孟文清，張亞鵬，崔邯龍

(河北工程大學土木工程學院，河北邯鄲056038)

基于CDIO模式的土木工程施工課程QTIA教學方法研究

孟文清，張亞鵬，崔邯龍

(河北工程大學土木工程學院，河北邯鄲056038)

文章將CDIO國際化教學理念的基本理論應用到土木工程施工課程的教學過程中。在CDIO理論的基礎上，確定了土木工程施工課程的教學目標，并提出了QTIA教學方法;針對典型案例，闡述了這種教學方法的操作步驟及教學過程中應注意的問題;對比分析了QTIA教學方法與CDIO模式的高度契合性;通過問卷方式對在校生和畢業(yè)生進行了調(diào)查，結果表明這種教學方法較好地達到了預期的教學目標要求。

CDIO;土木工程施工;教學目標;QTIA教學方法

CDIO模式是由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等四所大學工程教育改革研究團隊提出的國際工程教育與人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式，即 Conceiving(構思)—Designing(設計)—Implementing(實現(xiàn))—Operation(運行)。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO模式強調(diào)與社會大環(huán)境相協(xié)調(diào)的綜合的創(chuàng)新能力，同時更關注工程實踐，加強培養(yǎng)學生的實踐能力，因此CDIO工程教育模式必將成為培養(yǎng)工程人才的有效途徑。

應用型本科院校工程人才的培養(yǎng)，不僅要注重理論，更要加強實踐環(huán)節(jié)的教學;不僅要提高學生的自學能力，更應加強團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)。為了實現(xiàn)CDIO模式要求的學生能力的培養(yǎng)目標，課程的教學方法也應該按照CDIO教學大綱的要求來制定。由于土木工程施工課是土木類課程中最具專業(yè)特色、與現(xiàn)場聯(lián)系最緊密的專業(yè)課之一，我們按照CDIO教學大綱的要求，對該課程教學的方法進行了初步研究及探討，期望能為應用型本科院校專業(yè)課的教學提供一定的參考。

一、“問題——團隊——方案——實踐(QTIA)”教學方法的提出

(一)課程教學目標的確立

CDIO能力培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為四個層面，即工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預定目標。這種培養(yǎng)模式體現(xiàn)了大工程的理念，注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，同時密切聯(lián)系企業(yè)，而且大綱提供了全面的實施指引(包括培養(yǎng)計劃、教學方法、學生考核、學習構架)以及實施檢驗等12條標準，具有系統(tǒng)性及可操作性。

基于CDIO模式的土木工程施工課程教學目標是:通過教師的精心策劃和精心準備，引導學生對該專業(yè)課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣，使學生更快地掌握常見的施工技術和施工組織基礎知識;通過重視實踐性教學環(huán)節(jié)，以加深學生對專業(yè)知識的感性認識;在教學過程中，盡可能多地模擬施工現(xiàn)場，培養(yǎng)學生解決具體施工問題的能力和團隊協(xié)作精神，滿足企業(yè)需求，達到培養(yǎng)學生綜合能力的效果。

(二)QTIA教學方法的提出

本課程為土木工程專業(yè)必修課程，課程主要分為施工技術和施工組織兩大部分，課程特點是:內(nèi)容多，各章節(jié)之間聯(lián)系不緊密，邏輯性不強，給知識的掌握帶來了一定的困難;教學安排以及教學內(nèi)容的制定受到施工新技術的直接影響;課程內(nèi)容與現(xiàn)場結合緊密，學生感觀知識和現(xiàn)場知識缺乏，對知識的掌握不利，不能很好地滿足企業(yè)的需要。

結合CDIO模式的基本理論并根據(jù)課程的上述特點，我們提出了QTIA教學方法。所謂“QTIA”教學方法是指授課教師帶領學生圍繞設計好的某一個實際問題(Question)展開討論，以團隊(Team)的組織形式確定解決問題的具體方案(Idea)，以親自動手實踐(Action)的手段實施擬定的方案，從而獲取知識的教學方法。

