CDIO模式下創新型土木工程人才培養研究

喬克+孫海燕+袁軍+鮑安紅

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2014.01.007

收稿日期：2013-10-19

基金項目：西南大學第四屆教學改革研究項目“卓越工程師教育培養計劃背景下基于CDIO理念的土木工程創新應用型人才培養模式研究與實踐”（2010JY016）；重慶市高等教育教學改革研究項目“土建類專業本科生職業入門實踐教學模式研究”（103142）

作者簡介：喬克（1980-），男，西南大學工程技術學院建筑工程系講師，博士生，主要從事土木工程專業教學研究，（E-mail）qiaoke365@sina.com。

摘要：高校土木工程教育普遍重理論輕實踐，強調知識獲取忽視操作應用能力，不利于創新實踐能力培養。文章介紹了CDIO工程教育模式及其給中國工程教育帶來的啟示，并以CDIO理念為依據，從培養方案、課程體系、教學手段和教學質量評估機制等方面探討了土木工程創新人才的培養途徑，以期為土木工程專業教學改革提供參考。

關鍵詞：CDIO模式；土木工程專業；創新型人才

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）01-0026-04

現代工業科技的迅速發展離不開工程教育的智力支撐，工程教育也逐漸受到各國的重視。2010年6月，國家教育部等部委共同發起“卓越工程師教育培養計劃”，該計劃旨在培養造就一批具有較強創造力和較強社會適應能力的各類高水平工程技術人才，是實現中國特色新型工業化道路，建設新型國家和人力資源強國的一項重要戰略舉措。

20世紀90年代末期，美國麻省理工學院針對理論知識與實踐能力并重的工科人才培養，進行系統研究，創立了CDIO工程教育方法。CDIO工程教育方法以培養符合社會發展和行業需求的工程師為目標，著重解決理論與實踐、科技知識和實際能力素質培養的矛盾，是立足于科學基礎上的工程教育，更加重視工程實際，通過實際工程中主動學習的經驗促進相關理論知識框架的建立。CDIO的培養方法體現了大工程觀下的工程教育理念，對目前土木工程教育有較強的借鑒價值和示范意義。

文章首先分析了目前土木工程本科教育主要存在的問題[1-2]，并結合CDIO工程教育的大綱和要求，對符合中國國情和行業要求的具有創新精神的優秀土木工程師培養模式進行了探索，為土木工程專業進一步發展提供了建設思路。

一、現階段土木工程本科教育面臨的主要問題

（一）課堂教學環節存在的主要問題

課堂教學是目前落實大學生專業理論學習環節的主要形式和基本途徑，但由于受到傳統教育觀念和教學方式的影響，理論知識的獲取沒有達到教學大綱要求，學生對專業概念和術語的理解不深、模棱兩可。課堂教學改革是整個教改系統工程中的一個重要環節，如何在新的教學思想指導下改進目前課堂教學存在的不足，并將先進教學理念融入日常教學活動，已經成為廣大專業課教師和教學研究人員關注和探討的熱點問題。

1.傳統教學觀念重教輕學，抑制了學生學習的主動性

長期以來形成的教學傳統過多地強調教師的教而忽略了學生的學，在教學實施過程中強調了教師的主導性而沒有發揮學生的主體作用。這種教學觀念極大抑制了學生學習的主動性和積極性，很難挖掘學生個性，不利于培養學生的創新能力。

2.落后的教學方法制約了學生的創造性

課堂教學中，教師的講授占據了課程全部時間，師生之間缺乏互動交流。這種教學方式極大抑制了學生在學習活動中的主動性和求知欲，扼殺了學生獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力，學生的創新能力和自學能力也難以培養，交流溝通和團隊精神更是無從談起。

3.教學內容偏重經典理論傳授缺乏學科前沿動態介紹

對土木工程專業畢業工作近10年，涉及設計、施工、監理、造價等領域的工程技術人員的調查顯示，超過75%的被調查者認為大學所學的專業知識在實際工作中很少用到，而認為非常有用的不到5%。這從一個側面反映出當前土木工程專業課堂教學只注重理論教學而與實際工作嚴重脫節的問題。超過90%的被調查者認為專業課程的教學應該注重與實際工程和相關規范的結合，同時反映當今國內外最新的前沿知識，吸收國內外土木工程領域相關的新理論、新技術。對學科發展歷史和最新動態知識的欠缺使學生只能被動接受，而不能以前瞻性的思維方式進行批判性學習。

