魯四平，黃方林，肖柏軍

（中南大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南 長沙 410075）

1 當(dāng)前土木工程實踐教學(xué)的局限性

土木工程是一門涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，屬于典型的工程應(yīng)用學(xué)科，該學(xué)科要求學(xué)生能將先進的系統(tǒng)理論知識運用到紛繁復(fù)雜的具體工程問題中去，簡言之，即具備理論與實踐相結(jié)合的能力[1]。受傳統(tǒng)教育理念影響，很多教師在教學(xué)設(shè)計中過于看重理論推演和講述，忽略實踐訓(xùn)練，實踐課程課時量一般較少[2]。在有限的課時條件下，教師設(shè)計實踐教學(xué)時，仍存在重視理論環(huán)節(jié)輕視實踐鍛煉的問題。此外，試驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的模式以教師演示為主，試驗內(nèi)容、實驗方法缺乏變化，少有更新，實驗報告基本未見改動[3]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中僅僅是觀看，缺乏動手鍛煉的機會。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在動腦少、自主性不夠、無法將試驗過程與相關(guān)知識點有效結(jié)合、對實際問題理解不透徹等諸多問題，難以實現(xiàn)提高學(xué)生綜合實踐能力與培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力的課程目標?？傮w說來，實踐類課程的傳統(tǒng)授課方式已很難適應(yīng)現(xiàn)階段我國人才培養(yǎng)的目標要求。

2 土木工程實踐課程教學(xué)模式探索的意義

新世紀科學(xué)技術(shù)日新月異，社會對人才的要求越來越高。21 世紀初英國皇家工程院（RAE）就曾指出，當(dāng)代工程師應(yīng)當(dāng)是以下三種角色的復(fù)合體：某一工程領(lǐng)域的技術(shù)專家，有處理復(fù)雜事務(wù)能力的高級復(fù)合人才和有開拓精神和領(lǐng)導(dǎo)才能的挑戰(zhàn)者[4]。隨著生產(chǎn)力的提高，土木工程越來越向大型、標準、復(fù)雜方向發(fā)展?，F(xiàn)代大型土木工程建設(shè)的興起，需要不同專業(yè)的工程師相互配合，團隊協(xié)作才是工程學(xué)科未來發(fā)展的方向。這就要求在學(xué)生培養(yǎng)過程中，教師不僅需要加強專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，還要注重學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)，如個人領(lǐng)導(dǎo)能力、人際交往能力、團隊協(xié)作能力、學(xué)科交叉融合能力等[5]。

“土木工程檢測”是土木工程專業(yè)一門專業(yè)實踐課程，具有很強的綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。它包含的內(nèi)容十分廣泛，涉及巖土、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、道路、橋梁、隧道及儀器儀表等多個專業(yè)課程的內(nèi)容。

本文以中南大學(xué)已有十多年開設(shè)歷史的土木工程專業(yè)實踐類選修課程“土木工程檢測”為例，根據(jù)本課程內(nèi)容廣、博、雜的知識特點，結(jié)合選修學(xué)生來自不同專業(yè)的生源特點，引入CDIOF 教育理念，以多學(xué)科交叉的實際工程項目為依托，進行課程模式構(gòu)建，并進行了相應(yīng)的教學(xué)實踐案例探索。

3 CDIOF 教育理念與教學(xué)模式建構(gòu)

3.1 CDIO 理念

CDIO 理念是21 世紀初由美國麻省理工學(xué)院與瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等四校提出的一種全新的工程教育思想。它借助工程系統(tǒng)的全生命周期理論，將教學(xué)架構(gòu)建立在“構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行”這一工程活動的全生命周期過程中。CDIO為構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個英文單詞的首字母大寫的縮寫[6-7]。該理念要求學(xué)生在實際工程情景中有目的地主動學(xué)習(xí)，強調(diào)使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的專業(yè)知識應(yīng)用到工程實踐中，在做中學(xué)，學(xué)時做，邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué)。

3.2 基于CDIOF 的“土木工程檢測”課程教學(xué)模式結(jié)構(gòu)

