基于CDIOF 的實(shí)例式教學(xué)法在“土木工程檢測(cè)”教學(xué)中的實(shí)踐與思考

魯四平，黃方林，肖柏軍

（中南大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410075）

1 當(dāng)前土木工程實(shí)踐教學(xué)的局限性

土木工程是一門涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，屬于典型的工程應(yīng)用學(xué)科，該學(xué)科要求學(xué)生能將先進(jìn)的系統(tǒng)理論知識(shí)運(yùn)用到紛繁復(fù)雜的具體工程問題中去，簡(jiǎn)言之，即具備理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力[1]。受傳統(tǒng)教育理念影響，很多教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中過于看重理論推演和講述，忽略實(shí)踐訓(xùn)練，實(shí)踐課程課時(shí)量一般較少[2]。在有限的課時(shí)條件下，教師設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)時(shí)，仍存在重視理論環(huán)節(jié)輕視實(shí)踐鍛煉的問題。此外，試驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的模式以教師演示為主，試驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法缺乏變化，少有更新，實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本未見改動(dòng)[3]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中僅僅是觀看，缺乏動(dòng)手鍛煉的機(jī)會(huì)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在動(dòng)腦少、自主性不夠、無法將試驗(yàn)過程與相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有效結(jié)合、對(duì)實(shí)際問題理解不透徹等諸多問題，難以實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力與培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的課程目標(biāo)。總體說來，實(shí)踐類課程的傳統(tǒng)授課方式已很難適應(yīng)現(xiàn)階段我國(guó)人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。

2 土木工程實(shí)踐課程教學(xué)模式探索的意義

新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)日新月異，社會(huì)對(duì)人才的要求越來越高。21 世紀(jì)初英國(guó)皇家工程院（RAE）就曾指出，當(dāng)代工程師應(yīng)當(dāng)是以下三種角色的復(fù)合體：某一工程領(lǐng)域的技術(shù)專家，有處理復(fù)雜事務(wù)能力的高級(jí)復(fù)合人才和有開拓精神和領(lǐng)導(dǎo)才能的挑戰(zhàn)者[4]。隨著生產(chǎn)力的提高，土木工程越來越向大型、標(biāo)準(zhǔn)、復(fù)雜方向發(fā)展。現(xiàn)代大型土木工程建設(shè)的興起，需要不同專業(yè)的工程師相互配合，團(tuán)隊(duì)協(xié)作才是工程學(xué)科未來發(fā)展的方向。這就要求在學(xué)生培養(yǎng)過程中，教師不僅需要加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，還要注重學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)，如個(gè)人領(lǐng)導(dǎo)能力、人際交往能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、學(xué)科交叉融合能力等[5]。

“土木工程檢測(cè)”是土木工程專業(yè)一門專業(yè)實(shí)踐課程，具有很強(qiáng)的綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。它包含的內(nèi)容十分廣泛，涉及巖土、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、道路、橋梁、隧道及儀器儀表等多個(gè)專業(yè)課程的內(nèi)容。

本文以中南大學(xué)已有十多年開設(shè)歷史的土木工程專業(yè)實(shí)踐類選修課程“土木工程檢測(cè)”為例，根據(jù)本課程內(nèi)容廣、博、雜的知識(shí)特點(diǎn)，結(jié)合選修學(xué)生來自不同專業(yè)的生源特點(diǎn)，引入CDIOF 教育理念，以多學(xué)科交叉的實(shí)際工程項(xiàng)目為依托，進(jìn)行課程模式構(gòu)建，并進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐案例探索。

3 CDIOF 教育理念與教學(xué)模式建構(gòu)

3.1 CDIO 理念

CDIO 理念是21 世紀(jì)初由美國(guó)麻省理工學(xué)院與瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等四校提出的一種全新的工程教育思想。它借助工程系統(tǒng)的全生命周期理論，將教學(xué)架構(gòu)建立在“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行”這一工程活動(dòng)的全生命周期過程中。CDIO為構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate）四個(gè)英文單詞的首字母大寫的縮寫[6-7]。該理念要求學(xué)生在實(shí)際工程情景中有目的地主動(dòng)學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中，在做中學(xué)，學(xué)時(shí)做，邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué)。

3.2 基于CDIOF 的“土木工程檢測(cè)”課程教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