4.不合理的學習評估機制阻礙了學生創新精神

學生專業知識學習效果的考核方式主要采用筆試，忽略了對學生分析解決問題能力的考核和對實踐環節儀器設備操作及應用能力的考查。受中學階段應試教育的影響，許多學生把注意力集中在所謂的知識重點和如何提高成績上，而沒有把重心放在是否真正理解了概念和理論，并能正確合理應用理論知識。這種學習評估機制也抑制了學生創新精神的培養。

（二）實踐教學環節存在的主要問題

按照現行的土木工程本科專業培養計劃和教學大綱，四年制本科土木工程專業教學實踐環節主要包括生產實習、社會實踐、畢業實習和畢業論文（設計）。由于學時限制、師資力量配置、軟硬件條件等因素，實際收效不甚理想，沒有達到培養計劃和教學大綱提出的學生應當具備工業與民用各類建筑物與結構物的結構設計和施工技術管理能力的基本要求。

1.實踐教學環節流于形式，脫離工程實際

由于經費、實習單位和時間等諸多因素的限制，在培養計劃中設置的生產實習、認識實習、畢業實習等教學環節的教學過程和效果大打折扣，更多時候只能蜻蜓點水般走過場，很多工程中重要的細節問題被忽略。由于土木工程具有建設周期長的特點，目前僅兩周左右的生產實習環節，只能讓學生參與部分工程的一個或幾個工序的實施，無法參與施工全過程，學生不能完整了解一個工程的全部施工工藝，使專業知識點支離破碎，不能形成體系，不利于學生培養宏觀的系統工程觀。

2.實踐教學環節系統性較差，忽略了專業知識的前后延續性

許多專業課程都需要進行課程設計，以檢驗學生對專業知識的掌握程度。目前開設的專業課程如房屋建筑學、工程測量學、基礎工程、高層建筑結構設計、建筑結構抗震、鋼結構、混凝土結構、砌體結構等課程均要求進行課程設計。這是一個實戰型環節，要求學生不僅能靈活運用教材上的計算公式，還會翻閱相關標準規范，根據不同題目和工況合理正確地選擇計算相關系數。每門課程所設置的題目僅為本課程服務，彼此之間缺乏有機統一，而實際工程從地基基礎到主體結構計算都是統一的，是一個土木工程的各個必要環節，不是相互獨立的。這樣安排的結果導致學生不能把知識點有機串聯，建立彼此的邏輯關系，學生在實際工作中接觸到具體工程項目時往往顧此失彼，缺乏獨立解決復雜問題的業務能力。

3.試驗教學采用灌輸模式，缺乏試驗設計和科學評估能力訓練

土木工程專業由于其自身的特殊性，試驗研究是實際工程中一個重要的研究手段和途徑，在培養方案中材料力學、土木工程材料、土力學、土木工程試驗等課程都設置了相應的試驗教學環節。實際教學過程中，任課教師和專職試驗人員往往給學生制作好試件并貼好應力應變片，并給出了相應的試驗方案，甚至試驗儀器的夾具都由教師事先安裝就位。這樣即使學生不清楚試驗的基本原理，也能在教師的“指導”下按部就班地完成教學任務，對試驗結果的分析也往往泛泛而談，偏離問題本質。因此，雖然試驗環節設置的根本目的是鍛煉學生理論聯系實際的動手能力，培養其觀察分析試驗現象揭示客觀規律的能力，但由于試驗經費和硬件條件的制約，往往成為演示試驗，教學效果較差，學生很難獨立策劃試驗方案和制作試件，不能有效培養學生獨立思考分析問題的能力，更不用說培養創新能力了。

4.指導教師缺乏相關工程背景，不利于學生工程素質培養

隨著近年來招生規模的擴大，專業教師緊缺成為高校的一個普遍現象，因此很多學校引進了大量剛剛畢業的碩士生和博士生作為青年教師充實教師隊伍。由于這些教師入職前的學習經歷幾乎在學校完成，雖然理論知識扎實，但由于沒有生產一線的工作經歷，缺乏實際工程的鍛煉，工程素質普遍不高。同時，老一輩實踐經驗豐富的教師陸續退休，加劇了青年教師的比重，這種師資配置對培養學生工程素養和創新能力不利。

