CDIO模式在《土木工程材料》教学改革中的应用与实践

孙 凌 王 颖 于文勇 魏建军

黑龙江工程学院， 哈尔滨 150050

CDIO模式在《土木工程材料》教学改革中的应用与实践

孙 凌 王 颖 于文勇 魏建军

黑龙江工程学院， 哈尔滨 150050

针对目前我国工程教育存在的问题，将CDIO工程教育模式引入到土木工程材料教学过程中，针对土木工程材料课程进行了CDIO模式的设计，在教学过程中引导学生组建创新团队，进行项目构思设计及实施。该教学模式较好地体现了CDIO理念，提升了教学效果，增强了学生处理实际问题的能力以及团队协作能力。

工程教育；CDIO；土木工程材料；团队协作

1 背景

社会、经济的发展，科技的创新，都要求高等教育提供高质量的人才，我国经济要继续保持高速增长势头,需要培养一大批创新型的国际化工程师。

目前我国科技人力资源总量和研发人员总数都位居世界前列。然而，与世界发达国家相比，我国工程科技人才在数量上虽然具有一定的优势，但在质量上也表现出很多不足，例如偏重理论而忽视实践；人才个人能力突出但不擅长团队协作；缺少创新型人才和高技能人才，原始创新能力和工程领导力不足；工程科技人才的专业、地域分布不尽合理；产学研脱节，缺乏创业精神。如何在有限的学制内，使学生能够具备良好的职业道德修养，具备一定的创新能力、团队协作能力和管理能力，是高等工程教育改革和探索的关键问题[1][3]。

土木工程材料是土木工程专业实践性很强的一门重要专业基础课 ，该课程不仅是学生今后从事土木工程设计、施工和监理等工作的必要基础 ，同时为后续的专业课如《混凝土结构设计原理》、《桥梁课程》、《路基路面工程》等学习提供材料学方面基础知识。学生通过该课程学习，不仅应能掌握材料的基本知识 ，还需要在实践能力和创新能力方面都有所提高。鉴于土木工程材料课程实践性强的特点，必须不断进行实验教学改革，来加强学生设计能力、创新能力的培养，加强学生团队协作能力的培养，才能适应社会发展的需要，达到提高人才培养质量的目的。

CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[2]。CDIO 工程教育模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习，使学生获得工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。2011年黑龙江省高等教育教学改革工程重点项目“基于CDIO 模式下的土木工程材料课程教学改革”在我校2010级道路桥梁与渡河专业卓越工程师试点班开展，将CDIO工程教育模式运用到理论与实践教学活动中，充分体现了“做中学”、“基于项目教育和学习”的理念，增强了学生自学和解决问题以及团队工作和沟通的能力。

2 土木工程材料课程CDIO模式的设计

以土木工程材料课程实践与理论学习相结合，构建课程教学内容，通过本课程的理论学习、课程实践以及和项目实施设计等环节，在“边学边做”中培养学生掌握土木工程材料的基本性能。根据CDIO模式 ，我们将土木工程材料课程作为 CDIO教学模式的一个三级项目进行了设计和实施。

通过本课程学习，要求学生掌握土木工程材料的基础知识和理论，并能够达到以下目标：（1）理解土木工程材料的基本性能与构造之间的关系；（2）理解水泥混凝土、沥青混凝土以及无机结合料的技术性质及技术标准；（3）能够熟练进行无机结合料稳定材料、水泥混凝土和沥青混合料配合比设计；（4）了解土木工程材料与资源能源环境的关系、环境友好材料及其实现途径等；（5）具有在实际工程中进行水泥混凝土、沥青混凝土和无机结合料组成设计和实验数据处理的能力；（6）通过项目实施周的工程实践，使学生的个人技能和团队协作能力得到提升。

为达到《土木工程材料》课程教学目标，在教学环节上安排了两周课程实践周和一周项目实施周。要求学生在实践周中完成对所学理论知识的消化和理解。在学习土木工程材料理论基本知识以及两周实践的基础上，完成一项包括构想、设计并与实际工程项目相结合的团队研发项目，在项目实施周中运行并展示成果全过程，在实践与合作中进行探究学习，提升学生个人技能和团队协作能力，使其具有与本专业相关的专业素质。

