基于CDIOF 的實例式教學法在“土木工程檢測”教學中的實踐與思考

魯四平，黃方林，肖柏軍

（中南大學土木工程學院 湖南 長沙 410075）

1 當前土木工程實踐教學的局限性

土木工程是一門涉及多學科、多領域的綜合性學科，屬于典型的工程應用學科，該學科要求學生能將先進的系統理論知識運用到紛繁復雜的具體工程問題中去，簡言之，即具備理論與實踐相結合的能力[1]。受傳統教育理念影響，很多教師在教學設計中過于看重理論推演和講述，忽略實踐訓練，實踐課程課時量一般較少[2]。在有限的課時條件下，教師設計實踐教學時，仍存在重視理論環節輕視實踐鍛煉的問題。此外，試驗實踐教學環節的模式以教師演示為主，試驗內容、實驗方法缺乏變化，少有更新，實驗報告基本未見改動[3]。學生在學習過程中僅僅是觀看，缺乏動手鍛煉的機會。學生在學習過程中存在動腦少、自主性不夠、無法將試驗過程與相關知識點有效結合、對實際問題理解不透徹等諸多問題，難以實現提高學生綜合實踐能力與培養學生團隊協作能力的課程目標。總體說來，實踐類課程的傳統授課方式已很難適應現階段我國人才培養的目標要求。

2 土木工程實踐課程教學模式探索的意義

新世紀科學技術日新月異，社會對人才的要求越來越高。21 世紀初英國皇家工程院（RAE）就曾指出，當代工程師應當是以下三種角色的復合體：某一工程領域的技術專家，有處理復雜事務能力的高級復合人才和有開拓精神和領導才能的挑戰者[4]。隨著生產力的提高，土木工程越來越向大型、標準、復雜方向發展。現代大型土木工程建設的興起，需要不同專業的工程師相互配合，團隊協作才是工程學科未來發展的方向。這就要求在學生培養過程中，教師不僅需要加強專業基礎知識的學習，還要注重學生多方面能力的培養，如個人領導能力、人際交往能力、團隊協作能力、學科交叉融合能力等[5]。

“土木工程檢測”是土木工程專業一門專業實踐課程，具有很強的綜合性、應用性和創新性。它包含的內容十分廣泛，涉及巖土、結構、力學、道路、橋梁、隧道及儀器儀表等多個專業課程的內容。

本文以中南大學已有十多年開設歷史的土木工程專業實踐類選修課程“土木工程檢測”為例，根據本課程內容廣、博、雜的知識特點，結合選修學生來自不同專業的生源特點，引入CDIOF 教育理念，以多學科交叉的實際工程項目為依托，進行課程模式構建，并進行了相應的教學實踐案例探索。

3 CDIOF 教育理念與教學模式建構

3.1 CDIO 理念

CDIO 理念是21 世紀初由美國麻省理工學院與瑞典皇家技術學院等四校提出的一種全新的工程教育思想。它借助工程系統的全生命周期理論，將教學架構建立在“構思—設計—實施—運行”這一工程活動的全生命周期過程中。CDIO為構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個英文單詞的首字母大寫的縮寫[6-7]。該理念要求學生在實際工程情景中有目的地主動學習，強調使學生能夠將所學的專業知識應用到工程實踐中，在做中學，學時做，邊學邊做，邊做邊學。

3.2 基于CDIOF 的“土木工程檢測”課程教學模式結構

結合“土木工程檢測”課程的特點，“構思”包括教學內容構思、選題構思、實施過程構思三個方面。教學內容構思：土木工程檢測課程內容眾多，知識點龐大而繁雜，教學內容需要有所取舍，不可能面面俱到。選題構思：根據教學內容，進行依托項目選擇，項目選擇好后，可反過來完善教學內容，兩者相互支持。實施過程構思：即課程的實現方式構思，包含教師團隊的組建、學生團隊的組建，交流平臺的搭建、任務書、結業模式、教學模式的構想。

“設計”：主要包括課程結業任務書設計、實際項目相關子課題的設計、理論教學模塊、教學過程的設計與實踐教學模式設計。“設計”是在“構思”完成，下達任務之后，本階段完成對結業任務的分解，任務完成形式與完成環節設計，明確各子課題環節學生個人角色與分工。