二、CDIO工程教育大綱內涵及啟示

CDIO（Conceiving、Design、Implementing、Operation）是國際工程教育與人才培養的創新模式，是以能力培養為目標的工程教育理念。CDIO模式注重綜合的創新能力培養，以及與社會的協調發展，同時更加關注工程實踐，強調培養學生的實踐能力。批判吸收CDIO理念的精華，并結合中國土木工程教育的實際，將為培養創新型土木工程高級人才提供一條有效途徑。

CDIO大綱的首要目標強調技術知識和科學基礎，其次培養學生引領新產品、工藝和系統的創新和運行的技能，第三個目標是教育學生理解研發的重要性和戰略價值，在研發過程中考慮到社會責任和可持續發展。CDIO大綱將上述三個目標分為4大類14條70點，其提出的能力目標與我國目前提出的創新型人才培養要求具有相當高的吻合度。

CDIO大綱制定者認為，工程教育畢業生應該可以在一個現代化的以團隊為基礎的環境下，構思、設計、實施、運行復雜的增殖工程系統，期望工程教育畢業生發展為完整、成熟、有思想的個體[3]。

CDIO大綱第一部分技術知識與推理是工程教育的基本目標，也是創新的知識基礎和前提條件。第二部分所要求的工程思維、科學思維和系統思維，從發現問題到提出假設、驗證到解決問題的過程正是創造力的心理運作過程。第三部分團隊精神和溝通能力是增強團結協作、打造創新團隊的個人品格要求，也是在現代組織和企業中實現創新必不可少的條件。第四部分則提出了創建和運行新產品或新系統執行過程的要求，并要求考慮企業和社會環境，而新產品和新系統均是創造力的結果體現。

CDIO大綱是從現代工程實踐中推衍出來的，適用于各種不同的工程專業，可作為所有工程專業的一個模型，以獲得特定的學習效果。大綱總結了當前工程學所涉及的知識、技能及發展前景等，目的是讓工程師可以帶領團隊，成功地進行工程系統的構思、設計、實施和運作，旨在創造一個新的整合性教育。目標是在技術基礎上給學生提供更多的工作知識，教育工程師成為新產品或系統創造和執行過程中的領導者，給研究者灌輸對自己工作重要性和策略價值的認識。

三、CDIO理念下土木工程人才創新能力培養

圍繞CDIO教學大綱提出的目標，改進陳舊的土木工程人才培養模式和僵化的課程體系，采用更加靈活豐富的教學手段和方式，建立科學合理的大學生學習評價及激勵機制。將CDIO融合到創新教育中，培養土木工程專業高級技術人才的創新精神和實踐能力[4-5]，從而使學校培養出來的工程師在掌握“三基”的基礎上，成為具有實踐能力的高水平創新型工程科技人才，更加適應現代社會對人才的需求。

（一）制定基于大工程觀的人才培養方案

改革傳統人才培養模式，必須以現代大工程觀為指導原則，開展研究型教學、學科競賽、實驗實訓等多位一體的人才培養模式。以項目設計為向導，工程能力培養為目標，將課堂理論教學與實驗教學有機聯系，學習專業知識的同時就可以直接體驗實戰性的設計過程，可以在知識的獲取與工程應用之間形成良性互動。設立集成性較強的交叉學科綜合實訓項目，讓不同年級和專業方向的學生共同參與，使學生在項目驅動下更好地掌握相關理論知識。開展高水平學科競賽活動，組織學生參加省部級或國家級的比賽交流，有效激發學生的創新熱情和能力，培養創新精神和團隊合作意識。引入更靈活科學的考核手段，結合學校具體情況，根據學生自身基本專業素養因材施教，實行個性化培養方案。

