借助CDIO模式提升環境工程實踐教學建設

劉丹丹　梁彥秋　馮婧微

【摘 要】環境工程實踐教學目的：是為了培養學生應用所學理論知識，分析并解決復雜環境工程問題的能力。將CDIO人才培養模式引入實踐教學，就是想借助其構思—設計—實現—運作過程，調動學生的學習積極性、培養學生的邏輯思維能力、提升學生對工程問題的綜合分析能力、鍛煉學生的實際操作能力和團隊協作精神，培養符合現代企業要求的國際化工程技術人才。

【關鍵詞】CDIO模式；實踐教學；人才培養

中圖分類號： G642.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）26-0014-002

Application CDIO promote Practice Teaching of Environmental Engineering

LIU Dan-dan LIANG Yan-qiu FENG Jing-wei

（Department of Environmental and Safety Engineering，Shenyang University of Chemical Technology，Shenyang Liaoning 110142，China）

【Abstract】Environmental engineering practice teaching is to cultivate students' ability which can apply the theoretical knowledge to analysis and solve the problems of complicated environmental engineering. Through “Conceive-Design-Implement-Operate” process of CDIO can arouse students' learning enthusiasm， cultivate logical thinking， improve the ability on analysis of engineering problems， and exercise the practical ability and team cooperation spirit.

【Key words】】CDIO promote；Practice Teaching；Cultivate talent

0 引言

環境工程專業是一門融合了工程技術、化工、生態、能源和材料等多學科為一體的綜合性學科體系，旨在培養符合社會和經濟發展需要的，且具有較強工程實踐能力的應用型技術人才。實踐教學環節正是幫助同學識別、判斷、分析和解決環境工程問題的關鍵途徑，在實現人才培養目標和制定教學計劃中占有舉足輕重的地位，如何提升實踐教學效果自然成為人們的關注焦點。沈陽化工大學環境與安全工程學院借助國際工程教育改革的最新成果——CDIO（Conceive Design Implement Operate）人才培養模式，積極研究和推進本科實踐教學改革，并取得一定成績。

1 CDIO人才培養模式

從上世紀80年代起，北美和歐洲一些國家就開始了工程教育改革，至2000年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg 基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）（圖1），其包括3個核心文件，分別為1個愿景、1個大綱和12條標準（圖2）。CDIO的愿景是為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思—設計—實現—運行過程的背景環境基礎上的工程教育。CDIO的大綱首次將工程畢業生必須具備的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力四個層面，并以逐級細化的方式表達出來（3級、70條、400余款），大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標（圖3）。CDIO同時系統地提出了具有全面指引，能夠使工程教育改革具體化、可操作、可測量的12條標準（圖4）。CDIO不僅體現了人才培養的系統性、科學性和先進性，更代表了當代工程教育的發展趨勢，迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織。本項目借助CDIO發展契機，在其工程教育理念指導下，遵循12條準則，全面采用工程教育教學大綱，進行了環境工程專業實踐教學的探索。

2 CDIO對環境工程專業的實踐教學效果

2.1 通過構思（Conceive）環節——調動學生學習主動性，培養邏輯思維能力。

學生進入大學校園前的十數年學習生涯中，大多養成了以“升學為唯一目標”和“家長老師嚴密監控”的被動學習方式，加之入學之初對所學專業的相關知識和技能不夠了解，常使很多“優秀”的學生感到迷茫，找不到奮斗目標，無法合理安排學習時間，提不起學習興趣，缺乏學習動力。還有很多學生，包括一些資歷或資質極高的學生，片面地認為，學習工程僅為取得一紙證書，容易就業，而不是以工程為終身事業，學校所教的各項工程技術和原理僅被視為獲取學歷而不得不去攻克的關卡。這樣的學習態度極大地降低了學習的主動性和創新動機，遇到問題后，不積極甚至不愿意與老師溝通，導致學習效果極差。而且大學課程雖然門類很多，課程性質也可能各不相同，但各門課程之間卻是互有聯系，一門課學不好，往往影響以后其它課程的理解，發展下去，只會讓學生越來越提不起對學習的信心和興趣。