“實施”是指本課程開展和完成全過程，含“理論教學”“實踐實驗教學”“學生自學”三部分。本階段對應依托的實際工程項目，學生需完成基礎理論知識的學習與各試驗檢測方案的設計，并檢查方案的可行性與是否存在不合理之處，進而完成對相應檢測設計方案的修改。

“運行”主要是指學生提交課程結業任務，部分在實際檢測項目中模擬執行，并出具檢測報告的過程。

反饋（Feedback）：信息反饋是課程實施的重要環節，包括學生與教師、學生與學生之間信息的溝通。教師與學生之間信息的傳達、檢測任務啟動順序、實施進程的管理與學生之間橫向交流都需要必要的信息反饋。實時的信息反饋是課程高效執行和項目正常運轉的保證。因此，在CDIO 基礎上增加實時“反饋評價”（Feedback Evaluation）環節，簡稱“CDIOF”。

CDIOF 教學模式講究教師教學的啟發性與學生學習的主動性。教師依托實際工程設計教學環節，根據實際工程提煉學術中的理論問題，啟發學生進行思考、討論、查閱相關資料以達到解決問題之目的；學生在工程實際問題中，找到并發現前期學習的理論知識與現實工程之間的聯系，提高將基礎理論知識與工程實踐相結合的能力。在這種能力的培養過程中，學生自覺地實現基礎知識向工作能力的轉變，縮短走入社會、適應新崗位的過程，同時可培養學生的團隊意識與協助精神。圖1 是基于CDIOF 的土木工程檢測課程教學模式結構圖。

圖1 基于CDIOF 的“土木工程檢測”課程教學模式結構圖

4 基于CDIOF 的“土木工程檢測”課程教學實踐實例分析

中南大學基于CDIOF 理念開展“土木工程檢測”課程教學實踐，選修學生面向土木大類，主要涉及建材、巖土、結構、力學、橋梁、管理等專業。

4.1 實踐教學實例構思

4.1.1 課程選題

土木工程檢測課程教學案例可選擇綜合性較強的檢測項目，難度要適中（這種選題在本課程中比較方便做到，所以也便于本課程理念的實施）。如選擇“××高速公路××橋梁施工質量全過程控制”檢測作為實際依托工程，檢測內容包括原材料檢測、混凝土配合比試驗、混凝土強度檢測、樁基承載力檢測、單梁承載力檢測、橋梁施工控制監測、橋梁動靜載試驗、全部試驗項目管理等。課題要求學生根據給定的資料進行項目全過程檢測方案設計與計算復核，實際實踐課可選擇其中部分內容進行。

4.1.2 成果要求與成績評定

考慮到實踐類課程的教學目標和課程特點，教師一開始就將選課學生（40～50 人）分成若干組，每組包含各專業學生1～2 名，制訂分組檢測方案設計任務書，明確小組檢測方案設計內容及成果要求，對檢測內容、計算模型、計算說明等做出規定。

以作者實踐的“××高速公路××橋梁施工質量全過程控制”為例，8～10 人一組，單組學生需要完成的試驗方案、相關專業知識見表1。

表1 課程小組任務及相關知識點

為了達到教學目的，保證學生對分配的任務理解到位，任務要求一定要具體。所以針對每一個具體的方案設計應提出細分要求。表2 給出了對基樁承載力試驗方案的細分要求。

表2 試驗方案的細分要求

受時間與場地限制，實際運行可選擇部分小組的檢測方案進行檢測實操，并給出評價。為保證課程成績的公平性，對各個小組的成果進行答辯匯報，采用組與組之間互相打分、授課教師打分等方式綜合進行。

4.1.3 組織形式

建立校企聯合的指導教師聯合指導小組，依托湖南鐵院土木工程檢測有限公司（中南大學校辦企業，土木工程學院師生的實踐平臺）實際檢測項目進行選題。學生根據檢測任務內容和專業知識構成進行統一分組。