（二）建立培養學生創新精神和實踐能力的專業核心課程體系

CDIO是一種以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的工程教育模式，工程項目設計是工程實踐的核心所在。調整基礎課、專業基礎課和專業課的課程設置，并結合實驗課程、生產實習、畢業實習和畢業設計等環節以課程群組的方式將整個課程體系有機整合，避免相關課程之間的重復。課程大綱需突出土木工程師的職業道德意識、基本理論知識和個人綜合能力的培養，并將項目實施的主線貫穿到課程教學全過程。

（三）構建“厚基礎、重實踐、強創新”的教學體系

樹立以學生為中心的觀念，遵循人才培養的客觀規律，從基本理論知識獲取、基本實驗技能訓練到創新實驗訓練，使學生在循序漸進的過程中逐步提升創新能力，構建一套完整的“厚基礎、重實踐、強創新”的教學體系。以學生為中心，教學活動的主體是學生，課堂講授由以前教師一個人的“獨角戲”改為讓學生事先根據題目預習，查閱資料、整理，直到最后上臺演講。這樣不僅可以培養學生自主學習的能力，同時也有助于教師觀察學生的知識盲點和創新點。通過產學研用結合、課堂內外結合、校內外結合的方式，讓學生學會“應用中學習”，在理論學習和工程應用之間形成良性互動。將最新科研成果及時引入教學，提高教學水平和含金量。

（四）設立多元化的教學質量評估體系

對學生的評價在充分體現“德智體”全面發展的基礎上，建立有利于學生創新素質培養的衡量指標，把創新型工程技術人才應該具備的思維、知識、個性和能力等諸多要素納入評估體系，實行考試手段和評價標準的多樣化。同時，創新型人才培養離不開具有創新實踐能力的師資隊伍，對教師的教學效果要建立學生評教制度，從思想道德、職業技能、教學內容和教學方法等多方面綜合評價教師的基本素質、教學能力和科研水平，從而為創新教育的可持續發展提供良好的運行保障機制。

四、結語

培養具有創新精神的土木工程科技人才是高等學校土木工程專業人才培養的重要方向，也是 “卓越工程師”培養計劃實施的根本出發點和落腳點。CDIO工程教育理念是當代世界工程教育改革的典型代表，能夠有效促進工程教育學術研究的發展。基于CDIO理念的土木工程人才創新教育改革，有效解決了理論教學與實踐教學脫節的問題，通過建立科學合理的培養方案、課程體系、教學手段和質量評價體系，使學生掌握土木工程專業知識的同時，增強創新能力，為今后從業打下堅實的基礎，CDIO教育模式為培養土木工程創新人才提供了一個可行的有效途徑。

參考文獻：

[1]寧寶寬，鮑文博，黃 杰，等.土木工程專業多元化實踐教學與應用型人才培養研究[J].高等建筑教育，2010，19（1）：40-43.

[2]馬文姝，黑龍江，白鳳臣.基于CDIO理念的創新型工程人才培養模式改革[J].職業技術，2012（137）：34-36.

[3] EDWARD F CRAWLEY.The CDIO syllabus：a statement of goals for undergraduate engineering education[EB/OL].（2008-07-01）.http：//cdio.org/cdio-syllabus-rept/index.html.

[4]康全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創新型人才培養[J].高等教育研究學報，2008，31（4）：15-18.

[5]鄭薇薇.基于CDIO的創新型工程科技人才培養模式研究與實踐[D].大連：大連理工大學，2010.

Innovative civil engineering talent training based on CDIO mode

QIAO Kea， SUN Haiyanb， YUAN Juna， BAO Anhonga

（a. Department of Architectural Engineering， College of Engineering and Technology；

b. Department of horticulture， College of Horticulture and Landscape

Architecture， Southwestern University， Chongqing 400715， P. R. China）

Abstract： In the civil engineering education of universities and colleges， the more attention is paid to the theory while the less attention is paid to the practice， and the education emphasizes the knowledge acquisition but ignores the application ability， which is not good for cultivating students innovative practice ability. We introduced the connotation of CDIO engineering education mode and the enlightenments brought to Chinese engineering education， and discussed the ways of innovative talent training of civil engineering from aspects of the training scheme， the curriculum system， teaching methods， and the teaching quality evaluation mechanism based on the CDIO concept， which can be a reference for civil engineering education reform.

Keywords： CDIO mode； civil engineering specialty； innovative talents

（編輯 周 沫）