劉方亮　吳偉偉

摘 要：CDIO對工程教育改革具有重要的指導(dǎo)作用。文章針對“建筑物理”課程順序式教學(xué)模式存在的問題，構(gòu)建了CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式，該模式將“理論知識”與“實踐方法”整合，以“教”為源點，“教”、“學(xué)”、“做”交叉聯(lián)系，是“教”、“學(xué)”和“做”有機(jī)融合的一體化教學(xué)過程。

關(guān)鍵詞：CDIO；教學(xué)模式；實踐型；交叉式；建筑物理

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）04-0045-03

CDIO理念是歐美20多年來工程教育改革理念的繼承和發(fā)展[1]。CDIO工程教育模式是指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程知識。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面[2]。CDIO是產(chǎn)品導(dǎo)向的教育指導(dǎo)原則，它對運(yùn)作的細(xì)節(jié)沒有硬性的規(guī)范[3]。對于具體某一門課程來說，CDIO不可能給出具體的能力要求，同時也沒有明確給出CDIO能力目標(biāo)的落實方法，這就需要教學(xué)設(shè)計者依據(jù)教學(xué)的需要來制定符合相應(yīng)課程的CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)及其貫徹方法[4]。由此，根據(jù)CDIO基本理念，通過改變傳統(tǒng)的順序式教學(xué)模式，建立CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式，并以“建筑物理”課程為例，闡述在建筑專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)過程中如何具體滿足CDIO的要求。

一、“建筑物理”課程教學(xué)存在的問題

“建筑物理”課程包括“建筑物理（熱）”、“建筑物理（聲）”和“建筑物理（光）”三門分支課程。該系列課程基本理論概念多、公式多、計算多，建筑學(xué)學(xué)生全面掌握并靈活應(yīng)用有一定的難度。同時，由于該課程技術(shù)性強(qiáng)，如果內(nèi)容安排不合適或教學(xué)效果不佳，會降低學(xué)生興趣和注意力[5]。因此，合理的教學(xué)模式設(shè)置對于“建筑物理”課程的教學(xué)至關(guān)重要。

長期以來，受教學(xué)和實驗條件的限制以及受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，該課程的教學(xué)模式為教、學(xué)、做三個子系統(tǒng)順序單向交集關(guān)系，如圖1，屬于“順序式”教學(xué)模式。

順序式教學(xué)模式先有針對理論知識的課堂教學(xué)，后有針對實踐的實驗教學(xué)，以理論教學(xué)為主，以實驗教學(xué)為輔。順序式教學(xué)中，理論教學(xué)與實驗教學(xué)子集相互獨立，在理論課的備課和實驗課的設(shè)計中，教師往往不能將二者有機(jī)地結(jié)合。同時，理論學(xué)習(xí)子集與實踐學(xué)習(xí)子集也相互獨立，學(xué)生學(xué)在前，做在后，學(xué)與做脫節(jié)。由此引發(fā)出一系列問題。首先，學(xué)生未能充分參與到實驗設(shè)計環(huán)節(jié)，不能發(fā)揮自身的能動性[6]。其次，教師設(shè)計的實驗內(nèi)容不能全面考慮到學(xué)生在理論課中有疑惑的知識點，也不能充分鍛煉學(xué)生獨立研究問題、解決問題的能力[7]。最后，學(xué)生對知識的吸收和應(yīng)用缺少有效的反饋機(jī)制。教與學(xué)、教與做的反饋過程相互獨立，難以做到教學(xué)相長[8]。因而，學(xué)生面對深奧的建筑物理理論難以產(chǎn)生濃厚的興趣，進(jìn)一步阻礙了他們對知識的理解。

CDIO工程教育模式是解決以上問題的有效途徑[9]。在“建筑物理”課程教學(xué)過程當(dāng)中，為使學(xué)生掌握建筑創(chuàng)作中建筑技術(shù)和建筑藝術(shù)結(jié)合的能力，應(yīng)當(dāng)以實現(xiàn)CDIO的培養(yǎng)要求為目標(biāo)，建立CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式。