4.2 設計、實施、運行

根據選修學生的專業構成與比例，教師選定課題任務之后，首先對課題任務進行分解，確定相關子課題，根據每個學生的專業進行分組，明確其在整個任務中的角色分工。按照教學大綱要求，中南大學“土木工程檢測”教學與實踐總課時為32 課時，理論24 課時，實踐過程為8 課時。開課時第一時間將課程結業任務布置下去，教學過程采用分組討論、代表發言、問題分析、實例解析與方法引導等方式保證教學順利進行。在教學過程中，教師根據授課內容先行設置相關問題，學生課后準備，課堂上學生將準備的問題進行呈現與講述，實現教師與學生的角色轉換（翻轉課堂）；在設計某專業類型的試驗方案時，方案組長由相應專業的學生擔任，其他學生擔任組員，組長負責本方案制訂過程中所有任務的分配安排與統籌；當設計下一個專業的試驗方案時，前組長自動轉換為組員，新的相應專業的學生擔任組長。由此，每個學生均會實現組長與學員之間的角色互換（角色轉換）。

為保證在有限的時間內完成規定的任務，教師事先應精心制訂本課題實施綱要。綱要的整體要求是：參與課題的全體學生在領導本組其余同學完成與自己專業相關任務的同時，還必須在本組其他各位同學的分別領導下協助完成與之相關的任務，直至本組所有任務全部完成。

在教學實踐中，各組力學模型的建立均要求采用相同的軟件（基礎建模ABAQUS、橋梁建模MIDAS/Civil），便于學生在建模過程中相互交流與發現問題。

5 基于CDIOF 的實踐課程教學效果評價與思考

5.1 教學效果

5.1.1 基于學生學習效果問卷調查的教學效果評價

對選修“土木工程檢測”的學生開展了“實踐課程能力鍛煉”調查，所有學生的團隊協作能力、工程識圖能力、信息獲取能力、實踐動手能力、知識遷移能力、獨立思考與自我創新能力均得到了不同程度的鍛煉與提升。

5.1.2 課程教學模式的適應性評價

根據課程的開設目的，實踐項目可大可小（內容多少由實際參與選課學生人數與選課學生專業決定），實際檢測課題與之相適應進行規模加減。在實際設計方案時各專業學生既相互獨立（檢測任務組長按專業安排）又相互依存（全部檢測方案、現場實操按大組評審），通過實際項目培養他們之間的協作精神，督促他們相互交流。為方便組員之間的交流，每組建立一個微信群進行管理，教師受邀進群，及時掌握學生的進度與困難，對具體問題進行指導，同時實現對進度的管理。實踐表明，基于CDIOF 的案例式教學對實踐課程具有較強的適應性，可以取得較好的教學效果。

5.2 對基于CDIOF 的實踐課程教學的幾點思考

5.2.1 增設實踐教學課程設計

現階段國內高校實踐教學時間一般比較有限（大多24―32 學時），要以CDIOF 模式進行學習，需要占用學生部分課余時間才能較好完成。如果在部分實踐課程后能安排一周左右的實踐課程設計將會取得更好的教學效果。因此，學校有必要增設實踐類教學課程。

5.2.2 實踐課程的選題

實踐課題應根據綜合性能力提升的要求，優先選擇實施過程中成員之間需要較多交流、溝通與協調的課題；同時，實踐課題的內容應根據教師及學生專業特點進行調整。教學過程中,教師應加強引導監督，學生需加強自我學習管理，自覺增加獲取知識的途徑，并能與其他各專業的學生進行有效溝通和協作。

5.2.3 任課教師的工程實踐能力

開設依托實際工程項目的綜合類實踐課程教學，對教師的工程實戰經驗提出了較高的要求，他們需要對選用的具體實踐內容有著較強的把控能力。高校需要轉變教師的教學培養觀念，鼓勵專任教師深入工程一線，參與國家重大工程，了解工程實際需求，適應時代發展。

6 結語

基于CDIOF 的“土木工程檢測”教學實踐表明，引入CDIOF 理念，根據教學內容及規劃，建立以實際項目為依托、以相關規范為準則的教學構架，師生合力，實現對工程全方位的檢測技術覆蓋，學生獲得感滿滿；該模式在有效鍛煉學生多項能力的同時，也能實現教師自身實戰能力的提升，達到教學相長的目的。

通過對CDIOF 教學實踐實例進行分析，驗證了該教學模式的可行性。從實施的效果來看，該模式得到了學生的普遍認可，學生各方面的能力得到了明顯的鍛煉與提高。