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CDIO教学模式在《土木工程材料》课程中的应用
CDIO教学模式在《土木工程材料》课程中的应用
刘秀伟1,汪权明1,杨林2
（1.贵州理工学院；2.贵州大学,贵阳550000）
摘 要：将国内外先进的CDIO工程教育理念应用于《土木工程材料》课程的教学,经过CDIO课程定位、教学目标确定、教学大纲构建、课程教学内容设计与实施过程,最后进行了教学改革前后对比分析,结果取得明显成效.CDIO教学模式从根本上改变了学生被动学习的局面,激发了学生的学习兴趣,大幅度提高了教学效率,为推进高等教育教学改革发挥积极作用.
关键词：教学模式；土木工程材料；教学改革
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）21-0167-03
一、前言
土木工程材料种类繁多,《土木工程材料》课程涉及非金属材料、金属材料、高分子材料以及复合材料等内容,每一类材料都涉及到一个庞大复杂的材料科学体系.教师在运用传统的教学模式教学时,基本上都是要学生死记硬背,学生要把各种材料的性能、特征等进行记忆,学起来枯燥无味,传统的教学模式已不能很好地适应这门课程的教学发展,因此,我们将CDIO教学模式引入《土木工程材料》课的教学中,希望在有限的时间内,让学生比较好地了解和掌握土木工程材料基本理论知识,培养学生分析问题和解决问题的能力,包括动手能力、团结协作能力、沟通能力等,使《土木工程材料》这门课程的课堂不再“死气沉沉”,而是变得“生机勃勃”.CDIO工程教育改革模式代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）,它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习课程.同时建立了CDIO教学模式的教学大纲,在2016级的试点班中进行了教学实践和研究,并依据CDIO教学模式的相关标准进行了综合评价和分析.
二、精心设计课程教学内容,构建CDIO教学体系
（一）突出重点、删繁就简
精选内容的原则是既要保证学生学到最需要的知识,打好扎实的基础,又要有一定的时间与精力去独立思考、发现问题和解决问题,以利于培养学生的创造能力.
（二）追踪前沿
为了使学生更好地掌握基本理论知识,了解学科前沿发展方向,必须深化课程内容设置,精心组织教学内容,对不断涌现的新材料、新技术和新的研究成果要有选择地向学生介绍,及时将教学研究和科研成果引入教学中,让学生了解老师的科研情况及成果,以激发学习兴趣,提高教学效果.
（三）不断改进教学手段和教学方法
教学方法以启发式教学为主,启发学生积极主动地进行正确的思维,从而提高学生分析问题和解决问题的能力.教师的授课方法必须变“迁就型”为“创导型”,激发学生浓厚的自学兴趣,充分调动学生的学习主动性,重视学生的学习方法,指导学生掌握分析问题的思维要领,以及解决问题方法的普遍性规律.
1.带着问题上课：老师在上课前收集好学生的问题,或者由老师提出问题,学生带着问题上课,将个人的构想、构思等融入课堂.
2.增加课外调查环节,将学生分成小团队,对学生和老师的构想、构思组织学生进行课堂讨论,学生通过在团队中讨论,将其凝结成一个设计思路,还可以将各方的资源整合,拓展学生的视野和思路,以使设计思路清晰、更趋完美、更接近实际,为后面的实施和改进做好铺垫.
3.采用工程实例教学,然后学生动手做实验,以实施自己的构思和设计.此部分作为教学的重点.通过实施的过程,学生个人和团体都能发现问题、提出问题、分析问题直至解决问题,老师在此过程中需积极参与学生的实施过程并进行指导,引导学生正确的进行思考和实施,帮助学生解决问题.
4.展示和改进团队成果,通过展示各个团队和个人的实施成果,再次组织讨论和指导,集思广益,从而改进团队成果.
（四）构建CDIO教学大纲
CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标.因此进行CDIO改革后,“土木工程材料”的课程目标不但包括了专业知识的要求,而且还强调相关能力的提升要求.
三、教学方法的设计及教学全过程
1“. C”阶段,以学生自主学习和主动学习为主,老师先将相关的理论知识和相关专业知识做大概的介绍和教学,老师在整个教学过程中更重要的是起引导、指导和鼓励作用.学生需要思考问题、提出问题,查阅大量文献和查找相关的技术资料.再将全班分成7个团队,每个团队的人数在7人左右,老师指导团队分工明确,由组长分配其组员相应的工作,每个组员都必须有自己的工作和想法.老师将学生提出的问题进行点评和指导,为后面阶段做好铺垫.
2“. D”阶段,学生需要培养更多的动手能力、团结协作能力,通过第一阶段的准备和探讨,由团队初步提出材料的设计方案,设计方案应包括选定项目的基本思路、材料的基本性能、配比设计、实验方法、预计成果等,由老师把关和指导,最后形成一个比较合理的设计方案.在设计中,学生首先要有清晰的构思,而构思就需要查阅大量的文献资料和实地调研,了解和熟悉相关的专业知识,无形中便增加了学生的知识面以及加强了理论知识.
3“. I”阶段,该阶段为主要实施阶段,学生团队应分工明确,学生在该阶段应充分发挥主观能动性,并且在此过程中,学生必须掌握课程教学大纲要求的内容,如土木工程材料的基本性质、影响性质的因素、提高相关性能的措施等,老师重在参与此过程,负责指导学生在正确的操作程序下顺利完成项目实验,并负责解答在实验过程中所遇到的问题及帮助学生解决问题.