二、CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式的構(gòu)建

（一）CDIO導(dǎo)向的教學(xué)模式框架

CDIO（Conceive-Design-Implement Operate），即“構(gòu)想—設(shè)計—實施—操作”。這四個過程來源于產(chǎn)品或系統(tǒng)的生命周期過程，涵蓋了絕大多數(shù)工程師必要的專業(yè)活動?，F(xiàn)代工程師涉足產(chǎn)品、生產(chǎn)流程以及系統(tǒng)生命周期的各個方面[10]。所以，符合CDIO導(dǎo)向的課程教學(xué)過程也應(yīng)以此為基礎(chǔ)。構(gòu)想階段，課程基礎(chǔ)知識的傳授（理論知識和實踐知識）使學(xué)生掌握研究對象的需求、考慮工藝、策略和方法，并且發(fā)展概念的、技術(shù)的方案；設(shè)計階段，以構(gòu)想階段的知識架構(gòu)為基礎(chǔ)，通過課程設(shè)計，提出計劃、草圖和算法流程，描述需要實現(xiàn)的產(chǎn)品、生產(chǎn)流程以及系統(tǒng)；實施階段，借助形式多樣的課內(nèi)外實踐活動，將設(shè)計成品化；操作階段，用教學(xué)成果、教學(xué)過程和教學(xué)體系傳遞內(nèi)在的價值，以進(jìn)化更新現(xiàn)有的系統(tǒng)。

以“構(gòu)想—設(shè)計—實施—操作”為基本過程的教學(xué)活動，涉及專業(yè)培養(yǎng)理念、課程計劃的制訂、設(shè)計—實現(xiàn)經(jīng)驗和實踐場所、教與學(xué)的新方法、教師提高、考核與評估六個方面。這六個方面，體現(xiàn)了CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)了教學(xué)過程中不同的階段，指向教學(xué)模式中不同的集合關(guān)系（見表1）。以上構(gòu)成了CDIO導(dǎo)向的新的教學(xué)模式框架。

（二）CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式模型

以CDIO為導(dǎo)向的教學(xué)模式框架為基礎(chǔ)，將“理論知識”集合與“實踐方法”集合相互嚙合，同時把在順序式模式中割裂為兩個部分的“教”子集，合并為一個合集，在“教”的階段，實現(xiàn)理論與實踐知識的結(jié)合，使理論教學(xué)與實踐教學(xué)的脫節(jié)概率降低，形成圖2所示的新型教學(xué)模式。該模式以“教”為源點，“教”、“學(xué)”、“做”交叉聯(lián)系，三個子集間的交集，為創(chuàng)新性實驗或創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，是學(xué)生實踐能力鍛煉的重要區(qū)域。故新型教學(xué)模式稱為“交叉式”實踐型教學(xué)模式。

從圖2中可以看出，交叉式實踐型教學(xué)模式是“教”“學(xué)”“做”交叉共行的系統(tǒng)化教學(xué)方式?！敖獭钡钠鹗既匀皇且越處煘橹鳎瑢φn程知識點進(jìn)行準(zhǔn)備。教師不但要將課堂教學(xué)理論知識點準(zhǔn)備好，還要考慮到知識點和知識體系在“學(xué)”與“做”中所涉及的實驗內(nèi)容設(shè)計。這樣使教師在傳授知識之初就將理論與實踐有針對性、有目的地結(jié)合起來，避免了理論與實踐單向聯(lián)系造成的脫節(jié)?！皩W(xué)”包括學(xué)生對理論知識的接受和理解、課下作業(yè)的完成和知識的消化，以及掌握實驗方法、設(shè)備的操作，驗證或重現(xiàn)知識。“做”涵蓋了學(xué)生所有課堂內(nèi)外主動和被動的實驗、實踐行為?！敖獭迸c“學(xué)”的交集，是經(jīng)課堂教學(xué)過程完成的。學(xué)生在課堂中完成知識的吸收和理解，并了解知識點與實驗、實踐的聯(lián)系。“教”與“做”和“學(xué)”與“做”的交集，是通過實驗、實踐教學(xué)完成的?！皩W(xué)”與“做”以及“教”與“做”是可以同時進(jìn)行的。在“教”與“做”的實驗教學(xué)中，學(xué)生熟悉實驗設(shè)備的使用和實驗操作的流程，對所學(xué)習(xí)的理論知識進(jìn)行初步的驗證和二次理解。在“學(xué)”與“做”的實驗教學(xué)或開放性實驗中，以“教”與“做”的成果為基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生對較深入的進(jìn)行理論和實驗研究，培養(yǎng)學(xué)生“分析問題”、“解決問題”的能力，使學(xué)生掌握知識點在實踐中的應(yīng)用。

三個子集的公共交集，是“教”、“學(xué)”和“做”有機(jī)融合的一體化教學(xué)過程。由學(xué)生根據(jù)自己掌握的理論和實踐知識，在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，提出有意義、有創(chuàng)新、可行的問題。并自己設(shè)計實驗，分析所得數(shù)據(jù)結(jié)論，解決問題。在教師的指導(dǎo)下，鍛煉了學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力。該集合中，教師的指導(dǎo)屬于“教”，學(xué)生自己提出問題、查閱文獻(xiàn)屬于“學(xué)”，學(xué)生獨立解決問題屬于“做”。反過來，學(xué)生獨立提供的問題，又促進(jìn)了教師能力的提高，從而在這個教學(xué)交集中做到了“以教促學(xué)”和“以學(xué)促教”。公共交集在教學(xué)環(huán)節(jié)中表現(xiàn)為創(chuàng)新性實驗或創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練。創(chuàng)新性實驗和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的是圓滿完成實驗教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)[11]。因此，三子集的交叉是一個理論聯(lián)系實際的途徑，又是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一個重要步驟。

