CDIO结合项目驱动模式的能源动力类实验教学探索

刘力健　田禾　崔明贤

摘  要：通过对能源动力类的专业特点分析，对传统实验教学中存在的许多与新时代创新教育不相适应的地方进行了总结，针对能源动力类专业实验教学要迎合工程认证教育背景下创新型人才培养的需求，构建了以项目设计为主线，符合CDIO理念的实验教学模式，在2014级、2015级、2016级能源动力类专业学生中进行应用实验，从而增强了学生的实践、认知、创新的综合素质，提高主体意识和实践才干，引发学生做实验的兴趣，激发学生思维，引领学生在解决问题中规划完成实验，取得了良好的实验教学效果。

关键词：能源动力类;CDIO;项目驱动;实验教学

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）02-0097-03

Abstract： Based on the analysis of the professional characteristics of energy and power， sums up many places in the traditional experimental teaching that are not suitable for the innovation education. In order to meet the requirement of cultivating innovative talents in the background of engineering certification education， the experimental teaching mode of energy and power major is constructed， which is based on project design and accords with CDIO idea. The application experiment is carried out among the students majoring in energy and power at 2014， 2015， and 2016 grade.， so as to enhance the students' comprehensive quality of practice， cognition and innovation， to improve the subject consciousness and practical ability， to arouse the students' interest in practice experiments， and to stimulate the students' thinking， and lead students to plan and complete experiments in problem solving， and achieve good experimental teaching results.

Keywords： energy and power; CDIO; project driving; experimental teaching

一、概述

CDIO工程教育模式是近年来高校教育工程认证背景下的国际工程教育改革最新成果，代表了构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），而项目驱动教学模式的出现是打破传统实验教学理念的一种新观念，是以教师为指导、以学生为学习主体、以项目内容为核心载体，以培养学生自主学习和探究协助能力为目标，鼓励学生在项目实施过程中主动参与，发展学习者的综合能力[1-4]。

实验教学作为高校教学体系的一个分支，在整个教学培养计划中占据着强有力的地位，其不但有辅助理论教学的作用，还在培养学生严谨的科学思维和创新能力、理論联系实际、特别是与科学技术发展相适应的综合能力，以及适应科技发展与社会进步对人才的需求方面有着不可替代的作用，是理论教学不可替代的环节。随着高校能源动力类专业建设的不断完善，实验教学改革的要求应打破传统、迎求发展，而CDIO与项目驱动的结合是应对这种需求的新模式。

二、能源动力类专业特点与学生对实验环节的需求

（一）能源动力类专业特点

能源动力专业涉及面广，技术交叉性强。既包含传统的热能与动力工程专业又包括一些新生的能源技术等专业[5]。作为一个宽口径大类专业，同时拥有热能工程、流体工程、低温与制冷工程、热动力工程、汽车工程、热能动力及控制工程等二级专业。当今社会尤为注重新能源的开发利用、保护环境、提高效能、控制污染物的排放等主要议题。这就要求能源动力类专业的学生不但要掌握专业基础知识，还得具备必要的资源环境学理论、电子控制及计算机应用知识，从而运用热能及其应用、能源利用和能源转换的基本规律，成为能够在能源动力类相关领域内从事设计制造、科研开发、运行管理等工作的高级专门人才。

（二）能源动力类学生对实验环节的需求

通过对学院能源动力类学生的调查发现，二年级学生处于基础课程学习完成，进入专业基础课程学习的阶段，学生总体上对实验的了解程度不大，对实验室的设备不了解，处于对实验室的憧憬阶段，新鲜感明显，是需要走进去认识的阶段;三年级学生专业基础课程已经学习完毕，对实验室的基础设备已经完全能够认识并熟练运用，对于专业课程中所涉及的一些工程设备更加感兴趣。四年级学生专业课程基本已经修读完成，进入毕业设计实践阶段，对实验室内的教学设备已经熟识，需要进一步的利用设备进行更加深层次的研究创造，多数学生需要以就业为目标，锻炼自主意识和设计能力，不断发现新的应用创新点，将大学学习中所掌握专业理论知识应用于实践中[6]。

