ATN·CDIO工程教育模式下的創(chuàng)造思維體系構建探究
——以建筑設計基礎課程教學為例

周穎悟，吳 迪

(貴州民族大學 建筑工程學院，貴州 貴陽 550000)

進入21世紀，科學技術的創(chuàng)新發(fā)展是蛻變生產方式的第一驅動力，因此，人才培養(yǎng)方式需徹底改革。2006年，國務院在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中提出強化原始創(chuàng)新，增強源頭供給，并制定整體創(chuàng)新創(chuàng)造驅動發(fā)展戰(zhàn)略部署[1]；2015年發(fā)布《中共中央 國務院關于深化體制機制改革加快實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的若干意見》和《深化科技體制改革實施方案》，提出產業(yè)技術創(chuàng)新及創(chuàng)造培養(yǎng)的重要舉措，強調科技體制改革和經濟社會領域改革同步發(fā)力[2]；2018年9月10日在全國教育大會上，習近平總書記指出，教育是民族振興、社會進步的重要基石，是功在當代、利在千秋的德政工程，對提高人民綜合素質、促進人的全面發(fā)展、增強中華民族創(chuàng)新創(chuàng)造活力、實現中華民族偉大復興具有決定性意義，同時強調要在增強綜合素質上下功夫，教育引導學生培養(yǎng)綜合能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維[3]。建筑學教育歷經30年的不斷摸索研究，已經具備創(chuàng)造思維體系構建的必要條件，可以為科技創(chuàng)新教育奠定重要基礎。

一、 概念解析

CDIO工程教育模式由構思(conceive)、設計(design)、實現(implement)和運作(operate)4個部分組成[4]。自2000年麻省理工學院等4所大學研究提出此項創(chuàng)新型工程教育模式以來，貴州民族大學建筑工程學院積極研究，結合自身優(yōu)勢推出ATN·CDIO教學體系(art technology nationality conceive design implement operate)，即“藝術技術民族相融，創(chuàng)新創(chuàng)意執(zhí)行并進”，結合文化資源、藝術資源、技術資源，融入建筑學專業(yè)教學(圖1)。此外，注重培養(yǎng)學生的個體能力、心理因素和探索意識等，使建筑學專業(yè)學生得到多方位、多元化的學習鍛煉，提高學生社會競爭力。

圖1 ATN·CDIO課程體系圖

創(chuàng)新的根本在于創(chuàng)造力，創(chuàng)造力的大小取決于創(chuàng)造思維水平的高低[5]。創(chuàng)造思維體系是多層面、多結構的邏輯思維系統(tǒng)，從各種角度、不同類別，運用聯系性方式重組問題的組成因子，運用縱橫層面的多維性找到問題解決的根本途徑，內涵主要包括擴散、聚合、立體、直覺4個思維體的融合[6]。體系特征具有整體性、相互作用性、貫通性、跨越性、廣泛性、聯想性、推測性和預見性[7]。

二、 創(chuàng)造思維體系對ATN·CDIO工程教育的重要性

建筑學專業(yè)涉及知識面較廣，需要學生有較強的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力[8]。作為建筑學專業(yè)基礎課程的建筑設計基礎，涵蓋內容較多，剛入學的學生很難適應，部分學生出現厭學等不良情緒。針對這一情形，很多高校都對建筑設計基礎課程進行各類改革，以此培養(yǎng)學生的學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造思維。例如：同濟大學在建筑設計基礎課程中開設“建造節(jié)”實際訓練教學環(huán)節(jié)，東南大學在建筑設計基礎課程中推行“以建構啟動設計教學”構想，以解決理論與技能分離的教學矛盾[9]。因此，培養(yǎng)學生的學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)造情感和學習主動性，是大一階段建筑設計基礎課程的關鍵。

