“新工科”背景下基于OBE-CDIO模式的課程設計改革探索

張哲 李帥帥 彭勃 陳紅 胡均

摘? 要：課程設計是土木工程專業實踐教學中的重要環節。本文首先分析了路橋施工圖預算設計教學中存在的問題，如課程設計選題和內容略顯陳舊等，并提出采取建構“課程設計群”的新培養模式、以“學生”為中心的OBE-CDIO模式、提升任課老師的教學與科研水平等措施，對教學課程設計進行改革，從而提高教學質量，以期培養出符合社會需求的人才。

關鍵詞：課程設計? 新工科? 施工圖預算? OBE-CDIO模式

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0209-04

Abstract： Curriculum design is an important link in the practice teaching of civil engineering. The article first analyzes the existing problems in the teaching of budget design of road and bridge construction drawings， such as the selection of topics and content of course design are slightly outdated， etc.， and proposes to adopt a new training model of "curriculum design group" and "student"-centered OBE-CDIO model， the improvement of the teaching and scientific research level of teachers， reforms the design of teaching courses， thereby improving the quality of teaching， in order to cultivate talents that meet the needs of society.

Key Words： Curriculum design; New engineering; Construction drawing budget; OBE-CDIO mode

1? 路橋施工圖預算設計教學現狀及問題

1.1 課程設計選題和內容略顯陳舊

當前的課程設計選題和內容已不適應“卓越工程師”教育培養的要求。從橫向看，當前的課程設計要求無論是選題還是內容方面均較為傳統。當前土木工程道路與橋梁工程方向課程設計選題和內容大多圍繞傳統的城市道路、橋梁進行，對近年來迅猛發展的新領域（如跨海大橋、深谷地形特大橋等）涉及不多，對新近設計與施工過程中已廣泛應用的新工藝、新材料等涉及不多。從畢業生和用人單位反饋的信息看，學生的綜合能力例如學習知識的能力、實際工程能力、動手應用能力、創新思維的能力、適應社會能力等和素質的作用還有較大提升空間。

1.2 課程設計任務的設置“各科為政、相互割裂”

課程設計任務沒能形成“課程設計群”，不能滿足新工科教育要求。從縱向看，在實施過程中沒能形成土木工程管理“課程設計群”，存在較嚴重的“各科為政、相互割裂”現象，課程設計的教學效果還有很大的提升空間。以路橋施工圖預算設計為例，它與《紙上選線設計》《路基工程設計》《道路勘測設計工程設計》《T梁或空心板課程設計》等課程設計緊密相關。目前這幾門課設“各科為政”，使用的設計資料（如圖紙與任務要求）幾乎無關聯。因為每科課設的時間均僅為1～2周，學生單熟悉圖紙、規范和文獻就要消耗一半以上的時間，因此很難做出深度，導致學生的能動性不足。

1.3 課程設計成績考核方式單調

課程設計成績考核方式不能充分激發學生的自學與創新能力。以路橋施工圖預算設計為例，因為設計時間關系，現階段主要的考核點側重于考察設計成果中預算價格的準確性和手算表格的完整性，弱化了對道路與橋梁工程整體理解的正確性。課程設計涉及的知識點繁雜、專業，即使對于一個成熟的路橋工程師亦經常需要借助于文獻。現階段，在規定的時間內較難要求學生有更多的精力去做文獻檢索，學生對有關知識點的文獻檢索和規范、標準的分析相當弱，不能充分激發學生的自學與創新能力。

1.4 指導教師主動適應新工科教育的動力不足

現階段的課設是以教師為中心的指導模式。對于指導教師來說，課程設計教學需要全程主動引導。但是如前所述，課設時間短、任務重、“各科為政”。為完成教學任務，指導老師多傾向于引用熟悉的、傳統的內容，對當前工程實踐中大量出現的新工藝、新材料、新技術分析偏少。指導教師為完成教學任務，有意規避了一些新設備、新材料，在課程設計中的引導作用降低。

2? 國內外研究現狀分析

OBE（Outconmes-based Education）即成果導向的工程教育模式，是面向目標（objective）、能力（ability）、需求（demand）三方面的一種全新教育模 式[1]。OBE需要解決以下五個問題：①目標——想讓學生取得什么學習成果;②需求——讓學生取得這樣的學習成果的原因;③過程——通過何種途徑讓學生取得這些學習成果;④評價——通過什么樣的評價指標體系判別學生已經取得了這些學習成果;⑤改進——建立一套方法確保學生能夠取得目標中提出的相應學習成果。

