基于CDIOF 的实例式教学法在“土木工程检测”教学中的实践与思考

鲁四平，黄方林，肖柏军

（中南大学土木工程学院 湖南 长沙 410075）

1 当前土木工程实践教学的局限性

土木工程是一门涉及多学科、多领域的综合性学科，属于典型的工程应用学科，该学科要求学生能将先进的系统理论知识运用到纷繁复杂的具体工程问题中去，简言之，即具备理论与实践相结合的能力[1]。受传统教育理念影响，很多教师在教学设计中过于看重理论推演和讲述，忽略实践训练，实践课程课时量一般较少[2]。在有限的课时条件下，教师设计实践教学时，仍存在重视理论环节轻视实践锻炼的问题。此外，试验实践教学环节的模式以教师演示为主，试验内容、实验方法缺乏变化，少有更新，实验报告基本未见改动[3]。学生在学习过程中仅仅是观看，缺乏动手锻炼的机会。学生在学习过程中存在动脑少、自主性不够、无法将试验过程与相关知识点有效结合、对实际问题理解不透彻等诸多问题，难以实现提高学生综合实践能力与培养学生团队协作能力的课程目标。总体说来，实践类课程的传统授课方式已很难适应现阶段我国人才培养的目标要求。

2 土木工程实践课程教学模式探索的意义

新世纪科学技术日新月异，社会对人才的要求越来越高。21 世纪初英国皇家工程院（RAE）就曾指出，当代工程师应当是以下三种角色的复合体：某一工程领域的技术专家，有处理复杂事务能力的高级复合人才和有开拓精神和领导才能的挑战者[4]。随着生产力的提高，土木工程越来越向大型、标准、复杂方向发展。现代大型土木工程建设的兴起，需要不同专业的工程师相互配合，团队协作才是工程学科未来发展的方向。这就要求在学生培养过程中，教师不仅需要加强专业基础知识的学习，还要注重学生多方面能力的培养，如个人领导能力、人际交往能力、团队协作能力、学科交叉融合能力等[5]。

“土木工程检测”是土木工程专业一门专业实践课程，具有很强的综合性、应用性和创新性。它包含的内容十分广泛，涉及岩土、结构、力学、道路、桥梁、隧道及仪器仪表等多个专业课程的内容。

本文以中南大学已有十多年开设历史的土木工程专业实践类选修课程“土木工程检测”为例，根据本课程内容广、博、杂的知识特点，结合选修学生来自不同专业的生源特点，引入CDIOF 教育理念，以多学科交叉的实际工程项目为依托，进行课程模式构建，并进行了相应的教学实践案例探索。

3 CDIOF 教育理念与教学模式建构

3.1 CDIO 理念

CDIO 理念是21 世纪初由美国麻省理工学院与瑞典皇家技术学院等四校提出的一种全新的工程教育思想。它借助工程系统的全生命周期理论，将教学架构建立在“构思—设计—实施—运行”这一工程活动的全生命周期过程中。CDIO为构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）四个英文单词的首字母大写的缩写[6-7]。该理念要求学生在实际工程情景中有目的地主动学习，强调使学生能够将所学的专业知识应用到工程实践中，在做中学，学时做，边学边做，边做边学。

3.2 基于CDIOF 的“土木工程检测”课程教学模式结构

结合“土木工程检测”课程的特点，“构思”包括教学内容构思、选题构思、实施过程构思三个方面。教学内容构思：土木工程检测课程内容众多，知识点庞大而繁杂，教学内容需要有所取舍，不可能面面俱到。选题构思：根据教学内容，进行依托项目选择，项目选择好后，可反过来完善教学内容，两者相互支持。实施过程构思：即课程的实现方式构思，包含教师团队的组建、学生团队的组建，交流平台的搭建、任务书、结业模式、教学模式的构想。

“设计”：主要包括课程结业任务书设计、实际项目相关子课题的设计、理论教学模块、教学过程的设计与实践教学模式设计。“设计”是在“构思”完成，下达任务之后，本阶段完成对结业任务的分解，任务完成形式与完成环节设计，明确各子课题环节学生个人角色与分工。

