CDIO模式在《土木工程材料》教學改革中的應用與實踐

孫 凌 王 穎 于文勇 魏建軍

黑龍江工程學院， 哈爾濱 150050

CDIO模式在《土木工程材料》教學改革中的應用與實踐

孫 凌 王 穎 于文勇 魏建軍

黑龍江工程學院， 哈爾濱 150050

針對目前我國工程教育存在的問題，將CDIO工程教育模式引入到土木工程材料教學過程中，針對土木工程材料課程進行了CDIO模式的設計，在教學過程中引導學生組建創新團隊，進行項目構思設計及實施。該教學模式較好地體現了CDIO理念，提升了教學效果，增強了學生處理實際問題的能力以及團隊協作能力。

工程教育；CDIO；土木工程材料；團隊協作

1 背景

社會、經濟的發展，科技的創新，都要求高等教育提供高質量的人才，我國經濟要繼續保持高速增長勢頭,需要培養一大批創新型的國際化工程師。

目前我國科技人力資源總量和研發人員總數都位居世界前列。然而，與世界發達國家相比，我國工程科技人才在數量上雖然具有一定的優勢，但在質量上也表現出很多不足，例如偏重理論而忽視實踐；人才個人能力突出但不擅長團隊協作；缺少創新型人才和高技能人才，原始創新能力和工程領導力不足；工程科技人才的專業、地域分布不盡合理；產學研脫節，缺乏創業精神。如何在有限的學制內，使學生能夠具備良好的職業道德修養，具備一定的創新能力、團隊協作能力和管理能力，是高等工程教育改革和探索的關鍵問題[1][3]。

土木工程材料是土木工程專業實踐性很強的一門重要專業基礎課 ，該課程不僅是學生今后從事土木工程設計、施工和監理等工作的必要基礎 ，同時為后續的專業課如《混凝土結構設計原理》、《橋梁課程》、《路基路面工程》等學習提供材料學方面基礎知識。學生通過該課程學習，不僅應能掌握材料的基本知識 ，還需要在實踐能力和創新能力方面都有所提高。鑒于土木工程材料課程實踐性強的特點，必須不斷進行實驗教學改革，來加強學生設計能力、創新能力的培養，加強學生團隊協作能力的培養，才能適應社會發展的需要，達到提高人才培養質量的目的。

CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）。CDIO培養大綱將工程畢業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能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[2]。CDIO 工程教育模式以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行學習，使學生獲得工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。2011年黑龍江省高等教育教學改革工程重點項目“基于CDIO 模式下的土木工程材料課程教學改革”在我校2010級道路橋梁與渡河專業卓越工程師試點班開展，將CDIO工程教育模式運用到理論與實踐教學活動中，充分體現了“做中學”、“基于項目教育和學習”的理念，增強了學生自學和解決問題以及團隊工作和溝通的能力。

2 土木工程材料課程CDIO模式的設計

以土木工程材料課程實踐與理論學習相結合，構建課程教學內容，通過本課程的理論學習、課程實踐以及和項目實施設計等環節，在“邊學邊做”中培養學生掌握土木工程材料的基本性能。根據CDIO模式 ，我們將土木工程材料課程作為 CDIO教學模式的一個三級項目進行了設計和實施。

通過本課程學習，要求學生掌握土木工程材料的基礎知識和理論，并能夠達到以下目標：（1）理解土木工程材料的基本性能與構造之間的關系；（2）理解水泥混凝土、瀝青混凝土以及無機結合料的技術性質及技術標準；（3）能夠熟練進行無機結合料穩定材料、水泥混凝土和瀝青混合料配合比設計；（4）了解土木工程材料與資源能源環境的關系、環境友好材料及其實現途徑等；（5）具有在實際工程中進行水泥混凝土、瀝青混凝土和無機結合料組成設計和實驗數據處理的能力；（6）通過項目實施周的工程實踐，使學生的個人技能和團隊協作能力得到提升。

為達到《土木工程材料》課程教學目標，在教學環節上安排了兩周課程實踐周和一周項目實施周。要求學生在實踐周中完成對所學理論知識的消化和理解。在學習土木工程材料理論基本知識以及兩周實踐的基礎上，完成一項包括構想、設計并與實際工程項目相結合的團隊研發項目，在項目實施周中運行并展示成果全過程，在實踐與合作中進行探究學習，提升學生個人技能和團隊協作能力，使其具有與本專業相關的專業素質。

