基于CDIO工程教育模式下PBL教學法的應用研究 *
——以開放教育土木工程畢業設計為例

張 珂，林 雁，王荷香

(安徽開放大學 信息與建筑工程學院，安徽 合肥 230022)

土木工程專業畢業設計是土木工程專業教學過程的最后一個階段，是一種綜合性和實踐性較強的教學環節。其目的是為了讓學生能夠綜合利用所學的理論知識，獨立思考、分析和解決工程中遇到的實際問題，提升專業技能，并具有初步的科學研究、技術研究和應用開發能力[1]。

土木工程專業畢業設計內容較為廣泛，可以涉及的領域包括結構設計、工程施工、建筑工程的維修養護或是工程管理等和工程相關的方方面面。近年來，畢業設計為了適應現代科學技術與社會經濟快速發展的需要，著重在適應性、實踐性和綜合性等方面做了較大的改進和提高，畢業設計的質量也不斷提升，但畢業設計的基本模式改變并不是很大，“一師多生、一題多生”的情況還是普遍存在的。尤其對于開放教育土木工程的畢業設計，由于學生的基礎參差不齊，各門課程的面授課時較少，再加上學生學習能力的差異，最終學生的掌握知識的情況差別較大，但是畢業設計的要求和選擇是一樣的，導致學生在做畢業設計的過程中存在選題雷同、內容相似、設計單一等問題，學生互相抄襲、復制等現象也時有發生，畢業設計質量普遍不高。因此，有效的教學模式和教學方法的積極探索，對于提高畢業設計的質量有著至關重要的作用。基于 CDIO教學模式的先進理念和PBL教學方法的有效結合，使得學生在畢業設計過程中根據CDIO模式的方向指導，在具體操作中，教師有效地應用PBL教學法，將以前學過的理論知識以“潤物細無聲”地方式融入到畢業設計的實際工程中，對提高土木工程人才培養的質量具有重要的現實意義。

一、基于CDIO的畢業設計理念和PBL教學方法的探究

基于CDIO的工程學科教育模式是現代國際工程教育改革的最新穎、最前沿的研究成果，已獲得顯著成效，并在國內外各高校的專業教育改革中得到推廣應用[2-5]。該模式是麻省理工學院(MIT) 聯合瑞典皇家工學院(KTH) 等多所世界一流高校，經過從2000 年至 2004 年的研究探索，創建了代表構思(Conceive ) 、設計(Design ) 、實施(Implement ) 和運作 (Operate) 的 CDIO 工程教育模式[6]。CDIO以全壽命周期為主線和載體，強調基于項目的體驗式學習和專業技能的發展[7]，激發學生的學習積極性，讓學生主動地去學習和探索，并以實踐的形式將各門課程有機聯系在一起，讓學生在學校學習各門功課的過程中獲取實際工程的設計和管理等能力，培養學生工程意識和素養、工程實踐能力和創新能力[1]。基于CDIO模式的畢業設計，用真實復雜的案例將畢業設計呈現出來，讓學生自己(或在教師的幫助下)解決設計過程中出現的各種問題，使學生在畢業設計完成的過程中個人能力得到提升，同時將所學的知識活化[8]。

PBL教學模式是由美國人Barrows提出的一種新型的教學模式[9]，即“以問題為基礎的學習”(Problem-Based Learning),最初在歐美醫學教育領域當中應用，其直指知識的應用和未來職業技能，著重培養學生的創新思維和團隊精神等綜合能力，充分體現了以人為本的先進教育思想。PBL教學模式是把學生置于復雜的教學環境中，讓學生學會自己去分析問題，找到解決問題的相關知識，并對該知識進行深入學習，找到解決問題的方案，最終逐步執行直到解決問題，也就是說讓學生成為學習的主人，主動探索，積極學習。而教師的責任是把實際生活中的實際問題當作教學材料，并采用提問的方式，激發學生自主學習、思考問題，及最終解決問題的能力[7]。

