基于CDIO工程教育模式的“外加劑技術(shù)與應(yīng)用”總體教學(xué)設(shè)計(jì)*

劉進(jìn)強(qiáng) 郝斌 黃雁 陳瑞軍（唐山學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程系）

近些年，我國(guó)高等教育得到了蓬勃發(fā)展，為中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)取得舉世矚目的成就提供了人力支持和智力保障。據(jù)有關(guān)資料顯示，從絕對(duì)數(shù)量來(lái)看，我國(guó)工程教育規(guī)模世界第一，但也存在嚴(yán)重的工程性與創(chuàng)新性缺位現(xiàn)象[1]。在當(dāng)前信息技術(shù)時(shí)代，發(fā)達(dá)的科技給生活、工作、學(xué)習(xí)帶來(lái)很大便利的同時(shí)也給學(xué)生造成了太多外界刺激，分散了其專(zhuān)注學(xué)習(xí)的注意力；重理論輕實(shí)踐的傳統(tǒng)教育模式使教學(xué)過(guò)程單調(diào)、枯燥，更難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果[2][3]。CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。基于CDIO模式進(jìn)行課程教學(xué)改革，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，使其深度融入學(xué)習(xí)全過(guò)程，將顯著提高其工程實(shí)踐能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作等職業(yè)綜合能力。

一 CDIO工程教育模式的內(nèi)涵

CDIO工程教育模式是由麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)通過(guò)4年的探索研究而建立的基于工程教育的先進(jìn)教學(xué)模式。它將企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程映射至高校人才培養(yǎng)的全過(guò)程，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期中的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）等四個(gè)環(huán)節(jié)為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)實(shí)踐的方式在工程背景下有機(jī)地學(xué)習(xí)課程知識(shí)，達(dá)到工程能力和學(xué)科知識(shí)的完美結(jié)合[4-5]。CDIO的主要理念主要通過(guò)教學(xué)大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)得以體現(xiàn)，其中教學(xué)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，著重加強(qiáng)學(xué)生的能力。12條標(biāo)準(zhǔn)涉及教師、學(xué)生、課堂以及實(shí)踐等方面應(yīng)當(dāng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。CDIO模式是以培養(yǎng)既有過(guò)硬的學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)、深厚的工程能力，又有良好的職業(yè)道德的國(guó)際化工程師為目標(biāo)[6]。

CDIO工程教育模式給我們高等教育教學(xué)改革提供了先進(jìn)理念以及可參考的框架，對(duì)高等教育人才培養(yǎng)的重要意義已得到了廣泛共識(shí)。2016年1月，“全國(guó)CDIO工程教育聯(lián)盟”成立。2017年4月，2017CDIO工程教育聯(lián)盟會(huì)議圍繞“建設(shè)新工科背景下的CDIO工程教育改革與發(fā)展”主題在浙江大學(xué)城市學(xué)院召開(kāi)，探討了新形勢(shì)下如何創(chuàng)新發(fā)展CDIO工程教育，推進(jìn)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新教育、工程認(rèn)證和新工科實(shí)施。通過(guò)對(duì)CDIO教育模式及其實(shí)踐成果的研究，反思我們教育教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合課程的具體實(shí)際，大力推進(jìn)基于CDIO模式的課程教學(xué)改革，才能提高我們的教學(xué)效果，真正將工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)落到實(shí)處。

二 “外加劑技術(shù)與應(yīng)用”課程的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

“外加劑技術(shù)及應(yīng)用”課程是我校無(wú)機(jī)非金屬材料工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)專(zhuān)業(yè)方向課，其培養(yǎng)目標(biāo)是，使學(xué)生掌握混凝土外加劑的類(lèi)型與基本性質(zhì)、作用機(jī)理與生產(chǎn)過(guò)程、性能評(píng)價(jià)與檢測(cè)、工程應(yīng)用與問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施等，在具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)的同時(shí)，能正確、合理地應(yīng)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決外加劑應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題。課時(shí)32學(xué)時(shí)，教學(xué)方式以課堂講授為主，考核方式為考查，成績(jī)主要由出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)及結(jié)課測(cè)驗(yàn)構(gòu)成。

