CDIO模式在青少年創造發明活動中的探索與實踐

錢利群

CDIO模式在青少年創造發明活動中的探索與實踐

錢利群

中國福利會少年宮

CDIO是2001年由四所國際前沿的工程大學（瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院）倡導的一種工程創新人才培養模式，2006年開始引進大陸，至今大陸已有50所高校采取該模式。目前國外CDIO模式已進入中學，在CDIO的系統環境培養他們的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。但在大陸，CDIO人才培養模式目前沒有進入青少年的科技創新活動或相關課程中。該文基于筆者從事青少年創造發明暨青少年工程創新活動的探索與實踐，分析了目前青少年創造發明活動的現狀，并探索總結將CDIO模式應用于青少年創造發明活動中的主要做法。

CDIO模式 一體化活動目標 發明活動 生命周期 評價標準 寬容度

1 CDIO模式簡介

CDIO模式是一種工程創新人才培養模式，2001年由四所前沿的工程大學（瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院）合作開發。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它強調創新項目從研發到實際運行的生命周期為載體，讓學生在系統的環境中主動的、實踐的、跨學科的學習工程，在系統的環境中培養學生四個層面的能力，分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。CDIO模式系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織。

CDIO模式進入大陸的時間較晚，2006年汕頭大學成為首個大陸高校 CDIO 成員，但發展迅速，至今已接近50所大陸高校加入該組織。CDIO模式在實施過程中，取得了突出的成果，通過該培養模式的學習，學生普遍稱贊學到了真本事，增強了自學和解決問題以及研發、團隊工作和溝通的能力。目前國外的CDIO人才培養模式已經走出高校，進入中學。在中學的技術課、項目創新等課程中讓學生在CDIO的系統環境中經歷“創新構思→詳細設計→實現測試→現實運作”的整個過程，培養他們的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。但在大陸，CDIO人才培養模式目前沒有進入青少年的科技創新活動或相關課程中。本文將結合筆者從事的青少年創造發明暨青少年工程創新活動對此作初步的探索與實踐。

2 目前大陸青少年創造發明活動現狀——基于CDIO模式的分析

通過對CDIO人才培養模式的深入研究，并結合筆者從事青少年創造發明教育多年的經驗，分析以下幾個方面的現狀。

2.1 學生具有創造發明的意識和積極性，由于創新能力較低，大部分創意都停留在思考階段

目前參與創造發明活動的青少年普遍興趣濃厚，積極性強，在學習和生活中積極尋找新創意、新想法。但由于多方面客觀條件的限制和學生自身的局限性，使得參與的學生沒有把自己的創新想法和建議及時與指導教師和同學們溝通交流，并進行實質性的操作，從而限制了學生創造發明的過程，使得很多學生的創意只是停留在思想里或紙張上。比如：在生活中遇到問題時絕大多數學生愿意嘗試獨自處理，缺乏團隊協作精神，不能取長補短，共同把問題解決好。許多學生缺乏行動的信心，沒有創新毅力，經常在學習過程中缺乏創新的恒心和意志，見異思遷，半途而廢，這必然導致創新能力等得不到鍛煉，使得大部分青少年創新能力低下。

從創造發明活動的組織者角度看，這種現象的成因主要是目前受各類科技創新競賽的主導，活動中只關注對最后成果的自主創新性、先進性等內容，而缺乏對學生進行的創意達成的系統培育，包括系統環境的創設，系統目標的制訂等。

2.2 具有創造發明活動的理論知識，但知識結構不合理，缺乏創新的動手能力和必備的創新技能

受應試教育的影響，目前大陸的青少年知識結構很不合理，一般都是用于應試的事實性知識（學科類的記憶知識），而對人的能力、道德發展更為重要的方法性知識、價值性知識卻被忽視，青少年很少有機會通過實際操作，親自體驗等形式來獲取這兩類知識，這違背了人的知識結構常識。這樣的知識結構造成了很多紙上談兵的高材生，具有創造發明活動的理論知識，只能將創意寫出來、畫出來，但無法具體地去實施。這樣不能從根本上提高自身素質，缺乏對自己動手能力和創新技能的培養。

