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“土木工程材料”CDIO模式的设计与实现

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“土木工程材料”CDIO模式的设计与实现李庚英　赵晓华　熊光晶【摘 要】　本文重点介绍如何在带有三级项目的核心课程如“土木工程材料”中设置和布局教学目标、教学内容、教学方法以及团队项目等,从而达到在土木工程材料教学过程中实现C DI O教育模式的目的,以期为同类课程教学实现C DI O教育模式提供思路和借鉴,并进一步提升本课程的教学质量。

【关键词】　C DI O　土木工程材料　工程教育【收稿日期】　2009年1月【作者简介】　李庚英,汕头大学土木系副教授、博士;赵晓华,汕头大学土木系教授、博士生导师;熊光晶,汕头大学土木工程系系主任、教授、博士生导师、博士。

一、前言C DI O是由MIT等世界著名高校研发的从理念到大纲到课程到教学直至评估的一整套先进工程教育模式[1]。

借鉴C DI O模式,并结合我国的实际,汕头大学工学院提出了以道德与诚信为基础,以四大能力(即基础知识、个人素质和职业技能、协作能力、在工程—社会大系统中开发产品的能力)为主要培养目标的EIP-C DI O创新人才培养模式。

该模式要求各专业以能力培养大纲为基准,以4至6个实践性的、探索性的团队设计项目为主要载体,以集成的、系统的观念及措施来促进学生的能力提升[2][3],并从2006级开始全面实施。

“土木工程材料”是土木工程专业学生必修的专业基础课,它与公共基础课及专业课紧密衔接,起着承上启下的作用。

根据高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[1],即在改革前,“土木工程材料”课程的特点就是以理论教学为主,辅以部分验证性实验;学习目的在于使学生掌握主要土木工程材料的性质、用途、制备和使用方法以及检测和质量控制方法,并了解工程材料性能和材料结构的关系,以及性能改善途径。

该课程学习合格的学生,在一定程度上能针对不同工程选用各种土木工程材料,并能与后续课程密切配合,了解材料与设计参数以及施工措施选择的相互关系。

C DI O改革后“土木工程材料”的课程目标则既包括专业知识要求,又强调能力提升要求:即要求学生在学习实践土木工程材料基本知识的基础上,训练从可持续发展的角度选择、评估、设计和开发土木工程材料的能力。

为了实现C DI O的教学目标,本课题组重新设置和布局教学目标、教学内容、教学方法,并加强了一个包括C DI O过程的团队设计项目。

二、新的教学目标与大纲C DI O改革后,“土木工程材料”的课程目标既包括专业知识要求,又强调能力提升要求,在这一教学目标下,制定能力与知识教学大纲如表1所示。

为实现课程目标,本课程在基础知识和推理方面增加了土木工程材料与资源能源环境、环境友好材料及其实现途径等知识;对在实验中探寻知识和团队精神提出较高要求,并对第4级的企业和社会的C DI O系统有全面训练要求。

需说明的是第2、3、4级大纲是C DI O改革后才提出的[2][3]。

三、教学内容设计为达到“土木工程材料”课程教学目标及其相应大纲的要求,在教学内容中安排了三级项目。

要求学生在学习土木工程材料基本知识的基础上,完成一项包括构想、设计、实施、改进和展示全过程的团队研发项目,在合作中进行探究学习,提升C DI O四大能力;并使学生体会发现的乐趣。

表2是C DI O改革前后的教学内容对比,可见三级本文受2006年度教育部重点项目(DIA060144)和广东省软科学研究计划重点项目(2007B070900109)支持。

表1基于CDIO的“土木工程材料”课程教学大纲细则目标3记忆理解应用综合分析第1级:技术知识和推理1.1土木工程材料的基本性能B B B1.2土木工程材料与资源能源环境B B1.3混凝土及砂浆配比设计B B B A 1.4环境友好材料及其实现途径C B B 1.5常用土木工程材料及性能B B B1.6实践项目A A细则目标33记忆接触训练应用第2级:个人和职业技能、职业道德2.1工程推理和解决问题B B 2.2实验中探寻知识A B A 2.3系统思维B B C 2.4个人技能和态度C B B 2.5职业技能和道德B B第3级:人际技能:团队协作和交流3.1团队精神A B 3.2交流A B 3.3外语交流C第4级:企业和社会的构思、设计、实施和运行(CDIO)系统4.1外部和社会环境D4.2企业及商业环境D4.3构思与工程系统B4.4设计B A 4.5实施B B 4.6运行C 3以布卢姆学习目标分类法(Bloom’s T ax onomy)[4][5]为基础描述学生在学完本课程后应具有的能力,目标栏内以A、B、C、D来表示对此级能力要求达到的程度,A为最高要求,无要求则留空。

