基于CDIO工程教育理念的“土力學與地基基礎”教學改革與實踐

摘"要：以CDIO工程教育理念為指導，設計了“三新一體”的實踐教學實施方案。在“土力學與地基基礎”課程中，引入教師科研成果轉化為實踐教學項目、創新實踐教學模式，以及采用多元化評價體系等，強調學生團隊合作參與實踐過程，通過線上線下的互動學習，讓學生全面參與到土工試驗的構思、設計、實施和運行全過程。經過三年教學改革與實踐，學生的學習積極性和實踐創新能力顯著增強，在教學目標達成度、學生雙課堂成績以及教師教研能力方面均取得了顯著成效，進一步推動了課程的持續改進和發展。

關鍵詞：CDIO工程教育理念；科研成果轉化；實踐教學模式；多元評價；第二課堂

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"教學改革背景

在當今的人工智能時代，隨著大數據等前沿科技的迅猛發展，教育領域的革新已成為不可逆轉的趨勢。教師與學生都需重新審視并調整傳統的“教”與“學”觀念。為了在知識、技能及個人素養這三個核心領域取得突破，強調以問題為導向、融合研究與教學的創新理念［1］。

隨著我國社會主義現代化建設的快速發展，對高等教育的人才培養工作提出了更高的要求，高等教育發展面臨新的機遇和挑戰。工程教育是我國高等教育的重要組成部分，工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎［2］。為了達到《工程教育認證標準》，讓學生掌握行業實際需求的專業知識和技能，專業人才培養方案根據學生的專業基礎水平以及相應能力培養要求，對實踐教學提出了新要求。

“土力學與地基基礎”是土木類專業必修的工程基礎類課程，也是專業核心課程。課程以研究土體強度、變形及滲透問題為核心，絕大多數理論知識來源于土工試驗，是一半理論分析和一半實踐經驗的成果。因此，實踐教學不斷地改革與發展對課程教學極其重要。

CDIO（Conceive構思—Design設計—Implement實施—Operate運行）工程教育理念是以工程實踐為核心，強調學生以團隊為單元參與實踐過程，培養學生解決實際工程問題的能力、團隊協作能力和溝通能力，實現理論學習、應用實踐與創新能力相融合［3］。為了有效達成土木類專業人才培養方案中實踐教學新要求，以OBE理念為導向，基于CDIO工程教育模式，“土力學與地基基礎”從課前、課中和課后三個教學活動階段，以教師、學生兩重視角，重構實踐教學體系和師生、生生評價體系。

2"課程定位

（1）知識目標：了解土的形成及工程分類方法，理解土的物理性質，掌握地基的應力、變形、抗剪強度、承載力和土壓力的基本概念、基本理論和計算方法與求解，掌握常規淺基礎、樁基礎的設計原理，熟悉常用地基處理方法。

（2）能力目標：能夠規范操作常規土工試驗，測定土的基本物理性質指標，識別、分析、解決實際工程中土體的強度、變形和滲流等問題，能推演、分析同類工程問題，對常見的基礎工程問題，能夠作出正確合理的評價和決策。

（3）素質目標：將超級工程案例貫穿教學全過程，傳承工匠精神，樹立良好的職業道德和職業素養，勇于探索、創新，具有危機意識，聚焦團隊協作精神、辯證思維，能夠靈活運用抓住主要矛盾，忽略次要因素的工程妥協思維。

3"教學痛點

【痛點1】實踐教學內容與科學研究銜接不緊密，導致實踐教學墨守成規，學生科學研究和探索能力不足，創新意識不強烈。

實踐教學內容存在側重常規土工試驗項目而缺乏科學研究型項目，強調常規土工試驗技能而忽視了土工試驗研究能力，習慣于常規土工試驗項目而輕視了前沿科學研究項目［4］。教師的科學研究不能夠充分實現反哺教學，影響教師教學與科研相輔相成，相互促進，影響學生對科研精神和創新意識的領會。

【痛點2】實踐教學模式單一，導致實踐教學過于注重土工試驗操作，學生缺乏參與土工試驗全過程，不利于培養學生解決復雜工程問題的能力。

傳統的土工試驗教學，教師往往課前下達試驗任務書，學生參照試驗指導書或土工試驗規程預習，課中按部就班實施試驗操作，課后撰寫試驗報告，這一模式過于注重試驗操作而忽略了試驗前的構思、設計，學生對土工試驗全過程缺乏參與和深入解析［5］。

【痛點3】實踐教學評價方法簡單，對學生的分析解決問題能力、設計能力、團隊協作能力、溝通能力、創新能力和素質評價不到位。

傳統的實踐教學往往以試驗報告批閱為主要評價方式，評價標準片面，缺乏對學生分析解決問題能力、設計能力、團隊協作能力、溝通能力、創新能力和素質考核，考核結果無法衡量學生綜合能力和素質［6］。

4"教學改革舉措與實踐

4.1"實踐教學內容增加教師科研成果轉化試驗項目

在學校和學院的鼓勵和支持下，保證專業建設指南在常規土工試驗項目前提下，通過實踐教學模式創新，騰出實踐教學學時的四分之一，分別在土的固結、滲透、直剪試驗基礎上，增加教師科研成果轉化試驗項目3項（表1），實現了科研反哺教學，孵化第二課堂成果倍增，學生的科學研究能力和創新能力得到了提升。