2.3 青少年創造發明活動的參與面廣，但創新成果真正運行的寥寥無幾

目前青少年創造發明活動普及面較廣，參與的指導教師、學生眾多，每年都有大量的工程類創新項目在各級各類的科技類活動中展示。但這些項目大部分由于多種原因，都只進行了構思、設計、實施三個過程，然后就開始參加各類科技活動，而真正的實際運行過程被忽視了，此處所說的運行非指產業化，去工業化生產，而是指創新項目在經歷了前三個階段后，單個或多個作品真正投入現實環境使用的過程，包括運行過程的監控、維修、改進等過程。缺少運行過程，對參與創造發明活動的青少年來說是一個不系統的培育過程，對他們的創新能力、團隊合作精神的培養，以及創新項目進一步發展的的都有較大影響。

2.4 青少年創造發明活動評價體系的單一性

目前對青少年參加創造發明活動的一般評價方式主要有兩種，一是過程中教師給出的評價，如在活動過程中給予學生個人或優秀創意作品的鼓勵性評價等；二是項目成果參與各類科技活動的結果，如青少年創新項目參與各類科技大賽中獲得獎項等，這也是大陸目前青少年創造發明活動中受重視程度較高的評價方式。兩種評價方式都是針對參與活動的青少年以及他們的發明作品，都以甄別與選拔為評價根本目的，這類評價方式不利于科學、有效地評價學生發展，而且對于整個青少年創造發明活動來說過于片面、簡單。

3 CDIO模式在青少年創造發明活動中的探索與實踐

通過在青少年創造發明活動中應用CDIO模式的探索與實踐，并結合目前青少年創造發明教育幾個方面的現狀，筆者總結了以下幾點做法：

3.1 基于CDIO人才培養理念，制定一體化的活動目標和計劃，培養青少年綜合創新能力

CDIO人才培養模式中，青少年綜合創新能力的具體內容有四個方面，包括創造發明的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和創造發明的系統能力。針對這四個維度提出的一體化活動目標不僅包含了傳統的知識與技能目標，更增加了人際團隊能力和發明活動的系統能力。其中人際團隊能力不僅指與人合作的能力，更是在團隊中的表達理解力、人際融合力和不依靠他人獨立解決問題的能力；發明活動的系統能力是指學生在進行發明活動時，從具體構思，到設計分析，進而實現創意，具體運行的四個步驟中，能進行整體調控把握的能力。一體化目標制定完成后，通過后期有效的計劃實施，能讓學生在主動的參與發明活動的過程中，整體提高創新能力。

以組合發明法為例，如按傳統的活動目標，知識方面即組合發明法的含義、技巧、操作步驟等，技能方面的目標就是要求學生能運用組合發明法提出自己的創意。對于CDIO模式而言，知識技能方面的目標僅僅完成了基本知識部分的目標，對于個人能力、人際團隊能力、相關系統能力等都未涉及，而這些對青少年創新能力的提升更為重要。CDIO模式中，我們將該活動的目的定為：能在情景（現實或假設的需要利用組合方式創新的場景）中發現需求，并在團隊活動中確認詳細構思和設計圖，并制作模型或實物以實現自己的創意，而后將自己的創意在現實環境中運行，通過監測提出新的改進方案。綜合性地說，傳統觀念下的創造發明活動目的關注的是創新作品、創新思維、創新技能等，而CDIO模式下的發明活動目的關注的是學生在活動中四方面能獲得的整體發展。

