基于CDIO理念的創新型工程人才培養模式改革

廣東 馬文姝 黑龍江 白鳳臣

基于CDIO理念的創新型工程人才培養模式改革

廣東 馬文姝 黑龍江 白鳳臣

通過對當前我國高等工程教育創新型人才培養存在的問題分析，認為CDIO大綱的能力目標與創新型人才素質要求相當的契合。以高職城市熱能應用技術專業課程改革為例，探索CDIO與創新教育融合的新體系，主要從培養方案、課程體系、教學模式、教學手段、評價體系等幾個方面著手，將CDIO滲透到創新教育之中，以達到培養創新型工程人才的目的。

CDIO；創新能力；工程教育

我國確立了2020年建設成創新型國家的目標，提高高等學校自主創新能力，培養創新型人才是實現創新型國家的人力資源基礎。如何培養創新型工程人才，是國內外教育改革的焦點問題之一。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate），是國際工程教育與人才培養的創新模式，不僅繼承和發展了歐美20多年來的工程教育改革理念，更重要的是提出了系統的能力培養、全面的實施指導、完整的實施過程和嚴格的結果檢驗等12條標準，其大綱的能力目標與創新型人才的素質要求存在相當高的契合性，具有很強的可操作性。CDIO工程教育模式中國化的實踐將成為培養創新型工程人才的有效途徑。

一、當前高校創新型工程人才培養存在的主要問題和應對策略

1.存在問題

工程性與創新性的嚴重缺位，是當前我國高等工程教育難以提供滿足國家對創新型工程人才迫切需求的原因，具體表現在以下幾個方面：

（1）創新教育思想尚未全部貫穿于工程人才培養的各個環節

雖然創新教育在我國開展已有很長一段時間了，但目前我國的創新教育很大程度上還處在思想觀念的宣傳層面，尚未全部貫穿于工程科技人才培養的各個環節之中，高校傳統的以知識灌輸為主要特征的人才培養模式和體制還沒有實現結構性突破，還沒有真正形成工程創新型人才的培養模式和體制。

（2）教學內容和教學方法陳舊

教學內容陳舊落后，跟不上現代科學技術的發展腳步，一些已經隨著科技的發展失去原有價值的內容，卻依然出現在教材當中并占有相當一部分比例，而那些已經或正在轉化為新知識體系內核的科學前沿知識，卻被拒之于教學大門之外。此外，在教學方法上，仍以灌輸式的傳授方式為主導，缺乏啟發式教學和師生間的互動，強調接受性而忽略其能動性，結果束縛了學生獨立人格的發展和個性的張揚，使學生形成了千篇一律的思維方式。

（3）面向實際的工程訓練不足，實踐環節薄弱

工程訓練是工程教育必不可少的重要環節，但由于工程訓練的成本不斷增加致使實踐教學被不同程度的削弱，實習的時間大幅度壓縮，學生在實習中往往是參觀多而參與少，動手能力得不到提高；工程教育基本上是在學校完成，與企業聯系不密切，課程設計、畢業設計脫離工程實際，導致工程教育淪為紙上談兵，嚴重影響工程教育的質量。

（4）教師本身缺乏工程實踐經驗和能力

工程教育的教師一般都沒有參加過工程實踐項目的訓練，缺乏工程及生產的實踐經歷。許多工程院校的教師大多直接來源于高校畢業生，這些青年教師雖然有較高的學歷和深厚的專業理論知識，但由于缺乏豐富的實踐經驗，不能用工業中的實際問題來充實課堂教學內容，只能紙上談兵，以致教學流于形式，嚴重阻礙了學生在工程實踐訓練中綜合性和創造性的發揮，不利于教育質量的提高。

2.創新型工程人才培養策略

基于當前高校工程創新型人才培養中存在的問題，要培養創新型工程人才必須采取相應的策略來改善現狀。

（1）營造有利于創新教育的氛圍與環境

學校要注重營造有利于創新型工程人才培養的氛圍和環境，盡快形成有利于創新教育的激勵機制；改善學校的人文環境，形成有利于創新的學術氛圍；創建創新教育的實踐基地，為優秀人才脫穎而出創造條件；要盡快制定相關的政策和規定，鼓勵和引導創新教育的開展，并形成創新教育的保障機制。