結(jié)合“土木工程檢測(cè)”課程的特點(diǎn)，“構(gòu)思”包括教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思、選題構(gòu)思、實(shí)施過程構(gòu)思三個(gè)方面。教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思：土木工程檢測(cè)課程內(nèi)容眾多，知識(shí)點(diǎn)龐大而繁雜，教學(xué)內(nèi)容需要有所取舍，不可能面面俱到。選題構(gòu)思：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行依托項(xiàng)目選擇，項(xiàng)目選擇好后，可反過來完善教學(xué)內(nèi)容，兩者相互支持。實(shí)施過程構(gòu)思：即課程的實(shí)現(xiàn)方式構(gòu)思，包含教師團(tuán)隊(duì)的組建、學(xué)生團(tuán)隊(duì)的組建，交流平臺(tái)的搭建、任務(wù)書、結(jié)業(yè)模式、教學(xué)模式的構(gòu)想。

“設(shè)計(jì)”：主要包括課程結(jié)業(yè)任務(wù)書設(shè)計(jì)、實(shí)際項(xiàng)目相關(guān)子課題的設(shè)計(jì)、理論教學(xué)模塊、教學(xué)過程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐教學(xué)模式設(shè)計(jì)?！霸O(shè)計(jì)”是在“構(gòu)思”完成，下達(dá)任務(wù)之后，本階段完成對(duì)結(jié)業(yè)任務(wù)的分解，任務(wù)完成形式與完成環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，明確各子課題環(huán)節(jié)學(xué)生個(gè)人角色與分工。

“實(shí)施”是指本課程開展和完成全過程，含“理論教學(xué)”“實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)”“學(xué)生自學(xué)”三部分。本階段對(duì)應(yīng)依托的實(shí)際工程項(xiàng)目，學(xué)生需完成基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與各試驗(yàn)檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)，并檢查方案的可行性與是否存在不合理之處，進(jìn)而完成對(duì)相應(yīng)檢測(cè)設(shè)計(jì)方案的修改。

“運(yùn)行”主要是指學(xué)生提交課程結(jié)業(yè)任務(wù)，部分在實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目中模擬執(zhí)行，并出具檢測(cè)報(bào)告的過程。

反饋（Feedback）：信息反饋是課程實(shí)施的重要環(huán)節(jié)，包括學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間信息的溝通。教師與學(xué)生之間信息的傳達(dá)、檢測(cè)任務(wù)啟動(dòng)順序、實(shí)施進(jìn)程的管理與學(xué)生之間橫向交流都需要必要的信息反饋。實(shí)時(shí)的信息反饋是課程高效執(zhí)行和項(xiàng)目正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。因此，在CDIO 基礎(chǔ)上增加實(shí)時(shí)“反饋評(píng)價(jià)”（Feedback Evaluation）環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)稱“CDIOF”。

CDIOF 教學(xué)模式講究教師教學(xué)的啟發(fā)性與學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。教師依托實(shí)際工程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際工程提煉學(xué)術(shù)中的理論問題，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考、討論、查閱相關(guān)資料以達(dá)到解決問題之目的；學(xué)生在工程實(shí)際問題中，找到并發(fā)現(xiàn)前期學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)工程之間的聯(lián)系，提高將基礎(chǔ)理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合的能力。在這種能力的培養(yǎng)過程中，學(xué)生自覺地實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)向工作能力的轉(zhuǎn)變，縮短走入社會(huì)、適應(yīng)新崗位的過程，同時(shí)可培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)與協(xié)助精神。圖1 是基于CDIOF 的土木工程檢測(cè)課程教學(xué)模式結(jié)構(gòu)圖。

圖1 基于CDIOF 的“土木工程檢測(cè)”課程教學(xué)模式結(jié)構(gòu)圖

4 基于CDIOF 的“土木工程檢測(cè)”課程教學(xué)實(shí)踐實(shí)例分析

中南大學(xué)基于CDIOF 理念開展“土木工程檢測(cè)”課程教學(xué)實(shí)踐，選修學(xué)生面向土木大類，主要涉及建材、巖土、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、橋梁、管理等專業(yè)。

4.1 實(shí)踐教學(xué)實(shí)例構(gòu)思

4.1.1 課程選題

土木工程檢測(cè)課程教學(xué)案例可選擇綜合性較強(qiáng)的檢測(cè)項(xiàng)目，難度要適中（這種選題在本課程中比較方便做到，所以也便于本課程理念的實(shí)施）。如選擇“××高速公路××橋梁施工質(zhì)量全過程控制”檢測(cè)作為實(shí)際依托工程，檢測(cè)內(nèi)容包括原材料檢測(cè)、混凝土配合比試驗(yàn)、混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、樁基承載力檢測(cè)、單梁承載力檢測(cè)、橋梁施工控制監(jiān)測(cè)、橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)、全部試驗(yàn)項(xiàng)目管理等。課題要求學(xué)生根據(jù)給定的資料進(jìn)行項(xiàng)目全過程檢測(cè)方案設(shè)計(jì)與計(jì)算復(fù)核，實(shí)際實(shí)踐課可選擇其中部分內(nèi)容進(jìn)行。