該課程具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用型特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生從事外加劑工程應(yīng)用或技術(shù)服務(wù)，具有很強(qiáng)的適用性，滿(mǎn)足了外加劑生產(chǎn)企業(yè)以及商品混凝土企業(yè)對(duì)專(zhuān)業(yè)人才知識(shí)構(gòu)成與實(shí)踐能力方面的需要。盡管教學(xué)過(guò)程采取了講授、演示、案例分析、課后作業(yè)、課上抽查提問(wèn)等多種手段、方法，但總體教學(xué)效果與教師備課、上課的努力程度相比僅算差強(qiáng)人意。據(jù)調(diào)查分析來(lái)看，其大致原因有，應(yīng)用型特點(diǎn)突出的課程仍主要采取了傳統(tǒng)的課堂講授方式，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，難以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力；傳統(tǒng)的考查課考核方式讓學(xué)生從內(nèi)心就降低了對(duì)課程的重視程度。

三 CDIO模式下的課程教學(xué)總體設(shè)計(jì)

CDIO模式的教學(xué)大綱將畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面。我們充分利用本課程作為考查課可以采取靈活多樣的考評(píng)方式的優(yōu)勢(shì)，在課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容及采取的教學(xué)形式、考評(píng)辦法在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)緊緊圍繞且重點(diǎn)突出這四種能力的培養(yǎng)來(lái)開(kāi)展。

1 培養(yǎng)目標(biāo)突出工程實(shí)踐能力

面面俱到就難以做到重點(diǎn)突出。本課程應(yīng)強(qiáng)調(diào)在具有一定理論基礎(chǔ)同時(shí)，重點(diǎn)突出工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。外加劑的合成及生產(chǎn)控制等需要較扎實(shí)的化學(xué)工程與工藝等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)可要求為了解程度；外加劑的作用機(jī)理是對(duì)外加劑的性能從化學(xué)結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行的理論解析，有助于掌握產(chǎn)品種類(lèi)及其性能特點(diǎn)，也有助于為未來(lái)從事更高性能產(chǎn)品開(kāi)發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，因此可要求為熟悉程度。總之，培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)調(diào)整為，面向建筑材料行業(yè)，培養(yǎng)具有良好職業(yè)素養(yǎng)和愛(ài)崗敬業(yè)精神，掌握外加劑類(lèi)型及其性能特點(diǎn)、產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)與檢測(cè)、工程應(yīng)用與問(wèn)題應(yīng)對(duì)等實(shí)踐能力，并熟悉外加劑的作用機(jī)理，具有一定的從事外加劑合成與生產(chǎn)控制的理論基礎(chǔ)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

2 教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)工程實(shí)際需求

從外加劑的課程教學(xué)內(nèi)容組成來(lái)看，共分減水劑、早強(qiáng)劑、引氣劑等十幾個(gè)種類(lèi)的外加劑，但在教學(xué)過(guò)程中，不搞平均主義，不求大而全，從工程實(shí)際需求的出發(fā)，將減水劑、緩凝劑、引氣劑、防凍劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑、速凝劑等十多個(gè)種類(lèi)分成核心、重點(diǎn)、一般三個(gè)等級(jí)，在課時(shí)以及教學(xué)形式上做適宜安排。以核心部分-減水劑、緩凝劑、引氣劑為例，盡管同屬核心內(nèi)容，但在工程實(shí)際應(yīng)用上緩凝劑、引氣劑仍以配合減水劑為主追求綜合效果，所以可將三者視為一整體做統(tǒng)一要求，不僅深入理解其理論基礎(chǔ)，更要做到理論與實(shí)踐的融會(huì)貫通，并培養(yǎng)熟練操作、分析解決實(shí)際問(wèn)題的工程實(shí)踐能力，所以在課時(shí)上要占較大比例，在教學(xué)形式與方法上多樣并舉，總體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

3 教學(xué)組織形式滿(mǎn)足能力培養(yǎng)要求

傳統(tǒng)的課堂理論講授模式中，學(xué)生總是處于填鴨式的被動(dòng)狀態(tài)，很難激發(fā)出飽滿(mǎn)的學(xué)習(xí)熱情，更難以取得良好的學(xué)習(xí)效果。CDIO工程教育模式強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)知識(shí)、人際溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與自我表達(dá)、工程實(shí)踐等四方面能力的培養(yǎng)，所以在教學(xué)過(guò)程中必須采取多種方式才能得以實(shí)現(xiàn)。理論講授可以滿(mǎn)足掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)的需要；人際溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作可以以項(xiàng)目小組攻關(guān)某個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的形式來(lái)進(jìn)行；自我表達(dá)能力培養(yǎng)則需要教師給學(xué)生以鼓勵(lì)、指導(dǎo)并提供一個(gè)平臺(tái)、機(jī)會(huì)來(lái)鍛煉；工程實(shí)踐能力培養(yǎng)則需要通過(guò)完整的、較高強(qiáng)度的具有明確目標(biāo)的系列項(xiàng)目任務(wù)來(lái)進(jìn)行。

