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基于CDIO理念的建筑给水排水工程课程改革研究

时间:2018/12/29 19:56:18来源: 作者: 点击:

   建筑给水排水工程是研究工业与民用建筑用水供应和污废水的汇集、处置,以满足生活、生产的需求和创造卫生、安全、舒适的生活、生产环境的工程学科[1],是给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程等本科专业学生必修的一门专业核心课程。该课程具有综合性强、专业性强和实践应用性强的特点。通过课程的系统教学,需要学生掌握建筑给水排水工程设计与安装基本原理和方法等理论知识,具有工程设计、图纸绘制、设备安装等工程实践能力。随着我国国民经济实力的增强,高层超高层建筑、智能建筑、生态建筑、节能建筑等的规模化建设,一方面使建筑给水排水工程的课程理论有了很大的发展,另一方面企业对学生的工程实践能力提出了更高的要求。

  一、建筑给水排水工程课程教学现状分析

  建筑给水排水工程课程是高校为培养给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程及其他相关专业学生专业知识、技能和职业素养而精心选择教育教学内容、教育教学活动设计及实施过程的综合体。该课程涵盖了建筑内部给水系统、建筑内部排水系统、建筑消防系统和建筑内部热水供应系统等重点内容,目前国内依然多采用传统的以学科为导向的教学模式,即在公共基础课程、专业基础课程、专业课程的三段论教学模式下[2],以学科知识和理论为主体,强调学科知识的系统性和完善性。通过系统性、理论性讲授突出课程难点重点,强化知识点的复制、保存和积累;通过参观实训与问题分析,使理论知识简单地应用于实践;通过一定的习题练习,逐步引导学生及时发现和改正问题。这种传统的课程组织形式存在着以下不足[3-4]:一是课堂教学效率低,在授课中学生没有明确的知识需求性和知识转化的目标性,大量的基本知识和理论显得抽象而空泛,学生在课堂中的参与性较低,学生的学习主动性难以调动;二是在传统的课程教学模式与工程实践脱节,每个学生作为独立个体进行课程知识的转化,使得培养的毕业生知识面狭窄、自主创新能力和学习能力缺乏,更不利于学生创新能力、团队精神、交流能力、系统掌控能力的培养。

  二、基于CDIO理念的建筑给水排水工程课程教学改革

  CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育的最新成果,于2005年引入中国并对中国教育产生了深远影响。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate)[5]。它以工程项目从设计研发到实际运行的生命周期为载体,立足工程问题一体化教学,激发学生的自主学习性,从而实现工程教育的培养目标。借鉴CDIO的教学模式,将CDIO的项目全过程理念引入到建筑给水排水工程课程的教学改革中,在课程教学目标、教学内容、教学手段与方法、评价考核体系等方面进行探索和改革。

  (一) 以培养工科学生综合能力为目标,构建“建筑给水排水工程”课程教学目标

  传统教育模式下培养的建筑给排水工程师往往出现与社会需求严重脱节的现象,学生毕业后进入企业无法快速投入到实际生产中,往往需要企业的二次培养后方可参与到工程项目中。这与传统教学模式中普遍重理论、轻实践有着密切的关系。教师纯粹灌输授课和学生被动吸收为主的教学过程,促使学生无法进行主动的探索与反思,无法实现课本上理论知识与实际生产项目之间的转化,培养过程与企业需求严重脱轨。

  工程教育的目标是培养学生成为合格的工程实践者[5]。CDIO工程教育模式注重培养学生“构思-设计-实现-运作”新产品系统的能力,强调以能力培养为中心,重点培养学生积极主动探索能力、自学能力、沟通表达能力、创新能力、团队协作能力和解决问题的工程应用能力[6]。在CDIO理念的引导下,我们将建筑给水排水工程课程的教学目标设定为:通过工程案例导引进行建筑给排水重要知识点的分析和讲解,通过课程体系内各个项目单元的实践实现本科生在建筑给水、排水、消防、热水系统设计、施工、项目管理等方面的能力训练,同时训练团队协作、沟通和创新能力的培养,实现理论教学与实践操作的有效融合与和谐统一。