環境工程專業致力于將每位大學生培養成具有分析和解決復雜工程問題能力的工程師，而工程師必須具備邏輯理解抽象知識的能力，并能感知性地體驗該知識在具象環境中的應用，進而獲得深層次的認識。通過CDIO的構思（Conceive）環節，能夠激發學生積極思考和分析問題的能力，同時可以系統地幫助學生培養個人乃至群體的學習習慣。比如，學生可以自發性選擇感興趣的工程項目進行構思，創造一種對技術知識的市場需求，師生要把項目和個人作業當成實質的工程項目，將學習時間、審稿及其修正的過程作為工程進度來管理，定期提供進度報告并使之常態化，進而影響全體學生的學習效能，并引導學生建立一個以創造產品為目標的工程師價值觀。教師也可以提供其他同學的成功案例，將其置于一個不斷對產品進行討論與修正的過程中，來加深學生對具體知識的印象，同時還能夠對學生產生更強的激勵作用。endprint

2.2 通過設計（Design）——解放學生思想，提升綜合分析工程問題的能力。

在原來的實踐教學過程中，學生遵照教師指定教材或參考資料，使用教師準備好的儀器設備和材料，按照教師的要求進行按部就班的操作，基本不需過多思考就能完成項目。這種模式下培養出來的學生，不僅動手能力非常差，更是欠缺獨立解決問題的能力。通過CDIO的設計（Design）環節，能夠使學生思想獲得解放，大大增強學生分析工程問題的能力。例如，可以將項目的主動權交給學生，根據項目的最終目標，由學生自己設計項目完成的每個環節，這一過程中，學生不可避免的會面對各種不同性質的問題，將通過大量文獻查閱和案例進行系統研究，分析問題產生原因并找出解決途徑，這一過程不僅能夠讓學生掌握更多專業知識，同時能讓學生逐漸養成獨立思考的習慣，對于提升學生的綜合分析工程問題能力十分有利。

2.3 通過實現（Implement）環節——鍛煉學生實際操作能力。

本科的實踐教學由于教學時間和教學資源配置等客觀條件限制，常無法滿足工程人才的培養要求，一類項目甚至一種儀器設備，在整個的大學學習期間，每名學生可能只有幾次或者更少的接觸機會，學生無法完全掌握其原理，更加不會操作，導致學生的實際動手能力很差。實現（Implement）環節，是將項目由構思和設計發展到具體實施的關鍵，在這一環節中為學生創造更多的機會參與項目并進行實際操作。例如，在項目關鍵技術的探索和實施過程中，學生常常會提出并采用富有創意的想法，創意的可行性可能要經過多次嘗試，不斷分析不成功的原因，才能最終證實其科學性。在這種反復嘗試和不斷分析的過程中，使學生的實際操作能力和邏輯思維能力都得到有效鍛煉。

2.4 通過運作（Operate）環節——培養學生團隊精神，適應社會發展需求。

一個工程教學任務其實也可以看作一項復雜的系統工程任務，不僅要考量技術和能力，同時更不可忽略人和社會因素的影響。現狀我們的大學生頭腦聰明，能力較強，但絕大多數沒有社會經驗，沒有很強的團隊意識，不會處理人際關系，這顯然和社會發展需求背道而馳。通過運作（Operate）環節，可以有效解決這一問題。例如，不同項目可能對大型教學資源有共同的需求，項目設計過程中學生需要考慮技術內容的特性和共性，各組可以利用他組的技術優勢來減少本組的阻力，促使各組項目的技術成果更加完善。同一小組間也要分工合作，使每位同學都認識到，一個項目，尤其是綜合項目的高質量、快速度完成，靠個人單打獨斗是行不通的。在這些項目的完成過程中，小組之間和學生之間，形成了相互溝通、相互依賴，相互學習和相互監督的關系，也創造了新的學習互動機制。這種分工協作可以使同學們體會到個人對小組乃至全班學習的重要性和關鍵性，更好的理解工程師必須具備的責任與義務。也讓學生充分感受到，許多工程問題的解決，不僅需要科學知識，也會涉及人和社會等背景問題。項目的全過程雖然只有短短幾個月時間，卻鍛煉了學生的科學知識、技術能力、人際互動和時間管理等多方面的能力，而這些技能都是在社會上生存所不可或缺的元素。

3 結論

CDIO人才培養模式是一種合乎社會需要和工程基礎內涵的知識傳播框架，CDIO教學實踐并不止是涉及單個教師和少數學生的教育教學方式，更是關乎所有工程教育利益相關者的事業。從宏觀角度看，工程教育的成效決定著整個社會應用科學技術的綜合實力，因此如何基于現代化的信息基礎建設來設定教育目標是一種挑戰。從微觀的角度看，工程教育直接影響個人吸收新的科學技術的能力，因此如何運用現代化的信息技術來提升教學成果是另一種挑戰。借助CDIO模式，深入研究環境工程實踐教學改革，對于培養符合現代企業要求的國際化工程技術人才具有重要意義。

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