4“. O”阶段,该阶段为项目的分析、展示和改进阶段.项目完成后,在全班进行展示和讨论,其他团队提出问题和建议,老师进行点评,从而改进该方案.如果项目实施后结果不理想,学生团队可以再次进行设计—实施—改进过程.
将以上CDIO教学模式应用于《土木工程材料》课的教学,如我们要求学生配制一种具有特殊性能且经济环保的材料,可以是混凝土或砂浆、墙体材料、合成高分子材料、建筑功能材料等任何一种.我们首先要求学生进行构思和设计,在构思和设计中需考虑材料的实用性能、经济性能、环保性能等及其影响因素,如组成材料、外加剂、外掺料、配合比等,老师将任务分配到各组,然后分组构思和设计,学生通过查阅大量文献和资料及实地调研,先分组讨论,再在全班讨论,将所收集的材料汇总后,对学生提出的问题进行点评和指导,在老师的引导下设计出课题进行研究,如老师可引导学生在发明的新材料中尽可能多的使用固体废弃物作原材料,以减少自然资源的使用、减少环境污染,达到经济环保的目的.其次,实施和改进阶段,老师在此过程中负责指导学生正确操作完成项目实验,并负责解答在实验过程中所遇到的问题及帮助学生解决问题,通过实施和对试验不断的改进,最后让学生对要研发的新材料有进一步的认识.这样反复进行构思-设计-实施-改进,最终写出实验报告或者研发报告.
完成课题后表明,学生的学习兴趣、自学能力、沟通能力、创新能力、团结协作能力、职业技术能力、职业道德以及适应社会的能力得到了明显的提高.
四、教学改革前后对比分析
《土木工程材料》课程内容,在改革前是通过讲授的教学方法要求学生获得有关建筑材料的性质与应用等的基本专业知识和必要的基本理论,并获得主要建筑材料试验的基本技能训练.改革后：1）分组探讨和研发新的土木工程材料.经过了构思、设计、实施、改进四个过程,在构思和设计时,必须考虑材料的实用性能、环境友好、可持续发展等特点,材料来源于“生活”而又必须高于“生活”,即材料必须在工程或生活中解决实际问题.通过查阅大量文献资料和调研,了解和熟悉相关的专业知识,让学生拓宽视野,开阔思路,培养了学生的创新能力,激发了学生的学习兴趣.2）通过实例教学后,分组进行实验,让学生自己动手实践,亲身体会材料的性质,了解和掌握材料的性质与其影响因素之间的关系.3）能够独立操作仪器完成实验,通过团队协作将实验或者研发做好,反复进行土木工程材料的构思-设计-实施-改进,通过CDIO教学过程,最终写出实验报告或者研发报告,报告内容需要包括在实验或研发过程中遇到的问题、解决问题的过程、团队分工合作的形式.
考核形式,改革前是闭卷考试及提交实验报告.
改革后：整个的CDIO过程为考核的主要依据,在全班展示报告为辅助依据.包括：（1）构思或者构想（C）,提供讨论记录,包括讨论的问题,用视频记录讨论的情况,每个组员都要发表自己的观点,还应提交所查阅的相关文献和资料；（2）材料的设计（D）,提供会议记录和最终结果,如果材料的设计经过了反复的研究和试配,还需要提供每次的记录和结果；（3）实验实施（I）,提供实验的过程记录,记录在实验过程中所遇到的问题,还需要进行拍照或者录像作为辅助资料.
（4）材料的评估或者改进（O）,通过以上过程,将会发现相应的问题,对这些问题进行讨论分析,从而改进材料或者对实验成果进行评估.
评分标准；改革前：考试占70%,平时占30%.改革后：CDIO过程占60%,考试占40%.
五、结论
通过以上过程分析可见,CDIO教学模式相对于传统的教学模式有明显的优势,在应用型的学科特别值得推行,其优势在于：
1.通过具有导引性的教学过程,引导工程实践入门,激发学生兴趣,让学生尽早领略工程技术之美.
2.常规课程以相互有机联系的方式传授,激发学生的学习兴趣,提高学生的综合能力.
3. 通过贯穿专业核心课程学习全过程的CDIO项目,让学生在学习专业知识的同时亲身体验高级设计过程,使得知识的学习和应用之间形成良性互动.
总之,《土木工程材料》课程经过CDIO教学模式改革后,学生从被动学习变为主动学习,由原来的以教师授课为主变为教师参与、指导、鼓励为主,经过改革后,本届学生很明显的比往届学生理论基础知识的掌握更加扎实、更加全面,并且CDIO过程锻炼了学生的自学能力、沟通能力、创新能力、团结协作能力、职业技术能力、职业道德以及适应社会的能力,学生更愿意参与此种学习过程.对提高教学质量、推进高等教育教学改革发挥积极作用.
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The Application of CDIO Teaching Mode in the Course of Civil Engineering Materials
LIU Xiu-wei1,WANG Quan-ming1,YANG Lin2
(1.Guizhou Institute of Technology;2.University of Guizhou,Guiyang 550000,China)
Abstract:We draw lessons from the advanced CDIO engineering education concept and it is applied to the
teaching of civil engineering materials.After CDIO course orientation,the destination of teaching goals,the constructionof teaching outline,the design and implementation of curriculum teaching content,a comparative analysis is carried outand remarkable results are achieved.The CDIO teaching mode changes the students´ passive learning situationfundamentally,stimulates students´ learning interest and improves the teaching efficiency greatly.It plays a positive role in
promoting the reformof higher education.
Key words: teaching mode;civil engineering materials;reformin education
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