專業(yè)人才知識構成與實踐能力方面的需要。盡管教學過程采取了講授、演示、案例分析、課后作業(yè)、課上抽查提問等多種手段、方法，但總體教學效果與教師備課、上課的努力程度相比僅算差強人意。據(jù)調查分析來看，其大致原因有，應用型特點突出的課程仍主要采取了傳統(tǒng)的課堂講授方式，難以激發(fā)學生學習興趣，難以培養(yǎng)工程實踐能力；傳統(tǒng)的考查課考核方式讓學生從內心就降低了對課程的重視程度。

三 CDIO模式下的課程教學總體設計

CDIO模式的教學大綱將畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面。我們充分利用本課程作為考查課可以采取靈活多樣的考評方式的優(yōu)勢，在課程的培養(yǎng)目標、教學內容及采取的教學形式、考評辦法在設計之初就應緊緊圍繞且重點突出這四種能力的培養(yǎng)來開展。

1 培養(yǎng)目標突出工程實踐能力

面面俱到就難以做到重點突出。本課程應強調在具有一定理論基礎同時，重點突出工程實踐能力的培養(yǎng)。外加劑的合成及生產(chǎn)控制等需要較扎實的化學工程與工藝等專業(yè)知識，在教學過程中應可要求為了解程度；外加劑的作用機理是對外加劑的性能從化學結構方面進行的理論解析，有助于掌握產(chǎn)品種類及其性能特點，也有助于為未來從事更高性能產(chǎn)品開發(fā)奠定理論基礎，因此可要求為熟悉程度?？傊囵B(yǎng)目標應調整為，面向建筑材料行業(yè)，培養(yǎng)具有良好職業(yè)素養(yǎng)和愛崗敬業(yè)精神，掌握外加劑類型及其性能特點、產(chǎn)品性能評價與檢測、工程應用與問題應對等實踐能力，并熟悉外加劑的作用機理，具有一定的從事外加劑合成與生產(chǎn)控制的理論基礎的高素質應用型人才。

2 教學內容適應工程實際需求

從外加劑的課程教學內容組成來看，共分減水劑、早強劑、引氣劑等十幾個種類的外加劑，但在教學過程中，不搞平均主義，不求大而全，從工程實際需求的出發(fā)，將減水劑、緩凝劑、引氣劑、防凍劑、早強劑、膨脹劑、速凝劑等十多個種類分成核心、重點、一般三個等級，在課時以及教學形式上做適宜安排。以核心部分-減水劑、緩凝劑、引氣劑為例，盡管同屬核心內容，但在工程實際應用上緩凝劑、引氣劑仍以配合減水劑為主追求綜合效果，所以可將三者視為一整體做統(tǒng)一要求，不僅深入理解其理論基礎，更要做到理論與實踐的融會貫通，并培養(yǎng)熟練操作、分析解決實際問題的工程實踐能力，所以在課時上要占較大比例，在教學形式與方法上多樣并舉，總體設計見表1。

3 教學組織形式滿足能力培養(yǎng)要求

傳統(tǒng)的課堂理論講授模式中，學生總是處于填鴨式的被動狀態(tài)，很難激發(fā)出飽滿的學習熱情，更難以取得良好的學習效果。CDIO工程教育模式強調工程基礎知識、人際溝通、團隊協(xié)作與自我表達、工程實踐等四方面能力的培養(yǎng)，所以在教學過程中必須采取多種方式才能得以實現(xiàn)。理論講授可以滿足掌握工程基礎知識的需要；人際溝通、團隊協(xié)作可以以項目小組攻關某個項目任務的形式來進行；自我表達能力培養(yǎng)則需要教師給學生以鼓勵、指導并提供一個平臺、機會來鍛煉；工程實踐能力培養(yǎng)則需要通過完整的、較高強度的具有明確目標的系列項目任務來進行。

本課程中，以核心內容-減水劑、緩凝劑、引氣劑為例，理論基礎知識的學習采取在教師指導下由學生來講解的形式；學生自發(fā)結組后共同完成PPT課件制作、講解、提問與解答、成員自我說明等各環(huán)節(jié)，最后由教師與學生評審團來共同評價教學效果；過程中每個成員都能夠在團隊協(xié)作、人際溝通、自我展示等能力方面得到有效鍛煉。工程實踐能力是本課程的核心培養(yǎng)目標，為此，圍繞核心內容共設置5個項目任務[7]，分基本操作技能、性能檢測評價、工程實操三個層級，以遞進方式來鍛煉培養(yǎng)學生的工程實踐能力，詳見表2。尤其是工程實操階段，帶學生到砼攪拌站實地觀摩學習，并領取與攪拌站工程項目同等要求的混凝土配合比試配任務，最后將在校內實驗室完成的配合比及砼性能檢測結果與攪拌站結果做同等對比，并請攪拌站工程技術人員做深入具體的分析、總結。

表1 教學內容及組織形式設計

表2 項目及具體任務

4 考評方法引導學生主動學習

考評方法對學生的學習有較強的引導作用。傳統(tǒng)的考評方法中，外加劑課程的期末總評成績由30%的平時成績（出勤+作業(yè)+課堂表現(xiàn)）與70%的結課測驗(或報告)成績加和而成[8]，很難激發(fā)學生學習興趣，調動學生學習積極性。為促使學生能夠積極并深度地參與到各個教學環(huán)節(jié)中，主動思考并尋求解決問題的辦法，總評成績改為由專題匯報40%、實踐操作40%、作業(yè)與討論20%加和而成。專題匯報中又分成課件制作、課件闡述、個體自我評價等，實踐操作又分為任務理解、操作規(guī)范性、結果合理性、個體參與度等子項?？己朔绞降母母?，教師走近了學生，不僅能及時發(fā)現(xiàn)并指導學生的學習問題，還能了解每個學生的參與程度以及掌握情況，真正貫徹落實教師的主導、學生的主體作用。每個學生都有好學向上的意愿。只要充分利用了科學合理、豐富有趣的考評方法，就能引導學生形成積極思考、主動學習的良好氛圍。

四 結語

社會發(fā)展不僅需要敢為人先的創(chuàng)新精神與科學研究人才，也需要扎實嚴謹?shù)墓そ尘衽c工程技術人才。高校作為培養(yǎng)人才的搖籃，一定要把人才培養(yǎng)目標定位與社會需求相結合，與教育教學過程中采用的教學模式相結合。CDIO工程教育模式在突出工程能力培養(yǎng)的同時，也強調人際溝通、團隊協(xié)作、自我表達等職業(yè)綜合能力的培養(yǎng)，為我們提供了較為成熟的教育改革思路與框架方案。以CDIO工程教育模式為指導，對專業(yè)課進行科學的總體教學設計，在實施過程中利用多種手段、形式，充分發(fā)揮學生的主體作用，才能有效激發(fā)學生學習的興趣，顯著提高學生的工程實踐能力，為社會發(fā)展培養(yǎng)出高素質應用型人才，但這需要任課教師付出極大的精力和耐心。