歐美國家高校是OBE的先驅，最早可追溯到20世紀80年代，很多高校已經將OBE作為土木工程專業工程教育質量認證的指標。例如美國NAAB（美國國家建筑認證委員會）對美國高校士木工程專業的實踐教學內容提出了明確要求，要求學生了解工程的實踐過程（包括典型工程和特殊工程），以此掌握傳統的工程設計的安排方式，尤其是工程設計人員與甲方的關系。這里的實踐教學相當于國內的課程設計教學。

據檢索，美國和德國建筑學專業排名靠前的一些高校如美國康奈爾大學、德國亞琛工業大學，嘗試將工程實際中的運營管理方式引入課程設計教學過程中，將學生分成小組，團結互助，各專業學生在全過程中理解和掌握協作的方式和策略，著重培養學生發現問題和解決問題的能力，提高學生的綜合素質。

雖然歐美高校多采用OBE理論作為工程教育質量認證指標的理論基礎，但由于各個高校發展的歷程存在差異性，直接選用OBE理論的教學效果亦有較大不同。基于此，2004年麻省理工學院（MIT）、瑞典皇家工學院等4所高校聯合提出了CDIO的培養模式。CDIO是一種工程教育培養模式，代表著構思、設計、實現和運作。CDIO強調要訓練學生成為專業人士，在工程方面以及工業產品的整個運營周期中，要擁有堅實的專業基礎和高質量的工程應用能力[2]。CDIO教育的核心是教育與工程實踐緊密結合，培養學生的實踐能力，將理論知識應用于工程實踐，并通過工程應用來加強理論內容，達到理論教育與工程實踐互動的效果[3]。

根據海外研究結果，OBE著重強調社會需要什么人才，而學校則根據社會的需要對人才進行培訓。CDIO強調根據產品生命周期對專業人員進行培訓。不難看出OBE是一個理念，而CDIO則是OBE的一種實現和體現。

簡言之，國外的研究成果表明基于OBE的CDIO教學模式可以解決工程教育中“理論”和“實踐”的矛盾。在國內，為服務于產業現實急需和未來經濟發展需要，教育部于2017年2月提出了高等工程教育的“新工科”行動計劃[4]。新工科可以理解為工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系。這就意味著學生在教學過程中以此為指導，積極聯系新行業和新需求，把握行業對人才的需求方向，凝練行業的特點。最終培養的學生應具有強大的專業知識和工程實踐能力，是與行業發展所需接軌的應用型人才。

近年來，國內高校在探索新工科范式上已取得一些成果，比如“成電方案”[5]。這些方案設計體系完整，有一定的理論高度，在課程體系改革、整合資源方面有深度，已經取得了顯著的育人效果，但更適用于研究型大學。一些地方高校，根據各自的特點提出了新的融合創新范式，即以學生為中心，融合通識和專業培養構建教學和質量保障體系。例如，汕頭大學于2012年建立的EIP-CDIO教學模式[6]，強調創新能力與能力目標具有高度的兼容性;專注于工程實踐，例如培養團隊合作精神和組織協調能力，并著重于綜合創新能力的整合以及社會的和諧發展等

2016—2018年間，河北建筑工程學院對課程設計和畢業設計的教學工作進行了改革。該教改是基于特定項目構建，采用自組織的管理模式，基本上模擬了實際項目的設計過程，實現了不同學科之間的充分溝通與協作，在指導老師的帶領下全體同學共同為項目負責。該模型實現了CDIO概念，并在基于結果的專業課程（OBE）之間實現了緊密協作，提高了設計效率，并鍛煉了專業設計技能、表達能力和溝通能力。2016—2017年間，北方民族大學將CDIO工程教育理念引入過程設備設計及課程設計中，以過程工程項目設計帶動課程教學，課程設計分小組完成一個工段的設備設計，實現了實踐教學與理論教學相輔相成、相得益彰，很好地調動學生學習的主動性和積極性，學生的工程意識、專業熱情和團隊協作明顯增強。

3? 基于OBE-CDIO模式的路橋施工圖預算設計課程改革

3.1 反向設計，調整教學目標，加強專業課程群的建設

在現階段，專業課程的課程建設孤立，很少有人有建立課程群的意識，因而無法形成以工程能力為主要內容的結構體系。在新工科的背景下，有必要以工程技術為主線、以提高學生工程實踐能力和創新能力為目標，構建一個“大土木+”的土木工程專業課程設計實踐教學體系。“大土木+”課程群建設的重點是課程的整體優化和交叉整合，根據統籌安排、突出重點的教學內容，有利于教學資源優化配置。

