CDIO教育模式在土木工程教学中的应用
【摘 要】本文为解决当前土木工程教育中存在的一些问题，介绍了CDIO工程教学模式。在此基础上，探讨了CDIO模式与儒家传统的教育方法的相同之处。为CDIO工程教育模式在土木工程教学中的应用，文中提出了若干实施的措施。
【关键词】CDIO教育模式；土木工程；学问思辨行；创新人才培养
当前的高校工程教育与教学实践过程中，很多人学习把主要关注点放在“学”上，忽略了其余一些重要环节，这造成学生中普遍存在的一些奇怪现象，比如“老师不教我就不会”。21世纪更趋激烈的国际竞争，其根本是人才的竞争，人才问题是关系国家事业发展的关键问题。为了适应未来的发展，工科高校的合格毕业生必须具有更强的素质。实现这个目标，一方面是在技术和理论教育层面；另一方面要教育未来的工程师们，要求他们能够在新的产品和系统的研发当中去学习与创新。达到此目标的手段，可以在现有的教学体系内引入新的理念、模式与方法来实现，CDIO教育模式就是一个非常好的选择。
CDIO教育模式，是美国麻省理工学院（MTI）等多所高校经过4年的探案研究和实践而创立的工程教育模式，并成立了相应的国际合作组织。来自世界五大洲的50多所大学成为其成员，更多的大学也在申请加入，谋求共同研究、探索、实践与分享国际工程教育改革领域的这一新成果。CDIO模式，对于解决目前工科学生中较为常见的问题——偏于理论，几乎没有受到项目和团队工作的实际训练，提供的有效的解决途径。
本文就CDIO教育模式在土木工程教学中的应用展开探讨，借鉴美国CDI0工程教育改革的成功经验，并结合我国的具体国情，让学生全面了解和参与工程实践到运行流程的各个阶段之中，增强工程科技人才的竞争力与创造力。
一、 CDIO工程教育模式
（一） CDIO工程教育模式简介
CDIO代表构思-设计-实现-运行（conceive-design-implement-operate ），是由麻省理工学院等四所大学通过几年的研究、探索和实践建立的一种先进的工程教育模式。[1]它以产品从构思、研发、运行到废弃和再利用的全生命过程为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力，包括个人的科学和技术知识、终身学习能力、交流和团队工作能力和在社会、企业环境下构建产品、过程和系统的能力。此模式符合工程人才培养的规律。实施CDIO工程教育模式需要学习和研究两个重要文件：CDIO大纲和标准。
CDIO大纲（syllabus ）覆盖了一个现代工程师应具有的科学和技术知识、能力和素质。大纲分为四个层面，包括：（1）技术知识和推理能力，（2）个人能力、职业能力和态度，（3）人际交往能力，团队工作和交流，（4）在企业和社会环境下构思-设计-实现-运行系统方面的能力。CDIO大纲为课程体系和课程内容设计提供了具体要求。
CDIO的12条标准是一个对实施CDIO工程教育模式的指引和评价系统，它包括工程教育的背景环境、课程计划的设计与实施、学生的学习经验和能力、教师的工程实践和教学能力、学习方法、实验条件以及评价标准。
CDIO理念不但继承并发展了美国多年以来的工程教育改革的基本理念，而且将工程科学、工程学科知识和工程实践能力整合为一体的工程教育方法。可以说CD10模式具有一定的普适性和可操作性，它既能运用于对精英化的高水平创新人才的培养，也适用于大众化工程专业的教育，完全符合我国高等学校特别是工科类院校的工程师等高级人才的培养需要，对解决当前工程教育领域中存在问题也具有突出的指导意义。
（二） CDIO工程教育模式与儒家传统的“学问思辨行”比较、浅析
CDIO模式的理念及过程——“构思-设计-实现-运行”，与中国传统的儒家学说的治学方法有共通之处，可以说CDIO是“学问思辨行”中后几个步骤的具体化。