CDIO教學模式主張將理論、實踐和反思有機結合起來，對工程教育進行認識論的拓展。在建立了擴展認識論的哲學原理之后，艾德斯特倫(Kristina Edstrom， 瑞典皇家理工學院教授) 和科莫斯(Anette Kolmos， 丹麥奧爾堡大學〔Aalborg Universtiy〕工程科學領域教授)指出，雖然 CDIO 教學模式是從結果(目的)獲得收獲，PBL教學方法是從過程(手段)獲得收獲，但它們在許多方面是重疊互補的。PBL和 CDIO是對專業實踐的兩種回應，各有側重。因此，我們也可以得出結論，在土木工程教育中，將CODI教學模式與PBL教學方法有機結合起來，得出一種新型的一體化教育培養模式，能夠較好地提升工程教育中學生對解決實踐問題的能力[10]。

二、畢業設計過程中CDIO教學模式和PBL教學方法的融合研究(以開放教育土木工程畢業設計為例)

在土木工程的畢業設計中，以CDIO為指導，以學生為中心，讓學生系統地思考怎樣進行畢業設計的選題，設計，實施和運作，并在完成畢業設計的過程中，指導教師運用PBL的教學方法，在畢業設計的各個環節提出問題，讓學生通過一個一個問題的解決來完成畢業設計。

開放教育不同于一般高校教育，它是一種自主的學習形式。開放教育是以學生為中心，根據學生的具體情況，指導學生制定合理的學習計劃。學校提供文字教材、網絡課程等多種課程資源，開展線下面授輔導，具體講解課程的重難點，面對面的解決學生在學習過程中遇到的困難，同時開展網絡教學、直播課堂等多種形式的教學活動，豐富課程內容，利用網上答疑、電話、Email、微信、QQ 等現代溝通方式，支持和服務開放教育學生的自主學習。基于開放教育學生大部分是已經參加工作的在崗職工這一特殊性，且基礎參差不齊，參與各門課程的面授課時有限，學生的學習是以自學為基礎，同時畢業設計又是通過網絡手段(QQ群、微信群、電話等)進行遠程指導，這就要求教師在進行畢業設計指導時利用現代的教學手段采用有效的教學模式和合適的教學方法，使得學生既能夠順利完成畢業設計，又能為工作提供有力的指導。CDIO教學模式和PBL教學方法正好能夠滿足上述要求，但是如何將CDIO教學模式和PBL教學方法有效地融入其中，并取得較好地效果是我們亟待解決的問題，筆者在多年畢業設計指導實踐中總結認為，做好以下幾個方面工作是兩者融合的關鍵。

1.廣泛搜集資料，合理選題

開放教育土木工程畢業設計主要是讓學生鞏固、消化前期所學知識，并能夠綜合運用所學知識分析和解決工程中遇到的實際問題，因此畢業設計的選題一定要慎重。盡可能選取和教學基本要求一致的、較為新穎的課題，課題的份量和難度適中，同時課題還能和生產及工作實際相聯系，既能滿足學校畢業設計的要求，又對自己的工作有所幫助。選題的類型是多種多樣的，可以根據自己實際工作情況選擇工程設計型、施工技術型，也可以選擇專題研究型、專題研究型和軟件開發型等。

指導教師根據CDIO的第一個步驟——構思(Conceive)。在學生開始畢業設計之初，由于開放教育學生不是集中在學校這一特殊性，指導教師建立一個QQ群或微信群，將自己指導的學生集合在一起，發布選題要求。讓學生根據自己的在職工作情況、自學情況和將來的發展方向，廣泛搜集資料，根據指導教師提出的畢業設計要求，在教師提供的選題方向中選擇合適的畢業設計類型。如果學生當下不是從事土木工程相關行業，一般情況下，指導教師建議學生選擇土木工程管理方向施工組織設計的編寫。該方向的資料搜集范圍較廣，難度適中，學生在教師的指導下學生能夠獨立完成畢業設計，提升學員解決在施工組織管理中遇到實際問題的能力。

