基于CDIO工程教育模式的“外加剂技术与应用”总体教学设计*

刘进强 郝斌 黄雁 陈瑞军（唐山学院环境与化学工程系）

近些年，我国高等教育得到了蓬勃发展，为中国特色社会主义建设取得举世瞩目的成就提供了人力支持和智力保障。据有关资料显示，从绝对数量来看，我国工程教育规模世界第一，但也存在严重的工程性与创新性缺位现象[1]。在当前信息技术时代，发达的科技给生活、工作、学习带来很大便利的同时也给学生造成了太多外界刺激，分散了其专注学习的注意力；重理论轻实践的传统教育模式使教学过程单调、枯燥，更难激发学生的学习兴趣及动力，实现良好的教学效果[2][3]。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。基于CDIO模式进行课程教学改革，充分发挥学生学习的主体作用，使其深度融入学习全过程，将显著提高其工程实践能力以及团结协作等职业综合能力。

一 CDIO工程教育模式的内涵

CDIO工程教育模式是由麻省理工学院等四所大学通过4年的探索研究而建立的基于工程教育的先进教学模式。它将企业产品生产全过程映射至高校人才培养的全过程，以产品研发到产品运行的生命周期中的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）等四个环节为载体，让学生以主动实践的方式在工程背景下有机地学习课程知识，达到工程能力和学科知识的完美结合[4-5]。CDIO的主要理念主要通过教学大纲和12条标准得以体现，其中教学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，着重加强学生的能力。12条标准涉及教师、学生、课堂以及实践等方面应当达到的标准。CDIO模式是以培养既有过硬的学科专业知识、深厚的工程能力，又有良好的职业道德的国际化工程师为目标[6]。

CDIO工程教育模式给我们高等教育教学改革提供了先进理念以及可参考的框架，对高等教育人才培养的重要意义已得到了广泛共识。2016年1月，“全国CDIO工程教育联盟”成立。2017年4月，2017CDIO工程教育联盟会议围绕“建设新工科背景下的CDIO工程教育改革与发展”主题在浙江大学城市学院召开，探讨了新形势下如何创新发展CDIO工程教育，推进创业创新教育、工程认证和新工科实施。通过对CDIO教育模式及其实践成果的研究，反思我们教育教学现状，结合课程的具体实际，大力推进基于CDIO模式的课程教学改革，才能提高我们的教学效果，真正将工程实践能力培养的目标落到实处。

二 “外加剂技术与应用”课程的特点及教学现状

“外加剂技术及应用”课程是我校无机非金属材料工程专业一门专业方向课，其培养目标是，使学生掌握混凝土外加剂的类型与基本性质、作用机理与生产过程、性能评价与检测、工程应用与问题应对措施等，在具有坚实理论基础的同时，能正确、合理地应用专业基础知识解决外加剂应用过程中的实际问题。课时32学时，教学方式以课堂讲授为主，考核方式为考查，成绩主要由出勤、课堂表现、作业及结课测验构成。

该课程具有很强的工程应用型特点，对学生从事外加剂工程应用或技术服务，具有很强的适用性，满足了外加剂生产企业以及商品混凝土企业对专业人才知识构成与实践能力方面的需要。尽管教学过程采取了讲授、演示、案例分析、课后作业、课上抽查提问等多种手段、方法，但总体教学效果与教师备课、上课的努力程度相比仅算差强人意。据调查分析来看，其大致原因有，应用型特点突出的课程仍主要采取了传统的课堂讲授方式，难以激发学生学习兴趣，难以培养工程实践能力；传统的考查课考核方式让学生从内心就降低了对课程的重视程度。

三 CDIO模式下的课程教学总体设计

CDIO模式的教学大纲将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。我们充分利用本课程作为考查课可以采取灵活多样的考评方式的优势，在课程的培养目标、教学内容及采取的教学形式、考评办法在设计之初就应紧紧围绕且重点突出这四种能力的培养来开展。

1 培养目标突出工程实践能力

面面俱到就难以做到重点突出。本课程应强调在具有一定理论基础同时，重点突出工程实践能力的培养。外加剂的合成及生产控制等需要较扎实的化学工程与工艺等专业知识，在教学过程中应可要求为了解程度；外加剂的作用机理是对外加剂的性能从化学结构方面进行的理论解析，有助于掌握产品种类及其性能特点，也有助于为未来从事更高性能产品开发奠定理论基础，因此可要求为熟悉程度。总之，培养目标应调整为，面向建筑材料行业，培养具有良好职业素养和爱岗敬业精神，掌握外加剂类型及其性能特点、产品性能评价与检测、工程应用与问题应对等实践能力，并熟悉外加剂的作用机理，具有一定的从事外加剂合成与生产控制的理论基础的高素质应用型人才。