結(jié)合“土木工程檢測”課程的特點，“構(gòu)思”包括教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思、選題構(gòu)思、實施過程構(gòu)思三個方面。教學(xué)內(nèi)容構(gòu)思：土木工程檢測課程內(nèi)容眾多，知識點龐大而繁雜，教學(xué)內(nèi)容需要有所取舍，不可能面面俱到。選題構(gòu)思：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，進行依托項目選擇，項目選擇好后，可反過來完善教學(xué)內(nèi)容，兩者相互支持。實施過程構(gòu)思：即課程的實現(xiàn)方式構(gòu)思，包含教師團隊的組建、學(xué)生團隊的組建，交流平臺的搭建、任務(wù)書、結(jié)業(yè)模式、教學(xué)模式的構(gòu)想。

“設(shè)計”：主要包括課程結(jié)業(yè)任務(wù)書設(shè)計、實際項目相關(guān)子課題的設(shè)計、理論教學(xué)模塊、教學(xué)過程的設(shè)計與實踐教學(xué)模式設(shè)計?！霸O(shè)計”是在“構(gòu)思”完成，下達任務(wù)之后，本階段完成對結(jié)業(yè)任務(wù)的分解，任務(wù)完成形式與完成環(huán)節(jié)設(shè)計，明確各子課題環(huán)節(jié)學(xué)生個人角色與分工。

“實施”是指本課程開展和完成全過程，含“理論教學(xué)”“實踐實驗教學(xué)”“學(xué)生自學(xué)”三部分。本階段對應(yīng)依托的實際工程項目，學(xué)生需完成基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)與各試驗檢測方案的設(shè)計，并檢查方案的可行性與是否存在不合理之處，進而完成對相應(yīng)檢測設(shè)計方案的修改。

“運行”主要是指學(xué)生提交課程結(jié)業(yè)任務(wù)，部分在實際檢測項目中模擬執(zhí)行，并出具檢測報告的過程。

反饋（Feedback）：信息反饋是課程實施的重要環(huán)節(jié)，包括學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間信息的溝通。教師與學(xué)生之間信息的傳達、檢測任務(wù)啟動順序、實施進程的管理與學(xué)生之間橫向交流都需要必要的信息反饋。實時的信息反饋是課程高效執(zhí)行和項目正常運轉(zhuǎn)的保證。因此，在CDIO 基礎(chǔ)上增加實時“反饋評價”（Feedback Evaluation）環(huán)節(jié)，簡稱“CDIOF”。

CDIOF 教學(xué)模式講究教師教學(xué)的啟發(fā)性與學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。教師依托實際工程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)實際工程提煉學(xué)術(shù)中的理論問題，啟發(fā)學(xué)生進行思考、討論、查閱相關(guān)資料以達到解決問題之目的；學(xué)生在工程實際問題中，找到并發(fā)現(xiàn)前期學(xué)習(xí)的理論知識與現(xiàn)實工程之間的聯(lián)系，提高將基礎(chǔ)理論知識與工程實踐相結(jié)合的能力。在這種能力的培養(yǎng)過程中，學(xué)生自覺地實現(xiàn)基礎(chǔ)知識向工作能力的轉(zhuǎn)變，縮短走入社會、適應(yīng)新崗位的過程，同時可培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識與協(xié)助精神。圖1 是基于CDIOF 的土木工程檢測課程教學(xué)模式結(jié)構(gòu)圖。

圖1 基于CDIOF 的“土木工程檢測”課程教學(xué)模式結(jié)構(gòu)圖

4 基于CDIOF 的“土木工程檢測”課程教學(xué)實踐實例分析

中南大學(xué)基于CDIOF 理念開展“土木工程檢測”課程教學(xué)實踐，選修學(xué)生面向土木大類，主要涉及建材、巖土、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、橋梁、管理等專業(yè)。

4.1 實踐教學(xué)實例構(gòu)思

4.1.1 課程選題

土木工程檢測課程教學(xué)案例可選擇綜合性較強的檢測項目，難度要適中（這種選題在本課程中比較方便做到，所以也便于本課程理念的實施）。如選擇“××高速公路××橋梁施工質(zhì)量全過程控制”檢測作為實際依托工程，檢測內(nèi)容包括原材料檢測、混凝土配合比試驗、混凝土強度檢測、樁基承載力檢測、單梁承載力檢測、橋梁施工控制監(jiān)測、橋梁動靜載試驗、全部試驗項目管理等。課題要求學(xué)生根據(jù)給定的資料進行項目全過程檢測方案設(shè)計與計算復(fù)核，實際實踐課可選擇其中部分內(nèi)容進行。

