基于CDIO理念的土木工程材料實驗混合式教學模式研究

【摘" 要】 文章針對傳統土木工程材料實驗教學中存在的系統性不足、教學模式及方法缺乏針對性、評估體系不完善等問題，創新性地引入以CDIO工程教育理念為核心、采用線上線下混合式教學方法的新型教學模式。該模式通過明確教學目標、整合教學資源、優化課程設計、多樣化教學方法以及構建全面綜合評估體系，有效解決了傳統實驗教學中的難題。實踐表明，這一新型教學模式能夠顯著提升學生的學習自主性和實踐創新能力，同時促進師生之間的有效溝通與互動，增強學生解決實際問題的能力與團隊協作能力，進而提高實驗教學質量。該模式為新工科背景下土木工程專業實現高質量應用型人才培養提供了可靠保障。

【關鍵詞】 CDIO教學理念；混合式教學模式；綜合評價體系

一、研究背景和意義

（一）土木工程材料實驗課程現狀

根據多年的實驗教學調研，大多數高校的土木工程材料實驗課程仍按照教學大綱機械設定，存在以下主要問題。

首先，實驗教學目標和內容缺乏實戰性與系統性。教學目標的設定過于理論化，未能緊密聯系土木工程行業的實際需求，導致學生在完成實驗后難以將所學知識直接應用于實際工作，影響了其就業競爭力和職業發展。此外，實驗項目之間相對孤立，內容單一，數據量少，缺乏對比分析，系統性不足。

其次，實驗教學模式和教學方法缺乏針對性。土木工程材料實驗課程通常依附于理論課程，采用“講授—實驗—報告”的“2學時”教學模式，課程學時緊張，難以深入展開復雜實驗。教學方法單一，仍以“教師演示，學生模仿”為主，忽視了學生的個體差異、學習興趣和主動探索能力的培養。由于設備條件限制，分組操作時“圍觀”現象普遍，部分學生“不做實驗”“只聽實驗”“只看實驗”，實驗報告重復率較高，這種教學模式不利于學生創新能力的培養。

此外，實驗教學評估體系缺乏全面性。當前評估體系以個人實驗報告為主，評價方式單一，重個人輕團體、重結果輕過程，無法全面評估學生的學習成果和能力發展。持續改進機制不健全，缺乏對動手能力、創新意識和團隊合作能力的考核，教師難以及時發現共性與個性問題。

（二）CDIO工程教學理念概述

CDIO工程教學理念是國際工程教育改革的重要成果，由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究組織經過四年探索研究創立。該理念強調工程教育的實踐性與系統性，旨在培養具備創新能力和實際操作技能的工程人才。近年來，國內高校在實驗課程中引入CDIO理念的實踐表明，該模式能夠有效提升學生的實踐能力和綜合素質，為土木工程領域培養具有創新思維和實踐能力的人才提供了新方向。

（三）混合式教學模式的引入必要性

盡管CDIO教學理念能夠解決當前實驗教學的弊端，但其需要大量課時支撐，而實驗課時有限，導致實驗項目的構思、設計、運行與評估難以在課堂上全部完成。如何突破實驗課時的局限性，成為實現CDIO教學理念、培養高素質應用型工程人才亟待解決的問題。混合式教學模式通過線上學習與線下實踐相結合，將部分實驗環節轉移到線上進行，有效解決了課時不足的問題，突破了CDIO教育模式的課時限制。該模式不僅豐富了教學方法，還提升了學生的自主學習能力，強化了其實踐操作與問題解決能力。

基于CDIO理念的土木工程材料實驗混合式教學模式是一種創新且實用的教學模式，旨在通過融合傳統課堂教學與現代信息技術的優勢，提升教學質量與效果。該模式以工程教育理念為核心，強調實踐與創新能力的培養，鼓勵學生將理論知識應用于實際問題的解決。線上線下混合式教學方法的引入，打破了傳統課堂的時空限制，為學生提供了更加靈活多樣的學習途徑。

二、基于CDIO理念的混合式教學模式設計

在CDIO理念下，土木工程材料實驗混合教學的創新模式設計（如圖1）以項目為核心，通過整合實驗內容與教學資源，優化課程環節，豐富教學方法，構建綜合評估體系等環節，將理論教學與實踐操作深度融合，確保教學模式的有效性與科學性。該教學模式旨在培養具備綜合素質的土木工程人才。

（一）設定教學目標

對接企業需求及應用型人才培養目標，將CDIO教學理念引入實驗教學中，以項目驅動學習為核心，通過設計實驗項目方案、操作儀器設備獲取實驗數據，并對實驗數據進行分析與對比，增強學生的實踐創新能力與問題解決能力，同時促進團隊協作精神的形成，從而培養符合行業需求的高素質土木工程材料專業人才。

（二）整合教學內容和資源

1. 實驗項目整合

在實驗項目整合中，注重理論與實踐深度融合，精選前沿實驗項目，通過校企合作引入行業真實案例，將傳統土木工程材料實驗項目整合為綜合設計項目，探索新型材料的應用性能。通過對實驗結果的分析與總結，提升學生在工程項目中對材料應用的分析與創新能力，增強教學的實戰性。

2. 教學資源整合

融合線上線下資源，構建動態更新、層次分明的課程體系。充分利用超星學習通平臺，運用數字化工具優化教學資源配置，實現在線課程模塊化建設。通過自制教學視頻、實驗演示動畫或視頻錄制等方式，補充和完善平臺教學資源，提高資源利用率，提升教學效率與質量，確保學生掌握扎實的理論基礎與具備卓越的實踐能力。

