基于CDIO的工程地质实践教学改革探索

甘建军，唐 春，杨普济，胡盛明，黄 诚

南昌工程学院 水利与生态工程学院，江西 南昌 330099

实践教学

基于CDIO的工程地质实践教学改革探索

甘建军，唐 春，杨普济，胡盛明，黄 诚

南昌工程学院 水利与生态工程学院，江西 南昌 330099

传统的工程地质实践以讲授式为主。本文结合CDIO理念，提出以师生互动式角色转型为切入点，开展社会、高校和学生自身能力相结合的实践教学改革探索，创新工程地质实践项目群的开发和教学，完善应用型与科研相结合的实践教学考核评价模式，构建各专业相互融会贯通的、三螺旋递进的工程实践教学体系，推动工程地质实践教育改革，提高学生的获得感。实践表明该实践教学改革模式具有较好的实际效果。

教学改革；工程地质实践；卓越工程师；CDIO

工程地质实践作为“工程地质学”课程的重要组成部分，对深化工程地质理论知识，培养学生解决实际问题能力、工程应用能力和创新能力有着不可或缺的作用。目前，国内外工程院校对工程地质教学改革越来越重视，取得了一系列成果和进展，但也存在着与培养“卓越工程师”要求相背离的问题，必须进行进一步改革和优化，不断提高实践教学的质量[1]。

一、工程地质实践教学的现状分析

国内外普通高等院校大土木工程专业一般都要开设“工程地质学”这门课程，其中均设置了工程地质室内试验、野外地质实习等实践教学内容。总体上看，室内试验教学基本内容类似，教学方法大同小异，但在野外地质实习课时的设置、实习路线的设计方面存在较大的差异。笔者调查了国内外15所高校的工程地质实践教学情况，其中既有研究型大学、研究教学型大学、教学研究型大学、教学型大学，也有应用型、高职院校等，基本可以代表当前我国土木工程、水利工程类专业的工程地质实践教学水平，其中10所高校的工程地质实践教学详细情况见表1。在实践安排上，各个高校大多分认知实习和生产实习两种，其中认知实习安排在1～49天，主要是加强矿物、岩石及地质现象的认知，部份院校增加了水利工程或土木工程方面的认知。多数高校认知实习安排在大一，生产实习安排在大二或大三，主要内容是地质填图、地层岩性、地质构造及工程地质问题分析等。安排的内容因校而异，各具特点，但随意性较强，实习时间长短不一[2-5]。

在教学理念和教学方法上，国外强调高校以学生为主，老师参与讨论的实践，而国内倾向于传统的教师定路线，沿线讲授为主，学生调查写出实习报告的教学模式[6]。教学手段上，国内外高校不约而同使用室内教学、校内实验和野外实习相结合的方式。但有的学校因为教学条件或教学经费的影响，少开甚至不开室内实验，有的将野外实习缩短为1天或安排在校内，达不到工程地质本应有的实践性要求[7]。

在考核评价方面，诸多高校把室内试验算作理论教学的附属部分，作为平时成绩的一部分，而野外实习多采用实习报告的考核来定成绩。学分的设置最低0.5分，最高达到7分。一些高校采用百分制来给实习打分，而另一些高校采用定性的方式进行综合考核评价，有的是五级制，有的是四级制。这些评价方法相对单一，考核的方法偏于主观，对提高实习的效果往往不太明显[8]。

总之，国内外高校在工程地质实践教学方面积累了一定的经验，推进了“工程地质学”课程建设和教学改革，但同时部分高校受到客观教学条件、教学经验的影响，实际教学过程中存在理论与实际分离的问题，使得教师偏向理论教学，学生实习实验流于形式，实践效果令人担忧。因此，开展基于CDIO的工程地质实践教学改革很有必要。

表1 国内外一些高校工程地质野外实践教学情况表[3]-[5]

