CDIO工程教育模式的教學理論基礎研究

摘 ? ?要： 自CDIO模式創立以來，世界范圍內使用CDIO模式的高校不斷增多，并被廣泛應用于理、工、農、醫、文等諸多學科領域的教學實踐。本文從CDIO模式發展歷程出發，在剖析教學理論發展歷程的基礎上，分析了CDIO工程教育模式的教學理論基礎。

關鍵詞： CDIO模式 ? ?CDIO教學 ? ?工科教學 ? ?教學理論

一、研究背景

麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所院校在克努特·愛麗絲布·瓦倫堡基金會（The Knut and Alice Wallenberg Foundation）的資助下，于2007年匯總各校時間經驗適時出版了第一版《重新認識工程教育：國際CDIO培養模式與方法（Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach）》。隨后，愛德華·F·克勞雷（Edward F.Crawley）等人針對工程師的創業方面的挑戰，將原有《1.0版CDIO教學大綱》擴充為《CDIO-LE（Leadership&Entrepreneurship）教學大綱》[1]。2011年6月，克勞雷團隊進一步將現代工程師所面臨的核心挑戰界定為可持續性、全球化、創新、領導力與創業精神等，并發布了新版的CDIO教學大綱——《2.0版CDIO大綱（CDIO Syllabus v2.0）》[2]。在國際CDIO工程教育模式推行十周年之際，克勞雷等主要CDIO研究人員對十余年的工程教育經驗進行了總結，出版了第二版本的《重新認識工程教育：國際CDIO培養模式與方法》一書。

國內CDIO模式改革緊隨國際CDIO改革步伐之后。2005年，汕頭大學在國內率先將CDIO引入中國，并結合自身辦學定位實施了基于EIP-CDIO的工程教育系統性改革，目前實施該項改革的專業已經涵蓋該校機械、土木、電子等多個專業。此外，燕山大學、江南大學、成都信息工程學院等高校也加入到這場聲勢浩大的工程教育改革浪潮之中來[3]。2008年4月，教育部高等教育司發文成立“CDIO工程教育模式研究與實踐課題組（以下簡稱“試點工作組”）”。 自2011年起，試點工作組定期圍繞CDIO改革中遇到的重難點議題舉行工作會議[4]。2016年1月8日，試點工作組經研究決定在教育部原試點工作組基礎之上成立“CDIO工程教育聯盟”[5]。

二、教學理論發展歷程回眸

（一） 經驗學習理論

經驗學習源于西方經驗哲學的發展。古希臘、古羅馬時期的經驗哲學將經驗視為與理性對立的事物，是實踐的、變化的、非理智的;中世紀經院哲學吸納自然科學研究成果，將經驗視為人類認知的途徑，人類只有經由經驗的感覺才能達到理性認識;自然主義者讓-雅克·盧梭（Jean-Jacques Rousseau）提出了利用經驗進行教學的理念，他提倡教師應從兒童實際生活出發著力豐富兒童感覺經驗而不是一味地向兒童灌輸知識和道德[6];民主主義者約翰·杜威（John Dewey）認為學習的本質是經驗與反思，教育應遵循通過個人經驗進行學習的原則。

依據主要經驗學習論者所屬流派不同，可將經驗學習理論發展歷程劃分為實用主義階段、人本主義階段。實用主義階段經驗學習理論的代表人物是杜威，他認為由于學生的經驗是逐漸累積起來的，是寓于日常生活以及學習教材之中的[7]，因此學校的教學科目不應是零碎經驗的大雜燴，而應是有組織的[8]。人本主義階段經驗學習理論的代表人物是卡爾·羅杰斯，他將情感納入到經驗這一概念體系之中，并認為經驗是開放的，個體應毫無拘束地體驗所有的情感和經驗[9]。

（二）建構主義教學觀

建構主義學習觀認為學習者的學習活動是在特定社會文化背景開展的，其本質是學習者獲取知識的過程[10]。盡管學習者的學習活動需要借助其他人（包括教師、行業專家、同伴等）的幫助，也需要充分利用必要的學習資料。但無論是作為知識載體的出版物還是作為知識傳授主體的教師都不是學習者學習知識的最終媒介，學習者的意義建構才是學習者獲得知識的終極路徑。

建構主義學習理論的核心概念是學習環境，這一環境有四大組成要素，即“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”。既然學習者的學習是在既定社會文化背景（即情境）下進行的，那么學習者的學習效果將取決于這一背景是否有利于促進學生對所學內容的意義建構。因此，教師的主要任務之一即是創設有利于學生實現其意義建構的真實情境。

（三）情境教學理論

情境教學（Contextual Learning）理論的情境與建構主義之情境既相互聯系，又有所區別。其聯系在于兩種學習理論都主張教師應為學習者創設有利于意義建構的情境，其區別則源于情境教學理論是源于情境教學流派對傳統學徒制的深入探究。情境教學里的“情境”概念之時納入了邁克爾·波蘭尼（Michael Polanyi）的“默會知識（Tacit Knowledge）”這一概念，學習者學習環境的創設必須遵循情境性原則[11]，即考慮重要知識的默會本質——不能通過語言或文字表達并傳遞給他人的屬性[12]。“默會知識”的引入進一步明確了真實情境在學習者學習活動中的重要性，學習者不能通過被動理解僅憑語言表達的默會知識，而只能置身于有利于默會知識習得的情境才能習得這部分知識。