4.1.2 成果要求與成績(jī)?cè)u(píng)定

考慮到實(shí)踐類課程的教學(xué)目標(biāo)和課程特點(diǎn)，教師一開始就將選課學(xué)生（40～50 人）分成若干組，每組包含各專業(yè)學(xué)生1～2 名，制訂分組檢測(cè)方案設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確小組檢測(cè)方案設(shè)計(jì)內(nèi)容及成果要求，對(duì)檢測(cè)內(nèi)容、計(jì)算模型、計(jì)算說明等做出規(guī)定。

以作者實(shí)踐的“××高速公路××橋梁施工質(zhì)量全過程控制”為例，8～10 人一組，單組學(xué)生需要完成的試驗(yàn)方案、相關(guān)專業(yè)知識(shí)見表1。

表1 課程小組任務(wù)及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

為了達(dá)到教學(xué)目的，保證學(xué)生對(duì)分配的任務(wù)理解到位，任務(wù)要求一定要具體。所以針對(duì)每一個(gè)具體的方案設(shè)計(jì)應(yīng)提出細(xì)分要求。表2 給出了對(duì)基樁承載力試驗(yàn)方案的細(xì)分要求。

表2 試驗(yàn)方案的細(xì)分要求

受時(shí)間與場(chǎng)地限制，實(shí)際運(yùn)行可選擇部分小組的檢測(cè)方案進(jìn)行檢測(cè)實(shí)操，并給出評(píng)價(jià)。為保證課程成績(jī)的公平性，對(duì)各個(gè)小組的成果進(jìn)行答辯匯報(bào)，采用組與組之間互相打分、授課教師打分等方式綜合進(jìn)行。

4.1.3 組織形式

建立校企聯(lián)合的指導(dǎo)教師聯(lián)合指導(dǎo)小組，依托湖南鐵院土木工程檢測(cè)有限公司（中南大學(xué)校辦企業(yè)，土木工程學(xué)院師生的實(shí)踐平臺(tái)）實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行選題。學(xué)生根據(jù)檢測(cè)任務(wù)內(nèi)容和專業(yè)知識(shí)構(gòu)成進(jìn)行統(tǒng)一分組。

4.2 設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行

根據(jù)選修學(xué)生的專業(yè)構(gòu)成與比例，教師選定課題任務(wù)之后，首先對(duì)課題任務(wù)進(jìn)行分解，確定相關(guān)子課題，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的專業(yè)進(jìn)行分組，明確其在整個(gè)任務(wù)中的角色分工。按照教學(xué)大綱要求，中南大學(xué)“土木工程檢測(cè)”教學(xué)與實(shí)踐總課時(shí)為32 課時(shí)，理論24 課時(shí)，實(shí)踐過程為8 課時(shí)。開課時(shí)第一時(shí)間將課程結(jié)業(yè)任務(wù)布置下去，教學(xué)過程采用分組討論、代表發(fā)言、問題分析、實(shí)例解析與方法引導(dǎo)等方式保證教學(xué)順利進(jìn)行。在教學(xué)過程中，教師根據(jù)授課內(nèi)容先行設(shè)置相關(guān)問題，學(xué)生課后準(zhǔn)備，課堂上學(xué)生將準(zhǔn)備的問題進(jìn)行呈現(xiàn)與講述，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的角色轉(zhuǎn)換（翻轉(zhuǎn)課堂）；在設(shè)計(jì)某專業(yè)類型的試驗(yàn)方案時(shí)，方案組長(zhǎng)由相應(yīng)專業(yè)的學(xué)生擔(dān)任，其他學(xué)生擔(dān)任組員，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)本方案制訂過程中所有任務(wù)的分配安排與統(tǒng)籌；當(dāng)設(shè)計(jì)下一個(gè)專業(yè)的試驗(yàn)方案時(shí)，前組長(zhǎng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為組員，新的相應(yīng)專業(yè)的學(xué)生擔(dān)任組長(zhǎng)。由此，每個(gè)學(xué)生均會(huì)實(shí)現(xiàn)組長(zhǎng)與學(xué)員之間的角色互換（角色轉(zhuǎn)換）。

為保證在有限的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)，教師事先應(yīng)精心制訂本課題實(shí)施綱要。綱要的整體要求是：參與課題的全體學(xué)生在領(lǐng)導(dǎo)本組其余同學(xué)完成與自己專業(yè)相關(guān)任務(wù)的同時(shí)，還必須在本組其他各位同學(xué)的分別領(lǐng)導(dǎo)下協(xié)助完成與之相關(guān)的任務(wù)，直至本組所有任務(wù)全部完成。