二、基于CDIO的工程地质实践教学理念

2000年起，麻省理工学院等四所名校创立了CDIO工程教育理念，即构思Conceive，设计Design,实现Implement，运行Operate。该教育模式是国际工程教育改革的最新成果，它强调工程教育要有合理、完整、通用、可概括的教学目标，强调能力的培养要有教学大纲和全面的实施指导、实践检验的细化标准，强调产品研发到产品运行的生命周期为学习载体，着重培养学生的理论知识、个人素质和发展能力、协作能力和工程-社会大系统适应与调控能力。这种教育理论和教学模式对解决工程教育存在的问题非常实用，引起了国内外众多高校的重视。2005年汕头大学率先采用CDIO开展教学改革，目前已经在全国80多所工程院校得到推广[9]。

开展基于CDIO的工程教学，从教学大纲的构思、设计和实现开始，综合考虑专业基础知识、个人能力和社会需求，充分利用高校齐全的学科设置、丰富的教学资源，让学生尽可能结合工程实际，主动参与CDIO的全过程，系统提升学生的能力。

在工程地质实践教学方面，开展基于CDIO教学理念的教学改革，在创新教学理论，改进教学方法，实现教学目标方面意义重大。首先，开展基于CDIO教学理念的教学改革，有利于树立理论与实践并重的教学观念。教师可以通过构思设计教学大纲，追踪工程地质实习实验最新进展，汲取最新研究成果，转变“重专业课、轻基础课及专业基础课，重理论教学、轻实验”的观念，提升实践性教学的地位。其次，有利于建设特色学科的课程体系。在CDIO的过程中，可以优化实习实验教学内容，突出课堂教学、实验室教学、野外教学相结合的特点，拓宽在企业和社会背景下构思、设计、实现和运作工程地质的教学手段和思路，强化“工程地质学”基础课程对专业课程的支撑。第三，有利于实现培养应用型人才的教学目标。开展CDIO的工程地质实践改革，尽早让学生接触、介入和参与工程项目，让学生边学边做，提高学生的专业意识。同时，教师结合各专业培养目标，精心编制实习实验指导书，合理选择实习路线、实习内容和实验方案，紧凑化实习时间安排，突出做好基本技能与方法的教学，实现现加强基础教育、重视能力培养、突出应用型教学的宗旨。

三、基于CDIO工程地质实践教学改革目前要解决的关键问题

基于CDIO理念的工程地质实践改革，目的是要通过课程改革，建立“理论+实践型”立交桥，铺设“高效应用型”工程地质课程建设道路，融通各个专业知识的相互流通，使各工程专业课程之间形成一个相互联通、相互完善的课程体系，发挥课程体系的整体教学目标，充分利用新的教学技术手段进行实习实验教学，形成工程地质知识教学一体化。

要实现上述目标，在CDIO过程中，必须要解决以下关键问题。

（1）实现宽基础体系。借鉴德国“双元制”、“能力本位（CBF）”、“技能模块组合（CMES）”等课程模式，合理选用水利工程、土木工程等专业的工程地质教材体系，加强大学一、二、三年级课程的内在联系和智力开发，从实际出发，具体组织实施循环教学一体化，提高学生发现问题和解决问题的能力。

（2）分层递进教学。要根据学校对工程地质教学的要求，在空间上实行专科、本科和研究生等层次分别实施教学，在内容上合理安排认知实习、专业实习和毕业实习的由浅入深教学，在时间安排详略得当，递进式推进，使学生学有所成。

（3）学历教育与职业教育。实现学历教育与职业教育的对接，专科教育侧重于工程地质的“矿物岩石”、“地质构造”、“岩性”、“地下水”等一般地质知识，具有利用工程地质知识解决一些实际应用的能力；本科生教育则要求掌握工程地质问题的原理及应对措施，初步掌握地质填图等知识；研究生教育则要求必须学完一些地质工程设计原理等深度知识。三种学历教育必须与职业教育对接，呈螺旋式递进关系，逐步提高。

（4）分专业模块量化评价。为了避免教学内容重叠，提高学生综合能力，提高教学效益，工程地质教学课程体系必须实施水利、土木工程各专业模块教学，制定切实可行的实习考核量化指标，打破学校界限和院系界限，充分了解社会和学生所需，提高学生就业率和考研率。