2.依托選題，進行整體設計

以土木工程管理方向的施工組織畢業設計為例，該方向的畢業設計的主要任務是編寫多層或高層建筑的單位工程施工組織設計，結構形式可以選擇框——剪結構、框架結構、框筒結構或筒體結構等鋼筋混凝土結構，也可以是鋼結構，甚至可以是一些新型的結構類型(如鋼——混凝土組合結構、懸索、懸吊結構等)。在前期廣泛搜集的資料中，經過可行性研究，在分析和論證的基礎上，編制一個詳細、完整、實用的單位工程施工組織設計。

一旦確定了畢業設計的選題，下一步就是對畢業設計的整體設計(Design )，這也是CDIO的第二步。整體設計是能否做好畢業設計的關鍵，指導教師應該引導學生根據自己搜集的資料，做出畢業設計的框架(如畢業設計的主要內容或目錄等)。首先根據指導教師在QQ群或微信群提出的問題“單位工程施工組織畢業設計的主要任務和目的是什么？”讓學生將自己的設計框架列出，通過QQ或微信單獨發給指導教師，再由指導教師挑出較為突出的問題，在小組中進行討論，引導學生完成施工組織設計的框架搭建。然后進一步對框架進行查漏補缺，完善畢業設計的框架。一般而言，施工組織設計的整體框架主要包括：編制說明、工程概況、施工部署及施工準備、施工組織機構及人力資源計劃、施工綜合進度計劃、主要施工方案及特殊施工措施、質量管理、職業健康安全管理和環境管理及保證措施、文明施工、綠色施工和計算機網絡的應用等。

3.在實施工程中靈活運動PBL教學方法

將畢業設計的整體框架確定以后，就是依據框架進行具體的畢業設計的編寫，也就是CDIO的第三步——實施(Implement)。對于施工組織中較為重要的幾個章節內容，指導教師也要提出問題，讓學生根據自己已經學過的知識和工程實際主動思考，充實施工組織設計的內容。整個施工組織設計中，較難和較易出錯的地方就是橫道圖和網絡圖的畫法及邏輯關系。首先指導教師提出問題：在本工程的施工過程中，都包含了那些施工工序？各工序都耗時多久？它們的邏輯關系是什么？然后讓學生根據所學知識進行計算和畫圖，根據學生的畫圖情況，對較易出錯的地方和較難的地方，在QQ群中上傳相應的課件，錄制微視頻等形式進行講解，針對不同的同學出現的具體問題，通過電話，QQ聊天，微信聊天等溝通形式進行具體問題的講解，這樣學生比較容易接受，且記得較為牢固。對于畫圖部分，尤其是施工平面布置圖，讓學生思考平面布置圖中具體要包括那些內容，完善自己的平面布置圖。

4.完善施工組織設計，以答辯形式完成操作

完成上述三步，一個完整的施工組織設計就完成了，完成以后，如何對學生的掌握情況進行檢驗，就是畢業答辯環節了，即CDIO的最后一部步—運作(Operate)。讓學生對自己的施工組織設計進行一個整體的梳理，總結施工組織的主要內容，找出其中的亮點和創新的部分，做成PPT的形式，在畢業答辯上向答辯教師展示，后由答辯教師就施工組織設計提出相關問題，學生根據自己的施工組織設計進行作答，完成最后的運行。

三、結語

基于CDIO工程教育模式的土木工程專業畢業設計，將PBL教學方法融入其中，運用現代化的溝通方式，以學生為中心，在畢業設計的過程中，將構思、設計、實施和運作融為一體，以任務和問題為引導，在教師的指導下，將實踐教育和理論教育有效結合在一起，讓學生對所學知識進行了綜合的具體的應用；激發學生學習的熱情和積極性，推動學生去學習和探究知識，促進學生綜合素質的全面發展，培養學生工程基礎知識、實際動手能力、和工程管理能力，使學生得到了更為全面的鍛煉，進而提高應用型工程技術人才的培養質量。

通過基于CDIO工程教育模式下PBL教學法在開放教育土木工程畢業設計中的應用研究發現，該教育模式不但提升了學生分析問題和解決問題的能力，也提高了開放教育土木工程學生的學位通過率，為基層電大開放教育畢業設計的教學模式改革提供了依據。