三、目前实验教学状况及存在的问题

目前实验教学存在着教学内容缺乏系统性、新颖性;教学缺乏创新性、应变性;考评体系缺乏科学性、规范性等问题。实际实验教学过程中，较多教师运用传统教学模式，“讲解——示范——练习”的单调循环使实验教学课堂单一枯燥，对于学生的学习积极性和主动性起到了极大的制约和阻碍，不利于培养学生的创新思维，及社会适应能力，对教学效果具有重大影响[7，8]。

（一）实验教学思想和教学观念方面

传统教育理念使目前实验教学观念明显守旧、落后。安排教学计划时，存在重视理论教学、轻视实践教学的倾向。把实验教学看成是课堂教学的附属品，只作为验证和巩固课堂教学内容的一种手段而已，因而，实验教学的学时数明显偏少，一般只占课堂教学的10%～15%，致使理论与实践相脱节，学生对实验的兴趣不高。

（二）实验教学方式方法方面

传统的实验教学手段单一，现代化的教学技术并未能引入到实验教学中。实验教学授课方式通常以教师讲授为主，学生被动地按教师提前给出的实验指导要求和操作步骤进行，缺乏教师与学生间的互动，师生之间缺少交流，不利于实验教学成果的提高改善。

一般的实验课不计成绩，没有学分，不能引起学生的足够重视，有些单独设课的实验课学生成绩评价缺乏合理的科学依据。

（三）实验教学内容方面

目前，大多数教学实验，特别是专业基础课实验，主要是针对书本上的某一原理或公式所设立的实验，属于单一性验证实验。这些实验缺少对学生综合能力训练的内容，甚至忽略了与生产实际的相联系的内容，未能体现现代科学技术知识的更新发展。这类缺少深广度的实验，学生做起来比较容易，感觉比较乏味，因而不予重视[3]。这样，不仅影响着实验教学的质量，有时还会影响到实验教学的秩序。这类单一验证性实验过多，综合性、设计性、研究性、应用性及创造性实验偏少，已不能适应知识经济对人才培养的要求。

此外，实验内容往往滞后于最近的科研进展，致使实驗教材也相应的更新较慢。

上述问题的存在，使大多数学生对实验课目不够重视，每次实验时都是应付了事，从实验预习报告、实验数据到实验报告千篇一律，抄袭现象比较严重。甚至到课程结束时，还有些同学仪表仪器不会使用，基本故障不会排查。

因此，这些问题如果不能好好解决，那么实验教学达不到明显效果，锻炼学生实践能力作用不大，不能适应当前培养综合应用型、创新型人才的需要。

四、CDIO结合项目驱动模式的实验教学思路及具体方案

CDIO结合项目驱动的实验教学模式以增强学生的综合素质、创新能力和实践才干为着眼点，以学生为主，转变教师身份，注重对学生求知欲的激励和引导，教师与学生进行项目准备和项目开展实施的深入探讨，包括如何选择符合教学目标和学生特点的项目、如何合理的设计项目、如何合理的制定项目阶段计划和整体计划、如何合理分组与分工、如何收集相关项目资料[9];项目实施阶段中，如何完成各阶段项目成果，项目成果的交流及改进;项目结束时，完整项目成果交流与评价、项目学习的反思等，而不是传统意义的讲解示范[10]。科学地分析学生应具有的知识、能力和素质结构，构建合理的实验教学结构体系[11，12]，正确处理理论教学与实验教学的关系。

（一）设计项目

CDIO结合项目驱动教学模式的核心是设计项目[13]。以项目为主线，根据培养方案和教学目标设置总项目，再把总项目分解成若干个小目标，并把大项目分解成若干个子项目，把每一个知识模块转化为容易实现的小项目，把学习内容融化在每个项目之中;设置的学习项目可以是总项目、子项目，预习的、复习的项目，课前、课中、课后的项目，自主学习和小组探究的项目等。

