新工科背景下CDIO工程教育模式的創(chuàng)新實踐

蔡妍娜

摘要：緊跟人才需求動態(tài)，探索新工科背景下CDIO教學(xué)模式的創(chuàng)新實踐。針對目前職業(yè)學(xué)校工科專業(yè)教學(xué)存在的問題，圍繞項目主線，從突出能力培養(yǎng)、完善課程內(nèi)容、優(yōu)選教學(xué)方法和改進評價手段等幾個方面著手，提出了加強學(xué)科融合、組建學(xué)習(xí)共同體等創(chuàng)新措施，并開展了實踐應(yīng)用，有效提升了學(xué)生的工程實踐能力和綜合創(chuàng)新能力，滿足社會對工程技術(shù)人才的新需求。

關(guān)鍵詞：“新工科”教育發(fā)展模式;加強學(xué)科融合;CDIO工程教育模式;組建學(xué)習(xí)共同體

工程教育支撐著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的工程技術(shù)人才培養(yǎng)方式已經(jīng)不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。國家教育部于2017年發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》[1]，基于國際競爭新需求提出了“新工科”教育發(fā)展模式，明確了我國工程教育改革方向，新工科建設(shè)正式走入實踐。新工科對人工智能、云計算等新興產(chǎn)業(yè)提出人才需求，同時推動電子信息類等傳統(tǒng)工科專業(yè)的創(chuàng)新升級，因其新興、新型的特征，更強調(diào)學(xué)科的交叉融合、創(chuàng)新引領(lǐng)與跨界整合，推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教育對象及學(xué)習(xí)模式在悄然變化，而新工科的人才培養(yǎng)目標(biāo)突破了傳統(tǒng)的對理論知識和專業(yè)技能的要求，更強調(diào)了實踐能力、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力等綜合特征。開展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下的課程創(chuàng)新，尊重學(xué)生個性差異，變革理念、調(diào)制結(jié)構(gòu)、著力教學(xué)模式創(chuàng)新研究，是提升教育教學(xué)質(zhì)量，使用產(chǎn)業(yè)革命，培養(yǎng)具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的新型工程科技人才的關(guān)鍵。

一、開展CDIO模式創(chuàng)新實踐的意義

CDIO模式繼承了歐美工程教育發(fā)展理念，強調(diào)項目基礎(chǔ)，圍繞工程項目“構(gòu)思（C）、設(shè)計（D）、實現(xiàn)（I）、運作（O）”全過程開展教育教學(xué)活動[2]，學(xué)生從研發(fā)開始到最終實現(xiàn)項目預(yù)期性能，在完整的實踐過程中主動建構(gòu)知識、鍛煉技能，通過真實的項目過程，培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實問題的能力、綜合創(chuàng)新能力，適應(yīng)職業(yè)崗位能力需求，與信息化技術(shù)支撐下的新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)一致。

（一）職業(yè)學(xué)校工科專業(yè)教學(xué)需解決的問題

1.缺少工程經(jīng)驗參考，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。工科專業(yè)課程的實驗實訓(xùn)，大多是由教師引導(dǎo)學(xué)生，在試驗箱或者實訓(xùn)平臺設(shè)備上[3]，按部就班地根據(jù)指導(dǎo)書開展驗證性實驗，有利于理論知識的鞏固和基礎(chǔ)技能的習(xí)得，但由于教師對工程實踐中從構(gòu)想研發(fā)到產(chǎn)品實施的經(jīng)驗欠缺或者實訓(xùn)設(shè)備的限制，學(xué)生的實驗實訓(xùn)過程只是復(fù)制了操作步驟而沒能經(jīng)歷工程實踐，專業(yè)理論知識脫離于真實工程，不利于學(xué)生形成實踐經(jīng)驗，不能滿足創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，按照學(xué)科式方法劃定在特定知識范疇內(nèi)開展教學(xué)，解決真實工程問題時，不能適應(yīng)對多學(xué)科多角度思維的能力要求。