ATN·CDIO工程教育模式是在包豪斯實踐教學模式上發(fā)展起來的。基礎階段以建造體驗和感知體驗為主，強調實踐建造的教學手段，扭轉課堂經驗講授和技能被動式接受的教學形態(tài)，逐漸形成由實踐到理論的教學過程。建造教學的關鍵是構建創(chuàng)造思維，思維決定行動。創(chuàng)造思維是開放式和多學科學習思維的共同體，教學過程中要擺脫教學一體化、理論化、結果單一化的傳統(tǒng)教學模式，重在精細分解各項教學內容從而進行創(chuàng)造培養(yǎng)，逐步將個體內容聯系成整體內容，形成以設計實現為終點的啟發(fā)式培養(yǎng)[10](表1)。因此，ATN·CDIO工程教育模式在建筑學教學中的運用，關鍵在于創(chuàng)造思維體系的構建，強調真實性、精細化的建造和操作，并使學生能建立自適的思維邏輯。

表1 建筑學專業(yè)“ATN·CDIO”課程安排

三、 建筑設計基礎課程培養(yǎng)模式

貴州民族大學對CDIO教學模式進行了研究，借鑒國內外高校的成功案例，結合自身教學特點，在2012年正式實施ATN·CDIO教學模式。此外，完善了每個年級的教學體系，特別是針對大一新生的建筑設計基礎課進行了一系列的嘗試與改革，重點是激發(fā)學生設計思維的感知認識、分析和綜合，使學生掌握基本設計技能，培養(yǎng)學生基礎性的設計創(chuàng)造能力(圖2)。

首先是認知，包含建筑認知、表現技法、設計知識等教學內容。以往的教學模式是通過課堂教學被動式認知，教師運用多媒體、模型等方式在講臺上完成講解。少部分感知能力較強的學生容易接受這種教學模式，但是，大部分學生卻覺得枯燥無味、似懂非懂，導致很多大二學生還不了解如何進行設計，仍然停留在大一新生的思維狀態(tài)。針對此類問題，課程教學方式需要突出“認知”教學，例如，建筑導論課程，應帶學生參觀校園建筑，通過校園建筑介紹建筑設計的組成內容、專業(yè)實用性以及發(fā)展前景；建筑制圖課程，應讓學生測繪房間或者物體，在腦海里感知人體、墻體、門窗等要素的尺寸，再進行制圖表達，培養(yǎng)學生的空間感知能力。

其次是分析，多元化的分析手段能加強學生創(chuàng)造思維的貫通性。分析的結果有很多不確定性，不能統(tǒng)一化，需要培養(yǎng)學生自我擴散思維，塑造個性[11]。例如，平面構成教學中的漸變形式，教學可以用一個或者多個圖形進行不同類型的漸變，也可以用色彩、空間的漸變，還可以對多種方式和形態(tài)進行重構，目的是使學生掌握基本形規(guī)律、了解構成關系，教學不拘泥于具體的格式和形態(tài)。在分析環(huán)節(jié)中，先進行各類因子特性的認識，才能對其發(fā)展規(guī)律進行分析并得出結論。

圖2 建筑設計基礎專業(yè)課教學方案

最后是實現和綜合，建筑設計是綜合所有節(jié)點的創(chuàng)造思維所獲得的產物，不僅要把認知、分析的過程進行精細化表達，還要將其融為一體[12]。建筑設計基礎課程最后的教學過程是設計小建筑，傳統(tǒng)的設計任務書是由教師仔細規(guī)定各個空間、功能、色彩等限制要求，學生無法去聯想、去創(chuàng)造各項內容，只能參照一些簡單化處理方式去完成，難以發(fā)現其中的問題和相互之間的聯系。因此，第一份設計任務書不能規(guī)定太多限制項，只需要一個大命題及相應的位置和指標。例如， “休閑空間”設計，在設計前期，讓學生完成各項調研，主要包括與周邊環(huán)境、交通的聯系。在得出各項條件后，確定使用人群類別，使用功能，所需的體量、形態(tài)和材質等要素，塑造兩個以上的工作模型。之后，論證設計特點，如色彩、光、影互動聯系，營造多種空間效果，不斷調整后得出成品模型樣式，由師生討論后，再推向圖紙表達。