4.1.2 成果要求與成績評定

考慮到實踐類課程的教學(xué)目標和課程特點，教師一開始就將選課學(xué)生（40～50 人）分成若干組，每組包含各專業(yè)學(xué)生1～2 名，制訂分組檢測方案設(shè)計任務(wù)書，明確小組檢測方案設(shè)計內(nèi)容及成果要求，對檢測內(nèi)容、計算模型、計算說明等做出規(guī)定。

以作者實踐的“××高速公路××橋梁施工質(zhì)量全過程控制”為例，8～10 人一組，單組學(xué)生需要完成的試驗方案、相關(guān)專業(yè)知識見表1。

表1 課程小組任務(wù)及相關(guān)知識點

為了達到教學(xué)目的，保證學(xué)生對分配的任務(wù)理解到位，任務(wù)要求一定要具體。所以針對每一個具體的方案設(shè)計應(yīng)提出細分要求。表2 給出了對基樁承載力試驗方案的細分要求。

表2 試驗方案的細分要求

受時間與場地限制，實際運行可選擇部分小組的檢測方案進行檢測實操，并給出評價。為保證課程成績的公平性，對各個小組的成果進行答辯匯報，采用組與組之間互相打分、授課教師打分等方式綜合進行。

4.1.3 組織形式

建立校企聯(lián)合的指導(dǎo)教師聯(lián)合指導(dǎo)小組，依托湖南鐵院土木工程檢測有限公司（中南大學(xué)校辦企業(yè)，土木工程學(xué)院師生的實踐平臺）實際檢測項目進行選題。學(xué)生根據(jù)檢測任務(wù)內(nèi)容和專業(yè)知識構(gòu)成進行統(tǒng)一分組。

4.2 設(shè)計、實施、運行

根據(jù)選修學(xué)生的專業(yè)構(gòu)成與比例，教師選定課題任務(wù)之后，首先對課題任務(wù)進行分解，確定相關(guān)子課題，根據(jù)每個學(xué)生的專業(yè)進行分組，明確其在整個任務(wù)中的角色分工。按照教學(xué)大綱要求，中南大學(xué)“土木工程檢測”教學(xué)與實踐總課時為32 課時，理論24 課時，實踐過程為8 課時。開課時第一時間將課程結(jié)業(yè)任務(wù)布置下去，教學(xué)過程采用分組討論、代表發(fā)言、問題分析、實例解析與方法引導(dǎo)等方式保證教學(xué)順利進行。在教學(xué)過程中，教師根據(jù)授課內(nèi)容先行設(shè)置相關(guān)問題，學(xué)生課后準備，課堂上學(xué)生將準備的問題進行呈現(xiàn)與講述，實現(xiàn)教師與學(xué)生的角色轉(zhuǎn)換（翻轉(zhuǎn)課堂）；在設(shè)計某專業(yè)類型的試驗方案時，方案組長由相應(yīng)專業(yè)的學(xué)生擔(dān)任，其他學(xué)生擔(dān)任組員，組長負責(zé)本方案制訂過程中所有任務(wù)的分配安排與統(tǒng)籌；當(dāng)設(shè)計下一個專業(yè)的試驗方案時，前組長自動轉(zhuǎn)換為組員，新的相應(yīng)專業(yè)的學(xué)生擔(dān)任組長。由此，每個學(xué)生均會實現(xiàn)組長與學(xué)員之間的角色互換（角色轉(zhuǎn)換）。

為保證在有限的時間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)，教師事先應(yīng)精心制訂本課題實施綱要。綱要的整體要求是：參與課題的全體學(xué)生在領(lǐng)導(dǎo)本組其余同學(xué)完成與自己專業(yè)相關(guān)任務(wù)的同時，還必須在本組其他各位同學(xué)的分別領(lǐng)導(dǎo)下協(xié)助完成與之相關(guān)的任務(wù)，直至本組所有任務(wù)全部完成。

