劉秀偉 汪權(quán)明 楊林
摘要:將國內(nèi)外先進(jìn)的CDIO工程教育理念應(yīng)用于《土木工程材料》課程的教學(xué),經(jīng)過CDIO課程定位、教學(xué)目標(biāo)確定、教學(xué)大綱構(gòu)建、課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)施過程,最后進(jìn)行了教學(xué)改革前后對(duì)比分析,結(jié)果取得明顯成效。CDIO教學(xué)模式從根本上改變了學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,大幅度提高了教學(xué)效率,為推進(jìn)高等教育教學(xué)改革發(fā)揮積極作用。
關(guān)鍵詞:教學(xué)模式;土木工程材料;教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2018)21-0167-03
一、前言
土木工程材料種類繁多,《土木工程材料》課程涉及非金屬材料、金屬材料、高分子材料以及復(fù)合材料等內(nèi)容,每一類材料都涉及到一個(gè)龐大復(fù)雜的材料科學(xué)體系。教師在運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)模式教學(xué)時(shí),基本上都是要學(xué)生死記硬背,學(xué)生要把各種材料的性能、特征等進(jìn)行記憶,學(xué)起來枯燥無味,傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能很好地適應(yīng)這門課程的教學(xué)發(fā)展,因此,我們將CDIO教學(xué)模式引入《土木工程材料》課的教學(xué)中,希望在有限的時(shí)間內(nèi),讓學(xué)生比較好地了解和掌握土木工程材料基本理論知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,包括動(dòng)手能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力等,使《土木工程材料》這門課程的課堂不再“死氣沉沉”,而是變得“生機(jī)勃勃”。CDIO工程教育改革模式代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate),它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)課程。同時(shí)建立了CDIO教學(xué)模式的教學(xué)大綱,在2016級(jí)的試點(diǎn)班中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐和研究,并依據(jù)CDIO教學(xué)模式的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和分析。
二、精心設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建CDIO教學(xué)體系
(一)突出重點(diǎn)、刪繁就簡
精選內(nèi)容的原則是既要保證學(xué)生學(xué)到最需要的知識(shí),打好扎實(shí)的基礎(chǔ),又要有一定的時(shí)間與精力去獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,以利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。
(二)追蹤前沿
為了使學(xué)生更好地掌握基本理論知識(shí),了解學(xué)科前沿發(fā)展方向,必須深化課程內(nèi)容設(shè)置,精心組織教學(xué)內(nèi)容,對(duì)不斷涌現(xiàn)的新材料、新技術(shù)和新的研究成果要有選擇地向?qū)W生介紹,及時(shí)將教學(xué)研究和科研成果引入教學(xué)中,讓學(xué)生了解老師的科研情況及成果,以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果。
(三)不斷改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法
教學(xué)方法以啟發(fā)式教學(xué)為主,啟發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行正確的思維,從而提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。教師的授課方法必須變“遷就型”為“創(chuàng)導(dǎo)型”,激發(fā)學(xué)生濃厚的自學(xué)興趣,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,重視學(xué)生的學(xué)習(xí)方法,指導(dǎo)學(xué)生掌握分析問題的思維要領(lǐng),以及解決問題方法的普遍性規(guī)律。
1.帶著問題上課:老師在上課前收集好學(xué)生的問題,或者由老師提出問題,學(xué)生帶著問題上課,將個(gè)人的構(gòu)想、構(gòu)思等融入課堂。
2.增加課外調(diào)查環(huán)節(jié),將學(xué)生分成小團(tuán)隊(duì),對(duì)學(xué)生和老師的構(gòu)想、構(gòu)思組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論,學(xué)生通過在團(tuán)隊(duì)中討論,將其凝結(jié)成一個(gè)設(shè)計(jì)思路,還可以將各方的資源整合,拓展學(xué)生的視野和思路,以使設(shè)計(jì)思路清晰、更趨完美、更接近實(shí)際,為后面的實(shí)施和改進(jìn)做好鋪墊。
3.采用工程實(shí)例教學(xué),然后學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),以實(shí)施自己的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。此部分作為教學(xué)的重點(diǎn)。通過實(shí)施的過程,學(xué)生個(gè)人和團(tuán)體都能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題直至解決問題,老師在此過程中需積極參與學(xué)生的實(shí)施過程并進(jìn)行指導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生正確的進(jìn)行思考和實(shí)施,幫助學(xué)生解決問題。
4.展示和改進(jìn)團(tuán)隊(duì)成果,通過展示各個(gè)團(tuán)隊(duì)和個(gè)人的實(shí)施成果,再次組織討論和指導(dǎo),集思廣益,從而改進(jìn)團(tuán)隊(duì)成果。
(四)構(gòu)建CDIO教學(xué)大綱
CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。因此進(jìn)行CDIO改革后,“土木工程材料”的課程目標(biāo)不但包括了專業(yè)知識(shí)的要求,而且還強(qiáng)調(diào)相關(guān)能力的提升要求。
三、教學(xué)方法的設(shè)計(jì)及教學(xué)全過程
1.“C”階段,以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)為主,老師先將相關(guān)的理論知識(shí)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)做大概的介紹和教學(xué),老師在整個(gè)教學(xué)過程中更重要的是起引導(dǎo)、指導(dǎo)和鼓勵(lì)作用。學(xué)生需要思考問題、提出問題,查閱大量文獻(xiàn)和查找相關(guān)的技術(shù)資料。再將全班分成7個(gè)團(tuán)隊(duì),每個(gè)團(tuán)隊(duì)的人數(shù)在7人左右,老師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)分工明確,由組長分配其組員相應(yīng)的工作,每個(gè)組員都必須有自己的工作和想法。老師將學(xué)生提出的問題進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo),為后面階段做好鋪墊。
2.“D”階段,學(xué)生需要培養(yǎng)更多的動(dòng)手能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力,通過第一階段的準(zhǔn)備和探討,由團(tuán)隊(duì)初步提出材料的設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括選定項(xiàng)目的基本思路、材料的基本性能、配比設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法、預(yù)計(jì)成果等,由老師把關(guān)和指導(dǎo),最后形成一個(gè)比較合理的設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)中,學(xué)生首先要有清晰的構(gòu)思,而構(gòu)思就需要查閱大量的文獻(xiàn)資料和實(shí)地調(diào)研,了解和熟悉相關(guān)的專業(yè)知識(shí),無形中便增加了學(xué)生的知識(shí)面以及加強(qiáng)了理論知識(shí)。
3.“I”階段,該階段為主要實(shí)施階段,學(xué)生團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)分工明確,學(xué)生在該階段應(yīng)充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,并且在此過程中,學(xué)生必須掌握課程教學(xué)大綱要求的內(nèi)容,如土木工程材料的基本性質(zhì)、影響性質(zhì)的因素、提高相關(guān)性能的措施等,老師重在參與此過程,負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生在正確的操作程序下順利完成項(xiàng)目實(shí)驗(yàn),并負(fù)責(zé)解答在實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的問題及幫助學(xué)生解決問題。
4.“O”階段,該階段為項(xiàng)目的分析、展示和改進(jìn)階段。項(xiàng)目完成后,在全班進(jìn)行展示和討論,其他團(tuán)隊(duì)提出問題和建議,老師進(jìn)行點(diǎn)評(píng),從而改進(jìn)該方案。如果項(xiàng)目實(shí)施后結(jié)果不理想,學(xué)生團(tuán)隊(duì)可以再次進(jìn)行設(shè)計(jì)—實(shí)施—改進(jìn)過程。
將以上CDIO教學(xué)模式應(yīng)用于《土木工程材料》課的教學(xué),如我們要求學(xué)生配制一種具有特殊性能且經(jīng)濟(jì)環(huán)保的材料,可以是混凝土或砂漿、墻體材料、合成高分子材料、建筑功能材料等任何一種。我們首先要求學(xué)生進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì),在構(gòu)思和設(shè)計(jì)中需考慮材料的實(shí)用性能、經(jīng)濟(jì)性能、環(huán)保性能等及其影響因素,如組成材料、外加劑、外摻料、配合比等,老師將任務(wù)分配到各組,然后分組構(gòu)思和設(shè)計(jì),學(xué)生通過查閱大量文獻(xiàn)和資料及實(shí)地調(diào)研,先分組討論,再在全班討論,將所收集的材料匯總后,對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和指導(dǎo),在老師的引導(dǎo)下設(shè)計(jì)出課題進(jìn)行研究,如老師可引導(dǎo)學(xué)生在發(fā)明的新材料中盡可能多的使用固體廢棄物作原材料,以減少自然資源的使用、減少環(huán)境污染,達(dá)到經(jīng)濟(jì)環(huán)保的目的。其次,實(shí)施和改進(jìn)階段,老師在此過程中負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生正確操作完成項(xiàng)目實(shí)驗(yàn),并負(fù)責(zé)解答在實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的問題及幫助學(xué)生解決問題,通過實(shí)施和對(duì)試驗(yàn)不斷的改進(jìn),最后讓學(xué)生對(duì)要研發(fā)的新材料有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。這樣反復(fù)進(jìn)行構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-改進(jìn),最終寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者研發(fā)報(bào)告。
完成課題后表明,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自學(xué)能力、溝通能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、職業(yè)技術(shù)能力、職業(yè)道德以及適應(yīng)社會(huì)的能力得到了明顯的提高。
四、教學(xué)改革前后對(duì)比分析