（2）改革教學內容和教學方法

課程的教學內容要根據培養目標和崗位能力要求及時更新，進行合理的篩選、補充、更新和重組，使教學內容既能反映出該專業最新的發展方向和研究動態，同時又符合學生認知發展規律的邏輯結構。

（3）強化實踐教學環節

學校應鼓勵大學生積極參與教師的科研項目，以科研項目為依托培養學生的創新精神和實踐能力；組織學生參與工程實踐，在與工程一線各類人員的接觸中培養學生的工程意識和專業素質；在畢業設計過程中，指導教師要在設計思想、設計方法上給學生提供有價值的建議，啟發學生充分發揮獨創精神，引導學生在實踐中不斷提升其創新能力。

（4）建設一支理論與實踐緊密結合的高素質教師隊伍

創新型工程人才培養需要高素質的教師隊伍作保障。學校應針對教師缺乏工程實踐訓練和創新意識不足的問題，加強教師隊伍建設。一方面，設法從企業中引進工程實踐經驗豐富的工程技術人員充實教師隊伍。同時，選派教師到工廠、企業掛職鍛煉，以提高實踐能力和工程技術應用能力。另一方面，要求教師不斷轉變教育觀念，樹立創新教育理念，養成自覺體驗創新的習慣。

二、CDIO大綱與創新能力的切合

CDIO大綱的目標首先強調了技術知識與科學基礎；第二個目標是培養學生能夠引領新產品、工藝和系統的創新和運行，相應地，需要培養學生的個人和人際技能以及產品、工藝、系統的掌控技能；第三個目標是教育學生能夠理解在社會背景下研發的重要性和戰略價值。CDIO大綱將以上目標分為4大類14條70點，CDIO大綱的能力目標與創新型人才的素質要求存在相當高的契合性。

大綱第一部分技術知識和推理是工程教育的基本目標，也是創新的知識基礎和前提條件。包括基礎科學知識（1.1）；核心工程基礎知識（1.2）；高級工程基礎知識（1.3）。大綱的第二部分為個人的職業技能和特質。它包括：工程推理和解決問題（2.1）；實驗中探尋知識（2.2）；系統思維（2.3），這三個方面也可以稱為工程思維、科學思維和系統思維。在這三種思維模式中，從發現問題、到提出假設、驗證到解決問題正是創造力的心理歷程，在這些過程中將會產生不尋常的產品。如尼克森（Nickerson）提出，創造力是發現問題和解決問題的連續歷程；沃德（Ward），史密斯（Smith）和芬克（Finke）也指出，創造力是產生（generation）和探索（exploration）歷程的循環認知歷程。美國著名教育心理學家托蘭斯（Torance）將創新視為一個這樣過程，即對出現的問題、不足、知識上的缺陷、基本元素的丟失、不協調、不一致等現象變得敏感，并找出困難，尋求解決途徑。大綱第三部分的團隊精神和溝通能力是增強團結協作、打造創新團隊的個人品格要求，也是在現代的組織和企業中實現創新的必要條件。大綱的第四部分則提出了創建和運行新產品或新系統過程的要求，而新產品和新系統均是創造力的結果體現。倫克（Runco）、普拉克（Plucker）和里母（Lim）指出，“創造力經常是根據產品來定義的。”一般而言“新穎”與“實用”是創造力產品定義中的普遍內涵。大部分學者均普遍認同這樣的創造力定義：“創造力是一種歷程，是創造出能為團隊所滿意與接受的新穎或適用”的產品。一般而言“新穎”與“適用”是創造力產生的基本內涵和根本屬性。斯滕伯格（Sternberg）也認為，有創意的產品必要條件是新穎、恰當、質量和重要性。魯巴特（Lubrat）指出：“從西方心理學研究來看，創新能力可以被定義為產生新穎且適用的工作產品的能力”。在最近關于創新的調查中，英國工業聯合會（CBI）將創新定義為“新思維的成功開發”，開發新思維需要在實踐中通過團隊工作和與其他人的交流中，迸發出新思想的火花。這與CDIO大綱中的（4.3）構思、（4.4）設計、（4.5）實施、（4.6）運行、（3.1）團隊工作和（3.2）交流的要求是一致的。喜歡創新的人，其性格特征里包括創造性思維（2.4.3）。另外，一個成功的創新者要了解企業，對自己有合理的定位，才能在企業中開展工作，這就需要他明確企業戰略、目標和規劃（4.2.2）和工程師的角色和責任（4.1.1），進而成功在一個組織中工作（4.2.4）。