记忆包括识别和回忆,指能从记忆库中找到相关的知识、概念、术语或材料与当前的信息进行比较、确认,能记住并能不加理解的列出、描述这些知识、概念、术语或材料;理解指能对所学的内容作归纳、分类、解释,总结、推断和一定程度的发挥;应用指能选择正确的程序应用、实施所学到的内容,并能进行必要的计算或决断;综合分析指能将所学的内容分解并找出它们的相互关系和构成,或能计划、创造、建造或有改变的重构,或能作评论、总结、估计、预测、评估、论证和答辩。

　33目标栏内以A、B、C、D来表示对此条能力要求达到的程度,A为最高要求,无要求则留空。

接触指在教、学活动中有所提及但没有训练和测试要求;训练指有明确要求并有测试项目;应用指在教、学中有所应用而不论是否曾受过相关训练。

项目将原课程的验证性(或设计性)实验拓展成了包括C DI O全过程的研发任务。

如要求从环保、节能和可持续发展的角度研发产品,使学生置身于工程-社会大系统中进行C DI O过程。

而任务的复杂性又促使学生发挥团队精神,在项目实施过程中的部分难题会激发学生挑战困难的激情和勇气,让学生在学习中锻炼综合运用知识以及动手能力、表达能力、文字写作能力、团队协作能力,并磨练学生的毅力。

四、教学方法设计由于本课程大量增加了学生的项目执行和运作时间,而总的课时基本维持不变,因此必须压缩授课学时,为了保证教学质量,除了增加自学内容外还采用了多种灵活教学方法提高学习效率。

(1)授课形式更加多样,增加了大量的自学知识、讨论课程,学生就某一个主题(如表3中的讨论题)搜集资料、发言讨论,同学和老师进行点评。

这些讨论题有些是关键知识点,有些是综合性的知识,能达到扩展学生的知识面、调动学生的积极性、培养学生独立思考问题和激发学生的创作激情的目的。

(2)符合工程实际的案例教学和讨论,利用网络资源在课堂教学中向学生提供更多的图表、图片以及大量的专题背景资料,一方面大大增加课堂信息量,有助于激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性并提高教学效率。

其次进一步提高等工程教育研究　2009年第5期 表2“土木工程材料”CDIO改革前后实践部分的教学内容和要求改革前改革后内容与要求　完成一种混凝土的配比设计、浇注、养护和力学性能测试。

　熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法;熟练掌握硬化混凝土的力学性能,变形性能和耐久性能及其影响因素;熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法;了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。

　分组研发一种新的土木工程材料。

根据新材料的使用功能要求,构想和设计原材料的种类和配比。

在设计的时候必须考虑原材料的环境友好、资源化和可持续发展等特点,同时还要考虑新材料的其他性能。

能独立操作实验,反复进行3次新材料设计—实验检验—改进提高CDIO过程,最终写出研发报告并进行全班演示。

　激发学生的创新意识,培养学生主动获取和综合运用知识以及动手能力、表达能力、文字写作能力,团队协作能力,在企业和社会中CDIO能力。

考核方式提交实验报告整个CDIO过程的研发报告为考核主要依据,在全班展示报告为辅助依据。

包括:1.调研与资料搜集+新材料构想;(C)-讨论记录;2.材料配比设计;(D)-会议记录和最终结果;3.实验研究操作过程是否符合规范(I)-图片记录;4.材料配比设计的评估与改进(O);5.成果总结与未来发展展望。

评分标准评分标准:实验过程是否规范80%;实验报告符合要求20%。

评分标准:研发过程:60%(包括文献阅读、动手能力、团队合作能力、解决问题能力、材料设计与工艺的合理性及创新性);研发报告及其展示:40%。

高学生识别、分析和解决某一具体问题的能力。

(3)要求学生阅读一定量的文献资料,并开展定期的读书交流活动。

目的是促进学生读书,培养自主学习能力并互相学习、取长补短。

(4)注重师生交流,活跃课堂气氛,促进学生自主思考提出问题、解答问题,激发学生潜能。

(5)成绩评定原则是以知识运用的“合理性”为主,即学生应能拿出理由说明其设计的合理性,并有适当的分析与思辨。

成绩评定以学生的实际表现和工作成果为依据,其中项目执行成果占40%、课堂表现(包括主动学习、主动思考和提问交流)占20%、理论学习占40%。

五、本课程的CDIO全过程在整个团队设计过程中,学生以团队内协作、团队间协作加竞争的方式进行自主探究式学习和工作,教师仅起指导作用,促使学生完成一次构思-设计-实施-改进和展示的全过程。