此外，擴展學生整體思維的廣度和自主性，真正意義上解放學生的思維束縛，每個環(huán)節(jié)的作業(yè)訓練都由學生自己設定，使作業(yè)由負擔變?yōu)榕d趣，讓學生來創(chuàng)造屬于自己的結論，營造屬于自己的空間想法、設計過程、設計成果，將創(chuàng)造思維植入學生頭腦，使學生具有較高的創(chuàng)造能力[13-14]。

四、創(chuàng)造思維體系建立策略

(一) 以ATN·CDIO教育模式強化教學多維度和深度

貴州民族大學建筑學專業(yè)的主要特色是民族性，這與地域性相契合，利用民族與建筑藝術結合的特點，能有效培養(yǎng)民族建筑工程人才。為此，學院組織教師先后學習CDIO教育模式，制定各年級的培養(yǎng)目標和教學計劃，以及詳細的教學大綱和教學制度，改革教學內容和教學體系，將民族、藝術、建筑技術結合在一起，不僅傳授基本建筑知識，還進一步將領域擴展到其他學科，推進多學科交叉教學。例如，在傳統(tǒng)村落保護規(guī)劃教學中，引入生態(tài)環(huán)境工程學科，結合專業(yè)課程需要，進行通識教學。

(二)以“承上啟下，學以致用”作為教學方向

建筑設計基礎課程作為設計入門課，需要優(yōu)化自身教學框架，明確教學內容的方向和途徑。每個教學點要進行“手牽手”的貫穿模式，重點訓練學生的衍生推理能力，如空間想象力、形體比例感等。在每個教學內容中，需要包含已授內容的訓練，如，渲染練習包含建筑制圖，立體構成建造包含平面構成設計，整體呈現倒金字塔教學形態(tài)，層層遞進。此外，培養(yǎng)創(chuàng)造力所需要的系統(tǒng)思考和認知發(fā)現能力，把學生主動創(chuàng)造范圍逐漸放大，才能有利于學生找到方向和目標[15]。

(三)以多元化教學方法進行創(chuàng)造思維體系構建

創(chuàng)造思維所需的層級訓練需要通過各類教學手段來進行，不能只滿足在課堂上的探索和研究，也要運用其他教學方式。例如，1∶1∶1的形態(tài)建造，以課外建筑測繪、城市場景速寫等方式進行，改變“以課堂為中心”的觀念，引導學生以實踐操作為主，在課外自學各類專業(yè)教育，增加團隊協作項目，鍛煉自身對邏輯正確與否的判斷力，制定以工程實踐為導向的培養(yǎng)計劃，讓學生處于一個能自主、能操作、能主動、能協作的環(huán)境中。

(四)以“大課程”教學體系建立專業(yè)課程縱橫向聯系

建筑設計基礎課程不能孤立存在，應與其他課程建立聯系(圖3)。貴州民族大學建筑工程學院將美術、畫法幾何、建筑制圖課程整合，圍繞建筑設計基礎課程的教學內容進行協調，保證課程相互依托。例如，建筑設計基礎課程中，需要平立面制圖技能，畫法幾何課和建筑制圖課在此前已經完成相應培養(yǎng)，學生學習完相應技能，馬上運用在設計課程的學習中，形成一體化教學，即橫向聯系。建筑設計基礎課程中的三大構成和設計綜合性訓練，可與高年級專業(yè)教學團隊聯合制定教學內容，共同輔導，增加受眾面，擴展學生的思維路徑，盡早形成設計創(chuàng)造思維，即縱向聯系。“大課程”建設可以使教學秩序整體化加強，統(tǒng)籌教學資源，無縫對接專業(yè)課程內容，綜合性較強，使學生在一個訓練體系中完成多個課程的專業(yè)練習。