《土木工程材料》課程內(nèi)容,在改革前是通過講授的教學(xué)方法要求學(xué)生獲得有關(guān)建筑材料的性質(zhì)與應(yīng)用等的基本專業(yè)知識(shí)和必要的基本理論,并獲得主要建筑材料試驗(yàn)的基本技能訓(xùn)練。改革后:1)分組探討和研發(fā)新的土木工程材料。經(jīng)過了構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、改進(jìn)四個(gè)過程,在構(gòu)思和設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮材料的實(shí)用性能、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展等特點(diǎn),材料來源于“生活”而又必須高于“生活”,即材料必須在工程或生活中解決實(shí)際問題。通過查閱大量文獻(xiàn)資料和調(diào)研,了解和熟悉相關(guān)的專業(yè)知識(shí),讓學(xué)生拓寬視野,開闊思路,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2)通過實(shí)例教學(xué)后,分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐,親身體會(huì)材料的性質(zhì),了解和掌握材料的性質(zhì)與其影響因素之間的關(guān)系。3)能夠獨(dú)立操作儀器完成實(shí)驗(yàn),通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作將實(shí)驗(yàn)或者研發(fā)做好,反復(fù)進(jìn)行土木工程材料的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-改進(jìn),通過CDIO教學(xué)過程,最終寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者研發(fā)報(bào)告,報(bào)告內(nèi)容需要包括在實(shí)驗(yàn)或研發(fā)過程中遇到的問題、解決問題的過程、團(tuán)隊(duì)分工合作的形式。
考核形式,改革前是閉卷考試及提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。改革后:整個(gè)的CDIO過程為考核的主要依據(jù),在全班展示報(bào)告為輔助依據(jù)。包括:(1)構(gòu)思或者構(gòu)想(C),提供討論記錄,包括討論的問題,用視頻記錄討論的情況,每個(gè)組員都要發(fā)表自己的觀點(diǎn),還應(yīng)提交所查閱的相關(guān)文獻(xiàn)和資料;(2)材料的設(shè)計(jì)(D),提供會(huì)議記錄和最終結(jié)果,如果材料的設(shè)計(jì)經(jīng)過了反復(fù)的研究和試配,還需要提供每次的記錄和結(jié)果;(3)實(shí)驗(yàn)實(shí)施(I),提供實(shí)驗(yàn)的過程記錄,記錄在實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的問題,還需要進(jìn)行拍照或者錄像作為輔助資料。(4)材料的評(píng)估或者改進(jìn)(O),通過以上過程,將會(huì)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的問題,對(duì)這些問題進(jìn)行討論分析,從而改進(jìn)材料或者對(duì)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行評(píng)估。
評(píng)分標(biāo)準(zhǔn);改革前:考試占70%,平時(shí)占30%。改革后:CDIO過程占60%,考試占40%。
五、結(jié)論
通過以上過程分析可見,CDIO教學(xué)模式相對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式有明顯的優(yōu)勢(shì),在應(yīng)用型的學(xué)科特別值得推行,其優(yōu)勢(shì)在于:
1.通過具有導(dǎo)引性的教學(xué)過程,引導(dǎo)工程實(shí)踐入門,激發(fā)學(xué)生興趣,讓學(xué)生盡早領(lǐng)略工程技術(shù)之美。
2.常規(guī)課程以相互有機(jī)聯(lián)系的方式傳授,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的綜合能力。
3.通過貫穿專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)全過程的CDIO項(xiàng)目,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)親身體驗(yàn)高級(jí)設(shè)計(jì)過程,使得知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用之間形成良性互動(dòng)。
總之,《土木工程材料》課程經(jīng)過CDIO教學(xué)模式改革后,學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí),由原來的以教師授課為主變?yōu)榻處焻⑴c、指導(dǎo)、鼓勵(lì)為主,經(jīng)過改革后,本屆學(xué)生很明顯的比往屆學(xué)生理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握更加扎實(shí)、更加全面,并且CDIO過程鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力、溝通能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、職業(yè)技術(shù)能力、職業(yè)道德以及適應(yīng)社會(huì)的能力,學(xué)生更愿意參與此種學(xué)習(xí)過程。對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、推進(jìn)高等教育教學(xué)改革發(fā)揮積極作用。
參考文獻(xiàn):
[1]張根鳳,張偉剛.土木工程材料課程教學(xué)改革探究[J].西部素質(zhì)教育,2017,(10):168-169.
[2]楊菊英,“三段式”CDIO教學(xué)模式在專業(yè)入門課程中的研究與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊,2016,(3):115-116.
[3]帥英,翟紅俠,劉瑾.基于“CDIO”工程教育模式的土木工程材料課程教學(xué)改革探索[J].高等建筑教育,2015,(12):90-92.
[4]徐松芝,劉嘉誠,等.土木工程材料課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].楊州大學(xué)學(xué)報(bào),2014,(4):19~21.
[5]王宇輝.本科土木工程材料課程的教學(xué)改革探討[J].山西建筑,2017,(9):235-236.
[6]鄭海棠.基于土木工程材料課程改革的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)[J].建筑技術(shù)開發(fā),2017,(6):120-121.