第一阶段为“C”(构思)阶段,每个团队对所选择的项目或自己提出的项目进行总体构思,主要是确定每组的成员及项目内容和方向,构思阶段通常在第三周开始;第二阶段为“D”(设计)阶段,在各项目组确定项目内容和方向的基础上,通过查阅大量的参考文献和组内讨论,确定基本方案,然后再在班级中让每组成员就自己选定的项目进行阐述和讨论,内容主要包括每组选定项目的基本思路、材料的基本性能、配比设计、实验方法,然后根据自己已有的理论知识进行评估和辩论,最后形成评价意见供该团队修改参考,在第10周完成;第三阶段为“I”(实施)阶段,团队中的学生必须掌握“土木工程材料”大纲规定的包括流动性能、力学性能和其他相关性能的实验部分知识;第四阶段为项目分析修改和展示阶段,在试验过程中,根据具体实践结果,各组学生自己确定原来构思中的缺陷,进一步修改后再设计、执行和运作其项目,然后全班同学再进行一次交流,同学和老师再一次进行评价,然后部分学生将进行重新设计和执行其项目,即进一步强调“O”过程。

六、教学改革的效果本课程经过C DI O教学改革后,不但使学生掌握了课程大纲规定的基本理论知识,而且也加强了对学生职业技术能力、职业道德、人际交往技能以及适应社会大系统等能力的培养。

按EIP-C DI O规范的“土木工程材料”,从教学生简单地选用材料变成设计和研发新的材料———从可持续发展的角度并且能综合分析问题和应用已有的知识去分析问题和解决问题,真正体现了C DI O理念。

在设计中,学生不仅要保证材料的性能,而且要考虑到经济、环境等因素。

例如(下转第51页)“土木工程材料”CDIO模式的设计与实现The CDIO Model for Engineering Education:Clarificationof Misunderstanding and Eva sion of RiskXiong Heping,Yue AichengIn recent years,the C DI O is regarded as a new m odel for engineering education whose aims are to develop stu2 dents′ability of engineering application and efficiently s olve their em ployment problems.It attem pts to change the way of seeking knowledge s o as to s olve the long2term problem across a century which is m ore im portant between knowledge2induction and ability2development in engineering education.H owever,this m odel is often misunderstood as problem2teaching,item2teaching,organization2teaching of typical product and learning2in2doing in reform experi2 ment process s o that higher engineering education has to face a risk of being looked down upon as occupation tech2 nique training.Thus,innovators need to persist in scientific understanding to make this m ode exert m ore effect in producing application2based engineering talents.(上接第43页)其中一个小组设计的保温砂浆,从可持续发展的角度考虑到了原材料的废物利用(粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一),并对汕头市废渣利用情况进行了调查。

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_土木工程材料_CDIO模式的设计与实现

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“土木工程材料”CDIO模式的设计与实现李庚英　赵晓华　熊光晶【摘 要】　本文重点介绍如何在带有三级项目的核心课程如“土木工程材料”中设置和布局教学目标、教学内容、教学方法以及团队项目等,从而达到在土木工程材料教学过程中实现C DI O教育模式的目的,以期为同类课程教学实现C DI O教育模式提供思路和借鉴,并进一步提升本课程的教学质量。

【关键词】　C DI O　土木工程材料　工程教育【收稿日期】　2009年1月【作者简介】　李庚英,汕头大学土木系副教授、博士;赵晓华,汕头大学土木系教授、博士生导师;熊光晶,汕头大学土木工程系系主任、教授、博士生导师、博士。

一、前言C DI O是由MIT等世界著名高校研发的从理念到大纲到课程到教学直至评估的一整套先进工程教育模式[1]。

借鉴C DI O模式,并结合我国的实际,汕头大学工学院提出了以道德与诚信为基础,以四大能力(即基础知识、个人素质和职业技能、协作能力、在工程—社会大系统中开发产品的能力)为主要培养目标的EIP-C DI O创新人才培养模式。