  (二) 探索以案例为载体,以项目单元构建课程体系,以项目活动为主要学习方式的教学模式

  课程教学内容的合理设计和教学过程的合理安排,是实现课程培养目标的必要前提。传统常规教学主要通过系统、理论性讲授,强化课本重点难点;通过相应知识点的习题练习逐渐引导学生发现存在问题;通过现场参观与分析使理论简单地应用于实践。基于案例项目的课堂教学,改变传统的课堂教学组织中形成的知识复制模式,在教学方案设计和教学实践中,围绕项目设计将课程中的不同知识模块有机联系起来,使学生在“做中学,学中做”,弥补了传统课程组织形式中知识和能力脱节的现象,从而使知识学习和能力应用之间形成良性互动。

  依据给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程等专业的人才培养标准,课题组分别构建了不同专业学生学习效果目标集,并完成课程内容、现行规范和新兴理论技术的知识整合,制定案例和子单元的项目设计等,对建筑给水排水工程开展课程内容和组织方式方面的探索和尝试。在本课程的教学组织中分为三个层次开展教学,第一层次基于课程项目单元的设计,将课程分为建筑给水、建筑消防、建筑排水和建筑热水四个教学模块,针对每个模块的内容开展实践项目的方案设计,在各设计中注意不同模块知识的关联性;第二层次是基于本课程的四个模块全面完成某建筑物的室内给排水系统化设计;第三层次是毕业设计开展过程中,深化课程和实践项目的互相嵌合,实现相关课程间的平行整合,完成整个实践项目的全周期运作,成果需达到施工图纸要求。在整个难度递进的三层次项目设计过程中培养学生的工程实践能力,课程组织形式见图1。

  在建筑给水排水工程课堂教学活动实践过程中,体现了CDIO工程教育模式的四个环节:构思、设计、实施和运行,如图2所示。即以教师为主体,通过实体参观和真实案例分析,创造必要的工程实践环境和方法帮助学生理解工程人员的思维和行为;以学生为主体,以项目为载体开展建筑内部给排水系统方案优化、设计计算及图纸绘制,强调自主学习和探究式学习方式,实现学生对原有工程设计经验的重组及新知识新信息的建构。在项目实践过程中使学生获得一种知识与经验的背景环境[2]。

  课程中的项目都是综合性项目,采取小组协作方式进行项目单元的实施,这样既与工程设计实际情景吻合,又能锻炼和培养学生的团队协作意识和职业素养。为保证全员参与性,将小组成员自评和互评成绩作为综合评定成绩中不可或缺的部分。以下是以“建筑给水系统设计”项目单元为例。

  (三)建立工程教育模式下课程保障和持续反馈改进的措施

  建筑给水排水工程课程本身就具有发展变化快、知识点多、应用性强、涉及面广、规范与标准图集多的特点[7]。把CDIO工程教育理念融入到教学改革中,对教师的工程实践能力也提出了更高的要求。为保障工程教育模式下课程改革的顺利实施,首先需要加强对专业教师的工程实践能力的培养。特别是近年来符合高校人才引进要求的青年教师多是博士、硕士,基本没有相关工程实践经验与能力,因而难以承担实践性环节的教学。针对青年教师设计经验薄弱的问题,可采取“走出去,请进来”的校企合作模式[8-9]:(1)建立与设计院、建筑施工单位持久、有效的合作机制,鼓励青年教师在教学之余积极参与到工程项目的设计、施工和管理中去,增强自己的工程实践能力;(2)聘请经验丰富的工程师入校开展专业讲座和选修课,开展实际工程设计项目的解析和实地参观学习;(3)通过开展教研活动和老教师的“传帮带”作用,提高青年教师对教育的理解、对学科知识的拓展,促使教师的理论能力与实践能力同步发展[10]。

  建筑给水排水工程课程的工程教育改革综合了社会和业界对人才的要求,因此需要积极引导和加深企业参与到人才培养的全过程,包括培养方案的制订、课程建设和实施、实习实训环节、科技创新和质量监督、学生就业等多方面。通过广泛的校企合作,搭建制度化、规范化、体系化的校企合作平台,为学生架起从学业到就业、创业之间的桥梁,为教师搭建提升实际工程能力的通道。

