基于CDIO工程教育理念的“土力学与地基基础”教学改革与实践

摘"要：以CDIO工程教育理念为指导，设计了“三新一体”的实践教学实施方案。在“土力学与地基基础”课程中，引入教师科研成果转化为实践教学项目、创新实践教学模式，以及采用多元化评价体系等，强调学生团队合作参与实践过程，通过线上线下的互动学习，让学生全面参与到土工试验的构思、设计、实施和运行全过程。经过三年教学改革与实践，学生的学习积极性和实践创新能力显著增强，在教学目标达成度、学生双课堂成绩以及教师教研能力方面均取得了显著成效，进一步推动了课程的持续改进和发展。

关键词：CDIO工程教育理念；科研成果转化；实践教学模式；多元评价；第二课堂

Teaching"Reform"and"Practice"of"\"Soil"mechanics"and"Foundation\"

Based"on"CDIO"Engineering"Education"Concept

Sun"Jiawei

School"of"Civil"Engineering，Xijing"University"ShaanxiXi’an"710123

Abstract：Guided"by"the"concept"of"CDIO"engineering"education，a"practical"teaching"implementation"plan"of"\"three"new"ones"in"one\""was"designed.In"the"course"of"\"Soil"Mechanics"and"Foundation\"，the"transformation"of"teachers'"scientific"research"results"into"practical"teaching"projects，innovative"practical"teaching"models，and"diversified"evaluation"systems"are"introduced，emphasizing"students'"teamwork"and"participation"in"the"practice"process.Through"online"and"offline"interactive"learning，students"arenbsp;fully"involved"in"the"whole"process"of"conception，design，implementation"and"operation"of"soil"tests.After"three"years"of"teaching"reform"and"practice，students'"learning"enthusiasm"and"practical"innovation"ability"have"been"significantly"enhanced，and"remarkable"results"have"been"achieved"in"the"degree"of"achievement"of"teaching"objectives，students'"doubleclass"results"and"teachers'"teaching"and"research"ability，which"further"promotes"the"continuous"improvement"and"development"of"the"curriculum.

Keywords：CDIO"engineering"education"concept；Transformation"of"scientific"research"achievements；Practical"teaching"mode；Multiple"evaluation；Second"class

1"教学改革背景

在当今的人工智能时代，随着大数据等前沿科技的迅猛发展，教育领域的革新已成为不可逆转的趋势。教师与学生都需重新审视并调整传统的“教”与“学”观念。为了在知识、技能及个人素养这三个核心领域取得突破，强调以问题为导向、融合研究与教学的创新理念［1］。

随着我国社会主义现代化建设的快速发展，对高等教育的人才培养工作提出了更高的要求，高等教育发展面临新的机遇和挑战。工程教育是我国高等教育的重要组成部分，工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础［2］。为了达到《工程教育认证标准》，让学生掌握行业实际需求的专业知识和技能，专业人才培养方案根据学生的专业基础水平以及相应能力培养要求，对实践教学提出了新要求。

“土力学与地基基础”是土木类专业必修的工程基础类课程，也是专业核心课程。课程以研究土体强度、变形及渗透问题为核心，绝大多数理论知识来源于土工试验，是一半理论分析和一半实践经验的成果。因此，实践教学不断地改革与发展对课程教学极其重要。

CDIO（Conceive构思—Design设计—Implement实施—Operate运行）工程教育理念是以工程实践为核心，强调学生以团队为单元参与实践过程，培养学生解决实际工程问题的能力、团队协作能力和沟通能力，实现理论学习、应用实践与创新能力相融合［3］。为了有效达成土木类专业人才培养方案中实践教学新要求，以OBE理念为导向，基于CDIO工程教育模式，“土力学与地基基础”从课前、课中和课后三个教学活动阶段，以教师、学生两重视角，重构实践教学体系和师生、生生评价体系。

2"课程定位

（1）知识目标：了解土的形成及工程分类方法，理解土的物理性质，掌握地基的应力、变形、抗剪强度、承载力和土压力的基本概念、基本理论和计算方法与求解，掌握常规浅基础、桩基础的设计原理，熟悉常用地基处理方法。

（2）能力目标：能够规范操作常规土工试验，测定土的基本物理性质指标，识别、分析、解决实际工程中土体的强度、变形和渗流等问题，能推演、分析同类工程问题，对常见的基础工程问题，能够作出正确合理的评价和决策。

（3）素质目标：将超级工程案例贯穿教学全过程，传承工匠精神，树立良好的职业道德和职业素养，勇于探索、创新，具有危机意识，聚焦团队协作精神、辩证思维，能够灵活运用抓住主要矛盾，忽略次要因素的工程妥协思维。

3"教学痛点

【痛点1】实践教学内容与科学研究衔接不紧密，导致实践教学墨守成规，学生科学研究和探索能力不足，创新意识不强烈。

实践教学内容存在侧重常规土工试验项目而缺乏科学研究型项目，强调常规土工试验技能而忽视了土工试验研究能力，习惯于常规土工试验项目而轻视了前沿科学研究项目［4］。教师的科学研究不能够充分实现反哺教学，影响教师教学与科研相辅相成，相互促进，影响学生对科研精神和创新意识的领会。

【痛点2】实践教学模式单一，导致实践教学过于注重土工试验操作，学生缺乏参与土工试验全过程，不利于培养学生解决复杂工程问题的能力。

传统的土工试验教学，教师往往课前下达试验任务书，学生参照试验指导书或土工试验规程预习，课中按部就班实施试验操作，课后撰写试验报告，这一模式过于注重试验操作而忽略了试验前的构思、设计，学生对土工试验全过程缺乏参与和深入解析［5］。

