高校综合自然地理课程实践教学引入CDIO 教育模式的探索

陶国芳，蒋兆恒，王利群，于 潇

综合自然地理是高校地理科学专业的一门综合性基础理论课程，课程开设的目的是使学生能够从自然地理要素相互联系、相互作用的角度认识自然地理环境的整体性和区域性，使学生掌握自然地理系统的整体性、地域分异规律、综合自然区划、土地类型与土地评价、人类与自然环境的关系等方面的基本理论和方法，帮助他们树立系统观、协调观、可持续发展观，培养地理教学、科研工作中所必需的地理思维能力，提高地理专业素养，为学习后续课程和在实际工作中运用地理学方法，尤其是综合自然地理方法去解决生产生活中遇到的实际问题打下良好的基础［1］.其教学目标通过理论教学和实践教学两个方面来实现.

然而，基于学科导向模式的传统综合自然地理课程教学存在重理论轻实践的问题.特别是一些地方高校，实践教学资金不足，课时有限，形式单一，教学内容单薄，学生参与实践的主动性差，学习效果不尽人意［2］.重理论轻实践的传统教学使得学生实践能力差，毕业后择业方向明显受到限制，在参加工作以后，发现所学知识与所从事的教学科研工作联系较少，产生“课程无用论”等想法.毕业生的反馈信息进一步引起教师对传统的综合自然地理课程教学的反思：单纯的理论知识传输对学生的后续发展不仅没有起到应有的效果，反而产生了很多不良影响.为了适应新时期社会对地理人才的需求，更好地培养适应面广、综合能力强、具有可持续发展空间的地理专业人才，综合自然地理课程乃至整个自然地理学亟需引进一种新的教育模式.在工程界引起普遍关注的CDIO 教育模式无疑是当前比较好的选择.

1 CDIO 教育模式的引入

1.1 CDIO 教育模式简介

CDIO 是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）4 个英文单词首字母的缩写，是由麻省理工学院等四所大学从2000 年起组成跨国研究组合，通过4 年的研究、探索和实践建立的一种先进的工程教育模式，是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”（Project based Education and Learning）的集中体现.它以工程项目（包括产品、生产流程和系统）从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践、课程之间有机联系的方式学习工程.CDIO 教育模式符合工程人才培养的规律，代表国际上先进的教育方法，由顾佩华教授于2005 年引入中国，在汕头大学工学院的五个专业实施CDIO 工程教育改革，已取得明显效果.清华大学工业工程系教授顾学雍博士在“数据结构”和“数据库技术”两门课程中创造性地采用CDIO 方法教学，取得突出成果［3-4］.

CDIO 工程教育模式有两个重要文件：CDIO 大纲和CDIO 标准.CDIO 大纲为课程体系和课程内容设计提出了具体要求，是直接参照工业界的需求制定的，包括技术知识和推理能力，个人能力、职业能力和态度，人际交往能力，在企业和社会环境下构思-设计-实现-运行系统方面的能力四个层面三级目标体系.CDIO 标准则涵盖了工程教育的背景环境、学生的学习效果、教师的工程实践和教学能力、学习考核等方面的12 条标准，是一个对实施CDIO 工程教育模式的指引和评价系统，12 条标准的名称和内容见表1，其中7条关键标准（*号表示）体现了与其他教育改革的不同，另外5 条标准反映了工程教育的最佳实践［4］.

1.2 引入CDIO 教育模式的重要意义

经实地调查和笔者多年的教学经验总结，发现当前的高校地理专业在课程教学中侧重学科知识的传授，缺少对个人能力、人际交往能力、系统调控能力的培养，所培养的地理专业人才从知识、技能、素质各方面都达不到新时期人才培养的实际需求.许多学者和一线工作的教师已经认识到这个问题，关于实践教学改革的研究得到广泛开展，但很多实践教学改革只是停留于改变实践教学的形式和内容，而非系统深入地彻底改变实践教学的模式，不能从根本上改变学生的学习效果，培养的人才难以符合社会对应用型实践性人才的需求.