本課程中，以核心內(nèi)容-減水劑、緩凝劑、引氣劑為例，理論基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)采取在教師指導(dǎo)下由學(xué)生來(lái)講解的形式；學(xué)生自發(fā)結(jié)組后共同完成PPT課件制作、講解、提問(wèn)與解答、成員自我說(shuō)明等各環(huán)節(jié)，最后由教師與學(xué)生評(píng)審團(tuán)來(lái)共同評(píng)價(jià)教學(xué)效果；過(guò)程中每個(gè)成員都能夠在團(tuán)隊(duì)協(xié)作、人際溝通、自我展示等能力方面得到有效鍛煉。工程實(shí)踐能力是本課程的核心培養(yǎng)目標(biāo)，為此，圍繞核心內(nèi)容共設(shè)置5個(gè)項(xiàng)目任務(wù)[7]，分基本操作技能、性能檢測(cè)評(píng)價(jià)、工程實(shí)操三個(gè)層級(jí)，以遞進(jìn)方式來(lái)鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，詳見(jiàn)表2。尤其是工程實(shí)操階段，帶學(xué)生到砼攪拌站實(shí)地觀摩學(xué)習(xí)，并領(lǐng)取與攪拌站工程項(xiàng)目同等要求的混凝土配合比試配任務(wù)，最后將在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室完成的配合比及砼性能檢測(cè)結(jié)果與攪拌站結(jié)果做同等對(duì)比，并請(qǐng)攪拌站工程技術(shù)人員做深入具體的分析、總結(jié)。

表1 教學(xué)內(nèi)容及組織形式設(shè)計(jì)

表2 項(xiàng)目及具體任務(wù)

4 考評(píng)方法引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

考評(píng)方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有較強(qiáng)的引導(dǎo)作用。傳統(tǒng)的考評(píng)方法中，外加劑課程的期末總評(píng)成績(jī)由30%的平時(shí)成績(jī)（出勤+作業(yè)+課堂表現(xiàn)）與70%的結(jié)課測(cè)驗(yàn)(或報(bào)告)成績(jī)加和而成[8]，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。為促使學(xué)生能夠積極并深度地參與到各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，主動(dòng)思考并尋求解決問(wèn)題的辦法，總評(píng)成績(jī)改為由專(zhuān)題匯報(bào)40%、實(shí)踐操作40%、作業(yè)與討論20%加和而成。專(zhuān)題匯報(bào)中又分成課件制作、課件闡述、個(gè)體自我評(píng)價(jià)等，實(shí)踐操作又分為任務(wù)理解、操作規(guī)范性、結(jié)果合理性、個(gè)體參與度等子項(xiàng)。考核方式的改革，教師走近了學(xué)生，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)問(wèn)題，還能了解每個(gè)學(xué)生的參與程度以及掌握情況，真正貫徹落實(shí)教師的主導(dǎo)、學(xué)生的主體作用。每個(gè)學(xué)生都有好學(xué)向上的意愿。只要充分利用了科學(xué)合理、豐富有趣的考評(píng)方法，就能引導(dǎo)學(xué)生形成積極思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的良好氛圍。

四 結(jié)語(yǔ)

社會(huì)發(fā)展不僅需要敢為人先的創(chuàng)新精神與科學(xué)研究人才，也需要扎實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓そ尘衽c工程技術(shù)人才。高校作為培養(yǎng)人才的搖籃，一定要把人才培養(yǎng)目標(biāo)定位與社會(huì)需求相結(jié)合，與教育教學(xué)過(guò)程中采用的教學(xué)模式相結(jié)合。CDIO工程教育模式在突出工程能力培養(yǎng)的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)人際溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自我表達(dá)等職業(yè)綜合能力的培養(yǎng)，為我們提供了較為成熟的教育改革思路與框架方案。以CDIO工程教育模式為指導(dǎo)，對(duì)專(zhuān)業(yè)課進(jìn)行科學(xué)的總體教學(xué)設(shè)計(jì)，在實(shí)施過(guò)程中利用多種手段、形式，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，才能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，顯著提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，為社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型人才，但這需要任課教師付出極大的精力和耐心。