總的來說，情境教學所謂之情境應同時具備真實性、合作性、反思性、清晰性、整體評價等特點。通過對華東師范大學高文教授對情境教學理論的研究進行總結，可以發現情境教學之情境主要有以下五個方面的特點：①真實的情境，即能夠反映知識在實踐中應用方式的情境，這一情境是真實的活動;②促進合作建構的情境，即這一情境應支持知識的合作建構;③促進反思的情境，以便于形成抽象概念;④清晰描述的情境，以便于學習者將默會知識轉化為清晰知識;⑤整體評價的情境，即在完成學習任務時提供整體學習評價[13]。

（四） 主動學習理論

主動學習（Active Learning）是一種有別于傳統教學模式下學生被動聽課的教學模式，這種教學模式鼓勵學生主動地參與到學習過程之中[14]。目前，學術界對主動學習尚無統一界定[15]。但有一點可以確定，與傳統模式下教師的教和學生的學彼此分離的觀點不同，主動學習是一種學生積極參與的學習活動，她不僅包括與學習活動緊密關聯的問題分析、解決與評價，還涵蓋教師組織的針對課程內容、觀點會問題進行的研討活動[11]。不僅如此，主動學習通常還包括以下教學方面的技巧，如游戲組織、技術應用、團隊協作等[16]。

三、CDIO模式下的教學

新版《重新認識工程教育》明確指出CDIO模式下的教學是一種基于經驗學習理論、主動學習理論、情境教學理論的綜合性教學模式，其目的在于通過為學生提供豐富的“設計-實現”經驗，幫助學生達成預期學習結果[16]。雖然CDIO模式并未限定實施CDIO模式的教學方法，但卻明確說明了十二條用于確保實現CDIO模式預期愿景的有效實踐準則，即《CDIO標準》。在第二版《重新認識工程教育》出版之時，第一版本的《CDIO標準》也迎來了更新[17]。以下簡要描述《2.0版CDIO標準（CDIO Standards v2.0）》中與教學有關相關準則及其與教學理論之間的關聯：

（一） 基于經驗學習理論的CDIO教學

CDIO模式下的教學源于經驗學習理論，并與建構主義和認知發展理論緊密相關。表1所示的CDIO標準5將CDIO模式下學生所需學習經驗定義為有關“設計-實現”的經驗。這一經驗與工科畢業生未來將要擔負的主要工作職責休戚相關，這是因為代表產品“構思-設計-實施-運行”流程的“設計-實現”活動涵蓋現代工程師所參與的產品設計、方案實施及系統運行生命周期內的所有活動，是現代工程師的本職工作的學術性描述。

表1 ? ?CDIO標準5[16]

不僅如此，標準5還刻意強調學生所需的“設計-實現”經驗應是有組織的，既應包含“初級經驗”，又應包含“高級經驗”。這意味著基于CDIO的教學除應考慮知識本身的內在結構以外，還應充分考慮學生的認知發展狀況，作為教學活動促進者的教師應依據這些要求科學、合理地組織教學活動，進而促使學生為未來勝任工程師工作做好準備。

此外，值得一提的是，上述學習經驗的最終確定并不是從純粹的理論推演而來，而是在參考已有行業標準，由教師、學生、工業界代表、校友及學者等群體組成的利益相關者共同完成。這些經驗并非一成不變，當工程師所面臨的工程實踐環境發生改變時，上述學習經驗也應隨之進行適當調整。

（二） 基于情境教學理論的CDIO教學

CDIO模式下的教學主張以“構思-設計-實施-運行”為工程教育的情境而非內容[18]，在CDIO標準1中即明確了這一要求。考慮到工科教學的實際情況，創設這一情境的場所（即“設計—實現”工作坊）可以安排在教室或現代化的學習實踐場所（如工程實訓中心），用以支持學生開展操作訓練或社會實踐訓練方面的學習。依據情境教學之情境所應具備的特征，在這一場所中教師應采取項目教學、基于問題教學、探究式教學等教學方法努力為學生創設與真實工程實踐情境相仿的學習情境。在這一過程中，教師不僅需要協助學生完成基礎知識學習、獲得設計實現經驗，還須組織學生開展學習評價，以便于學生自覺完成反思活動。

表2 ? ?CDIO標準1[16]

（三）基于主動學習理論的CDIO教學

選擇主動學習作為CDIO模式下教學的理論基礎的目的在于采取措施促使工程教育變得有吸引力，CDIO標準8明確指出CDIO模式下的教學是基于主動經驗學習方法。在基于CDIO的教學過程中，教師應采取一切措施，幫助工科學生發現獲得“設計-實現”經驗的實際意義，提升其對工程職業的理解，進而幫助學生培養工程學習之興趣。唯有在此基礎之上，作為學習者的學生才會積極主動地參與到教師精心設計的學習活動中間。

表3 ? ?CDIO標準8[16]

參考文獻：

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基金項目：廣東省教育廳人文社科項目（項目編號：2012WYXM_0029）;教育部人文社會科學研究項目（項目編號：13YJA880035）。