表1 CDIO 标准及标准内容解读

综合自然地理是一门综合研究自然地理系统的学科，它从系统论的角度研究自然地理环境的整体性、地域分异规律等.学习综合自然地理课程要有部门自然地理（如气象气候学、水文学、地质学、地貌学、土壤地理学、生物地理学）的知识为基础，在分析的基础上进行综合研究，课程具有多学科一体化的特点.其实践教学的内容依托于部门自然地理，却又不同于部门自然地理，与国民经济建设的许多方面都有联系，具体内容见表2［5］，其主要实践教学内容适合CDIO“构思-设计-实施-运行系统”的学习过程.传统的综合自然地理实践教学形式主要为课堂讨论和野外实践，实践教学开展过程中通常是以教师为主导，学生被动采取一些行动，缺乏主动思考和系统解决问题的机会.该课程一般在大学三年级开设，即将毕业的大学生不仅需要有足够丰富的理论知识，还应具备一定的个人能力、人际交往能力和在社会环境下的系统调控能力，传统的教学却忽略了这些.CDIO 模式以工程项目（包括产品、生产流程和系统）从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式获取知识、能力和素质，把这种教育理念引入到综合自然地理课程实践教学中，全面协调和加强科学知识、个人能力、人际交往能力、系统调控能力的培养，必然会弥补传统综合自然地理课程实践教学存在的不足，提高地理专业学生的综合素质和专业技能.

表2 综合自然地理课程实践教学内容

2 基于CDIO 的综合自然地理课程实践教学改革目标与评价标准

CDIO 教育模式代表国际上先进的教育理念，为工程类专业的教育改革指明了方向，但就某一门具体课程来说，CDIO 并未给出具体的培养目标和落实办法，这就需要教学设计者依据专业教学的需要来制定符合相应课程的 CDIO 培养目标及贯彻方法［6］.依据 CDIO 大纲和CDIO 标准，结合综合自然地理课程实践教学的需要，制定综合自然地理课程实践教学大纲（见表3），明确提出实践教学改革目标和实践教学改革的评价标准.

2.1 综合自然地理课程实践教学的改革目标

将基于CDIO 的综合自然地理课程实践教学大纲内容与传统综合自然地理实践教学内容进行比较，针对传统实践教学的不足，提出切合实际的改革目标.

（1）鼓励学生主动实践，加深对学科理论知识的理解.传统教育模式下，教师是主导，学生是主体.综合自然地理课程以理论讲授为主，学生对理论知识多为被动接受，对相关知识理解不深，缺乏主动思考.因此，需要鼓励学生主动实践，通过项目、实验引导其探究式学习，就是最大限度发挥学生的主观能动性，使其在理论联系实际的过程中加深对理论知识的理解，认识到综合自然地理课程的原理和方法可以用于指导生产和生活.如在教学中，引导学生从综合自然地理的角度思考当今世界的生态环境问题产生的原因、过程，提出解决办法.强调每个学生都要思考并给出答案.目标与大纲中 1.1、1.2、2.1、2.3 匹配.

（2）通过室内实验和野外实践，提高个人创新能力和系统思维能力.综合自然地理课程不同于工程类专业的课程，实践教学的主要形式是室内实验和野外实践，在此过程中观察、思考和验证地理现象及其成因、过程，思考自然地理各要素之间的相互作用及形成的自然地理环境整体结构和功能，培养系统思维能力.通过多次参与室内、室外实验和野外实践，提高学生分析问题、解决问题的能力，培养个人的创新能力、求知欲、终身学习能力及良好的职业态度和职业行为.目标与大纲中1.1、1.2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5 匹配.

（3）创设情境，开展课堂讨论，培养职业能力和态度.高校地理专业多为师范生，未来的主要职业取向为初高中教师，或者进一步学习进入高校和各级科研单位.在综合自然地理实践教学中，对于地理教师的职业能力和态度也要进行适度渗透和培养.可结合自然生产潜力的研究实例，介绍黄秉维等一些大师的职业能力和态度，让学生深切体会作为地理教师应具备吃苦耐劳、勇于探究的职业能力和尽职尽责、为人师表的职业态度，要从内心深处热爱自己的工作.目标与大纲中2.5、4.1 匹配 .

（4）加强小组合作学习，培养学生团队合作和沟通能力.学生团队合作和沟通能力关系到其步入社会后是否能融于集体，并依靠团队取得更大的成就.我国的大学教育对团队合作能力的培训几乎为空白.综合自然地理实践教学中教师把学生分成几个小组，给出几个不同的综合命题，要求每个小组分别依靠团队力量来进行构思、设计、解决问题，并将解决方案借助书面报告或者电子演示材料形式进行展示.所给命题具有多学科综合性，每组给出的方案可以反映其成员的特征、团队合作的情况和成员的沟通能力.目标与大纲中1.1、1.2、3.1、3.2 匹配.

