以项目为驱动培养学生创新能力的改革与探索

孙凌，武鹤，张家平

摘要：本文主要介绍了以项目为驱动和牵引，将CDIO模式全过程贯穿土木工程材料课程教学始终，让学生能够有效掌握土木工程材料基本的理论知识、常规的实践技能，同时培养他们分析问题、解决问题的能力，特别是创新实践和团队合作能力。

关键词：CDIO；土木工程材料；创新实践；团队合作

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）24-0059-02

当前，我国工程教育的主要弊端，就是人才培养轻实践、轻能力和轻创新，忽视团队协作精神。如何构建基于工程能力、实践能力和创新能力培养为核心的人才培养新体系和新模式，是当前及今后一段时期我国高等工程教育专业教学改革和课程体系改革的主要方向和目标。CDIO模式实现了创新能力的培养。在《土木工程材料》教学中探索CDIO模式与改革，就是要适应国际工程教育的新理念、新模式和新思想的发展，通过以团队合作的项目形式，从构思、方案设计、试验运行、成果展示，进而实现理论和实践的有机协调和统一，实现对学生综合能力、团队合作能力的培养，创新精神和综合素质的提高。

一、以项目为牵引和主线，建立课程教学新体系

以土木工程材料课程实践与理论学习相结合，构建课程教学内容。《土木工程材料》课程涉及内容广，各章节之间逻辑关系不很严密，为此，首先对理论教学进行改革。改革的思路和出发点就是以项目为牵引和主线，整合课程体系结构，通过构建“公路路面结构层材料设计”项目组织理论教学的授课内容和结构安排。课程教学围绕无机结合料稳定材料组成设计、水泥混凝土组成设计、沥青混合料组成设计三大模块进行，将土木工程材料基础知识贯穿其中，使学生在掌握土木工程材料基础知识的同时，明确材料之间的联系，了解了材料在工程中的作用。同时从社会环境和工程环境出发，引导学生了解绿色建材，即资源、能源消耗低，对环境、对人身友好无害，可以循环利用的建筑材料，以及高性能材料等，扩展学生的知识面。

二、改革实践教学环节，加强工程能力培养

CDIO专业计划的一个重要内容就是为学生提供基于项目的动手机会，提供设计——实现的实践场所非常重要。根据卓越工程师教育培养计划制定的《土木工程材料》课程教学大纲，在课程教学环节中安排了两周课程实践周和一周项目实践周。“基于CDIO模式下的土木工程材料课程教学改革”在2011年被列为黑龙江省高等教育教学改革工程重点项目。我校在2010级道路桥梁与渡河专业遴选了两个卓越工程师试点班，土木工程材料课程的教学改革结合卓越工程师试点专业人才培养计划在试点班实施。该试点班的课程实践周分别于2011—2012学年第一学期的第十一周、第十五周，项目实施周于第十九周以集中训练的模式进行，集中训练的模式为学生提供了模拟工程实际的实践场所。

三、CDIO理念贯穿始终，四阶段实现教学目标

基于CDIO模式的“土木工程材料”的课程教学改革目标，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。为此，在教学过程中始终将CDIO理念贯穿其中，通过以下四阶段具体实施。

第一阶段为“C”（构思）阶段，在理论教学和课程实践周进行过程中，以项目为牵引，引导学生以团队的形式构思一项研发项目。学生在理论课学习和实践周试验的过程中，根据资源优化进行了自由组合，组建了四个实践创新团队。每个团队对所选的项目进行总体构思，分别确定了项目的方向为水泥混凝土和沥青混合料。

第二阶段为“D”（设计）阶段，要求学生在各团队确定的项目内容和方向的基础上，通过查阅参考文献和团队内讨论，确定设计方案。四个团队分别构思设计了（1）C60混凝土的配制与抗渗性研究；（2）泵送混凝土坍落度经时损失研究；（3）掺加氧化铁的彩色沥青混合料配合比设计；（4）大空隙沥青混合料抗冻性研究四个项目。在构思和设计阶段，每个学生都表现出积极参与、积极思考、积极专研的学习态度，多次进行讨论，并且邀请专业老师参与研讨，给予学术上的指导。方案内容主要包括项目的基本思路、材料的基本性能、配合比设计、实验方法，以及预期达到的目标。以“掺加氧化铁的彩色沥青混合料配合比设计”团队为例，学生主动邀请建筑学专业的老师给予色彩上的指导，最终确定项目预期达到的目标：（1）通过试验确定等同于国际标准色卡（CMYK）色彩体系中（C0/M0-100/Y20/B0-100）范围内两种颜色的氧化铁适宜掺量；（2）通过试验确定满足路用要求的上述两种颜色的彩色沥青混合料配合比，供缓解行车疲劳、美化环境使用。

第三阶段为“I”（实施）阶段，理论课程和课程实践结束后，学生利用一周的项目实践周对构思和设计的项目进行实施。根据方案中设计的实验方法，各团队获得相应的试验数据，并对试验结果进行分析、改进和创新。

第四阶段为“O”（运行）阶段，各团队将实验过程中获得的实验结果进行内部讨论、研究，团队之间交流，确定原来构思中的缺陷，进一步修改后再设计、实践、运作其项目，最后对完成的研发项目成果进行展示。指导教师参与整个过程。学生在项目实施的过程中会遇到难题，以及一次一次的失败，学生在这些困难和失败面前没有放弃，而更加激发了挑战的激情和勇气，通过查阅文献、研讨、交流，再设计、再实践，磨炼了学生的意志，培养了学生的创新能力，提高了学生综合运用知识的能力以及团队协作能力。特别值得一提的是，在教学改革试点的两个班级中，通过土木工程材料的学习，激发了学生对土木工程设计及试验的兴趣，上面四个团队构思的创新项目都被列入2012年黑龙江工程学院大学生创新训练计划，并批准立项，其中“大空隙沥青混合料抗冻性研究”和“掺加氧化铁的彩色沥青混合料配合比设计”被批准为2012年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目。

基于CDIO模式对“土木工程材料”课程教学进行改革，目的在于提高学生创新设计能力和专业综合素质；通过团队工作和交流，提高学生人际协作沟通和交往能力；最终实现道路桥梁与渡河工程试点专业人才培养的目标要求，使学生毕业后成为有能力、善协作、敢担当、争卓越的新一代工程师，能够应用所学知识为社会和人类做贡献。

参考文献：

[1]Edward F.Crawley，Johan Malmqvist，S？觟ren？魻stlund，Doris R.Brodeur.重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，沈民奋，陆小华，译.北京：高等教育出版社，2009：44-48

[2]雷环，汤威颐，Edward F.Crawley.培养创新型、多层次、专业化的工程科技人[J].高等工程教育研究，2009，（5）：29-34.

基金项目：2011年黑龙江省高等教育教学改革工程重点项目：基于CDIO模式下土木工程材料课程教学改革研究。项目编号：8426。endprint