基于CDIO 和线上线下混合的《基础工程》教学改革研究

何昌春，王天源，查文华，吴波，郝术仁

（东华理工大学 土木与建筑工程学院，江西 南昌）

一 引言

传统的教学模式，注重于教师的教，而学生处于被动地学，积极性不高，教学效果也不好。目前，教育界已广泛认识到这一问题，特别是对于应用型本科教育而言，其目的是培养高质量的工程技术人才（具备基础扎实、知识面宽、能力强，素质高等四个突出特点，尤其是要具备较强的创新能力和实践能力[1]），传统教学模式就凸显其不足，有鉴于此，众多院校都广泛地开展了教学改革。

2020 年的春天，新型病毒肆虐全球，不仅严重扰乱了社会和经济的发展，也影响了各阶段教育教学的正常开展，在中国，在疫情得到有效控制后，国家和各省教育部门为了尽可能减小疫情对教育的影响，逐步组织各学校开展了线上教学活动。随着信息化程度越来越高，以新技术、软件为依托的线上平台和资源为线上教学提供坚实的技术支撑[2-6]。线上有丰富的教育学习资源和优良的教学平台，支持学生进行个性化学习，选择适合自己的学习方式，充分发挥学生自主学习的能动性，教师从知识的讲授者转变为教学过程的组织者、引导者。但单纯的线上教学缺乏老师和同学间的有效沟通和监督，学生的学习效果并不理想，甚至可以用很差来形容。因此，同时采用线上线下混合式的教学模式是未来教育改革的必经之路。

线上线下混合式的教育模式可以弥补传统课程教学存在的一些问题，如课程内容多课时少、考核方式单一，但不能解决理论与实践严重脱节、创新能力和实践能力弱的问题。CDIO 教育理念[7-12]以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以团队的形式主动地参与其中，“做中学”和“基于项目教育和学习”是该理念的集中概括和抽象表达，与生产实践紧密联系，能发挥学生的主观能动性和创造性。

从传统教学模式到线上线下混合教学模式，再到CDIO 教育理念融合线上线下混合教学模式的发展逻辑及各种优缺点如表 1 所示。

表 1 不同教学模式发展逻辑及优缺点

二 基础工程课程特点

基础工程是土木工程专业的一门核心课程，也是土木工程专业有关地基与基础设计研究方面的一门主要课程，一般在土力学、材料力学、工程地质学等课程上完之后开设。在教授《基础工程》近三的时间里，根据课程内容和学生学习特点总结出这门课的如下五个特点：

1.内容覆盖面广。本课程的内容与工程地质学、土力学、结构设计与施工、材料力学、弹性力学、岩石力学以及结构力学等众多学科密切相关，特别是土力学、材料力学和结构设计与施工这三门课程，只有对这三门课程内容比较熟悉才能较好地学好基础工程这门课。

2.知识点难度大。学习基础工程的主要目标是能针对具体工程设计一个满足要求的基础，这里面涉及到非常多的力学公式，要能推导出每一个公式需要有很好的数学知识和力学知识，其难度对于二本院校的本科生是一个不小的挑战，另外，基础工程教材为了缩减篇幅，往往只给公式和结论，很少对公式和结论给出进一步说明，无形中给学生自主学生或课后复习加大了难度。

3.课程与实践联系紧密。基础工程是一门专业性很强的专业基础课，实践教学环节非常重要，但在大土木类招生培养环节下，整个专业基础课的课时减少了，而基础工程课时数的减少首先是要减少实践课课时，致使学生不能直观、生动地观看现场施工，教学效果不太理想。此外，基础工程的设计主要包括地质勘察、构造（尺寸）设计和验算等几部分内容，每部分设计内容都与实践密切相关。比如条形基础悬挑长度一般为边跨柱距的1/4～1/3，这部分构造要求是规范根据大量工程经验总结得来的。