四、基于CDIO的工程地质实践教学探索

实践是“工程地质学”课程的本质要求，是巩固和延伸理论教学效果的手段和方法，也是工程创新的基础。南昌工程学院借鉴基于CDIO的工程教育理念，结合传统的水利工程、土木工程等优势专业，开展了面向社会需求、面向工程、面向能力培养的工程地质实践教学改革探索，取得了初步的成效。

1.师生互动式的角色转型

CDIO理念下教师角色转型的目的是培养工程应用型、创新型人才，使教师能够在教学当中设计出真实的工程环境，同时设计出适应专业要求的实践内容。 我校通过组织调研、派员培训、组织讨论、教改课题等方式，深入学习讨论CDIO理论，明确其内涵意义和实现方式。在教学内容中结合CDIO的12条标准来设计实践课程和实践路线，引导学生在学习工程地质学科知识的基础上，还注重人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力的培养。在教学过程中，采取项目式设计，即设计一些小项目、小课题，引导学生主动学习，保证每个学生都参与工程项目并积极加入团队项目开发，培养学生的团队合作能力和工程能力。如在针对水利工程专业的学生工程地质实习时，教师设计出库区工程地质问题、坝址工程地质问题、地下涵洞工程地质问题、溢洪道工程地质问题评价等12个实习小课题，让学生根据自己兴趣选题开展实习调查评价。在教学考核评价设计时，设计老师学生共同参与评价，制定野外表现、实习成果和测试报告相结合的量化考核指标，改变主观、定性评价为客观、定量评价。考核评价时，设计出具体考核表，把学生选题、分工、实习过程中表现、图表质量和实习报告全部量化考核，增强了学生参与实习的责任意识，提高了学习效果（图1）。

图1 基于CDIO的工程地质实践教学改革模式

学生在参加工程地质实践过程中，结合专业方向、就业愿望及社会需求开展应用调研。如水利工程专业、地下工程、岩土工程、道路工程分别开展对应专业的规范规程、考研院校、行业方向、企业或政府等对毕业生能力的要求进行调研，在此基础上，开展自己的工程地质实践方案设计。选择对应的实习小组或实践单位，让学生主动参与到实践活动当中，开展出实践活动方案，并在实践过程中体验、提升和总结，最后写实践活动报告，对实践活动开展自我评价。

2.优化“三螺旋”式的工程地质实践内容

传统的实践教学主要以高校教师讲授为主，社会需求仅仅满足于完成政府下达的计划指标，而科学创新需求对于普通本科高校要求也不是很高。因此，在这种模式下，工程地质实践内容往往千篇一律，对地质科学新理论、新方法和新方法的教学反应较慢，甚至与社会需求和科学创新需求背道而驰。而“三螺旋”式的工程实践教学创新综合考虑到社会需求、高校自己情况和科学创新需求，回归工程地质实践的本义，可以解决教学分离、教需分离的问题。根据这种在情况，我校在工程实践教学构思、设计、实现、运作重点放在社会、高校、创新等三个方面的内容设计上。

在实践教学构思和设计上，围绕学校水利工程、土木工程等重点学科，对工程地质课程教学、实验教学、实习实践的教学内容进行优化，重点对工程地质的基本理论、矿物实习、岩石实习、野外地质实习的基本技术与方法、地质构造的野外观察与分析、地质图件的识读与分析、滑坡的现场调查与分析、室内试验的科学开展等内容进行充分的论证，合理的调整。突出以用为本，着眼于提高学生的学习绩效，充分运用工程地质学、水力学、土力学、岩体力学等学科知识，注重理论与实践结合，逐步探索出“课堂理论奠基、室内实验认识、野外实习强化”等总体教学结构。增加了三维激光扫描、无人机滑坡险情检测，地质工作“新三宝”的等新设备、新仪器、新手段和新方法的教学（图2）。