3.2 引導學生親身經歷“設計—實現”(最好包含基本水平、高級水平兩種類型)，并創造條件，支持學生動手和直接經驗的學習

CDIO模式下的創造發明活動，強調讓學生親身“設計—實現”的過程，讓他們能夠從動手實踐、直接參與的過程中獲取方法性知識和價值性知識，來完善他們的知識結構，讓他們能夠掌握創意實現的具體過程與方法。

“設計—實現”分為兩種水平，在基本水平中，多用一些優秀發明案例，讓學生分析，并進行模仿的“設計—制作”，讓學生在這樣的過程中體驗創新工程實現的具體過程與技巧；在高級水平中，學生已通過基本水平的學習掌握了實現發明創意的過程與方法，能將自己提出的原創性項目，通過構思、設計、實現、運行四個步驟來逐步實現。如疊衣板，是一個生活中的小發明，它能通過簡易的步驟高效、整齊地將T恤疊好。引導學生自己制作一塊疊衣板，對于青少年來說就是一個基本水平的“設計—實現”過程，學生在參與活動的過程中需要繪制設計圖，制定材料的精確尺寸，根據設計圖和尺寸來制作模型，再回家將自己的作品介紹給親友使用，這樣的操作過程對學生的方法性知識、價值性知識的掌握都有積極的作用。這為將來他們能夠通過高級水平的“設計—實現”過程來實施原創性項目奠定了堅實的基礎。

3.3 “構思、設計、實現、運行”是一體化的學習模式，能促使學生主動學習

傳統的發明活動中，比較重視學生的創意方法和創意過程，并要求將創意書面化，描述成文字或繪制設計圖等，而對具體實現和運行并沒有硬性要求，這造成了眾多發明活動中產生的學生創意，極少能夠最后完成實物的制作，而在現實環境中運作的更是寥寥無幾，這對于學生綜合創新能力的整體提升是不利的。CDIO模式下的發明活動，“構思、設計、實現、運行”是一個整體的環境，是一個不可分割的生命周期，學生在一體化的學習過程中獲取的經驗，能帶動其對基礎知識、個人能力、人際團隊能力、系統能力的獲取，并能激發學生主動學習的熱情。

以趣味隱形筆筒為例，要求學生利用磁鐵的特性，設計制作一個隱形的筆筒。在一體化的學習模式中，針對該隱形筆筒的詳細構思、設計、實現、運行是一個整體性的生命周期，不可分割。活動中，通過磁性相關基礎知識的掌握，引導學生在團隊中運用這些知識進行詳細設計，模型制作，并且進行系統測試，改進，最后將作品投入實際環境中運用，并收集反饋信息，而后根據反饋信息學生可能會自主地進行另一個發明活動的生命周期。在該活動中，學生掌握了關于磁性的基礎知識，并在設計、制作過程中提升了個人能力、團隊能力，而后在實際運行過程中培養了與人交流、協商的人際能力，在活動過程中出現的知識、技能需求，以及實際運行過程中的建議反饋，都成為了學生主動學習的強勁動力。

3.4 CDIO模式下青少年創造發明活動的評價體系

CDIO模式下的青少年創新能力有四個方面：基礎知識、個人能力、人際團隊能力和創造發明的系統能力。針對這四個方面有不同的成果，根據成果的不同，要用不同的評價方式，以期更有效、真實地進行評價。

有效的評價應采用不同的方法來衡量學生的各方面能力。比如基礎知識可以是筆試或口試的方式；“設計—實現”能力相關的評價可以用平時實際觀察記錄來實現，形式可以是教師評價、學生互評、自我評價相結合；人際團隊能力可以是調查表、訪談、觀察等形式。

基于CDIO模式下的評價，不論采取哪種評價方式，針對哪個階段的評價，要制定一個具有寬容度的評價標準，暨評價標準不是一條線，而是一個有寬度的區域，進入該區域學生即達到活動目的的期望值，一些優秀的學生個人或團隊能夠超越該區域，也有部分學生個人或團隊接近期望區域但還需努力。這種評價標準更合理，更人性化，更符合學生發展的需求。

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