2.課程內(nèi)容更新比技術(shù)發(fā)展慢，缺少創(chuàng)新。傳統(tǒng)的學(xué)科專業(yè)課程內(nèi)容，在穩(wěn)定的體系化狀態(tài)下，著重在依照學(xué)生的理解能力講授知識、呈現(xiàn)結(jié)果，將多年固定不變的課程標(biāo)準(zhǔn)完整地呈現(xiàn)給學(xué)生。而現(xiàn)今專業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，相應(yīng)的人才培養(yǎng)目標(biāo)也隨之變化，但教學(xué)內(nèi)容卻不能及時傳授新技術(shù)、展現(xiàn)新成果，明顯滯后。例如電子信息技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)課程“通信技術(shù)原理”，在第5代移動通信（5G）技術(shù)已經(jīng)正式上線商用的背景下，通用教材還只是停留在對3G技術(shù)的解讀，還對趨于淘汰的模擬通信系統(tǒng)用較大章節(jié)進行介紹。教學(xué)內(nèi)容的脫節(jié)，直接造成實踐實訓(xùn)脫離于工程實際，學(xué)生在固定的教學(xué)模式下，難以通過科學(xué)方法探求真知，摸索規(guī)律，發(fā)展創(chuàng)新思考能力。

3.教學(xué)方法程式化，缺乏對團隊協(xié)作能力的關(guān)注。工科專業(yè)課程知識大多以數(shù)理知識為基礎(chǔ)，因此傳統(tǒng)課堂教學(xué)以講授方式為主，而職業(yè)技能的習(xí)得需要結(jié)合具體情況針對性地開展，用實驗將原理具象化，通過實踐使參數(shù)關(guān)系更直觀。項目式學(xué)習(xí)在職業(yè)學(xué)校已經(jīng)不是新名詞，實驗實踐課時在單門專業(yè)課程中的占比也有所提升，但深入研究發(fā)現(xiàn)，大多只是學(xué)生遵循指導(dǎo)書復(fù)盤一遍的演示實驗，沒有從原理出發(fā)創(chuàng)新設(shè)計的過程，學(xué)生單獨完成即可，缺少團隊協(xié)作、討論研究、嘗試改進的過程，導(dǎo)致學(xué)生協(xié)作的能力不足。

4.學(xué)生容易出現(xiàn)消極學(xué)習(xí)心理。當(dāng)今社會高度信息化，大量咨詢觸手可及，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為不再僅僅是傳統(tǒng)的等待教師“傳道授業(yè)解惑”，網(wǎng)絡(luò)簡便快捷的搜索、公眾號與短視頻等新媒體傳播方式[4]，一方面學(xué)生容易對知識獲取的過程產(chǎn)生誤解，認(rèn)為知識都是現(xiàn)成的，查查就有，忽略了教師基于經(jīng)驗傳授的工程思維，對知識沒有深入地思考理解;另一方面學(xué)生興趣點變動快，舊有的講記模式與學(xué)生互動不足，唯考試論對學(xué)生激勵不夠，學(xué)生不能在實踐中學(xué)習(xí)探索、延伸知識。

（二）CDIO教育模式創(chuàng)新實踐的意義

CDIO工程教育理念由美國和瑞典的四所大學(xué)首創(chuàng)，有效統(tǒng)一了知識傳授與能力培養(yǎng)，經(jīng)過一系列的改革探索，于2014年正式成立專門的國際合作組織，創(chuàng)立CDIO工程教育模式。我國最早由汕頭大學(xué)開始，在高校和高職院校分別開展課程教學(xué)、評價考核等方面的教育改革試點，延伸至計算機專業(yè)、能源工程等不同學(xué)科教學(xué)中。其教育理念強調(diào)在實踐中學(xué)習(xí)知識，與新工科戰(zhàn)略重視工程實踐的改革目標(biāo)一致。

在職業(yè)學(xué)校將CDIO教學(xué)模式與“互聯(lián)網(wǎng)+”新環(huán)境相融合，在電子信息大類專業(yè)群中開展教學(xué)改革實踐，將信息技術(shù)手段充分地應(yīng)用于現(xiàn)代職業(yè)教育，有利于推進職業(yè)教育相應(yīng)專業(yè)的教學(xué)資源庫建設(shè)，有利于促進學(xué)生主動探索求知，與實踐相結(jié)合，通過團隊協(xié)作思考解決真實問題，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

二、新工科背景下CDIO模式的創(chuàng)新要點

（一）抓實項目主線，突出能力培養(yǎng)

1.深化職業(yè)教育產(chǎn)教融合。以學(xué)生為主體，以項目為主線，在項目實施過程中探索理論、提升能力。為保證項目的現(xiàn)實性及實踐價值，培養(yǎng)滿足行業(yè)企業(yè)要求的人才，校企合作建設(shè)貼合生產(chǎn)實踐的實驗實訓(xùn)室，引進企業(yè)專家導(dǎo)師，與教師共同引導(dǎo)學(xué)生基于項目開展學(xué)習(xí)，通過合作研討及體驗探究，真正將理論聯(lián)系應(yīng)用，將其轉(zhuǎn)化為知識與技能。項目要反應(yīng)行業(yè)新需求，從企業(yè)生產(chǎn)中來，從生活問題中來，貼近工程實際，基于學(xué)生能力來設(shè)定情境，使學(xué)生能夠自主設(shè)定有效方案，由易及難在探究學(xué)習(xí)中真正解決問題。