三、CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式的實施效果

CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式，將順序式教學(xué)模式中分散的反饋系統(tǒng)變?yōu)閮?nèi)在整合的反饋系統(tǒng)，符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)9中對教學(xué)反饋的要求。該模式可以克服順序式教學(xué)模式的缺陷，防止因理論知識集合與實踐方法集合被割裂，“教”“學(xué)”“做”無法交叉聯(lián)系，而產(chǎn)生的一系列問題，因此在教學(xué)順序、課程準(zhǔn)備與教學(xué)、學(xué)生對知識的理解、學(xué)生能力的培養(yǎng)、教學(xué)反饋等方面均會產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。表2說明兩種模式的教學(xué)效果對比。

通過比較，CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式不但保證學(xué)生掌握工程基礎(chǔ)知識，而且能夠充分鍛煉學(xué)生的個人能力和人際團(tuán)隊能力，最終實現(xiàn)學(xué)生工程系統(tǒng)能力鍛煉的目的。

CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式已經(jīng)在哈爾濱理工大學(xué)“建筑物理”課程中得到應(yīng)用，獲得良好的效果。針對該模式提出的哈爾濱理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“嚴(yán)寒地區(qū)空心磚墻材內(nèi)附鋁箔保溫性能研究”已經(jīng)獲批，并正在進(jìn)行當(dāng)中。到目前為止，取得了一些經(jīng)驗，學(xué)生對“建筑物理”課程的興趣得到提升，同時提出問題的質(zhì)量也越來越高，并能熟練掌握實驗測量和數(shù)據(jù)處理等研究方法。通過對哈爾濱理工大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生（2008級、2009級、2010級）成績比較，采用CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式后第一年，“建筑物理”課程平均成績提高了7.5%；次年，課程平均成績提高了10%，平均分為87分。根據(jù)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)評教所獲得的數(shù)據(jù)，在應(yīng)用CDIO教學(xué)模式后，課程教學(xué)滿意度為91.3%。在哈爾濱理工大學(xué)創(chuàng)新性實驗、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目申報中，83.2%的學(xué)生進(jìn)行了申報，且申報成功率為52%。

CDIO導(dǎo)向的交叉式實踐型教學(xué)模式的實施是一項系統(tǒng)的復(fù)雜工程，需要從學(xué)科或?qū)I(yè)的整體進(jìn)行把握。該教學(xué)模式中，如何確定各交叉區(qū)域的合理比例，以及模型如何向其他課程進(jìn)行推廣等問題需要進(jìn)一步研究和解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式——基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009，（4）.

[2]胡志剛，任勝兵，陳志剛等.工程型本科人才培養(yǎng)方案及其優(yōu)化——基于CDIO-CMM的理念[J].高等工程教育研究，2010，（6）.

[3]顧學(xué)雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIO——清華大學(xué)創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）.

[4]姜大志，孫浩軍.基于CDIO的主動式項目驅(qū)動學(xué)習(xí)方法研究——以Java類課程教學(xué)改革為例[J].高等工程教育研究，2012，（4）.

[5]祝培生，路曉東，王季卿.與建筑設(shè)計相結(jié)合的建筑聲學(xué)教學(xué)實踐[J].華中建筑，2008，（10）.

[6]齊繼陽.“機(jī)械制造工藝學(xué)”教學(xué)模式的探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012，（2）.

[7]陳喆.建筑學(xué)專業(yè)“卓越工程師”培養(yǎng)的研究與創(chuàng)新實踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012，（1）.

[8]丁桂芝.CDIO12個標(biāo)準(zhǔn)本土化應(yīng)用專題之一 本土化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)1—背景環(huán)境[J].計算機(jī)教育，2012，（5）.

[9]易靈芝，李衛(wèi)平，彭寒梅等.基于CDIO的建筑智能設(shè)施技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革與實踐[J].計量與測試技術(shù)，2011，（10）.

[10]高雪梅，孫子文，紀(jì)志成.CDIO方法與我國高等工程教育改革[J].江蘇高教，2008，（5）.

[11]羅三桂，蔡忠兵，李晶.人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新中的課程體系建構(gòu)趨勢分析[J].中國大學(xué)教學(xué)，2012，（7）.