高校综合自然地理课程实践教学引入CDIO教育模式的探索

高校综合自然地理课程实践教学

引入CDIO教育模式的探索摘要：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，传统的课程教学侧重理论知识的传授，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达不到新时期人才培养的实际需求.基于此，笔者提出引入CDIO教育模式，从实践教学目标的设计出发，强调理论知识、个人能力、人际交往能力、系统调控能力的全面培养，提高地理专业学生的综合素质和专业技能；确定课程实践教学改革的评价标准为教育理念的变革、学生主动学习的积极性、一体化学习效果、教师的实践能力和教学能力、实践教学的反馈五个方面.综合自然地理课程实践教学改革对培养针对性强、适应面广的地理人才起到了很好的效果.关键词：综合自然地理；实践教学；CDIO教育模式；探索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.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⑵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.1CDI。教育模式的引入1.1CDI0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”（ProjectbasedEducationandLearning）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⑷1.2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1CDI。标准及标准内容解读标准名称标准内容解读标准1*:背景环境基于CDIO理念，把产品、过程和系统的生命周期作为工程教育的背景环境.标准2*：学习效果列出学生所需获得的知识、能力和态度，学习效果的内容和熟练程度由主要利益相关者的认可所确定.标准3*：一体化课程计划相互支持的专业课程和集个人、人际交往和产品、过程和系统建造能力为一体的方案设计出一体化的课程计划.标准4：工程导论提供实践所需框架,引出必要的个人和人际交往能力.标准5*：设计-实现的经验有两个或两个以上的设计-实现课程，为后续学习打下基础的动手学习经验.标准6：工程实践场所有配备现代工程工具的实践场所供学生使用.标准7*：一体化学习经验在学习活动中整合了学科知识和个人、人际交往和产品、过程和系统建造能力.标准8：主动学习让学生致力于主动对问题的思考和解决，并养成终身学习的习惯.标准9*:提高教师的工程实践能力提高教师的个人、人际交往和产品、过程和系统建造能力.标准1（）：提高教师的教学能力大多数教师具有提供一体化学习、主动经验学习方法和考核方法的能力.标准11*：学习考核具有与所有学习效果相适应的各种考核方法.标准12：专业评估通过主要利益相关者的反馈，对实施进展是否达到既定目标进行总体判断.注：加*的为关键标准.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2⑶，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综合自然地理课程理论知识主要实践教学内容自然地理环境的整体性（自然地理环境的能量基础、物质交换、结构、功能、发展演化）综合自然区划（地域分异规律、综合自然区划的原则和方法、自然区划的等级系统）土地研究（土地分类、土地评价、土地变化）人与自然环境的关系（人与自然环境的相互作用过程及相互影响的后果）自然生产潜力研究、土地资源承载力研究.综合自然区划、自然区划调查报告的编写.景观生态设计、旅游地评价、工程建设评价等.区域开发、自然资源保护、环境治理.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⑹.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.（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表3基于CDI。的综合自然地理课程实践教学大纲大纲名称内容1科学知1.1核心基础知识部门自然地理知识.识与推理1.2高级基础知识综合自然地理知识.2.1.1分析问题、表述问题21分析问题2.1.2建模和解决问题的能力 2.1.3解决方法和建议2.2.1建立假设发现问题，分析问题的实质，制定解决方案.简化问题，选择并应用定性、定量模型分析方法.确定问题的解决方案，评估可能出现的问题和可以改善的地方，形成总结性建议.选择需要验证的地理问题，建立假设.2.2实验和发 2.2.2查询文献资料文献资料的查询检索，主要信息的整理和分类.现知识 2.2.3实验性的探索构建实验，执行实验规定和步骤,分析和报告实验数据.2.2.4假设检验与答辩讨论数据的有效性、局限性、可以改善的地方，形成结论.2个人能2.3.1全方位思维对系统的全方位认识，认识系统与外界的相互作用和对系统力、职业行为的影响.能力和态2.3系统思维2.3.2系统的显现和交互作用认识系统的结构、功能和时间演化特征.度2.3.3确定主次与重点找出系统的全部影响因素，找出主导因素.2.4.1主动性与愿意承担风险采取明确行动、做出结果、总结工作.,s, 2.4.2执着与变通2.二人 2.4.3创造性思维和态度2.4.4批判性思维能独立工作、愿意与他人合作，具有应变能力.引入其他学科的理论和方法解决地理问题.分析问题,寻找支持证据，有矛盾的观点进行假设验证.2.4.5求知欲与终身学习展示自我教育的能力.2.5.1职业道德、正直、责任感并勇于负责2.5职业能力 皿一一上252职业仃为..和态度2.5.3主动规划个人职业敢于坚持和承担风险，理解和接受出错，对工作尽职尽责.认识职业礼仪.讨论个人职业发展的愿景，认识自己所具备的职业能力范畴.r, ，- 3.1.1组建有效的团队3.1团队工作了解团队形成的步骤和生命周期，分清团队的作用与责任，分析每个成员的目标、需求和特征.3.1.2团队工作运行实施项目的规划、安排和执行，形成问题的解决方案.3人际交3.2.1交流的策略分析交流环境、选择交流策略.往能力：3.2.2交流的结构提出逻辑和具有说服力的论点,选择有利证据，采用简练、明团队工作了、精确和清晰的语言.和交流3.2交流 3.2.3书面的交流以正确的拼写、标点符号和语法教学写作.3.2.4电子及多媒体交流能制作电子演示材料，应用各种电子表达形式.3.2.5图表交流制作表、图.3.2.6口头表达和人际交流能够使用适当的语言和非语言交流方式,有效回答问题.“，，4.1.1教科研工作者的角色与责任4.1外部和社412顼目对社会的影响..会背景环境4.1.3发展全球观接受职业的目标、角色和社会责任.解释项目对社会的影响.认识人类活动的国际化.-皿 4.2.1设立系统目标和要求4.2系统的构.-工口,， 4.2.2系统建模和确保目标实现思与工程化4.2.3开发项目的管理确定目标、战略、能力和联盟.4在社会环境下构找出合理模型，讨论实施和运行.项目成本、绩效和进度的控制.4.3.1设计过程选择初始设计方案，适当优化，直至最终设计.思、设计、实施、运4.3设计 4.3.2知识在设计中的利用利用技术和科学知识，实践创造性和批判性思维并解决问题，行系统4.3.3多学科设计讨论设计知识的获取.识别学科间的交互作用，多学科角度设计.l 4.4.1设计实施过程4.4实施4.4.2测试、证实和验证阐述实施过程的表现、成本和质量的目标和指标.证实系统性能达到要求.- 4.5.1运行的设计和优化4.5运仃4.5.2培训与操作说明运行表现、成本和价值的目标和指标.职业化操作的培训.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