CDIO＋PBL在土木工程专业教育应用探讨

常威 贾开武

[摘 要]CDIO与PBL作为两种新型的教育模式，具有各自的优势，近年来得到关注并开始应用于高校的各专业的教育培养改革中。土木工程教育强调解决实践问题的技能培养，传统的课堂教育模式往往不能较好地实现该目标。该文以利默里克大学土木工程教育实践为例，探讨CDIO与PBL在土木工程专业教育中相结合的教育模式，并希望为今后我国高校土木工程专业教育的改革提供参考和依据。

[关键词]CDIO;PBL;土木工程教育

[基金项目]2017年度河北省高校新工科研究与实践项目（2017GJXGK041）

[作者简介]常 威（1987—），女，河北唐山人，硕士，唐山学院土木工程学院讲师，主要从事建筑设计理论研究（通信作者）;贾开武（1964—），男，河北唐山人，硕士，唐山学院土木工程学院教授，主要从事房屋建筑设计研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）28-0282-02[收稿日期] 2019-12-05

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的重要成果，在国际范围内应用于多个院校和多个学科，取得了较好的成果，能够很好地弥补传统教育模式的缺点与不足。PBL教学模式自20世纪产生以来，也在各个领域的教育培养中，发挥着重要的作用。土木工程专业具有实践性强、知识结构复杂等特点，传统的教育模式往往不能较好满足对专业技能型人才的需求。我国于2016年正式加入《华盛顿协议》，与成员国之间实现本科工程学历资格互认。由此，我国工科教育有了更高的国际化要求，多种国际工科教育模式也受到我国高教领域的重视。在此形势下，探讨新型教育模式应用于土木工程专业成为教研的关键课题。本文旨在通过结合案例分析与研究，探索将CDIO与PBL相结合的新型教学模式在土木工程专业教育中实践的可行性。

一、CDIO教育模式与PBL教育模式解读

CDIO工程教育模式作为被广泛采用和普遍接受的教育模式之一，是指以产品生命周期的四个环节—构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operation）作为代表性的四个教育和实践训练环节，提供同实践有机关联的教学情景，鼓励学生以主动的方式学习工程。CDIO强调基于项目的体验式学习和专业技能的发展[1]。CDIO致力于将学科知識的教学、课程实施和评估实践相结合，以提供这样一个整合和创造性的环境来进行专业人才的培养。

PBL（Problem-Based Learning）是指以问题为导向的教学模式，基于现实世界并以学生为中心，强调以学生的主动学习为主，把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，学习隐含在问题背后的知识，形成并提升解决问题的技能和自主学习的能力。PBL教学模式的优点是可以促进学生进行开放式探究，促进学生团队合作及批判性思维能力的发展，让学生在头脑风暴中得到更多锻炼，有利于培养学生的自主学习能力和实践能力等综合素质[2]。

二、CDIO与PBL结合的可行性研究

伯恩哈德（Jonte Bernhard，瑞典林雪平大学〔Linkoping University〕工程教学领域教授）曾指出，土木工程师的解决方案很大程度上是由其场地的环境和地面条件构成的。实践者所展示的专业知识在本质上既不是纯粹的，又不是命题性的，也不是技术性的。事实上，除非在实际的环境中，这种技术不能被直接地构想出来，也不能被展示和传播。工程实践在解决情境嵌入问题时选择了技术理性，它把理论知识和实践知识结合起来，只能通过由经验丰富的导师模拟的实际实践来学习。

CDIO模式主张将理论、实践和反思有机结合起来，对工程教育进行认识论的拓展。在建立了扩展认识论的哲学原理之后，艾德斯特伦（Kristina Edstrom，瑞典皇家理工学院教授）和科莫斯（Anette Kolmos，丹麦奥尔堡大学〔Aalborg Universtiy〕工程科学领域教授）指出，虽然CDIO改革从结果（目的）获得收获，PBL改革从过程（手段）获得收获，但它们在许多方面是重叠互补的。PBL和CDIO是对专业实践的两种回应，各有侧重。因此，我们可以推断，在土木工程教育中，将CODI与PBL有机结合起来，实现新型的一体化教育培养模式，可以较好地实现工程教育中对解决实践问题能力的培养。