儒家经典《中庸》曰：“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。有弗学，学之弗能弗措也；有弗问，问之弗知弗措也；有弗思，思之弗得弗措也；有弗辨，辨之弗明弗措也；有弗行，行之弗笃弗措也。”这就是儒家治学的根本方法，简单来说就是学问思辨行，翻译一下就是指做学问必须广泛的学习、反复地推敲、缜密地思考、明晰地分辨、一心一意坚持不懈地践行，最终做到“知行合一”。
比较CDIO工程教育模式与儒家传统的“学问思辨行”，两者本质上都要求教师必须千方百计激发学生学习兴趣，学习者须博学、审问、慎思、质疑、探究，并在大胆的实践中眼手脑并用，不断分析、认真辨别和判断，勤于积累和总结，以提高学习效率。CDIO模式中，更加强调将学生置于团队的环境中，以具体的实际工程与项目引导学生去更深入的学习、疑问、思考与实践。两者都强调，知与行的充分合而为一，在知中行、行中学和知。
因此，CDIO模式与中国的传统的治学理念是统一与协调，但各有侧重。
（三） CDIO工程教育模式对我国当前的工程教育的重要意义
学生者、未来的工程师们，他们要学会从具体到抽象而不是反过来。在学生学习过程中是从具体到抽象，做研究是从抽象到具体，两者的思路是不一样的，了解到学生学习过程这个特点后，教师就能够提供一个双重影响的真实的学习活动。所以这些学习活动可以给予学生在开始时就有一个非常真实、具体的、直观的学习体验，此后他们渐渐迈向抽象的过程当中，这些体验可以帮助他们更好地理解抽象的东西。这种学习体验在学生各种能力培养与形成过程中扮演了重要的角色，起到至关重要的作用。
创新能力是一个人全面发展的综合能力的重要组成部分，是学生创造新事物与价值的能力，是具有发展性、创见性和开拓性的能力。当前，对于工科大学生，社会既要求其既能在工程组织中了解工程过程、开发工程产品，又能成为一个完整的、成熟的、有思想的行业精英。CDIO大纲正是基于这一工程基本原理：即大学毕业生能在现代的基于团队的环境中构思、设计、实现、运行复杂的、具有附加值的工程系统。为能开发复杂的、具有附加值的工程系统，学生必须掌握适当的技术知识和推理的基本原理；为能在现代的、基于团队的工程环境中工作，学生必须提高自身沟通能力；为能真正创建、运行产品和系统，学生必须懂得在具体实践和社会背景中构思、设计、实现、运行系统。
CDIO的目标之一，就是要使得学习者更加出色，具有更强的素质。因此，CDIO模式运用于工程教育教学中能够全面提高学生的创新能力、实践能力与趋势的洞察力。将CDIO模式运用于土木工程的教学活动中，一方面给学习者以更立体、更全面的深刻学习体验，另一方面推动学生的创新能力培育与发展。因此，在现有的教学体系内引入CDIO教育模式是一个非常好的选择。
二、 CDIO工程教育模式在土木工程教学中的应用
（一）当前土木工程教学现状
目前，土木工程教学中存在一些令人担忧的现象，它们对培养真正的工程师是种潜在的阻力。
1）重教轻学的教学观念抑制了学生学习主动性、积极性的发挥。过分强调教师的教而忽视学生的学，过分强调教师的主导地位而忽略学生的学习主体作用。学生的学习积极性、主动性被抑制，难以培养学生的创新能力。
2）重理论轻实践、重设计轻施工、重结构分析轻结构构造处理的思想，教学有偏重理论的倾向。
3）学生对课程体系中，各门课程之间的有机联系没有充分意识到；各门课程的教师之间缺乏沟通与默契，对土木学科的框架体系、脉络在教学中关注不多。
4）学生对专业的发展历史和前沿动态知之甚少，使难以形成对学科体系的厚、重的感观，也缺乏学科发展的前瞻眼光。
概括起来，就是知识体系与实践环节的脱节，理论学习与动手能力之间存在很大的落差。CDIO模式，是解决上述问题的一把高效而实用的利器，应该在土木工程各方向的教学中广泛采用。