2 教学内容适应工程实际需求

从外加剂的课程教学内容组成来看，共分减水剂、早强剂、引气剂等十几个种类的外加剂，但在教学过程中，不搞平均主义，不求大而全，从工程实际需求的出发，将减水剂、缓凝剂、引气剂、防冻剂、早强剂、膨胀剂、速凝剂等十多个种类分成核心、重点、一般三个等级，在课时以及教学形式上做适宜安排。以核心部分-减水剂、缓凝剂、引气剂为例，尽管同属核心内容，但在工程实际应用上缓凝剂、引气剂仍以配合减水剂为主追求综合效果，所以可将三者视为一整体做统一要求，不仅深入理解其理论基础，更要做到理论与实践的融会贯通，并培养熟练操作、分析解决实际问题的工程实践能力，所以在课时上要占较大比例，在教学形式与方法上多样并举，总体设计见表1。

3 教学组织形式满足能力培养要求

传统的课堂理论讲授模式中，学生总是处于填鸭式的被动状态，很难激发出饱满的学习热情，更难以取得良好的学习效果。CDIO工程教育模式强调工程基础知识、人际沟通、团队协作与自我表达、工程实践等四方面能力的培养，所以在教学过程中必须采取多种方式才能得以实现。理论讲授可以满足掌握工程基础知识的需要；人际沟通、团队协作可以以项目小组攻关某个项目任务的形式来进行；自我表达能力培养则需要教师给学生以鼓励、指导并提供一个平台、机会来锻炼；工程实践能力培养则需要通过完整的、较高强度的具有明确目标的系列项目任务来进行。

本课程中，以核心内容-减水剂、缓凝剂、引气剂为例，理论基础知识的学习采取在教师指导下由学生来讲解的形式；学生自发结组后共同完成PPT课件制作、讲解、提问与解答、成员自我说明等各环节，最后由教师与学生评审团来共同评价教学效果；过程中每个成员都能够在团队协作、人际沟通、自我展示等能力方面得到有效锻炼。工程实践能力是本课程的核心培养目标，为此，围绕核心内容共设置5个项目任务[7]，分基本操作技能、性能检测评价、工程实操三个层级，以递进方式来锻炼培养学生的工程实践能力，详见表2。尤其是工程实操阶段，带学生到砼搅拌站实地观摩学习，并领取与搅拌站工程项目同等要求的混凝土配合比试配任务，最后将在校内实验室完成的配合比及砼性能检测结果与搅拌站结果做同等对比，并请搅拌站工程技术人员做深入具体的分析、总结。

表1 教学内容及组织形式设计

表2 项目及具体任务

4 考评方法引导学生主动学习

考评方法对学生的学习有较强的引导作用。传统的考评方法中，外加剂课程的期末总评成绩由30%的平时成绩（出勤+作业+课堂表现）与70%的结课测验(或报告)成绩加和而成[8]，很难激发学生学习兴趣，调动学生学习积极性。为促使学生能够积极并深度地参与到各个教学环节中，主动思考并寻求解决问题的办法，总评成绩改为由专题汇报40%、实践操作40%、作业与讨论20%加和而成。专题汇报中又分成课件制作、课件阐述、个体自我评价等，实践操作又分为任务理解、操作规范性、结果合理性、个体参与度等子项。考核方式的改革，教师走近了学生，不仅能及时发现并指导学生的学习问题，还能了解每个学生的参与程度以及掌握情况，真正贯彻落实教师的主导、学生的主体作用。每个学生都有好学向上的意愿。只要充分利用了科学合理、丰富有趣的考评方法，就能引导学生形成积极思考、主动学习的良好氛围。

四 结语

社会发展不仅需要敢为人先的创新精神与科学研究人才，也需要扎实严谨的工匠精神与工程技术人才。高校作为培养人才的摇篮，一定要把人才培养目标定位与社会需求相结合，与教育教学过程中采用的教学模式相结合。CDIO工程教育模式在突出工程能力培养的同时，也强调人际沟通、团队协作、自我表达等职业综合能力的培养，为我们提供了较为成熟的教育改革思路与框架方案。以CDIO工程教育模式为指导，对专业课进行科学的总体教学设计，在实施过程中利用多种手段、形式，充分发挥学生的主体作用，才能有效激发学生学习的兴趣，显著提高学生的工程实践能力，为社会发展培养出高素质应用型人才，但这需要任课教师付出极大的精力和耐心。