基于CDIO 理念的大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)模式研究

莫禮平,周愷卿

（吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，吉首416000）

0 引言

現(xiàn)今世界，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)打造指引行業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，已成為各行業(yè)向智能經(jīng)濟(jì)發(fā)展邁出的重要步伐。然而，當(dāng)前大數(shù)據(jù)專業(yè)人才極其短缺。我校肩負(fù)著服務(wù)武陵山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅(jiān)國(guó)家戰(zhàn)略的使命，承擔(dān)著為西部地區(qū)培養(yǎng)優(yōu)秀工程技術(shù)人才的重任。近年來，我校緊跟以人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的新科技發(fā)展步伐，積極推進(jìn)新工科建設(shè)，成為首批30所入圍數(shù)據(jù)中國(guó)“百校工程”項(xiàng)目建設(shè)院校之一[1]，新獲批的“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)”專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱大數(shù)據(jù)專業(yè)）于2018 年開始招生。如何根據(jù)時(shí)代需求辦好大數(shù)據(jù)新專業(yè)，以培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)思維、掌握大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用技術(shù)的高層次人才是我校面臨的一個(gè)新挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)是體現(xiàn)該專業(yè)辦學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平的重要標(biāo)志。如何利用先進(jìn)教學(xué)理念提高該類課程的教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平，是我校大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)過程中必須重視的問題。

本研究立足于我校大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)的實(shí)際需求，探究基于CDIO 理念的大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)模式。本研究的實(shí)施，將為我校創(chuàng)新型工程教育改革探索道路，不僅有利于提升我校大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程的教學(xué)質(zhì)量，也將對(duì)其他工科課程教學(xué)改革起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

1 CDIO工程教育模式的發(fā)展及內(nèi)涵

上世紀(jì)80 年代起，工程人才短缺和高等院校工程教育低質(zhì)量之間的矛盾日益突出，產(chǎn)業(yè)對(duì)工程教育改革的呼聲不斷高漲。1986 年，美國(guó)的工程教育學(xué)會(huì)、國(guó)家研究委員會(huì)和國(guó)家工程院等機(jī)構(gòu)開始探索工程教育改革之路。2000 年，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國(guó)研究機(jī)構(gòu)，正式啟動(dòng)CDIO 教育改革計(jì)劃，在廣泛調(diào)研和大量實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上，制定了 CDIO 教學(xué)大綱[2]。2004 年，CDIO 工程教育模式創(chuàng)立，并開始向世界各國(guó)推廣。2005 年，瑞典國(guó)家高教署建立了CDIO 的12 條新標(biāo)準(zhǔn)，并將之用于對(duì)本國(guó)100個(gè)工程學(xué)位計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估[3]。迄今為止，包括麻省理工學(xué)院在內(nèi)的丹麥、南非、法國(guó)、新加坡、中國(guó)等國(guó)家的幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO 國(guó)際組織。這些學(xué)校的多個(gè)工科院系在教學(xué)中借鑒和采納了CDIO 工程教育理念，取得了良好的效果。目前，CDIO 已成為國(guó)內(nèi)外高校工程教育改革和培養(yǎng)體系制定等領(lǐng)域研究和實(shí)踐的熱點(diǎn)。實(shí)踐表明，CDIO 教育模式不但能提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、綜合解決問題能力，而且在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面效果顯著。

據(jù)文獻(xiàn)[4-5]，CDIO 工程教育模式自2005 年開始引入我國(guó)。2006 年，汕頭大學(xué)成為中國(guó)高校中的首個(gè)CDIO 成員。2008 年12 月，教育部高教司理工處聯(lián)合汕頭大學(xué)主辦了CDIO 工程教育模式試點(diǎn)工作會(huì)議，成立“教育部CDIO 工程教育改革試點(diǎn)工作組”，確定了18 所高校及相關(guān)專業(yè)（機(jī)械類、電氣類、化工類、土木類）為國(guó)內(nèi)首批CDIO 試點(diǎn)。工作組每年舉辦兩次全國(guó)性的會(huì)議，對(duì)CDIO 試點(diǎn)工作進(jìn)行交流、研討和總結(jié)，并通過CDIO 培訓(xùn)班為全國(guó)高校實(shí)施CDIO 教育培養(yǎng)骨干人才。2016 年1 月，“全國(guó)CDIO 工程教育聯(lián)盟”成立。至今已有100 余所高校加入聯(lián)盟。這些高校的部分工科專業(yè)采用CDIO 工程教育模式教學(xué)，培養(yǎng)出來的學(xué)生深受社會(huì)與企業(yè)歡迎。當(dāng)前，在聯(lián)盟全體成員的共同努力下，我國(guó)高校積累了一系列改革經(jīng)驗(yàn)與成果，在基于CDIO 理念建立專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一體化課程體系，實(shí)施基于項(xiàng)目∕問題、探究式等主動(dòng)教與學(xué)方法等方面都取得了顯著進(jìn)步，有效推進(jìn)了CDIO 的本土化與再創(chuàng)新。近年來，國(guó)內(nèi)CDIO 的研究趨勢(shì)從CDIO 教育模式、教學(xué)體系等宏觀的主題向具體的課程教學(xué)改革、課程建設(shè)等更深更細(xì)的方向發(fā)展，諸多教師在教學(xué)實(shí)踐中嘗試了采用CDIO 理念進(jìn)行課程教學(xué)改革的研究與探索[6-10]。