3 基于CDIO理念的土木工程材料課程的實施

基于CDIO 理念首先要求學生在理論課學習的過程中引導學生組建實踐創新團隊，根據資源優化進行自由組合 ，再以團隊的形式構思一個項目，利用所學的知識、并通過查閱文獻對構思的項目進行設計。在兩周的課程實踐周，學生動手完成土木工程材料常規、基本試驗。在掌握一定的理論知識和實踐技能后，展開團隊內部與團隊之間的討論，使構思、設計的項目具有可操作性。在教學過程中，以CDIO理念的為引導，卓越工程師試點班的學生自發地組成四個創新團隊，分別構思設計了（1）C60 混凝土的配制與抗滲性研究；（2）泵送混凝土坍落度經時損失研究；（3）摻加氧化鐵的彩色瀝青混合料配合比設計；（4）大空隙瀝青混合料抗凍性研究四個項目。

同學們表現得最活躍的階段就是構思階段，每一個同學都表現出積極參與、積極思考、積極鉆研的學習態度，每一個同學都能認真查閱文獻，運用自己學過的專業知識、掌握的實踐技能，多次進行討論，并且邀請專業老師參與研討，給予學術上的指導，制定出合理可行的技術路線，明確了研究目標。通過從先進性、實用性、經濟性等方面對各種方案進行比較，同學們從中獲得了設計和工程實踐的知識。在整個構思、設計、實施過程中，注重引導學生建立個人能力與團隊協作的統一，培養他們的團隊精神以及處理實際問題的能力。以摻加氧化鐵的彩色瀝青混合料配合比設計為例，在項目的具體實施過程中，首先從材料的選擇入手，通過顏色對比試驗確定氧化鐵在混合料中的摻量，通過馬歇爾試驗確定各種礦料的用量比例以及瀝青的最佳用量。

在項目的實施過程中，也有失敗的時候，學生根據試驗過程中獲得的試驗結果，團隊內部進行討論、研究，團隊之間進行交流，確定原來構思中的缺陷，進一步修改后再設計、實踐、運作其項目，最后獲得彩色瀝青混合料。學生在項目實施的過程中會遇到難題，這些困難能夠激發學生挑戰的激情和勇氣，能夠讓學生在學習中鍛煉綜合運用知識的能力，以及團隊協作能力。

特別值得一提的是，在教學改革試點的兩個班級中，通過土木工程材料的學習，激發了學生對土木工程設計及試驗的興趣，上面四個團隊構思的創新項目都被列入2012年黑龍江工程學院大學生創新訓練計劃，并批準立項，其中兩項推薦申報黑龍江省級大學生創新訓練項目。由此可見，基于CDIO理念的土木工程材料新型教學模式的探索與實踐是成功的，值得在接下來的課程改革及優化過程中進一步推廣。

4 結語

對土木工程材料課程采用CDIO教學模式改革后，學生對教學內容提出了新的需求，“做中學”的基于項目學習的教學模式很受學生歡迎，學生對課程的熱愛程度有很大提高，對項目的運作過程有了親身實踐機會，學生綜合能力得到了全方位的鍛煉。實踐證明：雖然 CDIO是一個新的教育模式，但已經顯示了它的強大生命力，相信通過CDIO高等工程教育模式的改革，將會大大增強學生的綜合能力，提高學生的國際競爭力。

[1]鐘金明，李苑玲.基于CD IO理念的工程教育實踐教學改革初探[J].實驗科學與技術 ，2009（6） 67-69

[2]Edward F.Crawley，Johan Malmqvist，S ren stlund，Doris R.Brodeur主編.重新認識工程教育-國際CDIO培養模式與方法[M].顧佩華，沈民奮，陸小華譯.北京： 高等教育出版社，2009.4：44-48

[3]陳會凡，李廣慧.CDIO工程教育模式在土木工程材料中的應用研究[J].高等建筑教育，2011（4） 39-43

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.094

2011年黑龍江省高等教育教學改革工程重點項目——基于CDIO模式下土木工程材料課程教學改革研究