“实施”是指本课程开展和完成全过程，含“理论教学”“实践实验教学”“学生自学”三部分。本阶段对应依托的实际工程项目，学生需完成基础理论知识的学习与各试验检测方案的设计，并检查方案的可行性与是否存在不合理之处，进而完成对相应检测设计方案的修改。

“运行”主要是指学生提交课程结业任务，部分在实际检测项目中模拟执行，并出具检测报告的过程。

反馈（Feedback）：信息反馈是课程实施的重要环节，包括学生与教师、学生与学生之间信息的沟通。教师与学生之间信息的传达、检测任务启动顺序、实施进程的管理与学生之间横向交流都需要必要的信息反馈。实时的信息反馈是课程高效执行和项目正常运转的保证。因此，在CDIO 基础上增加实时“反馈评价”（Feedback Evaluation）环节，简称“CDIOF”。

CDIOF 教学模式讲究教师教学的启发性与学生学习的主动性。教师依托实际工程设计教学环节，根据实际工程提炼学术中的理论问题，启发学生进行思考、讨论、查阅相关资料以达到解决问题之目的；学生在工程实际问题中，找到并发现前期学习的理论知识与现实工程之间的联系，提高将基础理论知识与工程实践相结合的能力。在这种能力的培养过程中，学生自觉地实现基础知识向工作能力的转变，缩短走入社会、适应新岗位的过程，同时可培养学生的团队意识与协助精神。图1 是基于CDIOF 的土木工程检测课程教学模式结构图。

图1 基于CDIOF 的“土木工程检测”课程教学模式结构图

4 基于CDIOF 的“土木工程检测”课程教学实践实例分析

中南大学基于CDIOF 理念开展“土木工程检测”课程教学实践，选修学生面向土木大类，主要涉及建材、岩土、结构、力学、桥梁、管理等专业。

4.1 实践教学实例构思

4.1.1 课程选题

土木工程检测课程教学案例可选择综合性较强的检测项目，难度要适中（这种选题在本课程中比较方便做到，所以也便于本课程理念的实施）。如选择“××高速公路××桥梁施工质量全过程控制”检测作为实际依托工程，检测内容包括原材料检测、混凝土配合比试验、混凝土强度检测、桩基承载力检测、单梁承载力检测、桥梁施工控制监测、桥梁动静载试验、全部试验项目管理等。课题要求学生根据给定的资料进行项目全过程检测方案设计与计算复核，实际实践课可选择其中部分内容进行。

4.1.2 成果要求与成绩评定

考虑到实践类课程的教学目标和课程特点，教师一开始就将选课学生（40～50 人）分成若干组，每组包含各专业学生1～2 名，制订分组检测方案设计任务书，明确小组检测方案设计内容及成果要求，对检测内容、计算模型、计算说明等做出规定。

以作者实践的“××高速公路××桥梁施工质量全过程控制”为例，8～10 人一组，单组学生需要完成的试验方案、相关专业知识见表1。

表1 课程小组任务及相关知识点

为了达到教学目的，保证学生对分配的任务理解到位，任务要求一定要具体。所以针对每一个具体的方案设计应提出细分要求。表2 给出了对基桩承载力试验方案的细分要求。

表2 试验方案的细分要求

受时间与场地限制，实际运行可选择部分小组的检测方案进行检测实操，并给出评价。为保证课程成绩的公平性，对各个小组的成果进行答辩汇报，采用组与组之间互相打分、授课教师打分等方式综合进行。

4.1.3 组织形式

建立校企联合的指导教师联合指导小组，依托湖南铁院土木工程检测有限公司（中南大学校办企业，土木工程学院师生的实践平台）实际检测项目进行选题。学生根据检测任务内容和专业知识构成进行统一分组。