（三）優化課程環節

基于CDIO教學理念，依托超星學習通平臺的實驗教學資源，按照“理論學習—構思設計—實驗實施—項目指導—總結反思”的教學環節，開展遞進式的線上線下混合式教學活動，優化實驗課程環節，解決課時緊張的弊端，為學生提供多元化的學習空間。

1. 理論學習

指導教師明確項目目標，將錄制的教學視頻上傳至學習通平臺的“理論學習”模塊，內容包括實驗理論講解、操作演示及真實案例等，幫助學生理解研究問題的背景及其實際應用意義。學生可根據自身學習進度和時間安排，隨時觀看教學視頻，為項目構思奠定基礎。

2. 構思設計

在實驗項目構思設計階段，教師引導學生線上查閱資料，了解土木工程材料前沿動態，并鼓勵學生利用課余時間深入工程項目進行線下調研，探索工程實際問題。學生對調研結果進行研究與分析，師生在線上討論交流，提出項目設計方案。

3. 實驗實施

在實驗實施階段，充分利用混合式教學模式的優勢。線上通過教學平臺的實驗動畫模擬測試或實驗視頻，讓學生在虛擬環境中掌握實驗操作步驟和注意事項；線下安排學生進行實驗實操，加深對實驗知識的理解與應用。這種模式既培養了學生的實踐能力，又有效減少了課時消耗。

4. 項目指導

在學習平臺上，教師對學生的項目設計、實驗過程設計及數據分析等工作進行系統規劃、管理與監督，確保項目目標的實現與資源的高效利用。在項目設計階段，教師發布相關理論知識與參考文獻，引導學生合理選擇研究方法和實驗材料；在過程設計階段，指導學生制訂詳細的實驗計劃，包括時間表與資源配置，確保實驗順利進行；在數據分析階段，教師引導學生使用合適的統計工具與軟件，提高實驗結果解讀的準確性。

5. 實驗報告與反思

實驗實施結束后，學生需在線提交實驗報告，并對項目實施過程與結果進行反思與總結。通過撰寫實驗報告與反思，學生能夠進一步鞏固實驗知識，培養科學研究與表達能力。

（四）豐富教學方法

以CDIO理念下項目化驅動的土木工程材料實驗任務為例，以學生為主體，以理論知識轉化為應用能力為目標，以教師為引導，依托超星學習通平臺豐富的教學方法，提高實驗教學效果，提升學生的學習興趣和主動探索能力。

1. 開放性教學

以材料抗壓強度實驗為例，在課堂教學中采用“開放性實驗認知”強化教學效果。教師在講解實驗理論知識時，可通過學習通平臺連線實驗室，帶領學生觀看直播實驗人員對實驗儀器的操作及注意事項的講解，實現學生與實驗人員的直面溝通。直播結束后，學生還可觀看回放視頻。這種教學模式改變了實驗教學與理論教學脫節的現狀，有效避免了實驗課上“圍觀”的現象，同時縮短了實驗時間，提高了實驗效率。

2. 小組協同合作

教師通過學習通平臺按小組設置任務和項目，讓學生在小組中進行協同合作，提升團隊合作與溝通能力。分組方式可根據學生的學習能力、協作能力或興趣進行，也可由學生自由組合。通過小組討論與任務分工，學生能夠在參與過程中各顯其能，充分發揮個人特長，從而提高學習興趣與積極性。

3. 線上交流指導

在學習通平臺的實驗課程中開通在線討論板塊，為學生與教師、學生與學生之間的線上指導、討論和交流創造條件。學生可以在平臺上提出問題、分享經驗、互相答疑，實現實時反饋與信息流通。此外，教師可利用平臺的數據分析功能，定期檢查小組合作進展，及時給予指導與支持，幫助學生克服合作中遇到的困難。這種方式不僅打破了教師指導在空間和時間上的限制，還促進了學生之間的互動合作，提高了整體工作效率。

（五）構建綜合評估體系

依托超星學習通平臺，構建線上線下綜合評估體系，全面評估學生在實驗項目中的能力發展。“項目化、團隊化、過程化”三化一體的考核體系能夠有效提升學生的綜合能力。首先，項目化考核。線下通過對項目完成時間、質量、創新三要素的考核，培養學生的工程理論能力與創新意識。其次，團隊化考核。團體成績以團體個人成績之和為基數，并以團體互評成績為調整系數。互評成績由團隊之間的線上互問互考得出，旨在增強學生的團隊合作意識，提高其思辨能力。此外，過程化考核。根據實驗實施過程在線上學習通平臺和線下實驗平臺的記錄進行評分，同時以個人工作量在團隊中的占比作為調整系數，杜絕“混課”現象，培養學生的學習主動性。通過三化一體的考核結果對學生的綜合能力進行評估。線上線下綜合評估體系的構建對全面培養學生的能力、提升其在團隊合作與創新方面的素養起到了重要作用。

三、結語

傳統的土木工程材料實驗教學模式已難以滿足新形勢下學生的個性化學習需求和教育改革的要求。基于CDIO理念的土木工程材料實驗課程混合式教學模式，不僅突破了實驗課程的時空限制，還顯著提升了學生的實踐能力與創新意識。通過整合多種教學手段與資源，該模式為學生提供了更加靈活的學習環境和多樣化的學習資源，激發了學生的學習興趣與自主探索能力。同時，借助科學的評價體系對學生的學習過程與結果進行綜合考核，進一步提高了教學效果與學生的參與度。這一教學模式為土木工程材料實驗課程的改革提供了新方向，也為土木工程專業的人才培養提供了創新思路。

參考文獻：

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