【痛点3】实践教学评价方法简单，对学生的分析解决问题能力、设计能力、团队协作能力、沟通能力、创新能力和素质评价不到位。

传统的实践教学往往以试验报告批阅为主要评价方式，评价标准片面，缺乏对学生分析解决问题能力、设计能力、团队协作能力、沟通能力、创新能力和素质考核，考核结果无法衡量学生综合能力和素质［6］。

4"教学改革举措与实践

4.1"实践教学内容增加教师科研成果转化试验项目

在学校和学院的鼓励和支持下，保证专业建设指南在常规土工试验项目前提下，通过实践教学模式创新，腾出实践教学学时的四分之一，分别在土的固结、渗透、直剪试验基础上，增加教师科研成果转化试验项目3项（表1），实现了科研反哺教学，孵化第二课堂成果倍增，学生的科学研究能力和创新能力得到了提升。

4.2"实践教学模式创维，布设土工试验全过程教学

基于CDIO的四个环节，在实践教学数据采集、线上线下互动方面打破了传统土工试验教学模式，从“土工试验构思、试验设计与实施、试验运行”四维度，融入课前、课中和课后“教”与“学”活动，实现学生充分参与土工试验全过程（见图1）。

（1）土工试验构想：课前，教师通过西京学院学堂云平台发布试验项目背景、土工试验微视频等线上资源，学生线上互动讨论（占比10%），提交构思方案（占比5%）。通过学生的预习状态数据，教师及时调整实践教学侧重点，扩容实践教学，提高试验课堂效率。

（2）土工试验设计与实施：课中，采用以学生为主体、教师为主导的“问题驱动”+“小组讨论”的交互式学习模式。借助前期“构思”阶段学生反馈的信息，教师创设试验问题，提交至线上“考考你”模块，引导学生自主探究试验原理（占比10%），设计试验过程（占比10%），小组讨论（占比5%），分工协作，获取试验结果（占比30%）。教师全过程跟踪，陪伴学生试错，纠正偏差。

（3）土工试验运行：课后，学生运行、分析试验结果（占比15%），提交至线上“帮帮我”模块，生生、师生共同评析试验报告（占比5%），小组根据总结和反思，完善试验报告（占比10%），再次提交至线上“闪亮亮”模块，纳入最终成绩评定。

图1"实践教学模式框图

4.2"实践教学评价多元，重在考量综合能力和素质

实践教学评价由过程性考核和终结性考核两部分组成。过程性考核占实践成绩60%，包括资料收集、任务完成、合作精神、创新实践、能力提高五个部分，每个部分由生生和师生定性地给出自评、组内互评、师评成绩；终结性考核占实践成绩40%，考核对象为土工试验报告质量。通过各考核环节赋权重，计算各目标设计权重，用以衡量课程目标合理性。目标都达到期望值（0.6）即视为本门课程达成，否则未达成。

5"教学改革成效

5.1"课程教学目标达成度逐年上升

2021—2023学年，“土力学与地基基础”三个教学目标总体达成度逐年上升，能力目标与素质目标上升数值较大，多元评价对课程总评成绩贡献效果明显。

5.2"学生双课堂成绩提升明显

近三年，线上学习总学时数由326学时/级增加至468学时/级，较之前提升43.5%；线上学习成绩也由77.4分增至86.1分，较之前提升11.2%；实验实践成绩由71.4分增至83.6分，较之前提升17.1%；学生理论和实践总评成绩由75.6分增至85.3分，较之前提升12.8%。

学生第二课堂成果显著。荣获“互联网+”省级银奖1项、铜奖1项和国家级大创项目1项、省级3项，学生发表论文3篇，获得专利5项。

5.3"课程团队教师教研成长迅速

已形成结构稳定的教学团队。荣获专业类讲课比赛国家级一等奖1项、省级青教赛二等奖1项，立项教改项目4项和教材1部，发表教研论文2篇，实现科研转化土工试验教学项目3项，孵化第二课堂项目15项。

结语

教学团队依托“土力学与地基基础”课程，以CDIO工程教育理念为指导，设计了“三新一体”的实践教学实施方案，在科研成果转化试验项目驱动下，重构了土工试验项目的“新”内容；形成了土工试验构思、设计、实施及运行的全过程实践教学“新”模式；针对实践综合能力和素质，设计了多元化考核评价“新”方法；构建了师生第二课堂成长共同“体”。解决了实验教学三大痛点问题，在学生课程学习、创新能力、教师成长方面产生了良好效果。

参考文献：

［1］钱凯，李治.基于CDIO模式土木类专业学生创新能力培养探讨：以桂林理工大学为例［J］.教育教学论坛，2022（43）：141144.

［2］艾心荧，刘良坤，潘兆东，等.基于OBE的工程教育模式下土木工程专业理论力学教学设计改革与实践［J］.大学教育，2022（09）：6164.

［3］胡志刚，任胜兵，陈志刚等.SECDIO工程教育模式的探索与实践［J］.高等工程教育研究，2010（6）：2028.

［4］蔡光华，闫超，唐浩，等.新工科视域下“土力学”教学内容升级与转型［J］.科技风，2024（30）：115117.

［5］汪玉容，植凤娟，汪洋.工程教育认证背景下的土力学课程教学改革实践：以“土压力”为例［J］.安徽建筑，2022，29（11）：113114.

［6］张俊然，姜彤，贾艳昌，等.以科研促进“土力学”实验教学的改革与实践［J］.教育教学论坛，2022（02）：156159.

基金项目：西京学院教育教学改革研究（一般）项目资助（JGYB2308）

作者简介：孙佳伟（1987—"），女，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，副教授，主要从事土坡稳定分析及防灾减灾相关研究与教学工作。