表3 基于CDIO 的综合自然地理课程实践教学大纲

（5）吸引学生参与科研项目，强调系统调控能力的培养.普通高校地理专业学生参与的科研项目，一是参与课程主讲教师所在课题组的科研项目，二是有些学校扶持学生的立项.综合自然地理很少有涉及企业环境的项目，故只讨论在社会环境下构思、设计、实施、运行系统.学生参与科研立项，主要是培养学生构思、设计、实施、运行的系统调控能力，熟悉业务流程，为以后的学习和工作积累必要的经验，减少用人单位的培训时间和成本，使其毕业后能快速融入新集体，展开新的工作.如果学校能够创造有利条件，让学生直接参与社会环境如政府部门的项目研究，取得的效果会更好.目标与大纲中4.1、4.2、4.3、4.4匹配.

2.2 综合自然地理课程实践教学改革的评价标准

为了客观评价综合自然地理课程实践教学改革的实施效果，依据CDIO 标准和课程特点，确定综合自然地理课程实践教学改革的主要评价标准.

（1）教育理念的变革.基于CDIO 的综合自然地理课程实践教学改革，必须从课程教学大纲上体现CDIO 理念，把产品、过程和系统的生命周期作为教育的背景环境，通过课堂讨论、实验、野外实践、参与科研项目等实践教学形式，内化课程理论知识，加强部门自然地理和综合自然地理理论、方法的综合运用，培养学生的个人能力、人际交往能力和系统调控能力.

（2）提高学生主动学习的积极性.综合自然地理课程实践教学改革是否成功有效，很重要的一方面是看学生主动参与实践教学的积极性是否有所提高，可采取问卷调查的方式，从学生对课程的满意度、教师的认可度等方面进行评价.好的实践教学，学生必然乐于参与，在教师引导、学生主动参与之下也会取得较好的学习效果.

（3）一体化学习效果.综合自然地理课程实践教学的一体化效果应从学科知识、个人能力、人际交往能力和系统调控能力多方面进行综合考核，主要考查理论知识掌握情况、综合分析和解决问题的能力、主动学习能力、团队意识和沟通能力、职业能力和态度.理论知识掌握情况、综合分析和解决问题的能力通过口试或笔试的形式进行考核，主动学习能力、团队意识和沟通能力通过自我评价、小组其他成员打分、教师定性定量评价来考核，职业能力和态度采取自评的办法考核.

（4）提升教师的实践能力和教学能力.教师是课程实践教学的主导力量，教师的实践能力和教学能力决定开展实践教学的广度和深度以及教学效果.一些教师不具备较高的综合自然地理实践能力，没有办法指导学生开展实践教学；还有一些教师虽然具备较高的实践能力，但教学能力差，也不能把自身的知识和经验有效传输给学生，实践教学也难以取得应有的效果.因此，学校要提供实践进修的平台和相应的资源保障，通过学习不断提高教师的实践能力和教学能力.

（5）实践教学的反馈.教师对实践教学效果的考核并非实践教学的终点，实践教学改革的成功，受益的是社会用人单位和培养单位.实践教学改革的对象进入后续学习或参加工作以后，应对其进行跟踪调查，通过学生本人和用人单位的反馈进行课程评估，反映基于CDIO 教育模式的综合自然地理课程实践教学改革取得的真实效果，基于反馈结果可建立一个课程改革的改善机制.

3 引入CDIO 教育模式预期的成效与挑战

3.1 预期成效

基于CDIO 教育模式的综合自然地理课程实践教学改革，相对于传统教学模式，让学生以主动实践、课程之间有机联系的一体化学习方式学习课程，对提高学生个人能力和人际交往能力、系统调控能力必然有很好的促进作用.经过笔者7 年（2012—2019 年）的教学实践证明：综合自然地理课程教学改革培养了针对性强、适应面广的地理人才，符合我国应用型实践性人才培养的需求.

3.2 面临挑战

CDIO 教育模式是一种先进的教育理念，对传统的教学模式是一种彻底的改革，培养了学生的个人实践能力、团队合作能力和系统调控能力.但在教育模式实施过程中，教师和学生的负担加重，投入的时间和精力更多，对教师自身实践和教学水平有了更高的要求.教师增加的工作量和学生多种能力的综合考核能否被理解和接受，对学生实践平台、教师进修平台的需求要得到所在学校的保障，这些都是综合自然地理课程实践教学改革面临的挑战.