CDIO結合項目驅動模式的能源動力類實驗教學探索

劉力健　田禾　崔明賢

摘? 要：通過對能源動力類的專業特點分析，對傳統實驗教學中存在的許多與新時代創新教育不相適應的地方進行了總結，針對能源動力類專業實驗教學要迎合工程認證教育背景下創新型人才培養的需求，構建了以項目設計為主線，符合CDIO理念的實驗教學模式，在2014級、2015級、2016級能源動力類專業學生中進行應用實驗，從而增強了學生的實踐、認知、創新的綜合素質，提高主體意識和實踐才干，引發學生做實驗的興趣，激發學生思維，引領學生在解決問題中規劃完成實驗，取得了良好的實驗教學效果。

關鍵詞：能源動力類;CDIO;項目驅動;實驗教學

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）02-0097-03

Abstract： Based on the analysis of the professional characteristics of energy and power， sums up many places in the traditional experimental teaching that are not suitable for the innovation education. In order to meet the requirement of cultivating innovative talents in the background of engineering certification education， the experimental teaching mode of energy and power major is constructed， which is based on project design and accords with CDIO idea. The application experiment is carried out among the students majoring in energy and power at 2014， 2015， and 2016 grade.， so as to enhance the students' comprehensive quality of practice， cognition and innovation， to improve the subject consciousness and practical ability， to arouse the students' interest in practice experiments， and to stimulate the students' thinking， and lead students to plan and complete experiments in problem solving， and achieve good experimental teaching results.

Keywords： energy and power; CDIO; project driving; experimental teaching

一、概述

CDIO工程教育模式是近年來高校教育工程認證背景下的國際工程教育改革最新成果，代表了構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），而項目驅動教學模式的出現是打破傳統實驗教學理念的一種新觀念，是以教師為指導、以學生為學習主體、以項目內容為核心載體，以培養學生自主學習和探究協助能力為目標，鼓勵學生在項目實施過程中主動參與，發展學習者的綜合能力[1-4]。

實驗教學作為高校教學體系的一個分支，在整個教學培養計劃中占據著強有力的地位，其不但有輔助理論教學的作用，還在培養學生嚴謹的科學思維和創新能力、理論聯系實際、特別是與科學技術發展相適應的綜合能力，以及適應科技發展與社會進步對人才的需求方面有著不可替代的作用，是理論教學不可替代的環節。隨著高校能源動力類專業建設的不斷完善，實驗教學改革的要求應打破傳統、迎求發展，而CDIO與項目驅動的結合是應對這種需求的新模式。

二、能源動力類專業特點與學生對實驗環節的需求

（一）能源動力類專業特點

能源動力專業涉及面廣，技術交叉性強。既包含傳統的熱能與動力工程專業又包括一些新生的能源技術等專業[5]。作為一個寬口徑大類專業，同時擁有熱能工程、流體工程、低溫與制冷工程、熱動力工程、汽車工程、熱能動力及控制工程等二級專業。當今社會尤為注重新能源的開發利用、保護環境、提高效能、控制污染物的排放等主要議題。這就要求能源動力類專業的學生不但要掌握專業基礎知識，還得具備必要的資源環境學理論、電子控制及計算機應用知識，從而運用熱能及其應用、能源利用和能源轉換的基本規律，成為能夠在能源動力類相關領域內從事設計制造、科研開發、運行管理等工作的高級專門人才。

（二）能源動力類學生對實驗環節的需求

通過對學院能源動力類學生的調查發現，二年級學生處于基礎課程學習完成，進入專業基礎課程學習的階段，學生總體上對實驗的了解程度不大，對實驗室的設備不了解，處于對實驗室的憧憬階段，新鮮感明顯，是需要走進去認識的階段;三年級學生專業基礎課程已經學習完畢，對實驗室的基礎設備已經完全能夠認識并熟練運用，對于專業課程中所涉及的一些工程設備更加感興趣。四年級學生專業課程基本已經修讀完成，進入畢業設計實踐階段，對實驗室內的教學設備已經熟識，需要進一步的利用設備進行更加深層次的研究創造，多數學生需要以就業為目標，鍛煉自主意識和設計能力，不斷發現新的應用創新點，將大學學習中所掌握專業理論知識應用于實踐中[6]。

