基于CDIO模式下的工程热力学教学改革与实践

李梦迪+古小敏+朱辉+庄光亮

摘要：CDIO教育理念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学习工程。本文遵循理论价值与实践价值并重的原则，着重探讨基于CDIO模式的能源与动力工程专业工程热力学课程教学改革，力求从课程编排、授课方式、课程设置、考核方式、教师能力提升等方面提出改革建议，为今后工程热力学教学工作提供参考借鉴。

关键词：CDIO；工程热力学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）12-0108-02

CDIO教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果，该理论将构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）相结合，注重学生工程基础知识的掌握，以及个人能力、团队协作能力和工程系统能力的培养。它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学习工程，注重启发式学习，重点放在“做中学”，是目前被广泛应用的一种教育模式。工程热力学研究热能与其他形式能量相互转化，是能源与动力工程专业（以下简称“能动专业”）必修的专业基础课程之一。在长期的教学过程中，师生大都有“难教难学”的感受，本文总结了在CDIO工程教育模式下开展工程热力学教学的实施方案。

一、工程热力学的课程特点及教学现状

1.课程内容抽象、难理解。工程热力学理论性与应用性并重，其基本理论是从工程实际出发，经过抽象、概括和简化的方法得出的，并用于指导解决工程实际问题。该课程概念多，且具有抽象性、多义性、模糊性。有些概念比较抽象，如焓与熵的意义，孤立系统熵增原理等，不易理解。

2.授课形式单一、缺乏互动环节。在授课形式上，大部分教师仍采用填鸭式教学法，学生在学习过程中处于被动地位。教师多根据自身对课程的理解及以往的教学经验设计安排整个教学过程，学生在学习中，缺乏提出意见和建议的机会和主动学习探讨的兴趣。

3.课程安排密集、任务重。在教学计划安排上，我校能动专业第1—4学期开设通识教育课程，第5学期开始，开设专业基础课程。工程热力学、流体力学和传热学三门专业基础课同时开设在第5学期，而学生刚由通识教育转为专业学习，在学习方式、思维模式的转换上还未成熟，如此繁重的学习任务势必将影响学习效果。

4.考核形式单一、局限性大。在考核方式上，目前采取平时成绩与考试成绩相结合的成绩评定模式，平时成绩与期末成绩的分值比例是3∶7。平时成绩主要包括学生的出勤、作業完成情况及学生的实验成绩，各占总评成绩的10%。在这种考核方式下，学生往往将学习精力集中于应对期末考试，对课程内容不求甚解，对于分值较小的实践操作不加重视，不益于学生综合能力培养。

二、CDIO教育模式下的工程热力学教学实施方案

我校依托航空航天领域，致力于建设机械类、能源类、电子信息类以及航空旅游类等专业为一体的综合性应用型本科院校，将培养应用型人才作为育人目标并贯彻始终，此培养理念与CDIO模式不谋而合。自2014年起，能动专业教学团队在2014、2015级课程教学中引入CDIO教育模式，实践证明这种以工程应用与能力培养为核心，以工程项目全周期为主线的教育思想适应应用型本科教育需求。

1.基于构思（Conceive）理念的启发式、散点式教学方式。CDIO模式的专业目标是把产品、过程或系统的构思、设计、实施和运行作为工程教育的环境。基于此理念，教师在课程编排构思上，应根据课程的特点，尽量地将理论系统化、实际化，将理论知识与实际相结合，列举工程实例以帮助学生理解。将知识化整为零，分解细化，突出重点，让专业基础课为专业服务，同时也能适当减轻学生的课业压力。在教学过程中，多采用提问式和启发式教学，鼓励学生自主学习，力求做到课程设计构思皆以学生为主体，以此为指导思想安排整个课程教学。

2.基于设计（Design）理念的多元化、阶段化的呈现形式。CDIO模式的核心思想是以产品为导向、受众为主体指导整个生产学习过程。基于此思想，教师在教学设计之初，应结合本校学生的实际情况，预测学生对课程的理解掌握程度，以此为基础设计教学进度及授课形式。在课程教学过程中，根据学生学习掌握的实际情况调整教学设计，达到最佳教学效果。在课程呈现方式上，工程热力学涉及大量的数学公式，且公式间联系紧密，应多采用多媒体与传统板书相结合进行。在教课课件的制作上，应多结合生产实习成果开发交互性好的多媒体资源，充分发挥多媒体授课的优势，在多媒体中多使用图表、插入音频、视频材料，直观展现相关知识点

3.基于实现（Implement）理念的实验性、任务性课程结构编排。CDIO模式倡导技术知识和能力的教学实践上以产品、过程或系统的生产周期作为工程教育的框架或环境。具体到本课程，以实验服务于理论、理论指导实践的教学思想为指导，将理论知识与实际热力学过程的有效链接。过去工程热力学的实践课比重小，且实践类型单一，不利于学生综合实践能力的培养。在新的教学中，增加了部分探索性及半开放性实验，由学生提出自行提出实验方案并进行实验设计，取得了良好的教学效果。

4.基于运作（Operate）理念的全方位、多指标考核模式。传统的成绩评定模式偏重于理论知识的考核而忽略对学生其他方面能力培养的引导，不益于学生综合能力的培养。CDIO模式要求基本个人能力、人际能力和对产品、过程和系统的构建能力在多大程度上满足专业目标并能够经过专业利益相关者的检验。对学生的基本个人能力和人际能力、产品、过程和系统构建能力以及学科知识应融入专业考核之中。为此，我们将考核重点转变为考查学生综合能力，将CDIO模式的运作理念融入到成绩评定中，采用多角度的复合标准，主要考查学生理论知识、实践能力、课程设计、作业完成、课程总结等方面，按照40%、20%、20%、10%、10%的成绩比例给定。

5.以CDIO模式为指导，注重教师自我能力提升。教师是学生学习的引路人，其个人能力、专业素养在很大程度将都将直接影响学生的学习效果。我校目前能动专业教师大都以中青年为主，专业能力、授课经验都有待提高，CDIO模式对教师基本个人能力和人际能力以及产品、过程和系统构建能力都有较高要求。在完成课业工作的同时，教师还应努力提升在一体化学习经验、运用主动和经验学习方法以及学生考核等方面的能力。为此，每年我校针对每个本科专业选送1名骨干教师去德国进修学习先进工程教育理念。为提升教师的工程能力，每年安排1—2名青年教师去企业参与相关的工程项目。

三、结束语

本文总结近年來我校在CDIO教育模式下开展工程热力学教学的具体做法。从实际效果看，基于工程教育理念的课程教学成效明显，可适应于应用型本科人才培养目标需求。然而，在实际推行CDIO工程教学过程中，仍面临诸多方面的挑战，如工程教育强调教学过程的互动与协作，这要求实施小班教学，对于每届招收120人左右的学生规模，相比传统的大班授课，这无疑增加了教学成本。对于师资队伍相对薄弱的地方应用型本科院校，新的教学模式导致教师工作负荷显著增大，如何保证教师的工作热情和精力也是当前面临的主要困难。

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