图2 三维激光扫描仪的安装

在工程地质实践教学的实现和运作上，重视实践路线、实践场所和实践基地的选择和实现，精选工程地质实践路线、开放实验室建设和联合实验基地的合作建设。实施教改以来，成功申请国家水利工程创新中心、蓝水水利工程甲级监理公司等多个省部级科研和生产平台，对传统的庐山地质实习基地、七一水库实习基地的实习线路进行细分，新设计出实践路线7条，满足了不同专业工程地质实习的内容。增加了江西景德镇玉田水库、江西吉安市峡江水利枢纽等实习基地。同时，加大了地质开放实验室建设，与葛洲坝集团有限公司、江西省勘察设计院、江西省水利勘察设计院、铁道部第四勘察设计院、江西省交通勘察设计院、江西省地质工程集团等20多家企事业单位联合建设实践或培养基地，选派学生参加企业联合实训，提高学生的实践能力和应用能力。

3.创新工程地质实践项目群的开发和教学

CDIO项目要求将实验项目整合在一起，开源化建设实验室，利用多个实践项目群将各种知识能力的培养串联，提高学生的综合运作能力。我们利用国家大学生科技创新比赛、水利部大学生创新比赛、江西省大学生科技创新比赛等各级创新比赛，设计出创新实验项目群，让学生在项目中成长，在项目中学习团队合作能力、创新能力和动手能力的培养。如无人机险情检测项目，综合吸收了地质、机电、电子、土木等各专业的学生，分别负责裂缝定标模块、安全保护模块、图像处理模块、图像采集模块的研发和实施，从项目的调研、方案的设计、项目的执行及实施方面让学生全过程参与，最后在反复试验中将各专业模块融汇贯通，该项目获2015年全国大学生创新比赛一等奖（图3）。

图3 无人机滑坡裂缝检测系统

在工程地质实践项目群的教学方法上，结合学校相关专业培养目标及学生的认知规律，倡导理论联系实际，在庐山实习基地、玉山七一水库实习基地和玉田水库实习基地精选实习路线，合理安排实习实验时间，摒弃传统的“灌水、强压、全面、深奥”的课堂传授教学方法，探索研究高效的“助学、乐学、益学”的零距离教学方法，充分调动学生积极性和主动性，激发“理论+实践、讲授+探讨”的双向互动潜能，提高学生的实践能力和创新能力。加大学生对参与国家、省部级和校级创新项目的激励，大力鼓励学生参与BIM大赛、CAD制图及设计大赛、MAPGIS大赛等，调动学生参加各类比赛的积极性。

4.探索应用型与科研型相结合的实践教学考核评价模式

以提高学生解决工程实际问题的能力为目标，对参与过工程地质实习的学生进行问卷调查、个别访谈、课堂观察、课堂实验等研究，了解学生对工程地质实习实验的反馈意见，并进行分析和总结，论证实习实验教学改革的可行性、有效性以及存在的不足。在教学过程中，探索以形成性评价为主的多元评价方式，加强“学习过程控制”，促进学生应用能力和创新能力的共同提高。

五、结束语

针对传统工程地质实践教学工作的不足，阐述了基于CDIO的工程地质实践教学理念，分析了当前工程地质教改中存在的问题，提出要通过加强师生互动型的CDIO角色转型，优化“三螺旋”式的实践教学内容，创新实践项目群的开发和教学，该教学改革符合CDIO学生为本原则、以社会需求为原则、渐进性原则和相结合原则。下一步，我们认真总结验，反思改革和改革工程地质实践教学的经验和教训，期望能为工程地质实践教学提供新的思维，既提高学生的有效获得感，又能满足社会需求、企业需求和政府的需求，最终为社会经济发展做出贡献。

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Title:Exploration of Education Reform of Engineering Geology Practice Based on CDIO Conception

education reform; engineering geology practice; outstanding engineers; CDIO

G642

A

1006-9372（2017）01-0064-05

2016-05-10；

2016-06-20。

江西省教育厅科技项目：降雨型砂岩区类土质滑坡GMD预测模型研究（GJJ151124）;南昌工程学院教育改革重点课题（2015JG001）；南昌工程学院研究生质量提升项目（2015YJSZL008）。

甘建军，男，讲师，主要从事工程地质的教学与研究工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

甘建军，唐春，杨普济，等.基于CDIO的工程地质实践教学改革探索[J].中国地质教育，2017，26（1）：64-68.

Author(s):GAN Jian-jun, TANG Chun, YANG Pu-ji, HU Sheng-ming, HUANG Cheng