三、目前實驗教學狀況及存在的問題

目前實驗教學存在著教學內容缺乏系統性、新穎性;教學缺乏創新性、應變性;考評體系缺乏科學性、規范性等問題。實際實驗教學過程中，較多教師運用傳統教學模式，“講解——示范——練習”的單調循環使實驗教學課堂單一枯燥，對于學生的學習積極性和主動性起到了極大的制約和阻礙，不利于培養學生的創新思維，及社會適應能力，對教學效果具有重大影響[7，8]。

（一）實驗教學思想和教學觀念方面

傳統教育理念使目前實驗教學觀念明顯守舊、落后。安排教學計劃時，存在重視理論教學、輕視實踐教學的傾向。把實驗教學看成是課堂教學的附屬品，只作為驗證和鞏固課堂教學內容的一種手段而已，因而，實驗教學的學時數明顯偏少，一般只占課堂教學的10%～15%，致使理論與實踐相脫節，學生對實驗的興趣不高。

（二）實驗教學方式方法方面

傳統的實驗教學手段單一，現代化的教學技術并未能引入到實驗教學中。實驗教學授課方式通常以教師講授為主，學生被動地按教師提前給出的實驗指導要求和操作步驟進行，缺乏教師與學生間的互動，師生之間缺少交流，不利于實驗教學成果的提高改善。

一般的實驗課不計成績，沒有學分，不能引起學生的足夠重視，有些單獨設課的實驗課學生成績評價缺乏合理的科學依據。

（三）實驗教學內容方面

目前，大多數教學實驗，特別是專業基礎課實驗，主要是針對書本上的某一原理或公式所設立的實驗，屬于單一性驗證實驗。這些實驗缺少對學生綜合能力訓練的內容，甚至忽略了與生產實際的相聯系的內容，未能體現現代科學技術知識的更新發展。這類缺少深廣度的實驗，學生做起來比較容易，感覺比較乏味，因而不予重視[3]。這樣，不僅影響著實驗教學的質量，有時還會影響到實驗教學的秩序。這類單一驗證性實驗過多，綜合性、設計性、研究性、應用性及創造性實驗偏少，已不能適應知識經濟對人才培養的要求。

此外，實驗內容往往滯后于最近的科研進展，致使實驗教材也相應的更新較慢。

上述問題的存在，使大多數學生對實驗課目不夠重視，每次實驗時都是應付了事，從實驗預習報告、實驗數據到實驗報告千篇一律，抄襲現象比較嚴重。甚至到課程結束時，還有些同學儀表儀器不會使用，基本故障不會排查。

因此，這些問題如果不能好好解決，那么實驗教學達不到明顯效果，鍛煉學生實踐能力作用不大，不能適應當前培養綜合應用型、創新型人才的需要。

四、CDIO結合項目驅動模式的實驗教學思路及具體方案

CDIO結合項目驅動的實驗教學模式以增強學生的綜合素質、創新能力和實踐才干為著眼點，以學生為主，轉變教師身份，注重對學生求知欲的激勵和引導，教師與學生進行項目準備和項目開展實施的深入探討，包括如何選擇符合教學目標和學生特點的項目、如何合理的設計項目、如何合理的制定項目階段計劃和整體計劃、如何合理分組與分工、如何收集相關項目資料[9];項目實施階段中，如何完成各階段項目成果，項目成果的交流及改進;項目結束時，完整項目成果交流與評價、項目學習的反思等，而不是傳統意義的講解示范[10]。科學地分析學生應具有的知識、能力和素質結構，構建合理的實驗教學結構體系[11，12]，正確處理理論教學與實驗教學的關系。