该模式要求各专业以能力培养大纲为基准,以4至6个实践性的、探索性的团队设计项目为主要载体,以集成的、系统的观念及措施来促进学生的能力提升[2][3],并从2006级开始全面实施。

“土木工程材料”是土木工程专业学生必修的专业基础课,它与公共基础课及专业课紧密衔接,起着承上启下的作用。

根据高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[1],即在改革前,“土木工程材料”课程的特点就是以理论教学为主,辅以部分验证性实验;学习目的在于使学生掌握主要土木工程材料的性质、用途、制备和使用方法以及检测和质量控制方法,并了解工程材料性能和材料结构的关系,以及性能改善途径。

该课程学习合格的学生,在一定程度上能针对不同工程选用各种土木工程材料,并能与后续课程密切配合,了解材料与设计参数以及施工措施选择的相互关系。

C DI O改革后“土木工程材料”的课程目标则既包括专业知识要求,又强调能力提升要求:即要求学生在学习实践土木工程材料基本知识的基础上,训练从可持续发展的角度选择、评估、设计和开发土木工程材料的能力。

CDIO工程教育下土木工程材料课程教学改革分析

CDIO工程教育下土木工程材料课程教学改革分析

CDIO工程教育下土木工程材料课程教学改革分析CDIO工程教育下土木工程材料课程教学改革分析摘要:文章探讨了“CDIO”工程教育模式在土木工程材料课程教学改革中的应用，主要是从理论知识体系模块化构建、实践技能项目驱动化构建、课程效果多功能化构建、课程考核互动后构建4个方面对土木工程材料课程教学进行改革探索，实践证明，“CDIO”工程教育模式教学激发了学生的主动性和创造性，教学质量得到明显提高。

关键词:CDIO;土木工程材料;课程;教学改革“CDIO”工程教育理念起源于20世纪90年代，最早由美国麻省理工学院、瑞典皇家工程学院等国际知名大学联合创立。

CDIO是Conceive(构思)、Design(设计)、Implement(实施)和Operate(运行)4个英文单词的缩写，该教育理念的核心是利用大学学科齐全、资源丰富等优势，结合工程实际，把产品从研发、设计、生产到运行过程中涉及到的有关技术、经济、企业和社会等团队综合大项目融入专业核心课程的教学，使学生的基础知识、个人素养、团队精神和工程意识4个方面的能力得到训练和提升。

目前，中国高等工程教育普遍缺乏创新性和实践性，已成为高等工程教育改革亟待解决的难题，因此，依托“CDIO”工程教育模式结合工程教育的实际，探索培养学生创新精神和实践能力的教育教学改革，具有重要的现实意义[1-2]。

土木工程材料是土木工程、建筑学、材料科学与工程、安全工程、工程管理等专业的重要专业基础课程，具有很强的实践性、应用性和创新性。

当前，突出“应用和创新”是地方高校土建类专业教育的核心，也是专业定位和办学的立足点。

文章基于“CDIO”工程教育的理念和模式，结合近几年参与土木工程材料课程教学的实践，就培养学生的工程意识、实践能力和创新精神，提高教学质量进行了探索。

一、土木工程材料课程教学存在的问题土木工程材料作为土建类专业的一门专业基础课程，主要培养学生了解和掌握该领域相关材料的组成、性能、检测、表征和应用等方面的知识以及现代土木工程材料的新理论、新技术、新规范、新方法等[3-4]，目前，该课程在教学过程中主要存在以下问题。

CDIO教育模式在土木工程教学中的应用-5页文档资料

CDIO教育模式在土木工程教学中的应用-5页文档资料

CDIO教育模式在土木工程教学中的应用当前的高校工程教育与教学实践过程中，很多人学习把主要关注点放在“学”上，忽略了其余一些重要环节，这造成学生中普遍存在的一些奇怪现象，比如“老师不教我就不会”。

21世纪更趋激烈的国际竞争，其根本是人才的竞争，人才问题是关系国家事业发展的关键问题。

为了适应未来的发展，工科高校的合格毕业生必须具有更强的素质。

实现这个目标，一方面是在技术和理论教育层面；另一方面要教育未来的工程师们，要求他们能够在新的产品和系统的研发当中去学习与创新。

达到此目标的手段，可以在现有的教学体系内引入新的理念、模式与方法来实现，CDIO教育模式就是一个非常好的选择。

CDIO教育模式，是美国麻省理工学院（MTI）等多所高校经过4年的探案研究和实践而创立的工程教育模式，并成立了相应的国际合作组织。

来自世界五大洲的50多所大学成为其成员，更多的大学也在申请加入，谋求共同研究、探索、实践与分享国际工程教育改革领域的这一新成果。

CDIO模式，对于解决目前工科学生中较为常见的问题——偏于理论，几乎没有受到项目和团队工作的实际训练，提供的有效的解决途径。

本文就CDIO教育模式在土木工程教学中的应用展开探讨，借鉴美国CDI0工程教育改革的成功经验，并结合我国的具体国情，让学生全面了解和参与工程实践到运行流程的各个阶段之中，增强工程科技人才的竞争力与创造力。

