“新工科”背景下基于OBE-CDIO模式的课程设计改革探索

张哲 李帅帅 彭勃 陈红 胡均

摘  要：课程设计是土木工程专业实践教学中的重要环节。本文首先分析了路桥施工图预算设计教学中存在的问题，如课程设计选题和内容略显陈旧等，并提出采取建构“课程设计群”的新培养模式、以“学生”为中心的OBE-CDIO模式、提升任课老师的教学与科研水平等措施，对教学课程设计进行改革，从而提高教学质量，以期培养出符合社会需求的人才。

关键词：课程设计  新工科  施工图预算  OBE-CDIO模式

中图分类号：G642                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）12（c）-0209-04

Abstract： Curriculum design is an important link in the practice teaching of civil engineering. The article first analyzes the existing problems in the teaching of budget design of road and bridge construction drawings， such as the selection of topics and content of course design are slightly outdated， etc.， and proposes to adopt a new training model of "curriculum design group" and "student"-centered OBE-CDIO model， the improvement of the teaching and scientific research level of teachers， reforms the design of teaching courses， thereby improving the quality of teaching， in order to cultivate talents that meet the needs of society.

Key Words： Curriculum design; New engineering; Construction drawing budget; OBE-CDIO mode

1  路桥施工图预算设计教学现状及问题

1.1 课程设计选题和内容略显陈旧

当前的课程设计选题和内容已不适应“卓越工程师”教育培养的要求。从横向看，当前的课程设计要求无论是选题还是内容方面均较为传统。当前土木工程道路与桥梁工程方向课程设计选题和内容大多围绕传统的城市道路、桥梁进行，对近年来迅猛发展的新领域（如跨海大桥、深谷地形特大桥等）涉及不多，对新近设计与施工过程中已广泛应用的新工艺、新材料等涉及不多。从毕业生和用人单位反馈的信息看，学生的综合能力例如学习知识的能力、实际工程能力、动手应用能力、创新思维的能力、适应社会能力等和素质的作用还有较大提升空间。

1.2 课程设计任务的设置“各科为政、相互割裂”

课程设计任务没能形成“课程设计群”，不能满足新工科教育要求。从纵向看，在实施过程中没能形成土木工程管理“课程设计群”，存在较严重的“各科为政、相互割裂”现象，课程设计的教学效果还有很大的提升空間。以路桥施工图预算设计为例，它与《纸上选线设计》《路基工程设计》《道路勘测设计工程设计》《T梁或空心板课程设计》等课程设计紧密相关。目前这几门课设“各科为政”，使用的设计资料（如图纸与任务要求）几乎无关联。因为每科课设的时间均仅为1～2周，学生单熟悉图纸、规范和文献就要消耗一半以上的时间，因此很难做出深度，导致学生的能动性不足。

1.3 课程设计成绩考核方式单调

课程设计成绩考核方式不能充分激发学生的自学与创新能力。以路桥施工图预算设计为例，因为设计时间关系，现阶段主要的考核点侧重于考察设计成果中预算价格的准确性和手算表格的完整性，弱化了对道路与桥梁工程整体理解的正确性。课程设计涉及的知识点繁杂、专业，即使对于一个成熟的路桥工程师亦经常需要借助于文献。现阶段，在规定的时间内较难要求学生有更多的精力去做文献检索，学生对有关知识点的文献检索和规范、标准的分析相当弱，不能充分激发学生的自学与创新能力。

1.4 指导教师主动适应新工科教育的动力不足

现阶段的课设是以教师为中心的指导模式。对于指导教师来说，课程设计教学需要全程主动引导。但是如前所述，课设时间短、任务重、“各科为政”。为完成教学任务，指导老师多倾向于引用熟悉的、传统的内容，对当前工程实践中大量出现的新工艺、新材料、新技术分析偏少。指导教师为完成教学任务，有意规避了一些新设备、新材料，在课程设计中的引导作用降低。

2  国内外研究现状分析

OBE（Outconmes-based Education）即成果导向的工程教育模式，是面向目标（objective）、能力（ability）、需求（demand）三方面的一种全新教育模 式[1]。OBE需要解决以下五个问题：①目标——想让学生取得什么学习成果;②需求——让学生取得这样的学习成果的原因;③过程——通过何种途径让学生取得这些学习成果;④评价——通过什么样的评价指标体系判别学生已经取得了这些学习成果;⑤改进——建立一套方法确保学生能够取得目标中提出的相应学习成果。