CDIO大綱是從現代工程實踐中推衍出來的，特別適用于各種不同的工科專業，可作為所有工科專業的一個模型，以獲得特定的學習效果。大綱匯總了當前工程學所涉及的知識、技能及發展前景等，意愿是讓工程師可以帶領團隊，成功地進行工程系統的構思、設計、實施、運行，旨在創造一個新的整合性教育。目標是在技術基礎上給學生提供更多的工作知識，教育工程師成為新產品或系統創造和執行過程中的領導者，給研究者們灌輸對自己工作重要性和策略價值的認識，以上都充分體現了CDIO大綱支持的創新能力培養這一目標。

三、CDIO與創新教育融合體系的構建

CDIO是高等工程教育改革的最新成果，也是教育創新的一種體現。本著“創新源于實踐，始于問題”的認識，將CDIO融入創新教育之中，培養學生的創新精神和實踐能力，這不僅對學生的個人發展具有重要作用，而且對提高全社會的創新能力具有重大意義。

1.制定CDIO課程計劃

根據目前畢業生普遍存在的創新能力不強，職業素質缺失的現象，結合行業企業對畢業生能力結構的要求，制定了EP-CDIO課程大綱。大綱包括：工程師職業道德；基本理論知識；個人能力和職業技能；人際交流與合作能力；在企業和社會環境中構思、設計、執行和使用各種系統的能力。與過去相比，新大綱突出了工科學生的工程師職業道德意識、基本理論知識、個人綜合能力的培養。新大綱以課程群的方式將全部專業核心課程有機結合起來，避免相關課程之間的重復，學生能以多元因素合理聯想的方式掌握專業知識；新大綱也將項目實施的主線貫穿課程教學的全過程。

2.構建基于CDIO模式的專業核心課程體系

CDIO是一種以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的工程教育模式，工程項目設計是工程實踐的精髓所在。通過規劃、設計項目，將整個課程體系有機地結合起來，為工程教育制定出一套合理、完整、通用、可操作的教學準則。CDIO項目按規模和范圍一般分為三級，一級項目為包含本專業主要核心課程和能力要求的項目；二級項目為包含一組相關核心課程、能力要求的項目；三級項目為單門課程內為增強該門課程能力與理解而設的項目。整個培養計劃是以一級項目為主線、二級項目為支撐、三級項目與核心課程為基礎，將核心課程教育與對專業的整體認識統一起來，并結合項目訓練對學生的自我更新知識的能力、人際和團體交流能力以及對大系統的掌握、運行和調控能力進行整體培養。

三級項目的設立形式，由各門課程根據大綱需要確定。每專業至少有2個一級項目。一般可以在一年級設立第一輪以介紹本專業核心內容及調動學生興趣為目的的一級項目，而畢業實習與畢業設計為第二輪一級項目，同時，以2～4個二級項目為載體加強本專業核心課程的學習與應用，一級項目可作為一門課程單獨計分。

以熱能專業為例，結合核心課程的項目規劃如圖1所示，從左至右為在校學習的時間順序。在一年級設立以“工業鍋爐在國民經濟發展中的作用”為題目的一級項目，旨在激發學生的學習興趣，了解今后的工作方向。課程學習結合4個學期項目（二級項目）展開；二是結合專業核心課程（工業鍋爐技術），以鍛煉學生計算、設計能力以及接觸企業、了解社會為目的的“鍋爐創新設計項目”；三是結合專業核心課程（鍋爐制造工藝與檢驗）設計的“鍋爐制造工藝設計項目”；四是結合專業核心課程（鍋爐設備與運行）設計的“鍋爐設備運行項目”。以上4個項目旨在牢固掌握專業基礎內容，為后續發展奠定基礎；五是結合核心課程（鍋爐設備檢修）、解決實際問題的“鍋爐設備故障分析與檢修項目”，旨在培養學生實際應用能力，以及服務社會的責任意識；六是結合畢業設計的一級項目（待定）。通過這樣的安排，不僅使學生了解了專業培養方向和今后的工作崗位，而且也培養了學生工作能力、生存能力以及創新意識，更重要的是學生發現了自己的興趣，以及今后努力的方向。