一、 CDIO工程教育模式（一） CDIO工程教育模式简介CDIO代表构思-设计-实现-运行（conceive-design-implement-operate ），是由麻省理工学院等四所大学通过几年的研究、探索和实践建立的一种先进的工程教育模式。

[1]它以产品从构思、研发、运行到废弃和再利用的全生命过程为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力，包括个人的科学和技术知识、终身学习能力、交流和团队工作能力和在社会、企业环境下构建产品、过程和系统的能力。

CDIO模式下土木工程材料教学探索与实践

CDIO模式下土木工程材料教学探索与实践


文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ０ ９ ８ ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ （ ｃ ） 一 ０ １ ８ ２ — ０ １
ＣＤＩ Ｏ工 程 教 育 模 式 是 近 年 来 工 程 教 学 相 结 合， 理 论 教 学结 束后 ， 实 验教 学及 时 践 能 力提 高 。 育改 革 的 最 新成 果 ， 它 由麻省 理 工学 院 等 四 跟 上 ， 实 验 结 束 后 通 过 实 验 结 果 对 知 识 体
方式方法 组建 实验 团队等方式对土木工程材料课 程进行 了 一 系列改革， 分别从提 高学生的个人实或能力， 实验态度培养， 团队协作 能力能等几
方 面开展 了 教 学 实践 。 提 升了教 学 效果 。
关键 词： Ｃ Ｄ Ｉ Ｏ 土木 工程 材料
教学实践
中图分类号 ： Ｇ ６ ４ ２ ． ３
以教育部 《 国家 中 长 期 教 育 改 革 与发 展 规 教 授 的 土 木 工 程 专业 （ 道 桥 方 向） 学 生 中已 论 ， 发表观点。 授 课 后， 每 节 课 留思 考 题 ， 供
划 纲 要 》已经 将 “ 促 进 高 校 办 出特 色 ， 建 立 开 始 试 行 兴 趣 小 组 活 动 方 案 。 主 要 原 则 是 学 生预 习和 复 习。 教学 强调 活 学 活 用 ， 而 非 高校 分 类体 系 ， 实行 分 类 管 理 ” 、“ 建 立现 代 学 生 自愿 报 名 ， 自 愿 组 合， 可单独 一人也可几 死记 硬 背 。 在 授 课 过 程 中， 注 意 锻 炼 学 生 的 职 业 教 育体 系 ” 等 作为 要 求 ， 很 多 高校也 正 人一 组 共 同 完 成 实 验 。 根 据 每 学 期 教 学 安 思 考 能 力 ， 所 以常 引导 学 生 观 察 周 围 的 环 在 做应用技 术大学类 型的探索 和转型。 该 排 和 材 料 性 能 、 重复 实验 的 需要 等 ， 兴 趣 小 境 ， 如 公路 、 桥梁、 房 屋等 ， 通 过 建 筑 中所用 文 以黑 龙 江 东方 学 院 应 用科 技 大 学 建设 为 组活 动 时 间安排 为 １ ０ 周， 可划分 为３ 个阶 段 ： 材 料 在 使 用 中 表 现 的种 种 问 题 ， 利 用 材 料 契机， 将 ＣＤ Ｉ Ｏ模 式 引入 教 学 中， 在 完善 土 首先 是 实验 准 备方 案 阶 段 ， 要 求小 组 成 员根 本 身 的 性 质去 解 释 某 些 现 象 。 启 发 学 生 去 木 工 程 材 料 大 纲 的基 础 上 ， 对利用Ｃ Ｄ Ｉ Ｏ 理 据 实 验 题 目， 熟 悉 实 验 设 备 和原 材 料 、 查 阅 认识 周 围 的 土 木 工 程 材 料 ， 去 研 究 这 些 材 念 对 土 木 工 程 材 料 教 学 进 行 实 践 与研 究 。