欧美国家高校是OBE的先驱，最早可追溯到20世纪80年代，很多高校已经将OBE作为土木工程专业工程教育质量认证的指标。例如美国NAAB（美国国家建筑认证委员会）对美国高校士木工程专业的实践教学内容提出了明确要求，要求学生了解工程的实践过程（包括典型工程和特殊工程），以此掌握传统的工程设计的安排方式，尤其是工程设计人员与甲方的关系。这里的实践教学相当于国内的课程设计教学。

据检索，美国和德国建筑学专业排名靠前的一些高校如美国康奈尔大学、德国亚琛工业大学，尝试将工程实际中的运营管理方式引入课程设计教学过程中，将学生分成小组，团结互助，各专业学生在全过程中理解和掌握协作的方式和策略，着重培养学生发现问题和解决问题的能力，提高学生的综合素质。

虽然欧美高校多采用OBE理论作为工程教育质量认证指标的理论基础，但由于各个高校发展的历程存在差异性，直接选用OBE理论的教学效果亦有较大不同。基于此，2004年麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家工学院等4所高校联合提出了CDIO的培养模式。CDIO是一种工程教育培养模式，代表着构思、设计、实现和运作。CDIO强调要训练学生成为专业人士，在工程方面以及工业产品的整个运营周期中，要拥有坚实的专业基础和高质量的工程应用能力[2]。CDIO教育的核心是教育与工程实践紧密结合，培养学生的实践能力，将理论知识应用于工程实践，并通过工程应用来加强理论内容，达到理论教育与工程实践互动的效果[3]。

根据海外研究结果，OBE着重强调社会需要什么人才，而学校则根据社会的需要对人才进行培训。CDIO强调根据产品生命周期对专业人员进行培训。不难看出OBE是一个理念，而CDIO则是OBE的一种实现和体现。

简言之，国外的研究成果表明基于OBE的CDIO教学模式可以解决工程教育中“理论”和“实践”的矛盾。在国内，为服务于产业现实急需和未来经济发展需要，教育部于2017年2月提出了高等工程教育的“新工科”行动计划[4]。新工科可以理解为工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系。这就意味着学生在教学过程中以此为指导，积极联系新行业和新需求，把握行业对人才的需求方向，凝练行业的特点。最终培养的学生应具有强大的专业知识和工程实践能力，是与行业发展所需接轨的应用型人才。

近年来，国内高校在探索新工科范式上已取得一些成果，比如“成电方案”[5]。这些方案设计体系完整，有一定的理论高度，在课程体系改革、整合资源方面有深度，已经取得了显著的育人效果，但更适用于研究型大学。一些地方高校，根据各自的特点提出了新的融合创新范式，即以学生为中心，融合通识和专业培养构建教学和质量保障体系。例如，汕头大学于2012年建立的EIP-CDIO教学模式[6]，强调创新能力与能力目标具有高度的兼容性;專注于工程实践，例如培养团队合作精神和组织协调能力，并着重于综合创新能力的整合以及社会的和谐发展等

2016—2018年间，河北建筑工程学院对课程设计和毕业设计的教学工作进行了改革。该教改是基于特定项目构建，采用自组织的管理模式，基本上模拟了实际项目的设计过程，实现了不同学科之间的充分沟通与协作，在指导老师的带领下全体同学共同为项目负责。该模型实现了CDIO概念，并在基于结果的专业课程（OBE）之间实现了紧密协作，提高了设计效率，并锻炼了专业设计技能、表达能力和沟通能力。2016—2017年间，北方民族大学将CDIO工程教育理念引入过程设备设计及课程设计中，以过程工程项目设计带动课程教学，课程设计分小组完成一个工段的设备设计，实现了实践教学与理论教学相辅相成、相得益彰，很好地调动学生学习的主动性和积极性，学生的工程意识、专业热情和团队协作明显增强。

3  基于OBE-CDIO模式的路桥施工图预算设计课程改革

3.1 反向设计，调整教学目标，加强专业课程群的建设

在现阶段，专业课程的课程建设孤立，很少有人有建立课程群的意识，因而无法形成以工程能力为主要内容的结构体系。在新工科的背景下，有必要以工程技术为主线、以提高学生工程实践能力和创新能力为目标，构建一个“大土木+”的土木工程专业课程设计实践教学体系。“大土木+”课程群建设的重点是课程的整体优化和交叉整合，根据统筹安排、突出重点的教学内容，有利于教学资源优化配置。

课程群通常具有以下特征：课程群由三个或更多单个课程组成有机系统，这些课程同属于特定学科，并且课程内容密切相关且互补。课程群建设的目的是课程之间以协调的方式开发，并实现共同的教育目标[7]。

