基于CDIO模式下的工程熱力學教學改革與實踐

李夢迪+古小敏+朱輝+莊光亮

摘要：CDIO教育理念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學習工程。本文遵循理論價值與實踐價值并重的原則，著重探討基于CDIO模式的能源與動力工程專業工程熱力學課程教學改革，力求從課程編排、授課方式、課程設置、考核方式、教師能力提升等方面提出改革建議，為今后工程熱力學教學工作提供參考借鑒。

關鍵詞：CDIO；工程熱力學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0108-02

CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，該理論將構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）相結合，注重學生工程基礎知識的掌握，以及個人能力、團隊協作能力和工程系統能力的培養。它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學習工程，注重啟發式學習，重點放在“做中學”，是目前被廣泛應用的一種教育模式。工程熱力學研究熱能與其他形式能量相互轉化，是能源與動力工程專業（以下簡稱“能動專業”）必修的專業基礎課程之一。在長期的教學過程中，師生大都有“難教難學”的感受，本文總結了在CDIO工程教育模式下開展工程熱力學教學的實施方案。

一、工程熱力學的課程特點及教學現狀

1.課程內容抽象、難理解。工程熱力學理論性與應用性并重，其基本理論是從工程實際出發，經過抽象、概括和簡化的方法得出的，并用于指導解決工程實際問題。該課程概念多，且具有抽象性、多義性、模糊性。有些概念比較抽象，如焓與熵的意義，孤立系統熵增原理等，不易理解。

2.授課形式單一、缺乏互動環節。在授課形式上，大部分教師仍采用填鴨式教學法，學生在學習過程中處于被動地位。教師多根據自身對課程的理解及以往的教學經驗設計安排整個教學過程，學生在學習中，缺乏提出意見和建議的機會和主動學習探討的興趣。

3.課程安排密集、任務重。在教學計劃安排上，我校能動專業第1—4學期開設通識教育課程，第5學期開始，開設專業基礎課程。工程熱力學、流體力學和傳熱學三門專業基礎課同時開設在第5學期，而學生剛由通識教育轉為專業學習，在學習方式、思維模式的轉換上還未成熟，如此繁重的學習任務勢必將影響學習效果。

4.考核形式單一、局限性大。在考核方式上，目前采取平時成績與考試成績相結合的成績評定模式，平時成績與期末成績的分值比例是3∶7。平時成績主要包括學生的出勤、作業完成情況及學生的實驗成績，各占總評成績的10%。在這種考核方式下，學生往往將學習精力集中于應對期末考試，對課程內容不求甚解，對于分值較小的實踐操作不加重視，不益于學生綜合能力培養。

二、CDIO教育模式下的工程熱力學教學實施方案

我校依托航空航天領域，致力于建設機械類、能源類、電子信息類以及航空旅游類等專業為一體的綜合性應用型本科院校，將培養應用型人才作為育人目標并貫徹始終，此培養理念與CDIO模式不謀而合。自2014年起，能動專業教學團隊在2014、2015級課程教學中引入CDIO教育模式，實踐證明這種以工程應用與能力培養為核心，以工程項目全周期為主線的教育思想適應應用型本科教育需求。

1.基于構思（Conceive）理念的啟發式、散點式教學方式。CDIO模式的專業目標是把產品、過程或系統的構思、設計、實施和運行作為工程教育的環境。基于此理念，教師在課程編排構思上，應根據課程的特點，盡量地將理論系統化、實際化，將理論知識與實際相結合，列舉工程實例以幫助學生理解。將知識化整為零，分解細化，突出重點，讓專業基礎課為專業服務，同時也能適當減輕學生的課業壓力。在教學過程中，多采用提問式和啟發式教學，鼓勵學生自主學習，力求做到課程設計構思皆以學生為主體，以此為指導思想安排整個課程教學。

2.基于設計（Design）理念的多元化、階段化的呈現形式。CDIO模式的核心思想是以產品為導向、受眾為主體指導整個生產學習過程。基于此思想，教師在教學設計之初，應結合本校學生的實際情況，預測學生對課程的理解掌握程度，以此為基礎設計教學進度及授課形式。在課程教學過程中，根據學生學習掌握的實際情況調整教學設計，達到最佳教學效果。在課程呈現方式上，工程熱力學涉及大量的數學公式，且公式間聯系緊密，應多采用多媒體與傳統板書相結合進行。在教課課件的制作上，應多結合生產實習成果開發交互性好的多媒體資源，充分發揮多媒體授課的優勢，在多媒體中多使用圖表、插入音頻、視頻材料，直觀展現相關知識點

3.基于實現（Implement）理念的實驗性、任務性課程結構編排。CDIO模式倡導技術知識和能力的教學實踐上以產品、過程或系統的生產周期作為工程教育的框架或環境。具體到本課程，以實驗服務于理論、理論指導實踐的教學思想為指導，將理論知識與實際熱力學過程的有效鏈接。過去工程熱力學的實踐課比重小，且實踐類型單一，不利于學生綜合實踐能力的培養。在新的教學中，增加了部分探索性及半開放性實驗，由學生提出自行提出實驗方案并進行實驗設計，取得了良好的教學效果。

4.基于運作（Operate）理念的全方位、多指標考核模式。傳統的成績評定模式偏重于理論知識的考核而忽略對學生其他方面能力培養的引導，不益于學生綜合能力的培養。CDIO模式要求基本個人能力、人際能力和對產品、過程和系統的構建能力在多大程度上滿足專業目標并能夠經過專業利益相關者的檢驗。對學生的基本個人能力和人際能力、產品、過程和系統構建能力以及學科知識應融入專業考核之中。為此，我們將考核重點轉變為考查學生綜合能力，將CDIO模式的運作理念融入到成績評定中，采用多角度的復合標準，主要考查學生理論知識、實踐能力、課程設計、作業完成、課程總結等方面，按照40%、20%、20%、10%、10%的成績比例給定。

5.以CDIO模式為指導，注重教師自我能力提升。教師是學生學習的引路人，其個人能力、專業素養在很大程度將都將直接影響學生的學習效果。我校目前能動專業教師大都以中青年為主，專業能力、授課經驗都有待提高，CDIO模式對教師基本個人能力和人際能力以及產品、過程和系統構建能力都有較高要求。在完成課業工作的同時，教師還應努力提升在一體化學習經驗、運用主動和經驗學習方法以及學生考核等方面的能力。為此，每年我校針對每個本科專業選送1名骨干教師去德國進修學習先進工程教育理念。為提升教師的工程能力，每年安排1—2名青年教師去企業參與相關的工程項目。

三、結束語

本文總結近年來我校在CDIO教育模式下開展工程熱力學教學的具體做法。從實際效果看，基于工程教育理念的課程教學成效明顯，可適應于應用型本科人才培養目標需求。然而，在實際推行CDIO工程教學過程中，仍面臨諸多方面的挑戰，如工程教育強調教學過程的互動與協作，這要求實施小班教學，對于每屆招收120人左右的學生規模，相比傳統的大班授課，這無疑增加了教學成本。對于師資隊伍相對薄弱的地方應用型本科院校，新的教學模式導致教師工作負荷顯著增大，如何保證教師的工作熱情和精力也是當前面臨的主要困難。

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