CDIO导向的交叉式实践型教学模式探索

刘方亮　吴伟伟

摘 要：CDIO对工程教育改革具有重要的指导作用。文章针对“建筑物理”课程顺序式教学模式存在的问题，构建了CDIO导向的交叉式实践型教学模式，该模式将“理论知识”与“实践方法”整合，以“教”为源点，“教”、“学”、“做”交叉联系，是“教”、“学”和“做”有机融合的一体化教学过程。

关键词：CDIO；教学模式；实践型；交叉式；建筑物理

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）04-0045-03

CDIO理念是欧美20多年来工程教育改革理念的继承和发展[1]。CDIO工程教育模式是指构思（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工程知识。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[2]。CDIO是产品导向的教育指导原则，它对运作的细节没有硬性的规范[3]。对于具体某一门课程来说，CDIO不可能给出具体的能力要求，同时也没有明确给出CDIO能力目标的落实方法，这就需要教学设计者依据教学的需要来制定符合相应课程的CDIO能力培养目标及其贯彻方法[4]。由此，根据CDIO基本理念，通过改变传统的顺序式教学模式，建立CDIO导向的交叉式实践型教学模式，并以“建筑物理”课程为例，阐述在建筑专业基础课的教学过程中如何具体满足CDIO的要求。

一、“建筑物理”课程教学存在的问题

“建筑物理”课程包括“建筑物理（热）”、“建筑物理（声）”和“建筑物理（光）”三门分支课程。该系列课程基本理论概念多、公式多、计算多，建筑学学生全面掌握并灵活应用有一定的难度。同时，由于该课程技术性强，如果内容安排不合适或教学效果不佳，会降低学生兴趣和注意力[5]。因此，合理的教学模式设置对于“建筑物理”课程的教学至关重要。

长期以来，受教学和实验条件的限制以及受传统教学观念的影响，该课程的教学模式为教、学、做三个子系统顺序单向交集关系，如图1，属于“顺序式”教学模式。

顺序式教学模式先有针对理论知识的课堂教学，后有针对实践的实验教学，以理论教学为主，以实验教学为辅。顺序式教学中，理论教学与实验教学子集相互独立，在理论课的备课和实验课的设计中，教师往往不能将二者有机地结合。同时，理论学习子集与实践学习子集也相互独立，学生学在前，做在后，学与做脱节。由此引发出一系列问题。首先，学生未能充分参与到实验设计环节，不能发挥自身的能动性[6]。其次，教师设计的实验内容不能全面考虑到学生在理论课中有疑惑的知识点，也不能充分锻炼学生独立研究问题、解决问题的能力[7]。最后，学生对知识的吸收和应用缺少有效的反馈机制。教与学、教与做的反馈过程相互独立，难以做到教学相长[8]。因而，学生面对深奥的建筑物理理论难以产生浓厚的兴趣，进一步阻碍了他们对知识的理解。

CDIO工程教育模式是解决以上问题的有效途径[9]。在“建筑物理”课程教学过程当中，为使学生掌握建筑创作中建筑技术和建筑艺术结合的能力，应当以实现CDIO的培养要求为目标，建立CDIO导向的交叉式实践型教学模式。

二、CDIO导向的交叉式实践型教学模式的构建

（一）CDIO导向的教学模式框架

CDIO（Conceive-Design-Implement Operate），即“构想—设计—实施—操作”。这四个过程来源于产品或系统的生命周期过程，涵盖了绝大多数工程师必要的专业活动。现代工程师涉足产品、生产流程以及系统生命周期的各个方面[10]。所以，符合CDIO导向的课程教学过程也应以此为基础。构想阶段，课程基础知识的传授（理论知识和实践知识）使学生掌握研究对象的需求、考虑工艺、策略和方法，并且发展概念的、技术的方案；设计阶段，以构想阶段的知识架构为基础，通过课程设计，提出计划、草图和算法流程，描述需要实现的产品、生产流程以及系统；实施阶段，借助形式多样的课内外实践活动，将设计成品化；操作阶段，用教学成果、教学过程和教学体系传递内在的价值，以进化更新现有的系统。

以“构想—设计—实施—操作”为基本过程的教学活动，涉及专业培养理念、课程计划的制订、设计—实现经验和实践场所、教与学的新方法、教师提高、考核与评估六个方面。这六个方面，体现了CDIO的12条标准，对应了教学过程中不同的阶段，指向教学模式中不同的集合关系（见表1）。以上构成了CDIO导向的新的教学模式框架。