CDIO 工程教育模式是國(guó)際創(chuàng)新型工程教育改革的最新成果，體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)。該模式以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行工程學(xué)習(xí)。CDIO 的4 個(gè)字母代表 Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計(jì)）、Implement（實(shí)現(xiàn)）和Operate（運(yùn)作）四個(gè)單詞。CDIO 主要包括三個(gè)核心文件[11]：1 個(gè)愿景、1 個(gè)大綱和 12 條標(biāo)準(zhǔn)。CDIO 愿景提供了一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”的CDIO過程背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。CDIO 大綱從技術(shù)知識(shí)和推理能力、個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)道德、人際交往技能、企業(yè)和社會(huì)的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)行（CDIO）系統(tǒng)四個(gè)方面，以逐級(jí)細(xì)化的方式，將工程師需具備的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和整個(gè)CDIO 全過程能力表達(dá)出來，要求用綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。CDIO 的12 條標(biāo)準(zhǔn)[12]涉及到專業(yè)哲學(xué)（標(biāo)準(zhǔn)1）、課程計(jì)劃開發(fā)（標(biāo)準(zhǔn)2-4）、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐場(chǎng)所（標(biāo)準(zhǔn)5-6）、教與學(xué)的方法（標(biāo)準(zhǔn)7-8）、教師發(fā)展（標(biāo)準(zhǔn)9-10）、學(xué)生考核與專業(yè)評(píng)估（標(biāo)準(zhǔn)11-12），回答了工程教育“如何培養(yǎng)人”的問題，使得工程教育改革變得具體化、可操作和可測(cè)量，能夠?qū)φ麄€(gè)教育模式的實(shí)施和檢驗(yàn)起到系統(tǒng)全面的指引作用，對(duì)學(xué)生的學(xué)和教師的教都具有重要指導(dǎo)意義。

2 CDIO理念下大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)的思路與策略

2.1 設(shè)計(jì)思路

大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)、科學(xué)方法和技術(shù)技能去解決大數(shù)據(jù)工程實(shí)際問題并進(jìn)行科技創(chuàng)新的實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。目前，我校大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)組織方式通常以項(xiàng)目為單位設(shè)計(jì)，重視對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題（主要是項(xiàng)目涉及到的具體問題）的能力，但不關(guān)注學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目周期中知識(shí)、能力、態(tài)度等的變化情況，無法全面覆蓋技術(shù)性與非技術(shù)性能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

CDIO 理念要求培養(yǎng)出來的學(xué)生必須在工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面都達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。CDIO 教育模式強(qiáng)調(diào)一體化與參與性，促使學(xué)生在項(xiàng)目研發(fā)到項(xiàng)目運(yùn)行的整個(gè)項(xiàng)目周期中進(jìn)行鍛煉與思考，課程教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生學(xué)到的學(xué)科知識(shí)，更要關(guān)注學(xué)生能力、素質(zhì)的提升情況。顯然，CDIO 理念下大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)“知識(shí)與能力”并重，緊扣CDIO 大綱和CDIO 標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行教學(xué)大綱和教學(xué)組織方式的設(shè)計(jì)，并設(shè)置以“學(xué)習(xí)評(píng)估為中心”的多樣化考核方式。

2.2 設(shè)計(jì)策略

教學(xué)大綱方面，本研究嘗試結(jié)合大數(shù)據(jù)類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)CDIO 大綱，對(duì)大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)大綱進(jìn)行設(shè)計(jì)：依據(jù)CDIO 大綱的主題和條目組織課程大綱結(jié)構(gòu)，并明確描述與期望能力要求相對(duì)應(yīng)的課程學(xué)習(xí)目標(biāo)。