二、“問題—團隊—方案—實踐(QTIA)”教學方法的應用

(一)課程教學目標的確立

CDIO能力培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為四個層面，即工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預定目標。這種培養(yǎng)模式體現(xiàn)了大工程的理念，注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，同時密切聯(lián)系企業(yè)，而且大綱提供了全面的實施指引(包括培養(yǎng)計劃、教學方法、學生考核、學習構架)以及實施檢驗等12條標準，具有系統(tǒng)性及可操作性。

基于CDIO模式的土木工程施工課程教學目標是:通過教師的精心策劃和精心準備，引導學生對該專業(yè)課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣，使學生更快地掌握常見的施工技術和施工組織基礎知識;通過重視實踐性教學環(huán)節(jié)，以加深學生對專業(yè)知識的感性認識;在教學過程中，盡可能多地模擬施工現(xiàn)場，培養(yǎng)學生解決具體施工問題的能力和團隊協(xié)作精神，滿足企業(yè)需求，達到培養(yǎng)學生綜合能力的效果。

(二)QTIA教學方法的提出

本課程為土木工程專業(yè)必修課程，課程主要分為施工技術和施工組織兩大部分，課程特點是:內(nèi)容多，各章節(jié)之間聯(lián)系不緊密，邏輯性不強，給知識的掌握帶來了一定的困難;教學安排以及教學內(nèi)容的制定受到施工新技術的直接影響;課程內(nèi)容與現(xiàn)場結合緊密，學生感觀知識和現(xiàn)場知識缺乏，對知識的掌握不利，不能很好地滿足企業(yè)的需要。

結合CDIO模式的基本理論并根據(jù)課程的上述特點，我們提出了QTIA教學方法。所謂“QTIA”教學方法是指授課教師帶領學生圍繞設計好的某一個實際問題(Question)展開討論，以團隊(Team)的組織形式確定解決問題的具體方案(Idea)，以親自動手實踐(Action)的手段實施擬定的方案，從而獲取知識的教學方法。

三、“問題——團隊——方案——實踐(QTIA)”教學方法的應用

(一)QTIA教學方法具體步驟

本文以混凝土工程中的模板工程為例介紹其具體教學方法。

我們對教材中模板這一節(jié)的主要內(nèi)容進行分析，主要包括模板的作用、模板的系統(tǒng)構成、模板的基本要求、常見的模板類型、模板的安裝、模板的拆除以及模板設計等七部分內(nèi)容。其中前六項內(nèi)容為模板的基礎知識，理解起來相對容易;模板設計部分是本節(jié)的難點，介紹不同形狀、不同受力特點的不同構件(梁、板、柱、墻、基礎等)如何進行配板及支撐系統(tǒng)的設計等內(nèi)容，是應用型本科院校學生必須掌握的技術知識。

根據(jù)上述分析結果，為了有效提高教學效果，教師對整個教學過程進行構思:采用多媒體教學的方式先將模板工程的基礎知識講授給學生;對模板設計內(nèi)容我們采用QTIA教學方法進行教學。

1．問題(Question)設計

“問題”是QTIA教學方法的重要條件，直接反映了教學內(nèi)容，一切教學活動將圍繞Question展開。問題應為突出重點、難度適中、有代表性、便于學生發(fā)散思維的實際工程，因此需要教師精心設計。

模板工程教學過程中我們根據(jù)上述要求，分別選擇了鋼筋混凝土框架結構、鋼筋混凝土框剪結構、鋼筋混凝土剪力墻結構以及單層鋼結構工業(yè)廠房獨立柱基礎的施工圖紙，指定基礎或某結構層的一部分(以軸線劃分)的模板設計作為一個Question。

2．團隊(Team)的建立

“團隊”的組建是QTIA教學方法的關鍵環(huán)節(jié)。為了保證團隊工作的正常運轉，達到預期的教學效果，需注意以下問題:

(1)學生的班級。一個班的學生之間比較熟悉，交流方便，有利于團隊活動的展開。

(2)學生的性別。整個教學活動涉及動手操作，需充分考慮男女生的智能、體能等方面的差異，合理分配。

(3)學生的組織能力以及學習成績。團隊成員的學習成績和組織能力層次要搭配合理，以優(yōu)帶差、以強帶弱，充分調(diào)動每一個學生的積極性。

(4)團隊人數(shù)。人數(shù)太多，工作組織相對困難，工作安排可能出現(xiàn)你推我、我推他的情況，造成命令傳達不下去或執(zhí)行難等問題;人數(shù)太少，無法集思廣益，對Question的學習深入度不足。我們經(jīng)過對比分析，團隊以9～12人為宜。團隊建立后，每個Team選擇一個Question，進行配板設計。

3．確定解決方案(Idea)

這是QTIA教學方法的核心，學生知識的獲取主要是在這個階段完成的。題目選定后，各團隊成員在學習基本原理的基礎上，自己查閱資料，到施工現(xiàn)場考察，首先確定選用什么類型的模板，如何配板保證結構構件的尺寸，通過荷載計算確定模型板及支撐系統(tǒng)，給出符合規(guī)范要求的、可操作性強的方案2～3個。

確定方案期間老師要對該學習過程要有一個整體的把握，老師可以對學生提出的問題給予一定的技術支持，但不能全權代理，特別注意最終方案一定是學生自己的方案;另外學生制定的方案允許存在一些小的問題，這些問題不會影響大的方案的執(zhí)行，但是可能會影響方案的最終效果，可以在下一個階段(Action)中讓學生自己發(fā)現(xiàn)并更正;對于出現(xiàn)的嚴重的原則性的錯誤則要及時的指出，否則下一個階段就無法正常進行，如:個別團隊在制定帶預埋地腳螺栓的獨立基礎的模板設計方案時，將固定地腳螺栓的系統(tǒng)支撐在模板系統(tǒng)上，這樣在后期澆注混凝土時會出現(xiàn)地腳螺栓隨著模板一起發(fā)生位移的問題，屬于錯誤方案，應及時給予糾正。

4．實施及驗證(Action)

這是QTIA教學方法的重要階段，是知識與動手技能提高的重要環(huán)節(jié)。方案確定且基本成熟(成熟度由教師掌握)以后，學校為學生提供所需的施工工具和基本材料，各團隊在學校的實習基地按照制定的方案實際動手支設模板，通過實踐分析對比方案的好壞，發(fā)現(xiàn)問題并及時糾正。

在模板支設過程中，出現(xiàn)了很多實際問題。如:某一個框架結構梁柱(如圖1)的模板方案支設完成后梁柱節(jié)點處模板連接不當，出現(xiàn)分家，無法緊密連接(如圖2)。大家在老師的帶領下討論分析問題產(chǎn)生的原因，主要是對組合鋼模板的類型和連接方式了解不清楚造成的，于是現(xiàn)場調(diào)整方案，最終完成了任務(如圖3)。另外還有一些團隊的方案出現(xiàn)了模型板拼接工藝不符合規(guī)定的問題，都在老師的引導下得到了解決。

(二)QTIA教學方法分析

1．QTIA教學方法與CDIO模式的對比分析。

QTIA教學方法充分考慮了應用型本科院校學生的能力特點，是CDIO模式與土木工程施工課程教學的具體結合:

(1)Question的設計是施工現(xiàn)場的具體問題，解決這樣的Question對學生來說更有學習動力，同時拉近了學校與企業(yè)的距離，符合CDIO模式提出的注重企業(yè)需求的觀點。

(2)Team形式的設想正是CDIO模式的重要內(nèi)容，個人的技能培養(yǎng)在團隊中得以實現(xiàn)。學生要想解決這樣一個相對復雜的問題，一個人很難獨立完成，必須明確分工。誰指揮?誰負責資料查詢?誰負責現(xiàn)場調(diào)研?如何交流(包括學生之間的交流以及與施工現(xiàn)場人員的交流)?最終方案如何確定?出現(xiàn)問題后如何解決?這一系列的問題都培養(yǎng)了溝通能力和團隊的分工協(xié)作能力，加強了集體主義責任感。