（二）CDIO导向的交叉式实践型教学模式模型

以CDIO为导向的教学模式框架为基础，将“理论知识”集合与“实践方法”集合相互啮合，同时把在顺序式模式中割裂为两个部分的“教”子集，合并为一个合集，在“教”的阶段，实现理论与实践知识的结合，使理论教学与实践教学的脱节概率降低，形成图2所示的新型教学模式。该模式以“教”为源点，“教”、“学”、“做”交叉联系，三个子集间的交集，为创新性实验或创业训练，是学生实践能力锻炼的重要区域。故新型教学模式称为“交叉式”实践型教学模式。

从图2中可以看出，交叉式实践型教学模式是“教”“学”“做”交叉共行的系统化教学方式。“教”的起始仍然是以教师为主，对课程知识点进行准备。教师不但要将课堂教学理论知识点准备好，还要考虑到知识点和知识体系在“学”与“做”中所涉及的实验内容设计。这样使教师在传授知识之初就将理论与实践有针对性、有目的地结合起来，避免了理论与实践单向联系造成的脱节。“学”包括学生对理论知识的接受和理解、课下作业的完成和知识的消化，以及掌握实验方法、设备的操作，验证或重现知识。“做”涵盖了学生所有课堂内外主动和被动的实验、实践行为。“教”与“学”的交集，是经课堂教学过程完成的。学生在课堂中完成知识的吸收和理解，并了解知识点与实验、实践的联系。“教”与“做”和“学”与“做”的交集，是通过实验、实践教学完成的。“学”与“做”以及“教”与“做”是可以同时进行的。在“教”与“做”的实验教学中，学生熟悉实验设备的使用和实验操作的流程，对所学习的理论知识进行初步的验证和二次理解。在“学”与“做”的实验教学或开放性实验中，以“教”与“做”的成果为基础，指导学生对较深入的进行理论和实验研究，培养学生“分析问题”、“解决问题”的能力，使学生掌握知识点在实践中的应用。

三个子集的公共交集，是“教”、“学”和“做”有机融合的一体化教学过程。由学生根据自己掌握的理论和实践知识，在查阅相关资料的基础上，提出有意义、有创新、可行的问题。并自己设计实验，分析所得数据结论，解决问题。在教师的指导下，锻炼了学生提出问题、分析问题、解决问题的能力。该集合中，教师的指导属于“教”，学生自己提出问题、查阅文献属于“学”，学生独立解决问题属于“做”。反过来，学生独立提供的问题，又促进了教师能力的提高，从而在这个教学交集中做到了“以教促学”和“以学促教”。公共交集在教学环节中表现为创新性实验或创业训练。创新性实验和创业训练的是圆满完成实验教学任务的基础[11]。因此，三子集的交叉是一个理论联系实际的途径，又是培养学生创新能力的一个重要步骤。

三、CDIO导向的交叉式实践型教学模式的实施效果

CDIO导向的交叉式实践型教学模式，将顺序式教学模式中分散的反馈系统变为内在整合的反馈系统，符合CDIO标准9中对教学反馈的要求。该模式可以克服顺序式教学模式的缺陷，防止因理论知识集合与实践方法集合被割裂，“教”“学”“做”无法交叉联系，而产生的一系列问题，因此在教学顺序、课程准备与教学、学生对知识的理解、学生能力的培养、教学反馈等方面均会产生良好的教学效果。表2说明两种模式的教学效果对比。

通过比较，CDIO导向的交叉式实践型教学模式不但保证学生掌握工程基础知识，而且能够充分锻炼学生的个人能力和人际团队能力，最终实现学生工程系统能力锻炼的目的。

CDIO导向的交叉式实践型教学模式已经在哈尔滨理工大学“建筑物理”课程中得到应用，获得良好的效果。针对该模式提出的哈尔滨理工大学大学生创新创业训练计划项目“严寒地区空心砖墙材内附铝箔保温性能研究”已经获批，并正在进行当中。到目前为止，取得了一些经验，学生对“建筑物理”课程的兴趣得到提升，同时提出问题的质量也越来越高，并能熟练掌握实验测量和数据处理等研究方法。通过对哈尔滨理工大学建筑学专业学生（2008级、2009级、2010级）成绩比较，采用CDIO导向的交叉式实践型教学模式后第一年，“建筑物理”课程平均成绩提高了7.5%；次年，课程平均成绩提高了10%，平均分为87分。根据学生网络评教所获得的数据，在应用CDIO教学模式后，课程教学满意度为91.3%。在哈尔滨理工大学创新性实验、大学生创新创业训练项目申报中，83.2%的学生进行了申报，且申报成功率为52%。

CDIO导向的交叉式实践型教学模式的实施是一项系统的复杂工程，需要从学科或专业的整体进行把握。该教学模式中，如何确定各交叉区域的合理比例，以及模型如何向其他课程进行推广等问题需要进一步研究和解决。

参考文献：

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[11]罗三桂，蔡忠兵，李晶.人才培养模式改革创新中的课程体系建构趋势分析[J].中国大学教学，2012，（7）.