在教學(xué)實踐中，各組力學(xué)模型的建立均要求采用相同的軟件（基礎(chǔ)建模ABAQUS、橋梁建模MIDAS/Civil），便于學(xué)生在建模過程中相互交流與發(fā)現(xiàn)問題。

5 基于CDIOF 的實踐課程教學(xué)效果評價與思考

5.1 教學(xué)效果

5.1.1 基于學(xué)生學(xué)習(xí)效果問卷調(diào)查的教學(xué)效果評價

對選修“土木工程檢測”的學(xué)生開展了“實踐課程能力鍛煉”調(diào)查，所有學(xué)生的團隊協(xié)作能力、工程識圖能力、信息獲取能力、實踐動手能力、知識遷移能力、獨立思考與自我創(chuàng)新能力均得到了不同程度的鍛煉與提升。

5.1.2 課程教學(xué)模式的適應(yīng)性評價

根據(jù)課程的開設(shè)目的，實踐項目可大可?。▋?nèi)容多少由實際參與選課學(xué)生人數(shù)與選課學(xué)生專業(yè)決定），實際檢測課題與之相適應(yīng)進行規(guī)模加減。在實際設(shè)計方案時各專業(yè)學(xué)生既相互獨立（檢測任務(wù)組長按專業(yè)安排）又相互依存（全部檢測方案、現(xiàn)場實操按大組評審），通過實際項目培養(yǎng)他們之間的協(xié)作精神，督促他們相互交流。為方便組員之間的交流，每組建立一個微信群進行管理，教師受邀進群，及時掌握學(xué)生的進度與困難，對具體問題進行指導(dǎo)，同時實現(xiàn)對進度的管理。實踐表明，基于CDIOF 的案例式教學(xué)對實踐課程具有較強的適應(yīng)性，可以取得較好的教學(xué)效果。

5.2 對基于CDIOF 的實踐課程教學(xué)的幾點思考

5.2.1 增設(shè)實踐教學(xué)課程設(shè)計

現(xiàn)階段國內(nèi)高校實踐教學(xué)時間一般比較有限（大多24―32 學(xué)時），要以CDIOF 模式進行學(xué)習(xí)，需要占用學(xué)生部分課余時間才能較好完成。如果在部分實踐課程后能安排一周左右的實踐課程設(shè)計將會取得更好的教學(xué)效果。因此，學(xué)校有必要增設(shè)實踐類教學(xué)課程。

5.2.2 實踐課程的選題

實踐課題應(yīng)根據(jù)綜合性能力提升的要求，優(yōu)先選擇實施過程中成員之間需要較多交流、溝通與協(xié)調(diào)的課題；同時，實踐課題的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)教師及學(xué)生專業(yè)特點進行調(diào)整。教學(xué)過程中,教師應(yīng)加強引導(dǎo)監(jiān)督，學(xué)生需加強自我學(xué)習(xí)管理，自覺增加獲取知識的途徑，并能與其他各專業(yè)的學(xué)生進行有效溝通和協(xié)作。

5.2.3 任課教師的工程實踐能力

開設(shè)依托實際工程項目的綜合類實踐課程教學(xué)，對教師的工程實戰(zhàn)經(jīng)驗提出了較高的要求，他們需要對選用的具體實踐內(nèi)容有著較強的把控能力。高校需要轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)培養(yǎng)觀念，鼓勵專任教師深入工程一線，參與國家重大工程，了解工程實際需求，適應(yīng)時代發(fā)展。

6 結(jié)語

基于CDIOF 的“土木工程檢測”教學(xué)實踐表明，引入CDIOF 理念，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及規(guī)劃，建立以實際項目為依托、以相關(guān)規(guī)范為準則的教學(xué)構(gòu)架，師生合力，實現(xiàn)對工程全方位的檢測技術(shù)覆蓋，學(xué)生獲得感滿滿；該模式在有效鍛煉學(xué)生多項能力的同時，也能實現(xiàn)教師自身實戰(zhàn)能力的提升，達到教學(xué)相長的目的。

通過對CDIOF 教學(xué)實踐實例進行分析，驗證了該教學(xué)模式的可行性。從實施的效果來看，該模式得到了學(xué)生的普遍認可，學(xué)生各方面的能力得到了明顯的鍛煉與提高。