(五) 以負反饋機制創(chuàng)新型教學模式為課程安排提供方向

2016年，貴州民族大學建筑工程學院成立大一專業(yè)年級教學組，同時成立建筑設計基礎教學團隊和建筑制圖教學團隊，目的是將課程體系層級化、整體化，便于對教學計劃的調整，能做到各個課程統(tǒng)一協調、靈活高效。此外，結合ATN·CDIO改革需要，采用負反饋機制創(chuàng)新型教學模式(圖4)。該模式的核心是讓學生成為教學主體，由學生提出建議，各教學組進行研究，由相應專業(yè)課程的教師提出課改方案，并組織試點實施，及時進行信息收集評價，如果評價較好，就形成年級教學組的教學方案逐步推行；如果學生或教師發(fā)現問題，可及時中斷，重新制定。在負反饋機制創(chuàng)新型教學模式中，教師和學生的地位互換，教師成為圍繞不同時期學生學習需要的服務者和改進者，打破一成不變的教學形態(tài)，激發(fā)學生的教學參與性，為在不同層面實施教改，提供了可行的“軟對應”和“硬結合”。

圖3 建筑設計基礎專業(yè)課教學框架

圖4 負反饋機制創(chuàng)新型教學模式解析圖示

(六) 以聯合外單位共建軟硬件環(huán)境為創(chuàng)造思維體系建立創(chuàng)造條件

貴州民族大學建筑工程學院投資約五千余萬元建立建筑設計專業(yè)實驗室及計算機機房、民族建筑仿真實驗室、建筑模型實驗室、建筑構造實驗室、建筑聲學實驗室、建筑結構力學實驗室、BIM實驗室、建筑技術實驗室，以上實驗室在2017年建設完成并投入使用，同時為建筑設計教學配備了所需軟件，保證教學、實踐環(huán)節(jié)全過程通過計算機輔助手段實現，信息化水平較高。

同時，貴州民族大學建筑工程學院還投資了大量資金裝備和其他教學輔助設備，每個教室配置多媒體展示系統(tǒng)、70寸觸控2K顯示屏和高保真音響，擁有A1激光打印機3臺，3D打印機1臺、A2幅面掃描儀1臺、A0幅面掃描儀1臺等基本建筑教學辦公設備，投資建立了專業(yè)建筑制圖教室，為建筑學專業(yè)的每位學生配備繪圖工具一套，具備學生開展綜合實踐的硬件條件。

此外，貴州民族大學建筑工程學院不僅加強人才引進力度，也注重校外軟環(huán)境的建設。先后與地方政府建設各類實踐基地16個，如西江苗寨、肇興侗寨、天龍屯堡等；先后與貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院、貴陽市建筑設計研究院、貴州婁山關高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)等建立了合作關系，并聘請省內外多名專家學者到貴州民族大學建筑工程學院進行交流指導，共同對各項專業(yè)教學計劃、教學大綱和教學方法進行評價，為貴州民族大學建筑工程學院學生創(chuàng)造能力的認知培養(yǎng)提供軟件條件。

貴州民族大學建筑工程學院在建筑設計基礎課程ATN·CDIO教育模式改革以來，結合創(chuàng)造思維體系的植入，使學生具備“構想—設計—實施—操作”的能力，學生學習的觀念和積極性出現了根本轉變。學生積極參與到教學活動和實踐活動中，連續(xù)兩年取得貴州省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽的一等獎和二等獎，在全國高校舉辦的建造節(jié)和其他專業(yè)比賽中也取得了喜人的成績。年級教學組和教學團隊在有機綜合的教學中，不斷分析判斷和總結教學經驗，通過豐富多彩的課堂教學、多媒體教學手段，在全體教師的參與下，使課程體系建設形成一定規(guī)模。任課教師不僅編寫各環(huán)節(jié)的教學課件和教師標準電子教案，還編制了具體設計任務書，為提高教學質量奠定了基礎。