（二）土木工程教学过程中应用CDIO模式的探索与实践
为了在土木工程教学中应用CDIO教育模式并产生良好的效果，首先要侧重技术、理论知识教学与传授，更重要的是要创造一个环境。学生身临其境之中，要把所学的学科知识与技能综合起来而不是割开来。其次，要倡导基于项目的学习方式，即便在课堂当中，教育的本身也是更有体验性、更具有主动性的；即便是在传统的教室里面，我们依然能够让学生体会到一种真实的环境当中的感受。
为了在教学过程中更好的实现CDIO的目标，可以开展以下探索与实践。
（1）更新教学理念
通过学习、参观和交流以及各种讲座、论坛将CDIO教学理念传递给师生，使其建立新的教学思维和学习观点。对于学生，应有这样的认知：学习只是学习过程的起点，该过程包括将学到的应用到具体对象中，在运用的过程中反思、咀嚼与体会所学的知识，知（学习、构思）与行（实践、应用）是一个整体；对于教师，须认识到：课堂教学只是真正的学习历程的第一个环节，在其后需跟进一个知识转化到学生学习体验的必需步骤——实践与应用。
（2）完善培养方案
结合CDIO工程教育目标，修订人才培养目标，逐步建立理论课程、实践课程和素质拓展三级结构，确立“以解决现实问题为目的，注重知识的有用性，培养创新能力和综合运用知识的能力”的工程化人才培养目标。
在培养方案设计上，体现出实践与理论相结合应用重视程度，引导学生与教师朝着CDIO模式的方向努力。
（3）整合课程体系
结合CDIO大纲要求，对土木工程各方向的原有课程群进行改革，建立理论课程、实践课程和素质拓展三级结构。
在土木工程教学框架体系中，增设增强综合性实践环节与内容，打通课程之间、理论与实践之间的联系；在单一的课程中，加强知识及其运用之间的循环回路，使学习过程成为一个知与行互动的过程。
（4） 加强实践环节
旨在训练学生的专业技能、沟通能力、团队精神和工程意识，通过实力展示和应用领域的介绍，使学生对本门课程产生学习兴趣。通过学生设计作品，训练学生的实际工作能力；通过作品展示、评价，使学生的团队精神、综合应用能力得到锻炼。
在实践过程中，使学生成为团队中的一份子，但又不局限于特定的位置、角色或功能，培养大土木的大局观，为学生建立为将帅、当士兵的各种体验。
（5）改革教学方法
以CDIO工程化培养为目标，进一步确立课程地位和教学目标，采取讲授、专题讲座等多种方式进行教学，以班级为理论授课单位，小组为实践单位，改革课程评价方法，将评价贯穿于整个学习、训练过程中。
将课堂搬出教室，走进工地、设计室或办公室，以实实在在的眼见、手触感觉建立起立体的土木工程理论体系与感知体验。
（6）改革评价体系
依据CDIO能力评价方法与标准，建立有效的评价机制评价这些能力。如评价学生专业知识掌握程度时，采取笔试和口试相结合的方法，考查学生设计作品的各种文档。采用多种评价方法可增加评价数据的可靠性和有效性，因而能准确地了解学生的学习效果。
在评价学习效果的方法与过程中，强调学生脑中活生生的知识与实际的动手实践能力，强调理论与实践并重的评价。
三、 结语
CDIO课程大纲在强调加强专业基础教育的同时，关注工程实践，加强实践环节；强调个人职业技能与人际沟通的技能并重；强调综合创新能力与社会大环境协调发展。突出培养学生的创新精神和实践能力、自学能力、交流沟通与表达能力，以及团队合作精神和对大系统的适应与调控能力。该模式为工科院校的土木工程教学提供了重要而有益的参考与借鉴。
【参考文献】
［1］顾佩华等．CDIO大纲与标准［M］. 汕头大学出版社，2008（12）．
［2］ 陈朝安. 学问贵思辨 实践出真知——学生学习方法的探究与实践[J]. 贵州教育，2010（22）：33-34．
［3］ 安德智，李燕. 基于GDIO工程教育模式的创新型人力培养[J]. 卫生职业教育，2010（23）：13-14．