三、利默里克大学土木工程教育实践

从2009年起，爱尔兰利默里克大学（University of Limerick）的土木工程专业就采用了CDIO和PBL结合的模型。土木工程课程从开始就被设想为一个基于问题的项目。只要可行，所有学期的协作设计项目都将需要创造力，并跨学科进行模块化、集成化的学习方式。

（一）第一年课程安排：不同的短期项目

第一个项目内容是为期一周的短期项目，旨在挑战学生的学习观念，并通过在PBL模式下的支持、合作、实际的设计过程，给予他们创造性的自由来发展他们的自我效能感。学生们在他们最能接受新模式的时刻，即开学的第一周，立即开始了一个积极的、协作的设计过程。项目要求在一个星期内，作为一个团队，设计、建造、测试和展示你的设计，要求设计完成一个特殊工具，在不依靠电力、重力或其他能量来源的情况下将一层楼板移动至少4米。

以实践为动机的探究、设计、建造等积极的合作过程构成了这个项目的教育性，因为它要求学生调动和整合横跨理论与实践领域的知识，包括社会实践。简而言之，学生们被引导进入设计的合作、创造性和实验性实践中，并在这种实践中，对解决问题的富有想象力的探索形成了倾向和习惯[3]。

（二）第三年：综合设计项目

项目的具体要求简介如下：在当地城市中，一个尚未建成的建设项目被确定为本学期项目来源;在第一周，学生们参观和学习相关的建筑先例，识别并寻求改善结构设计，共同解决整个建筑的横向稳定性问题。许多学生在实践中更加直观地理解垂直重力、水平不稳定力及其相关荷载的计算。学生考虑基础设计的标准并确定基础设计所需的数据，并在学校的实验室里通过测试获得数据。

四、應用性探讨

利默里克大学土木工程专业培养中的案例对于我国土木工程专业教育模式有很好的参考与借鉴作用。例如，可以结合本校的校企合作、产教融合平台，采用来自合作企业的实际项目，或者将教授的场景设置在合作企业的工作室。再如，由于我国各城市建筑行业发展水平不均衡，考虑到地处小型城镇的院校，其现场勘探的场景有限，可以考虑对利默里克大学中的综合设计项目进行改良，选择契合当地发展情况的项目并设置相应的设计题目。此外，时长较长的大型综合性项目的设计，可以考虑同土木工程专业的毕业设计相结合，综合考察建筑、结构、土力学、施工管理等多个专业知识，综合完善项目设置的要求、难度。

五、结论

CDIO实践强调在解决问题的情境下，通过构思、设计、实施和运行四个教育与实践环节，综合提高学生的实践技能。PBL则可以促进学生开放式探究，培养学生独立学习和终身学习的能力，增强学生团队合作及批判性思维能力的发展。利默里克大学土木工程教育实践中CDIO与PBL的有机结合与良好的应用效果，给我国高校土木专业的教育模式改革提供了很好的参照。我们相信，通过CDIO与PBL的合理结合，改革后的教育可以将学生引向更高效的受教育过程与更有价值的受教育目标。

参考文献

[1]董康兴，尹义方，宋微.“CDIO+PBL”教学模式在机电一体化课程教学的应用[J].机械设计，2018，35（S2）：253-254.

[2]杨程玲.PBL教学法下教师角色行为的调查研究：以医学为例[D].汕头大学，2010.

[3]万泽青，朱卫东.土木工程专业教育与创新创业教育融合的探讨[J].高教学刊，2018（23）：36-37+40.

Application of CDIO+PBL in Civil Engineering Education： A Case Study of University of Limerick

CHANG Wei， JIA Kai-wu

（School of Civil Engineering， Tangshan University， Tangshan， Hebei 063000， China）

Abstract： As two new education models， CDIO and PBL have their respective advantages. In recent years， CDIO and PBL have been paid attention to and started to be applied in the education and training reform of various majors in colleges and universities. Civil engineering education emphasizes the skill training of solving practical problems， and the traditional classroom education model often fails to achieve this goal. Taking the practice of civil engineering education in University of Limerick as an example， this paper discusses the education model of combining CDIO and PBL in civil engineering education， and hopes to provide reference and basis for the reform of civil engineering education in Chinese colleges and universities in the future.

Key words： CDIO; PBL; civil engineering education