4.课时少内容多。在大土木统一招生和教学的背景下，原来细类招生、方向授课的专业基础课课时和专业课课时遭到了压减，但由于不同土木工程高校对于研究方向都有侧重点，都会偏向于学校或者学院的重点和特殊方向进行适当调整，这样就会导致专业基础课的课时被压缩，而专业课课时一般不会减少。基础工程作为一门专业基础课，其课时自然遭到缩减，其已由原来的48 课时压缩到40 课时，就我所在的土木与建筑工程学院，2018 版大纲已将基础工程课时进一步压缩到32 课时，这对教师授课和学生的学习造成了巨大压力。

5.教材知识面窄，更新慢。每年到了选教材的时候都会遇到一定难题，一方面，教务处要求选用最近两年出版的教材，另一方面，大多教材都是在规范的基础上进行的扩张，由于规范一般更新较慢，使得教材也更新慢。另外，规范一般都不会把最新的技术囊括进去，由于教材的权威性，导致教材也很少把最新的技术放进去。这样，导致学生知识面窄、学习内容陈旧，远远滞后于工程实践行业的发展，学生不能学习到日新月异的基础工程新技术、新工艺，毕业后与社会脱节严重。

三 CDIO 和线上线下混合式教学的重要性

1.有助于提高学生学习主动性。就我所在院校土木工程类学生而言，大部分高年级学生学习基础工程的积极性和主动性较差，这与学生的基础工程相关知识储备不足息息相关，基础工程涉及的力学知识和数学知识广、深、全，致使学生学习难度大、兴趣低，而通过加强实践教学有助于提高学生学习主动性。

2.能帮助学生更好地形象化认识具体基础型式。基础工程的学习首先必须要理解具体的基础构造特点以及不同类型基础的适用条件，要掌握这部分知识需要较好的想象力，实地参观每一种基础类型不太现实，特别是在疫情防控不稳定的当下，组织学生观看具体的基础类型难度可想而知，通过线上内容的设计（动画、视频、VR 等）可帮助学生形象地了解某一基础形式及适用条件。

3. 启发学生专业创造性思维。创造性思维是科技发展的重要保证，好的创造思维有助于快速地、良好地解决问题，促进社会进步。目前的学生大多是“00”后，他们的思维活跃，但对专业知识不是很感兴趣，且当前的专业核心课授课方式与学生的特点和时代特色有点脱节，培养学生的专业兴趣和创造性思维能力对于基础工程创新发展至关重要。

4.促进教师改革教学方法和大纲。教学方法是教法和学法的统一，由于教师在教学中处于主导地位，教师的教法对学生学法的影响很大。鉴于目前基础工程传统、单一的授课方法，教师机械地教，学生被动地学，教学效果很难说好。而线上线下混合教学不仅丰富了教学手段、内容（见图 2），同时在一定程度上增加了学生的学习课时，基于CDIO 教育理念的进一步教学改革，能发挥学生学习主动性，促进学生积极思考。

图 1 CDIO 教育理念融合线上线下教学改革研究内容

5.推进考核方式改革。目前大多土木类专业基础课和专业课的考核方式是“平时成绩= 期末成绩（60%）+ 平时成绩（40）”，这个考核方式本身没有什么问题，但平时成绩却忽略了学生主观能动性的考核，也就是说没有或较少注意到学生的沟通、动手和创造等能力，出现这个的原因主要在于教学方法的改革没有跟上，而基于CDIO 和线上线下混合教学可以较综合对学生的平时成绩进行考核，也就会进一步激发学生学习的主动性和自主性，对学生创新意识和实践能力有很好的促进作用。

6.扩宽学生知识面，主动适应社会发展。科学技术的发展进步日新月异，基础的设计和施工技术也以极快的速度发展着，各种新的设计理念和和施工工艺也在创新性地出现，基于线上线下混合式的教学，可以把最新的基础工程设计理念和施工工艺作为线上部分内容补充到学习要求中来，扩宽学生知识面的同时，也让学生与大型国有企业招生要求相符。