教學(xué)組織方式方面，本研究嘗試在大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)中以“做中學(xué)”為依托，將整個(gè)課程教學(xué)安排以項(xiàng)目為載體，針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目為學(xué)生提供“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)行”的流程，并將實(shí)踐所需知識(shí)、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)目標(biāo)圍繞項(xiàng)目這個(gè)核心融入教學(xué)實(shí)踐中，讓學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程變成對(duì)一個(gè)個(gè)項(xiàng)目的完整實(shí)踐過程。

教學(xué)考核方面，本研究嘗試匹配CDIO 大綱的能力目標(biāo)，具體根據(jù)課程概念及原理性知識(shí)的理解、技能掌握、設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)獲取、分析及解決問題能力、交流表達(dá)能力和綜合實(shí)踐能力等類別的學(xué)習(xí)效果的評(píng)估需要，在大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)考核方式設(shè)置時(shí)，對(duì)不同類別的學(xué)習(xí)效果設(shè)計(jì)不同的考核方式。

3 CDIO理念下的大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)模式

3.1 教學(xué)大綱框架設(shè)計(jì)

基于CDIO 理念的教學(xué)大綱需要對(duì)融合了知識(shí)、能力、態(tài)度的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行準(zhǔn)確描述，并清晰指明該課程整體及每一節(jié)課對(duì)學(xué)生所需學(xué)習(xí)的內(nèi)容和所需掌握的能力要求。依據(jù)CDIO 大綱中關(guān)于個(gè)人能力、職業(yè)素養(yǎng)等方面的培養(yǎng)要求，本研究將大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)大綱框架設(shè)計(jì)為如表1 形式。

3.2 教學(xué)組織方式設(shè)計(jì)

如何在實(shí)踐教學(xué)組織中體現(xiàn)CDIO 教育理念是實(shí)施CDIO 教學(xué)的基礎(chǔ)[13]。本研究基于CDIO 理念將大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)組織方式設(shè)計(jì)為如圖1 所示的“理論講授-任務(wù)布置-項(xiàng)目構(gòu)思-項(xiàng)目設(shè)計(jì)-項(xiàng)目實(shí)施-項(xiàng)目運(yùn)行”六個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的有機(jī)體。讓學(xué)生在參與項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行這四個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)中逐漸形成較完整的系統(tǒng)思維。

表1 大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)大綱框架

圖1 實(shí)踐類課程教學(xué)組織方式示意圖

3.3 考核方式設(shè)置

CDIO 理念下的教學(xué)是師生共同學(xué)習(xí)的過程，要求以“學(xué)”為中心進(jìn)行評(píng)估，教學(xué)與考核相互聯(lián)系，考核用來促進(jìn)和診斷教學(xué)和學(xué)習(xí)。為了評(píng)估課程教學(xué)所培養(yǎng)學(xué)生的能力能否達(dá)到CDIO 大綱要求的預(yù)定目標(biāo)，需要從不同方面檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。為此，本研究根據(jù)不同類別的學(xué)習(xí)效果評(píng)估的需要，以過程性考查為重點(diǎn)，設(shè)置不同的考核方式如表2 所示。

表2 大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)考核方式設(shè)置

上述各類考核方式可綜合應(yīng)用于專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)的整個(gè)過程。為確保評(píng)估的可靠性和有效性，可在不同階段選擇一種或多種考核方式對(duì)不同類別的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)估。

4 結(jié)語

我國(guó)目前設(shè)有大數(shù)據(jù)專業(yè)的高校為數(shù)不多，并且都是近幾年才開始招生。各個(gè)學(xué)校的大數(shù)據(jù)專業(yè)辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)還在逐步積累中，大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)模式和教學(xué)方法尚在不斷探索中。至今，國(guó)內(nèi)外關(guān)于CDIO 理念的大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)相關(guān)研究工作鮮見報(bào)道。我們基于CDIO 理念，從教學(xué)大綱框架設(shè)計(jì)、教學(xué)組織方式設(shè)計(jì)、考核方式設(shè)置等方面進(jìn)行探索，面向我校大數(shù)據(jù)專業(yè)實(shí)踐類課程提出了一種新的教學(xué)設(shè)計(jì)模式。該模式將用于我校2018 級(jí)（首屆）大數(shù)據(jù)專業(yè)的實(shí)踐類課程教學(xué)設(shè)計(jì)中。下一步，我們將結(jié)合該模式的實(shí)際應(yīng)用情況對(duì)其做進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化研究。