4.2 设计、实施、运行

根据选修学生的专业构成与比例，教师选定课题任务之后，首先对课题任务进行分解，确定相关子课题，根据每个学生的专业进行分组，明确其在整个任务中的角色分工。按照教学大纲要求，中南大学“土木工程检测”教学与实践总课时为32 课时，理论24 课时，实践过程为8 课时。开课时第一时间将课程结业任务布置下去，教学过程采用分组讨论、代表发言、问题分析、实例解析与方法引导等方式保证教学顺利进行。在教学过程中，教师根据授课内容先行设置相关问题，学生课后准备，课堂上学生将准备的问题进行呈现与讲述，实现教师与学生的角色转换（翻转课堂）；在设计某专业类型的试验方案时，方案组长由相应专业的学生担任，其他学生担任组员，组长负责本方案制订过程中所有任务的分配安排与统筹；当设计下一个专业的试验方案时，前组长自动转换为组员，新的相应专业的学生担任组长。由此，每个学生均会实现组长与学员之间的角色互换（角色转换）。

为保证在有限的时间内完成规定的任务，教师事先应精心制订本课题实施纲要。纲要的整体要求是：参与课题的全体学生在领导本组其余同学完成与自己专业相关任务的同时，还必须在本组其他各位同学的分别领导下协助完成与之相关的任务，直至本组所有任务全部完成。

在教学实践中，各组力学模型的建立均要求采用相同的软件（基础建模ABAQUS、桥梁建模MIDAS/Civil），便于学生在建模过程中相互交流与发现问题。

5 基于CDIOF 的实践课程教学效果评价与思考

5.1 教学效果

5.1.1 基于学生学习效果问卷调查的教学效果评价

对选修“土木工程检测”的学生开展了“实践课程能力锻炼”调查，所有学生的团队协作能力、工程识图能力、信息获取能力、实践动手能力、知识迁移能力、独立思考与自我创新能力均得到了不同程度的锻炼与提升。

5.1.2 课程教学模式的适应性评价

根据课程的开设目的，实践项目可大可小（内容多少由实际参与选课学生人数与选课学生专业决定），实际检测课题与之相适应进行规模加减。在实际设计方案时各专业学生既相互独立（检测任务组长按专业安排）又相互依存（全部检测方案、现场实操按大组评审），通过实际项目培养他们之间的协作精神，督促他们相互交流。为方便组员之间的交流，每组建立一个微信群进行管理，教师受邀进群，及时掌握学生的进度与困难，对具体问题进行指导，同时实现对进度的管理。实践表明，基于CDIOF 的案例式教学对实践课程具有较强的适应性，可以取得较好的教学效果。

5.2 对基于CDIOF 的实践课程教学的几点思考

5.2.1 增设实践教学课程设计

现阶段国内高校实践教学时间一般比较有限（大多24―32 学时），要以CDIOF 模式进行学习，需要占用学生部分课余时间才能较好完成。如果在部分实践课程后能安排一周左右的实践课程设计将会取得更好的教学效果。因此，学校有必要增设实践类教学课程。

5.2.2 实践课程的选题

实践课题应根据综合性能力提升的要求，优先选择实施过程中成员之间需要较多交流、沟通与协调的课题；同时，实践课题的内容应根据教师及学生专业特点进行调整。教学过程中,教师应加强引导监督，学生需加强自我学习管理，自觉增加获取知识的途径，并能与其他各专业的学生进行有效沟通和协作。

5.2.3 任课教师的工程实践能力

开设依托实际工程项目的综合类实践课程教学，对教师的工程实战经验提出了较高的要求，他们需要对选用的具体实践内容有着较强的把控能力。高校需要转变教师的教学培养观念，鼓励专任教师深入工程一线，参与国家重大工程，了解工程实际需求，适应时代发展。

6 结语

基于CDIOF 的“土木工程检测”教学实践表明，引入CDIOF 理念，根据教学内容及规划，建立以实际项目为依托、以相关规范为准则的教学构架，师生合力，实现对工程全方位的检测技术覆盖，学生获得感满满；该模式在有效锻炼学生多项能力的同时，也能实现教师自身实战能力的提升，达到教学相长的目的。

通过对CDIOF 教学实践实例进行分析，验证了该教学模式的可行性。从实施的效果来看，该模式得到了学生的普遍认可，学生各方面的能力得到了明显的锻炼与提高。