四 基于CIDO 和线上线下混合式教学改革途径

1. 线下教学设计要巧。线下教学是老师和学生面对面的沟通交流活动，基础工程课程的主要教学内容应通过线下课完成传递。要从三个方面开展教学设计。首先，应准备独特的教学素材，好的教学资料和素材是开展良好教学的基础，可以借助于MR、VR、三维投影、虚拟动画等最新的手段，展示明确包含基础工程专业知识内容的动态影像来辅助教学。其次，授课方式要灵活、主动，以学生为主体，采用探究式、个性化、参与式等教学模式，可以借助“雨课堂”“微课堂”“学习通”等课堂辅助小软件进行互动教学，不同的授课模式和辅助教学方式应灵活运用，达到真正课堂气氛活跃、学习快乐的目的。最后，课后作业要有灵性，课后作用的布置不能为了完成任务而布置，也不能简单地以为地基承载力满足要求、剪切力和弯矩使高度和配筋合理就认为是好的课后作业，更好的方式可以通过布置启发式的作业达到，比如无筋扩展基础为什么只需要满足刚性角就可以，而扩展基础却需要进行内力验算？通过这种作业的布置可以进一步启发学生的思维。

2.线上课程内容要妙。线上课程内容应是线下课程的一个很好补充，主要应从三个方面完成。第一，对于每一种基础的形式及适用条件，可以通过世界上著名的建（构）筑物建造视频、动画等让学生课前观看，比如，在讲解沉井基础之前，可以让学生观看给定的长江泰州大桥和港珠澳跨海大桥沉井基础施工视频，了解基础构造及不同地质条件沉井施工可能碰到的问题。第二，针对课堂上的重点和难点知识，在课程线上平台给出知识点的详细讲解、公式推导步骤及可能用到的储备知识，让学生深刻理解知识点背后隐藏的奥妙。第三，每个知识点给出相应的线上课后测试，让学生对每个知识点“了如指掌”，对于线下布置的作用，通过拍照上传到线上平台的方式，让学生们互相批阅，发挥学生主观能动性和沟通交流能力。

3. 课程设计要巧和妙结合。课程设计是CDIO教育理念的重要体现，在构思阶段（C），通过与大型央企沟通交流，搜集地质、水文和上部结构等资料进行构思，确定基础可能类型；在设计阶段（D），根据选定的基础型式，结合所学知识，设计基础的埋设、高度和平面尺寸；在实施阶段（I），根据设计的尺寸，进行基础内力计算和尺寸、配筋验算，最后绘制基础施工设计图；在运行阶段（O），由于课程内容的限制性，在本步骤中，采用班级交流和专家点评的方式代替具体的施工，班级交流采取线上提前交流和线下PPT 汇报的混合方式进行，切实提高汇报质量。整个CDIO 过程，既体现了设计内容的实践性和逻辑性，也发挥了学生的主观能动性，锻炼了学生的创造性、团队协作和沟通能力，实现了CDIO 教育理念和线上线下混合教学，如表2 所示。

表 2 基于CDIO 教育理念的项目式基础设计流程

4.平时考核要全面。平时考核是学生综合能力的一种评价，平时考核设计是否合理与学生能力评价是否客观紧密相连，基于CDIO 教育理念和线上线下混合教学的基础工程平时考核要注意线上课时学习的考核，线上的考核主要从学生主动学习和活跃等方面打分，而CDIO 部分（实践）则从学生的沟通交流、团队合作、创新性等方面打分，这样既体现了学生的综合能力，也有助于教师对整个教学设计进行反思和改进。

五 结语

基础工程是一门综合性、实践性、时代性特别强的土木类专业基础课程，也是一门与新设计理念、施工工艺和技术息息相关的重要课程。学生要学好基础工程这么课程，离不开教师对基础工程整个授课过程的精心设计，新时代涌现的诸多特征要求教师必须结合互联网和基础工程实践性的特点对课程进行改革，设计好CDIO 教育理念与线上线下混合式教学改革，有助于培养出理论与实践能力两手硬的人才，有助于为社会主义建设培养德智体美更加全面的人才。