課程群通常具有以下特征：課程群由三個或更多單個課程組成有機系統，這些課程同屬于特定學科，并且課程內容密切相關且互補。課程群建設的目的是課程之間以協調的方式開發，并實現共同的教育目標[7]。

以《路橋施工圖預算設計》為例，其直接相關課程還包括《工程經濟》《基礎工程》《橋梁工程》《土木工程材料》《施工組織設計》等多門專業課。如果把相關教學資源整合起來搭建一個課程群，每門課程的教學內容根據其在課程群中所承擔的任務而調整，有可能14個學時以上的優化空間，見表1。這14個學時完全可以用于重點知識點的解析，更有利于對學生綜合能力的培養、提高教學質量。

3.2 以學生為中心，采用CDIO模式實施項目化教學，構建課程設計群

現階段課程設計是以老師為中心的導師制，每個設計時間為1～2周。在設計周期內，導師根據個人的理解分配課程設計任務。這種模式如前所述，人為地將多個關聯性極大的課設任務割裂開來，增加了老師的負擔，學生也疲于應付，剛剛對課設任務有所熟悉就要匆匆結束，然后開始新的課設任務[8]。根據調研，課設的教學過程中普遍存在老師講不透、學生鉆不深的情況。

以《路橋施工圖預算設計》為例，如果能轉變教學思路，以學生為中心，采用CDIO模式實施項目化教學，構建課程設計群，將關聯度高的課設從課程設計初期到結束采用同一套設計文件，那么類似課設群的時間跨度可以長達3～6周，學生只需要充分掌握一套或者兩套設計文件，即可完成多門課設任務。

3.3 切實采用多元化考核方式，客觀評價課設成果

新工科以學生為中心，強調知識的應用和創新，需要根據實際需要建立知識體系，從而達到培養目標。因此現有的考核方式并不能適應“新工科建設的要求。

如果導入課程設計群的教學模式，就有條件采用多元化的考核方式，能更加客觀地考察和評價學生的學習效果。同時配套實施“副導師制”，所謂副導師就是當課程設計群的建設成型以后，指導老師和學生的教學和學習負擔并未變化，甚至還略有減輕，而指導老師與學生的工作節奏均得到優化，此時同一階段和領域僅一名指導老師為核心，其余指導老師可以轉聘副導師，協助導師進行日常管理與輔導。

課設群模式配套副導師制，可以確保指導老師有更多的精力建立全過程跟蹤和評價機制，按照項目進度、設計深度、技能掌握三個方面開展考核，從方案確定階段開始直到最后的答辯匯演、成果提交等環節進行全過程跟蹤、評價與考核。反過來，學生也能從后期的課設階段，發現前期設計里的錯誤之處，修改時間也相對充足，學習積極性和效果應該會有顯著提升。

4? 結語

傳統的教學方法已不適應當前社會高質量、高速度發展的需求，通過嘗試改革現有的相對滯后的課程設計教學模式，建構一個“課程設計群”的新培養模式，適應“新工科建設”的發展要求，全面培養學生的工作技能，改以“教師”為中心的教學模式，調整為以“學生”為中心的OBE-CDIO模式，嘗試激發學生的學習能動性，同時對現有的教學考核方法進行調整，做到更客觀、更科學，通過提升任課老師的教學與科研水平，適應學校從教學型大學向教學研究型大學的轉型，積極參與“卓越工程師”培養工作。

參考文獻

[1] 李晶晶，王占鋒.OBE理念下橋梁工程技術課程教學改革研究[J].當代教育實踐與教學研究，2020（4）：69-71.

[2] 丁少虎，呂碩，李茂，等.基于CDIO的企業生產仿真實訓課程教學研究[J].西部素質教育，2019（3）：144-145.

[3] 顧雯雯.“新工科”背景下基于CDIO模式的《傳感器與測試技術》教學改革[J].科技創新導報，2019（18）：202-203，205.

[4] 張海萍，劉揚.“新工科”背景下橋梁工程專業研究生培養模式探究[J].科技創新導報，2019（32）：215-216.

[5] 曾勇，黃艷，向桂君，等.從新生項目課開始：新工科建設“成電方案”的設計與實踐[J].高等工程教育研究，2020（1）：14-19.

[6] 康全禮，傅家琪.系統性工程教育改革的持續探索與思考——以汕頭大學、查爾摩斯理工大學為例[J].南方職業教育學刊，2018（4）：52-60.

[7] 王歡，劉曉歐.基于OBE的《會計基礎》在線開放課程內容與資源建設研究[J].質量與市場，2020（12）：109-111.

[8] 車海燕，馮鐵，馬東輝.新工科背景下軟件工程課程設計教學新模式[J].計算機教育，2020（3）：52-55.