（一）設計項目

CDIO結合項目驅動教學模式的核心是設計項目[13]。以項目為主線，根據培養方案和教學目標設置總項目，再把總項目分解成若干個小目標，并把大項目分解成若干個子項目，把每一個知識模塊轉化為容易實現的小項目，把學習內容融化在每個項目之中;設置的學習項目可以是總項目、子項目，預習的、復習的項目，課前、課中、課后的項目，自主學習和小組探究的項目等。

項目選取時應遵循以下幾個原則：1. 項目的實用性。項目驅動教學模式強調項目來源于實踐，在選取項目的時候，就需要綜合考慮項目的實用性。2. 項目的可行性。項目選取時應考慮項目在教學中能進行操作。3. 項目的趣味性。實驗是一個信息加工、專業操作反復建構的過程，這個過程充滿著各種干擾因素，增加學習內容的趣味性，可增加學習興趣，提高學習動力。

（二）明確項目內容，創設學習情境

在明確項目內容之后，教師引導學生進行“要做什么”、“該怎么做”和“怎么做最好”思考，利用之前收集的資料，根據實驗目的組成設計項目計劃，根據各實驗儀器結構和知識要點設計子項目，使學生對項目的結構有清晰條理性。為使學生能夠有更切身體會的了解和實施項目，教師和學生可共同創設一定的“真實情境”。

（三）獨自探索，提示引導

學生是信息加工的主體，是知識學習的主動建構者，學習過程是學生內部控制的過程，教師只是學生知識建構的幫助者、引導者、促進者。放手讓學生自己獨自、主動探索學習是項目驅動教學模式的主要特征。在項目開始階段，由教師進行項目引導（如根據情境進行項目概念啟發的過程），學生自主進行探索，分析項目任務。在學生自我探索的過程中，教師應根據項目內容及學生掌握情況進行適當的提示、幫助和引導學生有序建立各個子項目的知識框架和形成完整項目的知識構建。同時，在項目進行中，可能因外部環境因素及學生內部學習心理因素的干擾，學生可能對項目學習會有情緒上和學習上的負壓力，影響項目內容的學習，教師在教學過程中應對學生進行教學監控，即每個子項目實施階段對學生的學習情況進行了解及提示引導，對學生的疑問進行疏導，引導學生完成完整項目的意義建構。教師隨著項目進行而幫助、指導逐漸減少，直至學生可獨自將項目繼續進行。

（四）團隊協作，項目修正與完善

項目驅動教學模式強調團隊協作、相互交流[14]。項目驅動教學中，小組人員以3-4人為一組，組員依據制定項目的計劃表，學生展開實驗，在實驗過程中，團隊之間相互合作，同時針對發現的問題進行討論、分析，尋求解決辦法[15]。團隊之間可以分工負責，利用各種資源進行小組協商討論，在共同討論過程中，學生通過集體思維的力量，對完整項目內容的學習有一個比較正確、全面的認識，逐漸完成對知識要點的意義建構。CDIO結合項目驅動是一個團隊協作、開放式的教學模式，以項目為中心點，各抒己見，小組成員及組間的相互討論交流和協商對項目具有事半功倍的成效。

（五）多元評價，綜合評價

教學評價是一種特殊的反饋機制，對于教學活動和教學目標之間的偏差能有效克服。依據多元智能理論，個體智能發展存在不同程度的發展差異性，同一智能也存在不同的表現形式。因此，在項目驅動教學中，對學生的學習進行多元化的評價。進行定量評價的同時更注重定性評價;多進行形成性評價，以“發展、激勵”學生能力為目的;評價中學生同時參與，避免教師個人獨斷;評價內容包括學生的項目設計能力、項目實施中的表現、項目成果、學生小組貢獻等。

五、結束語

CDIO結合項目驅動教學模式以項目設計為主線，符合CDIO理念，解決了以往實驗項目中理論知識和工程設計相脫節，實踐環節獨立不連續的問題，通過對2014級、2015級、2016級學生的實踐實施，讓學生在實驗中鍛煉技能，培養主體意識，提高實踐、認知、創新能力，引發學生做實驗的興趣，激發學生思維，引領學生在解決問題中規劃完成實驗，通過小組交流適當的加強了學生之間的良性競爭，取得了良好的實驗教學效果。

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