4.2"實踐教學模式創維，布設土工試驗全過程教學

基于CDIO的四個環節，在實踐教學數據采集、線上線下互動方面打破了傳統土工試驗教學模式，從“土工試驗構思、試驗設計與實施、試驗運行”四維度，融入課前、課中和課后“教”與“學”活動，實現學生充分參與土工試驗全過程（見圖1）。

（1）土工試驗構想：課前，教師通過西京學院學堂云平臺發布試驗項目背景、土工試驗微視頻等線上資源，學生線上互動討論（占比10%），提交構思方案（占比5%）。通過學生的預習狀態數據，教師及時調整實踐教學側重點，擴容實踐教學，提高試驗課堂效率。

（2）土工試驗設計與實施：課中，采用以學生為主體、教師為主導的“問題驅動”+“小組討論”的交互式學習模式。借助前期“構思”階段學生反饋的信息，教師創設試驗問題，提交至線上“考考你”模塊，引導學生自主探究試驗原理（占比10%），設計試驗過程（占比10%），小組討論（占比5%），分工協作，獲取試驗結果（占比30%）。教師全過程跟蹤，陪伴學生試錯，糾正偏差。

（3）土工試驗運行：課后，學生運行、分析試驗結果（占比15%），提交至線上“幫幫我”模塊，生生、師生共同評析試驗報告（占比5%），小組根據總結和反思，完善試驗報告（占比10%），再次提交至線上“閃亮亮”模塊，納入最終成績評定。

圖1"實踐教學模式框圖

4.2"實踐教學評價多元，重在考量綜合能力和素質

實踐教學評價由過程性考核和終結性考核兩部分組成。過程性考核占實踐成績60%，包括資料收集、任務完成、合作精神、創新實踐、能力提高五個部分，每個部分由生生和師生定性地給出自評、組內互評、師評成績；終結性考核占實踐成績40%，考核對象為土工試驗報告質量。通過各考核環節賦權重，計算各目標設計權重，用以衡量課程目標合理性。目標都達到期望值（0.6）即視為本門課程達成，否則未達成。

5"教學改革成效

5.1"課程教學目標達成度逐年上升

2021—2023學年，“土力學與地基基礎”三個教學目標總體達成度逐年上升，能力目標與素質目標上升數值較大，多元評價對課程總評成績貢獻效果明顯。

5.2"學生雙課堂成績提升明顯

近三年，線上學習總學時數由326學時/級增加至468學時/級，較之前提升43.5%；線上學習成績也由77.4分增至86.1分，較之前提升11.2%；實驗實踐成績由71.4分增至83.6分，較之前提升17.1%；學生理論和實踐總評成績由75.6分增至85.3分，較之前提升12.8%。

學生第二課堂成果顯著。榮獲“互聯網+”省級銀獎1項、銅獎1項和國家級大創項目1項、省級3項，學生發表論文3篇，獲得專利5項。

5.3"課程團隊教師教研成長迅速

已形成結構穩定的教學團隊。榮獲專業類講課比賽國家級一等獎1項、省級青教賽二等獎1項，立項教改項目4項和教材1部，發表教研論文2篇，實現科研轉化土工試驗教學項目3項，孵化第二課堂項目15項。

結語

教學團隊依托“土力學與地基基礎”課程，以CDIO工程教育理念為指導，設計了“三新一體”的實踐教學實施方案，在科研成果轉化試驗項目驅動下，重構了土工試驗項目的“新”內容；形成了土工試驗構思、設計、實施及運行的全過程實踐教學“新”模式；針對實踐綜合能力和素質，設計了多元化考核評價“新”方法；構建了師生第二課堂成長共同“體”。解決了實驗教學三大痛點問題，在學生課程學習、創新能力、教師成長方面產生了良好效果。

參考文獻：

［1］錢凱，李治.基于CDIO模式土木類專業學生創新能力培養探討：以桂林理工大學為例［J］.教育教學論壇，2022（43）：141144.

［2］艾心熒，劉良坤，潘兆東，等.基于OBE的工程教育模式下土木工程專業理論力學教學設計改革與實踐［J］.大學教育，2022（09）：6164.

［3］胡志剛，任勝兵，陳志剛等.SECDIO工程教育模式的探索與實踐［J］.高等工程教育研究，2010（6）：2028.

［4］蔡光華，閆超，唐浩，等.新工科視域下“土力學”教學內容升級與轉型［J］.科技風，2024（30）：115117.

［5］汪玉容，植鳳娟，汪洋.工程教育認證背景下的土力學課程教學改革實踐：以“土壓力”為例［J］.安徽建筑，2022，29（11）：113114.

［6］張俊然，姜彤，賈艷昌，等.以科研促進“土力學”實驗教學的改革與實踐［J］.教育教學論壇，2022（02）：156159.

基金項目：西京學院教育教學改革研究（一般）項目資助（JGYB2308）

作者簡介：孫佳偉（1987—"），女，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，碩士研究生，副教授，主要從事土坡穩定分析及防災減災相關研究與教學工作。