五、結語

經過3年的ATN·CDIO工程教育模式改革，包括教學機制改革、教學方式變更、技能練習調整、教學大綱與教案重新整理編輯等，在建筑設計基礎課程中的創(chuàng)造思維培養(yǎng)符合貴州民族大學建筑工程學院專業(yè)啟蒙教學的需求，解決了學生在獲取知識的方式方法上所面臨的問題。目前學生學習的邏輯性、目的性很強，適應專業(yè)學習時間短，改變以前新生入校對專業(yè)學習無目的、無興趣的狀態(tài)。根據2018級學生入校學習后的表現，總結ATN·CDIO工程教育模式改革后建筑設計基礎課的教學成果。

(一)學生進入專業(yè)學習能迅速找準自身發(fā)展方向

改變以課程教學為主的專業(yè)發(fā)展引導模式，學生入校被帶領參觀各種相關專業(yè)的產業(yè)生產，如設計院、工程公司、研究院等，聘請相應的專家和學者進行專業(yè)發(fā)展講座。學生在專業(yè)學習過程中，能迅速找到學習目標，引發(fā)學習興趣，將學習方式由被動轉化為主動。

(二)負反饋機制創(chuàng)新型教學方式引發(fā)導師制體系建立

由于學生專業(yè)知識需求的擴大和專業(yè)方向不同，普遍性課程無法滿足他們對特定專業(yè)方向知識的需求，成立本科導師制可以有效解決這一教學問題。比如，建筑學的部分學生對景觀設計有學習興趣，部分學生對裝修工程有學習興趣，讓教師成為某一專業(yè)方向的導師，單獨對感興趣的學生進行專業(yè)方向擴展教學，滿足學生學習需求。

(三)學生的專業(yè)實驗和創(chuàng)造能力得到提升

對于專業(yè)實驗設備應用，學生的積極性不高，即使掌握設備應用技術，也只是為了應付作業(yè)，創(chuàng)造力無從談起[16]。創(chuàng)造思維的培養(yǎng)使教學引導變得更為直接，學生通過對專業(yè)的探究反推設備應用技能，近年陸續(xù)成立VR實驗戰(zhàn)隊、3D打印技術服務中心、綠色建筑團隊等各類興趣單元，不僅調動專業(yè)學習熱情，也為未來實際工作創(chuàng)新發(fā)展奠定基礎。

(四)教師教學方式由內向外發(fā)展

創(chuàng)造思維的教學模式建立最重要的就是實踐性教學，教師要進行專業(yè)實踐，不能照本宣科，教學方式必須與實際社會專業(yè)工作相結合[17]。建筑設計基礎課程改革的亮點在于實際場地和實際項目，從調研到設計任務布置全實戰(zhàn)模擬，讓學生的學習與校外實際工作結合，強化專業(yè)學習的目標性。

(五)創(chuàng)造思維的形成激化學生創(chuàng)新發(fā)展的動力

通過3年的教學改革，讓創(chuàng)造思維的塑造逐漸成為專業(yè)教學的重心，不少學生升入高年級后，學習動力和主動性得到提升，積極參加各類校內外專業(yè)活動，并相繼成立了10余個創(chuàng)新企業(yè)團隊，不僅涉及設計、工程建設方面，還包括智能建筑、綠色建筑控制軟件開發(fā)、木結構加工技術研發(fā)等。

此外，教學目標明確，教學體系調整更加靈活，對學生所學專業(yè)知識的整體性把握更強，專業(yè)知識內容聯系更加緊密和精細化，提高了學生綜合素質與專業(yè)水平，也提高了教師自身的理論與實踐教學水平。各高校建筑學專業(yè)的每個階段教學內容都是相近的，各高校都在總結自身的教學經驗，積極開展具有自身特色的CDIO工程教育改革，例如，汕頭大學實行的“EIP-CDIO”。雖然，將建筑學專業(yè)知識分解出來的都是簡單內容，但是，實際上卻包含復雜聯系的教學體。創(chuàng)造思維體系的建立像紐帶穿插其中，讓知識不再零碎和雜亂，能更好地駕馭專業(yè)知識，從而具備創(chuàng)造力，這樣才能實現真正意義上的創(chuàng)新驅動力[18]。