3 基于CDIO理念的土木工程材料课程的实施

基于CDIO 理念首先要求学生在理论课学习的过程中引导学生组建实践创新团队，根据资源优化进行自由组合 ，再以团队的形式构思一个项目，利用所学的知识、并通过查阅文献对构思的项目进行设计。在两周的课程实践周，学生动手完成土木工程材料常规、基本试验。在掌握一定的理论知识和实践技能后，展开团队内部与团队之间的讨论，使构思、设计的项目具有可操作性。在教学过程中，以CDIO理念的为引导，卓越工程师试点班的学生自发地组成四个创新团队，分别构思设计了（1）C60 混凝土的配制与抗渗性研究；（2）泵送混凝土坍落度经时损失研究；（3）掺加氧化铁的彩色沥青混合料配合比设计；（4）大空隙沥青混合料抗冻性研究四个项目。

同学们表现得最活跃的阶段就是构思阶段，每一个同学都表现出积极参与、积极思考、积极钻研的学习态度，每一个同学都能认真查阅文献，运用自己学过的专业知识、掌握的实践技能，多次进行讨论，并且邀请专业老师参与研讨，给予学术上的指导，制定出合理可行的技术路线，明确了研究目标。通过从先进性、实用性、经济性等方面对各种方案进行比较，同学们从中获得了设计和工程实践的知识。在整个构思、设计、实施过程中，注重引导学生建立个人能力与团队协作的统一，培养他们的团队精神以及处理实际问题的能力。以掺加氧化铁的彩色沥青混合料配合比设计为例，在项目的具体实施过程中，首先从材料的选择入手，通过颜色对比试验确定氧化铁在混合料中的掺量，通过马歇尔试验确定各种矿料的用量比例以及沥青的最佳用量。

在项目的实施过程中，也有失败的时候，学生根据试验过程中获得的试验结果，团队内部进行讨论、研究，团队之间进行交流，确定原来构思中的缺陷，进一步修改后再设计、实践、运作其项目，最后获得彩色沥青混合料。学生在项目实施的过程中会遇到难题，这些困难能够激发学生挑战的激情和勇气，能够让学生在学习中锻炼综合运用知识的能力，以及团队协作能力。

特别值得一提的是，在教学改革试点的两个班级中，通过土木工程材料的学习，激发了学生对土木工程设计及试验的兴趣，上面四个团队构思的创新项目都被列入2012年黑龙江工程学院大学生创新训练计划，并批准立项，其中两项推荐申报黑龙江省级大学生创新训练项目。由此可见，基于CDIO理念的土木工程材料新型教学模式的探索与实践是成功的，值得在接下来的课程改革及优化过程中进一步推广。

4 结语

对土木工程材料课程采用CDIO教学模式改革后，学生对教学内容提出了新的需求，“做中学”的基于项目学习的教学模式很受学生欢迎，学生对课程的热爱程度有很大提高，对项目的运作过程有了亲身实践机会，学生综合能力得到了全方位的锻炼。实践证明：虽然 CDIO是一个新的教育模式，但已经显示了它的强大生命力，相信通过CDIO高等工程教育模式的改革，将会大大增强学生的综合能力，提高学生的国际竞争力。

[1]钟金明，李苑玲.基于CD IO理念的工程教育实践教学改革初探[J].实验科学与技术 ，2009（6） 67-69

[2]Edward F.Crawley，Johan Malmqvist，S ren stlund，Doris R.Brodeur主编.重新认识工程教育-国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，沈民奋，陆小华译.北京： 高等教育出版社，2009.4：44-48

[3]陈会凡，李广慧.CDIO工程教育模式在土木工程材料中的应用研究[J].高等建筑教育，2011（4） 39-43

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.094

2011年黑龙江省高等教育教学改革工程重点项目——基于CDIO模式下土木工程材料课程教学改革研究