  (四)建立建筑给水排水工程课程考核评价体系

  基于CDIO工程教育模式中的考核评价标准,构建多元化的课程考核评价指标[11],强调实践过程性考核[12],增加学习态度、学习探索能力、知识整合能力、沟通能力、团队协作能力、表达能力等综合能力的考核评分比重,从而激发学生学习潜能,发挥个体创造性,促进其自信心和综合能力的持续性发展。

  考核方式兼顾成果考核和过程性考核两方面,学生学习的过程性考核标准贯穿于三层次四模块的案例实践项目课程教学体系中,包括每一个项目单元任务的完成的程度和进度、理论知识的掌握和转化效果以及在完成任务期间所表现出的知识自我学习和整合能力、团队协作能力和创新能力等。

  三、 教学效果与结论

  为验证CDIO工程教育模式在建筑给水排水课程教学中的实际教学效果,教研组在云南农业大学建筑工程建筑环境与能源应用工程专业2012和2013级学生的建筑给水排水工程课程中进行了比对实验。2013级建筑环境与能源应用工程专业1班为实验班,采用CDIO工程教育模式,2012级1班仍按照传统模式教学。在学期末分别对理论知识、实践操作和学习积极性三方面进行了考核,实验班的理论考试平均分(8763分)高于对照班级(7812分)的平均成绩951分;经过CDIO模式下的案例实践项目训练,实验班的多层建筑给排水系统设计成果质量明显优于对照班,平均分高出785分;基于对两组学生平时考勤、作业质量和课内外答疑情况进行分析,实验班的学习积极性也明显高于对照班级。

  建筑给水排水工程课程教学是一种基于CDIO工程教育模式的教学改革探索与实践。教学采用三层次四模块的案例实践项目课程体系,基于每个项目单元,学生亲自体验从项目构思、设计、实现、运作四个环节的工程设计全过程,由易到难,分层次实现项目单元、课程设计和毕业设计不同阶段。让学生在实践过程中有引导性地巩固所学理论知识,培养学生理论与实践综合应用能力和分析问题、解决问题的能力,使学生的学习主动性、实践操作能力、团队协作和沟通能力都得到了不同程度的提高,为企业培养合格的应用型高级建筑给排水工程人才。

  [参考文献]

  [1]

  岳秀萍.高等院校建筑给水排水工程课程的整合与教改探讨[J].给水排水, 2003(29):68. DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2003.08.027.

  [2]牛换霞.CDIO工程教育模式解读:课程论的视角[J].现代教育科学,2010(6):40. DOI:10.13980/j.cnki.xdjykx.gjyj.2010.11.007.

  [3]苏宏林,浦毅.高职“机械制图与CAD”课程教学改革与实践[J].中国职业技术教育,2015 (26):22.

  [4]陈安,彭端,于兆琴,等.基于能力培养的电子信息类实践课程教学[J].实验室研究与探索,2015, 34(10):176.DOI: 10.3969/j.issn.1006-7167.2015.10.045.

  [5] 顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国(上)[J].高等工程教育研究,2012 (3):24.

  [6] 张培颖,郑秋梅,宫法明,等.CDIO工程教育模式在软件工程核心课程教学中的应用[J].教育探索,2014 (12):21.

  [7] 刘德明.建筑给水排水工程课程综合教学体系建设与实践[J].高等建筑教育,2013, 22(3):58.DOI:10.11835/j.issn.1005-2909.2013.03.015.

  [8] 隋涛,刘娟娟.建筑给水排水工程教学改革及考核制度修订[J].教育研究,2010 (22):102.DOI:10.3969/j.issn.1005-7811.2010.22.052.

  [9] 杨书军,胡锡安.改革军校任职教育提升干部任职能力[J].武警工程学院学报,2006,22(5):58.

  [10]陆燕勤,许立巍,魏彩春.以课例教学设计研究为载体优化《建筑给水排水工程》课堂教学[J]. 当代教育理论与实践,2012,4(11):103.

  [11]宁波,王燕.CDIO模式在思想政治理论课实践教学中的运用[J].学校党建与思想教育,2015,(512):61.DOI:10.3969/j.issn.1007-5968.2015.09.023.

  [12]潘世华,徐济慧.基于CDIO理念的高职电子类工学结合课程探索:以电子产品设计课程为例[J].职教论坛,2015 (14):69. DOI:10.3969/j.issn.1001-7518.2015.14.018.

  

 

  

 

  


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