以《路桥施工图预算设计》为例，其直接相关课程还包括《工程经济》《基础工程》《桥梁工程》《土木工程材料》《施工组织设计》等多门专业课。如果把相关教学资源整合起来搭建一个课程群，每门课程的教学内容根据其在课程群中所承担的任务而调整，有可能14个学时以上的优化空间，见表1。这14个学时完全可以用于重点知识点的解析，更有利于对学生综合能力的培养、提高教学质量。

3.2 以学生为中心，采用CDIO模式实施项目化教学，构建课程设计群

现阶段课程设计是以老师为中心的导师制，每个设计时间为1～2周。在设计周期内，导师根据个人的理解分配课程设计任务。这种模式如前所述，人为地将多个关联性极大的课设任务割裂开来，增加了老师的负担，学生也疲于应付，刚刚对课设任务有所熟悉就要匆匆结束，然后开始新的课设任务[8]。根据调研，课设的教学过程中普遍存在老师讲不透、学生钻不深的情况。

以《路桥施工图预算设计》为例，如果能转变教学思路，以学生为中心，采用CDIO模式实施项目化教学，构建课程设计群，将关联度高的课设从课程设计初期到结束采用同一套设计文件，那么类似课设群的时间跨度可以长达3～6周，学生只需要充分掌握一套或者两套设计文件，即可完成多门课设任务。

3.3 切实采用多元化考核方式，客观评价课设成果

新工科以学生为中心，强调知识的应用和创新，需要根据实际需要建立知识体系，从而达到培养目标。因此现有的考核方式并不能适应“新工科建设的要求。

如果导入课程设计群的教学模式，就有条件采用多元化的考核方式，能更加客观地考察和评价学生的学习效果。同时配套实施“副导师制”，所谓副导师就是当课程设计群的建设成型以后，指导老师和学生的教学和学习负担并未变化，甚至还略有减轻，而指导老师与学生的工作节奏均得到优化，此时同一阶段和领域仅一名指导老师为核心，其余指导老师可以转聘副导师，协助导师进行日常管理与辅导。

课设群模式配套副导师制，可以确保指导老师有更多的精力建立全过程跟踪和评价机制，按照项目进度、设计深度、技能掌握三个方面开展考核，从方案确定阶段开始直到最后的答辩汇演、成果提交等环节进行全过程跟踪、评价与考核。反过来，学生也能从后期的课设阶段，发现前期设计里的错误之处，修改时间也相对充足，学习积极性和效果应该会有显著提升。

4  结语

传统的教学方法已不适应当前社会高质量、高速度发展的需求，通过尝试改革现有的相对滞后的课程设计教学模式，建构一个“课程设计群”的新培养模式，适应“新工科建设”的发展要求，全面培养学生的工作技能，改以“教师”为中心的教学模式，调整为以“学生”为中心的OBE-CDIO模式，尝试激发学生的学习能动性，同时对现有的教學考核方法进行调整，做到更客观、更科学，通过提升任课老师的教学与科研水平，适应学校从教学型大学向教学研究型大学的转型，积极参与“卓越工程师”培养工作。

参考文献

[1] 李晶晶，王占锋.OBE理念下桥梁工程技术课程教学改革研究[J].当代教育实践与教学研究，2020（4）：69-71.

[2] 丁少虎，吕硕，李茂，等.基于CDIO的企业生产仿真实训课程教学研究[J].西部素质教育，2019（3）：144-145.

[3] 顾雯雯.“新工科”背景下基于CDIO模式的《传感器与测试技术》教学改革[J].科技创新导报，2019（18）：202-203，205.

[4] 张海萍，刘扬.“新工科”背景下桥梁工程专业研究生培养模式探究[J].科技创新导报，2019（32）：215-216.

[5] 曾勇，黄艳，向桂君，等.从新生项目课开始：新工科建设“成电方案”的设计与实践[J].高等工程教育研究，2020（1）：14-19.

[6] 康全礼，傅家琪.系统性工程教育改革的持续探索与思考——以汕头大学、查尔摩斯理工大学为例[J].南方职业教育学刊，2018（4）：52-60.

[7] 王欢，刘晓欧.基于OBE的《会计基础》在线开放课程内容与资源建设研究[J].质量与市场，2020（12）：109-111.

[8] 车海燕，冯铁，马东辉.新工科背景下软件工程课程设计教学新模式[J].计算机教育，2020（3）：52-55.