2.明確學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)。在CDIO教學(xué)模式強調(diào)工程實踐過程的基礎(chǔ)上，從調(diào)動學(xué)生的內(nèi)在需求出發(fā)，圍繞項目組織教學(xué)設(shè)計，根據(jù)學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”設(shè)定可逐步達成的學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生積極性，實現(xiàn)知識與能力目標(biāo)的多元達成。貫穿問題解決過程，前期培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研分析能力，以及根據(jù)分析結(jié)論進行方案設(shè)計的能力，中期培養(yǎng)學(xué)生有效制定流程規(guī)劃模塊的能力，以及實踐實施的能力。遇到問題時，學(xué)生能進行合作研討，辨析關(guān)鍵點，針對性地創(chuàng)新實踐并予以解決[5]。后期能夠勇于擔(dān)責(zé)，對團隊的項目負(fù)責(zé)到底，互為補充，樂于分享，培養(yǎng)其職業(yè)素養(yǎng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)知識，同時培養(yǎng)能力，符合新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）完善課程內(nèi)容，加強學(xué)科融合

在電子信息大類專業(yè)的教學(xué)中，貫穿CDIO教育模式，突出能力培養(yǎng)，將對現(xiàn)代工程人才的知識技能等需求融合進課程內(nèi)容中，明確主干課程的知識重點以及能力目標(biāo)，主要分成平臺基礎(chǔ)、專業(yè)方向和綜合實踐3個階段，每個階段各有側(cè)重，每門課程相互聯(lián)系，構(gòu)建一套完整的培養(yǎng)學(xué)生人文素養(yǎng)、學(xué)科基礎(chǔ)能力、協(xié)作能力、實踐能力等職業(yè)崗位核心素養(yǎng)的課程系統(tǒng)，如圖1所示。

完善課程內(nèi)容，建設(shè)微課及精品課程資源，邀請企業(yè)專家共同設(shè)計項目專題，實現(xiàn)對核心課程的在線資源及前沿知識補充，滿足學(xué)生在理論和實踐中接觸新技術(shù)、解決真問題的學(xué)習(xí)需要。改變傳統(tǒng)的純學(xué)科教育，在工程項目的實踐中融合多學(xué)科要素，使學(xué)生從復(fù)制型驗證學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新型研究學(xué)習(xí)。例如常見的流水燈項目，以單片機應(yīng)用技術(shù)為主，由學(xué)生分組，根據(jù)數(shù)理知識選擇元器件、根據(jù)電路知識設(shè)計制版、根據(jù)編程知識實現(xiàn)功能，完成設(shè)計制作后還可以分享改進。將多科知識融入實際工程，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)。

（三）優(yōu)選教學(xué)方法，組建學(xué)習(xí)共同體

1.豐富課堂教學(xué)方法。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容調(diào)整教學(xué)方法，利用學(xué)校省級實訓(xùn)基地條件和現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建學(xué)生主體的高效課堂。在大多數(shù)專業(yè)課程中開展項目式教學(xué)，在實訓(xùn)環(huán)境下將理論學(xué)習(xí)融進實踐實訓(xùn);對公式推導(dǎo)應(yīng)用型知識采用課堂講授、案例演示的方法;通過仿真虛擬開展專業(yè)設(shè)備要求較高的課程，解決設(shè)備不足問題;對信號分析類知識采用flash演示等教學(xué)方法;利用信息化資源的時空自由性，開展線上線下混合教學(xué)，隨時復(fù)習(xí)反饋、持續(xù)學(xué)習(xí);利用教學(xué)平臺的簽到、討論等互動功能，掌握課程進度，實現(xiàn)對不同能力層次學(xué)生情況的動態(tài)跟蹤[6]。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣來調(diào)動其積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在實踐中學(xué)習(xí)理論并習(xí)得技能，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體。重視協(xié)作能力的發(fā)展，為解決學(xué)生面對問題時自主動力不足，根據(jù)學(xué)生歷年學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生在課堂及網(wǎng)絡(luò)平臺同時構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體[7]，組成學(xué)習(xí)小組。共同體成員之間既是學(xué)習(xí)同伴也是競爭對手，共同參與項目方案探討，及時分享獲取的技術(shù)信息，完成項目任務(wù)，交流活動經(jīng)驗，從而使每個學(xué)生個體避免重復(fù)失誤，在碰到問題時能得到有效幫助。教師通過課堂關(guān)注及平臺數(shù)據(jù)，能得到更全面的過程反饋，充分認(rèn)識到學(xué)生之間的差異，引導(dǎo)學(xué)生在自我能力基礎(chǔ)上都得到發(fā)展，真正達到教學(xué)公平。學(xué)生通過合作與競爭，互相督促、共同提高，在合作分工中獲得自我價值認(rèn)可，同時在交流分享中鍛煉溝通能力、提高自信，在良好的學(xué)習(xí)氛圍中激發(fā)興趣，定期的師生互動保證了學(xué)習(xí)指導(dǎo)和技術(shù)支持，學(xué)習(xí)逐漸內(nèi)化成學(xué)生自然的自主行為。