项目选取时应遵循以下几个原则：1. 项目的实用性。项目驱动教学模式强调项目来源于实践，在选取项目的时候，就需要综合考虑项目的实用性。2. 项目的可行性。项目选取时应考虑项目在教学中能进行操作。3. 项目的趣味性。实验是一个信息加工、专业操作反复建构的过程，这个过程充满着各种干扰因素，增加学习内容的趣味性，可增加学习兴趣，提高学习动力。

（二）明确项目内容，创设学习情境

在明确项目内容之后，教师引导学生进行“要做什么”、“该怎么做”和“怎么做最好”思考，利用之前收集的资料，根据实验目的组成设计项目计划，根据各实验仪器结构和知识要点设计子项目，使学生对项目的结构有清晰条理性。为使学生能够有更切身体会的了解和实施项目，教师和学生可共同创设一定的“真实情境”。

（三）独自探索，提示引导

学生是信息加工的主体，是知识学习的主动建构者，学习过程是学生内部控制的过程，教师只是学生知识建构的帮助者、引导者、促进者。放手让学生自己独自、主动探索学习是项目驱动教学模式的主要特征。在项目开始阶段，由教师进行项目引导（如根据情境进行项目概念启发的过程），学生自主进行探索，分析项目任务。在学生自我探索的过程中，教师应根据项目内容及学生掌握情况进行适当的提示、帮助和引导学生有序建立各个子项目的知识框架和形成完整项目的知识构建。同时，在项目进行中，可能因外部环境因素及学生内部学习心理因素的干扰，学生可能对项目学习会有情绪上和学习上的负压力，影响项目内容的学习，教师在教学过程中应对学生进行教学监控，即每个子项目实施阶段对学生的学习情况进行了解及提示引导，对学生的疑问进行疏导，引导学生完成完整项目的意义建构。教师随着项目进行而帮助、指导逐渐减少，直至学生可独自将项目继续进行。

（四）团队协作，项目修正与完善

项目驱动教学模式强调团队协作、相互交流[14]。项目驱动教学中，小组人员以3-4人为一组，组员依据制定项目的计划表，学生展开实验，在实验过程中，团队之间相互合作，同时针对发现的问题进行讨论、分析，寻求解决办法[15]。团队之间可以分工负责，利用各种资源进行小组协商讨论，在共同讨论过程中，学生通过集体思维的力量，对完整项目内容的学习有一个比较正确、全面的认识，逐渐完成对知识要点的意义建构。CDIO结合项目驱动是一个团队协作、开放式的教学模式，以项目为中心点，各抒己见，小组成员及组间的相互讨论交流和协商对项目具有事半功倍的成效。

（五）多元评价，综合评价

教学评价是一种特殊的反馈机制，对于教学活动和教学目标之间的偏差能有效克服。依据多元智能理论，个体智能发展存在不同程度的发展差异性，同一智能也存在不同的表现形式。因此，在项目驱动教学中，对学生的学习进行多元化的评价。进行定量评价的同时更注重定性评价;多进行形成性评价，以“发展、激励”学生能力为目的;评价中学生同时参与，避免教师个人独断;评价内容包括学生的项目设计能力、项目实施中的表现、项目成果、学生小组贡献等。

五、结束语

CDIO结合项目驱动教学模式以项目设计为主线，符合CDIO理念，解决了以往实验项目中理论知识和工程设计相脱节，实践环节独立不连续的问题，通过对2014级、2015级、2016级学生的实践实施，让学生在实验中锻炼技能，培养主体意识，提高实践、认知、创新能力，引发学生做实验的兴趣，激发学生思维，引领学生在解决问题中规划完成实验，通过小组交流适当的加强了学生之间的良性竞争，取得了良好的实验教学效果。

参考文献：

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