(3)Idea過程與CDIO教學大綱中的第一部分關于工程技術知識原理和技術推理高度一致。學生在解決問題這一過程中，正是以基本理論為核心，通過資料的查詢和施工現(xiàn)場的調(diào)研，放射性的學習，拓寬了知識面，開闊了視野，掌握了核心技術知識;并在分析計算、方案選擇的過程中掌握了高級工程基礎知識。

(4)Action這一過程首先從感官上極大的增加了認識;另外在支設模板的過程中，大家發(fā)現(xiàn)了很多問題，通過方案的調(diào)整，進一步加強了學生的綜合素質(zhì)。

QTIA教學方法最大程度的調(diào)動了學習本課程的積極性，在老師的正確引導下培養(yǎng)了學生三種專業(yè)思維能力，即工程推理和解決問題能力、實驗中探尋知識能力和系統(tǒng)思維能力。

2．教學效果調(diào)查與分析。

自2007年采用QTIA教學以來，學生對這種教學方法給予了充分的肯定。2009年我院土木工程專業(yè)共九個班開設了土木工程施工這門課程，我們對其中的四個班采用了QTIA教學方法教學，課程結束后對這些學生進行問卷調(diào)查，調(diào)查表共發(fā)出138份，收回125份，調(diào)查統(tǒng)計結果見表1;我們對九個班的期末測試成績進行了對比分析，結果見表2。此外，我們對首屆采用QTIA教學方法教學現(xiàn)已畢業(yè)兩年的學生也進行了回訪，結果見表3。

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通過調(diào)查分析證明QTIA教學方法能夠最大限度地調(diào)動學生學習的熱情(尤其是對那些學習積極性不高的學生)，使整個的教學過程生動而不乏知識性，并且顯著地提高了學生團隊協(xié)作能力和動手能力，達到了預期的基于CDIO模式的土木工程施工課程教學目標的要求。

四、結論

本文結合應用型本科院校及土木工程施工課程的特點，制定了基于CDIO模式的土木工程施工課程的教學目標，提出了QTIA教學方法。

實踐證明，QTIA教學方法的實施，更好地滿足了應用型本科院校工程人才培養(yǎng)的要求，不僅極大地提高了本課程的教學效果，達到了本課程教學目標的要求，同時對學生綜合素質(zhì)能力(包括解決問題能力、團隊協(xié)作能力、動手能力、勝任崗位能力等)的培養(yǎng)也收到了較好的效果。QTIA教學方法是CDIO模式基本理論在土木工程課程教學上的深化與發(fā)展，是一種行之有效的教學方法，可以在土木工程施工課程以及類似的專業(yè)課程中廣泛推廣。

［1］顧佩華．CDIO大綱與標準［M］．汕頭:汕頭大學出版社，2008．

［2］康全禮，陸小華，熊光晶．CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)［J］．高等教育研究學報，2008，(12):32．

［3］王剛．CDIO工程教育模式的解讀與思考［J］．中國高教研究，2009，(5):69．

［4］顧佩華．從CDIO到EIP－CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式［J］．高等工程教育研究，2008，(1):67．

Teaching methods of QTIA in civil Engineering construction course based on CDIO model

MENG Wen－qing，ZHANG Ya－peng，CUI Han－long
(School of Civil Engineering，Hebei University of Engineering，Handan 056038，China)

Based on the international teaching idea of CDIO，a new teaching system is applied to the teaching process of Civil Engineering Construction course．Based on the theory of CDIO，teaching aim of Civil Engineering Construction course is determined，and teaching methods of QTIA are put forward．Firstly，taking the typical cases for example，this paper expounds in detail the operation steps of this method and some problems needing attention in teaching．Secondly，it compares and analyzes the highly combined teaching methods of QTIA with teaching idea of CDIO．Lastly，it is proved that this teaching method meets the expected requirements through the investigation by questionnaire．

CDIO;civil engineering construction;teaching aim;teaching methods of QTIA

G642

A

1673－9477(2011)04－0098－03

2011－10－15

全國教育科學“十一五”規(guī)劃2009年度教育部重點課題(編號:DIA090220)

孟文清(1966－)，男，河北臨漳人，教授，主要從事施工技術與管理方面的教學與研究。

［責任編輯:王云江］