3.構建一套完整的“厚實基礎、強化實踐、不斷創新”的教學新模式

將CDIO融入創新教育之中，要做到遵循人才培養的客觀規律，從基本實驗技能培訓到創新實驗訓練，使學生在循序漸進的實驗學習過程中逐步提升創新能力。構建一套完整的“厚實基礎、強化實踐、不斷創新”的教學新模式，形成“個性化（根據每個學生的特點制訂個性化的培養方案）、雙渠道（課內渠道和課外渠道）、三結合（學研產結合、課內外結合和校內外結合）、四層次（基本認識型實驗、設計型實驗、綜合型實驗和研究型實驗）”的創新型實踐教學新體系。

4.樹立以學生為中心的觀念，創新教學方法和手段

（1）樹立以學生為中心的觀念，教會學生自主學習。以學生為中心，所有學習活動均以學生為主體。課堂講授不必教師親自上臺，而是讓學生先做預習，以小組分工的方式，輪番上臺演講，學生以自己的語言展現他們對每周課程內容的理解。不僅可以提升學生自主學習的能力并養成終身學習的習慣，也有助于教師觀察學生理解的盲點或創新點。

（2）倡導“做中學”的教學方法。通過產學研結合、課內外結合、校內外結合的方式，讓學生在知識的學習和應用之間形成良性互動，強化教學效果。

（3）采用雙導師制指導CDIO項目實施。聘請校外有實際工程經驗的符合條件的工程師與校內老師一起組成教學團隊，共同指導項目實施，有助于學生工程實踐能力的培養。

（4）將科研成果引入教學，提高教學水平。一是將科研成果編寫成教材，按照CDIO理念，結合具體集成項目，從理論到實驗，編寫成科技創新實驗系列教程。二是將科研成果直接引入到實驗教學中，讓學生在實驗室里就能直接接觸到科學前沿知識，拓寬學生的視野。

5.構建“多元化”學生質量評價和“多主體”教師教學質量評價相結合的評價體系

（1）學生評價

建立有利于學生創新素質培育的指標導向。學生評價的指標體系在充分體現“德、智、體等方面全面發展”這一大前提下，還應反映創新型人才所應具備的素質要素，把創新型人才應具備的思維、知識、能力、個性等方面的要素納入評價體系，以形成一種引導、激勵學生德、智、體全面發展和創新素質全面提升的發展性評價體系。改變以考試為中心、以死記硬背為基礎的考試制度，實行考試方法多樣化，考試評價標準多元化。

（2）教師評價

建立學校評價、學生評價、自我評價以及團隊內部互相評價相結合的教師教學質量評價體系，通過設計多種指標，從基本素質、教學情況和科研情況三個方面進行評價，以反映教師在思想道德、職業技能、教學內容、教學方法、教學改革、科研成果和項目特色等方面的真實水平和綜合表現。要突出教師創新實踐能力的評價，強調教師要有創新意識和人格魅力，為教學團隊的可持續發展提供良好的運行保障機制。

四、改革體會

CDIO工程教育模式采用現代教學理論，有效地解決了理論教學與實踐教學脫節的問題。項目實施中，每個學生都有自己的任務，都要接受檢查、考核，有效激發了學習興趣，提高了學習效率。而且構建了較好的學習環境，這些不僅有利于培養學生掌握個人、人際技能和產品、工藝和系統的構建能力，還可鍛煉學生的創新能力，為學生今后開展工作打下良好基礎。CDIO工程教育模式將成為培養創新型工程人才的有效途徑。

[1]Edward F.Crawley.The CDIO Syllabus：A Statement of Coals for Undergraduate Engineering Education,2008.07.01.

[2]康全禮，陸小華.CDIO大綱與工程創新型人才培養.高等教育研究學報，2008（4）.

[3]陳文杰，任立軍等.新加坡理工學院基于CDIO模式的項目教學改革.職業技術教育，2009（35）.

（編輯 王旸）

（作者單位：馬文姝，中山職業技術學院；白鳳臣，黑龍江工商職業技術學院）