在教學(xué)實(shí)踐中，各組力學(xué)模型的建立均要求采用相同的軟件（基礎(chǔ)建模ABAQUS、橋梁建模MIDAS/Civil），便于學(xué)生在建模過程中相互交流與發(fā)現(xiàn)問題。

5 基于CDIOF 的實(shí)踐課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)與思考

5.1 教學(xué)效果

5.1.1 基于學(xué)生學(xué)習(xí)效果問卷調(diào)查的教學(xué)效果評(píng)價(jià)

對(duì)選修“土木工程檢測(cè)”的學(xué)生開展了“實(shí)踐課程能力鍛煉”調(diào)查，所有學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程識(shí)圖能力、信息獲取能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、知識(shí)遷移能力、獨(dú)立思考與自我創(chuàng)新能力均得到了不同程度的鍛煉與提升。

5.1.2 課程教學(xué)模式的適應(yīng)性評(píng)價(jià)

根據(jù)課程的開設(shè)目的，實(shí)踐項(xiàng)目可大可?。▋?nèi)容多少由實(shí)際參與選課學(xué)生人數(shù)與選課學(xué)生專業(yè)決定），實(shí)際檢測(cè)課題與之相適應(yīng)進(jìn)行規(guī)模加減。在實(shí)際設(shè)計(jì)方案時(shí)各專業(yè)學(xué)生既相互獨(dú)立（檢測(cè)任務(wù)組長(zhǎng)按專業(yè)安排）又相互依存（全部檢測(cè)方案、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操按大組評(píng)審），通過實(shí)際項(xiàng)目培養(yǎng)他們之間的協(xié)作精神，督促他們相互交流。為方便組員之間的交流，每組建立一個(gè)微信群進(jìn)行管理，教師受邀進(jìn)群，及時(shí)掌握學(xué)生的進(jìn)度與困難，對(duì)具體問題進(jìn)行指導(dǎo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度的管理。實(shí)踐表明，基于CDIOF 的案例式教學(xué)對(duì)實(shí)踐課程具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以取得較好的教學(xué)效果。

5.2 對(duì)基于CDIOF 的實(shí)踐課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考

5.2.1 增設(shè)實(shí)踐教學(xué)課程設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)高校實(shí)踐教學(xué)時(shí)間一般比較有限（大多24―32 學(xué)時(shí)），要以CDIOF 模式進(jìn)行學(xué)習(xí)，需要占用學(xué)生部分課余時(shí)間才能較好完成。如果在部分實(shí)踐課程后能安排一周左右的實(shí)踐課程設(shè)計(jì)將會(huì)取得更好的教學(xué)效果。因此，學(xué)校有必要增設(shè)實(shí)踐類教學(xué)課程。

5.2.2 實(shí)踐課程的選題

實(shí)踐課題應(yīng)根據(jù)綜合性能力提升的要求，優(yōu)先選擇實(shí)施過程中成員之間需要較多交流、溝通與協(xié)調(diào)的課題；同時(shí)，實(shí)踐課題的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)教師及學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。教學(xué)過程中,教師應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)監(jiān)督，學(xué)生需加強(qiáng)自我學(xué)習(xí)管理，自覺增加獲取知識(shí)的途徑，并能與其他各專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行有效溝通和協(xié)作。

5.2.3 任課教師的工程實(shí)踐能力

開設(shè)依托實(shí)際工程項(xiàng)目的綜合類實(shí)踐課程教學(xué)，對(duì)教師的工程實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)提出了較高的要求，他們需要對(duì)選用的具體實(shí)踐內(nèi)容有著較強(qiáng)的把控能力。高校需要轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)培養(yǎng)觀念，鼓勵(lì)專任教師深入工程一線，參與國(guó)家重大工程，了解工程實(shí)際需求，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展。

6 結(jié)語

基于CDIOF 的“土木工程檢測(cè)”教學(xué)實(shí)踐表明，引入CDIOF 理念，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及規(guī)劃，建立以實(shí)際項(xiàng)目為依托、以相關(guān)規(guī)范為準(zhǔn)則的教學(xué)構(gòu)架，師生合力，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程全方位的檢測(cè)技術(shù)覆蓋，學(xué)生獲得感滿滿；該模式在有效鍛煉學(xué)生多項(xiàng)能力的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)教師自身實(shí)戰(zhàn)能力的提升，達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的。

通過對(duì)CDIOF 教學(xué)實(shí)踐實(shí)例進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該教學(xué)模式的可行性。從實(shí)施的效果來看，該模式得到了學(xué)生的普遍認(rèn)可，學(xué)生各方面的能力得到了明顯的鍛煉與提高。