以項目為驅動培養學生創新能力的改革與探索

孫凌，武鶴，張家平

摘要：本文主要介紹了以項目為驅動和牽引，將CDIO模式全過程貫穿土木工程材料課程教學始終，讓學生能夠有效掌握土木工程材料基本的理論知識、常規的實踐技能，同時培養他們分析問題、解決問題的能力，特別是創新實踐和團隊合作能力。

關鍵詞：CDIO；土木工程材料；創新實踐；團隊合作

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0059-02

當前，我國工程教育的主要弊端，就是人才培養輕實踐、輕能力和輕創新，忽視團隊協作精神。如何構建基于工程能力、實踐能力和創新能力培養為核心的人才培養新體系和新模式，是當前及今后一段時期我國高等工程教育專業教學改革和課程體系改革的主要方向和目標。CDIO模式實現了創新能力的培養。在《土木工程材料》教學中探索CDIO模式與改革，就是要適應國際工程教育的新理念、新模式和新思想的發展，通過以團隊合作的項目形式，從構思、方案設計、試驗運行、成果展示，進而實現理論和實踐的有機協調和統一，實現對學生綜合能力、團隊合作能力的培養，創新精神和綜合素質的提高。

一、以項目為牽引和主線，建立課程教學新體系

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。《土木工程材料》課程涉及內容廣，各章節之間邏輯關系不很嚴密，為此，首先對理論教學進行改革。改革的思路和出發點就是以項目為牽引和主線，整合課程體系結構，通過構建“公路路面結構層材料設計”項目組織理論教學的授課內容和結構安排。課程教學圍繞無機結合料穩定材料組成設計、水泥混凝土組成設計、瀝青混合料組成設計三大模塊進行，將土木工程材料基礎知識貫穿其中，使學生在掌握土木工程材料基礎知識的同時，明確材料之間的聯系，了解了材料在工程中的作用。同時從社會環境和工程環境出發，引導學生了解綠色建材，即資源、能源消耗低，對環境、對人身友好無害，可以循環利用的建筑材料，以及高性能材料等，擴展學生的知識面。

二、改革實踐教學環節，加強工程能力培養

CDIO專業計劃的一個重要內容就是為學生提供基于項目的動手機會，提供設計——實現的實踐場所非常重要。根據卓越工程師教育培養計劃制定的《土木工程材料》課程教學大綱，在課程教學環節中安排了兩周課程實踐周和一周項目實踐周。“基于CDIO模式下的土木工程材料課程教學改革”在2011年被列為黑龍江省高等教育教學改革工程重點項目。我校在2010級道路橋梁與渡河專業遴選了兩個卓越工程師試點班，土木工程材料課程的教學改革結合卓越工程師試點專業人才培養計劃在試點班實施。該試點班的課程實踐周分別于2011—2012學年第一學期的第十一周、第十五周，項目實施周于第十九周以集中訓練的模式進行，集中訓練的模式為學生提供了模擬工程實際的實踐場所。

三、CDIO理念貫穿始終，四階段實現教學目標

基于CDIO模式的“土木工程材料”的課程教學改革目標，既包括專業知識要求，又強調能力提升要求：即要求學生在學習實踐土木工程材料基本知識的基礎上，訓練從可持續發展的角度選擇、評估、設計和開發土木工程材料的能力。為此，在教學過程中始終將CDIO理念貫穿其中，通過以下四階段具體實施。

第一階段為“C”（構思）階段，在理論教學和課程實踐周進行過程中，以項目為牽引，引導學生以團隊的形式構思一項研發項目。學生在理論課學習和實踐周試驗的過程中，根據資源優化進行了自由組合，組建了四個實踐創新團隊。每個團隊對所選的項目進行總體構思，分別確定了項目的方向為水泥混凝土和瀝青混合料。

第二階段為“D”（設計）階段，要求學生在各團隊確定的項目內容和方向的基礎上，通過查閱參考文獻和團隊內討論，確定設計方案。四個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。在構思和設計階段，每個學生都表現出積極參與、積極思考、積極專研的學習態度，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。方案內容主要包括項目的基本思路、材料的基本性能、配合比設計、實驗方法，以及預期達到的目標。以“摻加氧化鐵的彩色瀝青混合料配合比設計”團隊為例，學生主動邀請建筑學專業的老師給予色彩上的指導，最終確定項目預期達到的目標：（1）通過試驗確定等同于國際標準色卡（CMYK）色彩體系中（C0/M0-100/Y20/B0-100）范圍內兩種顏色的氧化鐵適宜摻量；（2）通過試驗確定滿足路用要求的上述兩種顏色的彩色瀝青混合料配合比，供緩解行車疲勞、美化環境使用。

第三階段為“I”（實施）階段，理論課程和課程實踐結束后，學生利用一周的項目實踐周對構思和設計的項目進行實施。根據方案中設計的實驗方法，各團隊獲得相應的試驗數據，并對試驗結果進行分析、改進和創新。

第四階段為“O”（運行）階段，各團隊將實驗過程中獲得的實驗結果進行內部討論、研究，團隊之間交流，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，最后對完成的研發項目成果進行展示。指導教師參與整個過程。學生在項目實施的過程中會遇到難題，以及一次一次的失敗，學生在這些困難和失敗面前沒有放棄，而更加激發了挑戰的激情和勇氣，通過查閱文獻、研討、交流，再設計、再實踐，磨煉了學生的意志，培養了學生的創新能力，提高了學生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“大空隙瀝青混合料抗凍性研究”和“摻加氧化鐵的彩色瀝青混合料配合比設計”被批準為2012年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目。

基于CDIO模式對“土木工程材料”課程教學進行改革，目的在于提高學生創新設計能力和專業綜合素質；通過團隊工作和交流，提高學生人際協作溝通和交往能力；最終實現道路橋梁與渡河工程試點專業人才培養的目標要求，使學生畢業后成為有能力、善協作、敢擔當、爭卓越的新一代工程師，能夠應用所學知識為社會和人類做貢獻。

參考文獻：

[1]Edward F.Crawley，Johan Malmqvist，S？觟ren？魻stlund，Doris R.Brodeur.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，2009：44-48

[2]雷環，湯威頤，Edward F.Crawley.培養創新型、多層次、專業化的工程科技人[J].高等工程教育研究，2009，（5）：29-34.

基金項目：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。項目編號：8426。endprint