（四）改進評價手段，兼顧過程考核

1.匹配項目過程的課程考核。依項目過程展開課程內(nèi)容，在學(xué)生逐層完成任務(wù)、解決問題的實踐過程中達成能力目標(biāo)，在信息化教學(xué)手段輔助下，記錄出勤率、學(xué)習(xí)時段、作業(yè)時長等學(xué)習(xí)管理數(shù)據(jù)，高效獲得階段性學(xué)習(xí)成果及練習(xí)測試分析數(shù)據(jù)，改變單純以考試成績來考核課程的方式，把項目方案、實施進度、問題處理、完成質(zhì)量都計入考核體系中[8]，把握教學(xué)狀態(tài)、做好指導(dǎo)與督學(xué);對分值的構(gòu)成除了教師評價外，加入個人自評、小組內(nèi)成員互評和組間互評，對學(xué)生能力做好全面跟蹤、綜合評價;除專業(yè)知識的掌握情況外，更注重能力素養(yǎng)，例如項目完成質(zhì)量的考核要結(jié)合成果展示的陳述溝通及邏輯思辨表現(xiàn)，形成知識技能兼顧能力素養(yǎng)、成果考查兼顧過程評價的完整考核體系。

2.以競賽、考證補充考核評價。COIO教育模式下學(xué)生形成過程思維，能針對實際問題合理制定計劃、處理解決，除課內(nèi)項目實踐過程外，同時關(guān)注到學(xué)生的能力遷移。學(xué)科專業(yè)競賽以及科技創(chuàng)新大賽均以行業(yè)前沿?zé)狳c為題，考查學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)，是成熟的實踐平臺，以技能節(jié)和科技節(jié)為載體，通過競技與交流，能直觀檢驗學(xué)生專業(yè)知識體系的把握程度和項目實踐能力。對接行企需求的職業(yè)資格證書的課程，在成果評價環(huán)節(jié)，以職業(yè)資格認(rèn)證代替課程考核，更符合人才培養(yǎng)目標(biāo)。

三、應(yīng)用成效

結(jié)合企業(yè)工程經(jīng)驗，在學(xué)校2016-2017級電子信息工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)中，以《單片機應(yīng)用技術(shù)》和《ARM嵌入式技術(shù)》兩門主干課程為研究案例進行CDIO教學(xué)模式的創(chuàng)新實踐。建設(shè)課程博客和平臺資源，根據(jù)能力目標(biāo)制定基于工程的任務(wù)書，引入開放的考核任務(wù)。教師授課形式豐富，靈活利用微課等資源提升教學(xué)效果，以學(xué)習(xí)共同體為基礎(chǔ)對學(xué)生分層評定，形成了不斷吸納新技術(shù)的跨學(xué)科思維，在期末教學(xué)測評中學(xué)生滿意度較高。學(xué)生課堂積極性高，教學(xué)資源庫訪問度高達100%，更樂于分享和表達，能順利合作完成任務(wù)目標(biāo)，有六成同學(xué)主動報名參加學(xué)校科技節(jié)活動鍛煉自己，表現(xiàn)優(yōu)異的自主項目經(jīng)過教師輔導(dǎo)，已成功晉級江蘇省青少年科技創(chuàng)新大賽決賽，學(xué)生綜合應(yīng)用能力提升明顯。

四、結(jié)語

新工科背景下，進行CDIO教學(xué)模式的創(chuàng)新改革，探討電子信息大類專業(yè)課程的教學(xué)模式改革實踐，以項目為主線，從能力培養(yǎng)、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、評價考核等多角度著手創(chuàng)新，讓學(xué)生融合所學(xué)知識技能解決生活實際問題，較好的提升了學(xué)生的工程實踐能力和綜合創(chuàng)新能力，滿足了社會對工程技術(shù)人才的新需求。

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