基于CDIO的電子信息類創(chuàng)新模組研究與構(gòu)建

陳飛 王旭 孫娟

摘要：為應(yīng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展對創(chuàng)新性工程人才的需求，“做中學(xué)”成為工程教育改革的戰(zhàn)略之一。文章將“CDIO”教育模式融入電子信息類專業(yè)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革，通過構(gòu)建“四橫一縱”的層次化創(chuàng)新模組架構(gòu)，在教學(xué)實施和認(rèn)知提升兩個維度上同步實施“CDIO”方法，形成一種“多層遞進(jìn)”的人才培養(yǎng)模式，促進(jìn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的連貫性提升。

關(guān)鍵詞：CDIO; 創(chuàng)新模組; 教學(xué)改革; 課程體系

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）22-0118-02

1 引言

美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)從2000年起組成的跨國研究組，向Knutand Alice Wallenberg基金會申請了近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究創(chuàng)建了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO國際合作組織。CDIO模式在世界上幾十所大學(xué)操作實施，得到產(chǎn)業(yè)界高度評價[1]。

近年來，為全面落實教育部關(guān)于實施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的精神，國內(nèi)多所高等工程技術(shù)大學(xué)已經(jīng)開始著手開始嘗試進(jìn)行CDIO的工程教育改革。2016年中國CDIO工程教育聯(lián)盟成立，首批加入聯(lián)盟成員高校104所，在廣泛推動中國工程教育改革和提高教育質(zhì)量方面取得良好成效[2]。

如圖1所示，CDIO教育模式的愿景是為學(xué)生提供一種強調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育[3]。

需要注意的是，CDIO是工程教學(xué)的普適模式，對應(yīng)具體的教學(xué)還應(yīng)進(jìn)行針對性的設(shè)計。在電子信息類專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)過程中，還應(yīng)該注意層次性與連貫性的結(jié)合。層次性是指，在電子信息類學(xué)科知識和能力體系下，創(chuàng)新能力的提升不是線性的，往往需要在某個層次上進(jìn)行積累，才能躍升至下一個層次[4];連貫性是指，不同層次的創(chuàng)新能力作為整體，對應(yīng)于不同的認(rèn)知層次，在邏輯上具有連貫性[5]。因此，本文以電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)境和知識、能力需求結(jié)構(gòu)為例，提出一種基于CDIO的多層創(chuàng)新模組，具有“多層遞進(jìn)”的特點和內(nèi)涵，促進(jìn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的連貫性提升。

2 基于CDIO的多層創(chuàng)新模組

2.1 理論模型

針對電子信息類專業(yè)的創(chuàng)新實踐教學(xué)，構(gòu)建四個“層次化”的創(chuàng)新模組，對應(yīng)學(xué)生在不同階段的創(chuàng)新實踐能力和知識、能力需求結(jié)構(gòu)。理論模型如圖2所示。

CDIO模式強調(diào)以“構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作”的產(chǎn)品設(shè)計周期為載體組織教學(xué)活動，這里的四層創(chuàng)新模組，從縱向上來看，在認(rèn)知層次上滿足CDIO模式的內(nèi)在邏輯，符合“連貫化”的能力提升過程。

第一模組“快速布署”，以興趣引導(dǎo)、創(chuàng)意激發(fā)為主，引導(dǎo)學(xué)生激發(fā)和構(gòu)建自己的創(chuàng)新愿景，在認(rèn)知層次上對應(yīng)CDIO模式的“構(gòu)思”。

第二模組“基礎(chǔ)鞏固”，開展對結(jié)構(gòu)原理、產(chǎn)品要素、底層器件等基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和實踐，學(xué)生面對產(chǎn)品設(shè)計中從硬件到軟件，從器件到系統(tǒng)的完整要素，從而將創(chuàng)新的愿景映射到具體的系統(tǒng)框圖，展開原型設(shè)計，在認(rèn)知層次上對應(yīng)的是“設(shè)計”。

第三模組“場景應(yīng)用”，學(xué)生大大拓展、提升專業(yè)能力，將展示性質(zhì)的原型設(shè)計，提升到經(jīng)過可行分析、技術(shù)論證，尋求一定應(yīng)用價值的場景落地，在認(rèn)知層次上對應(yīng)“實施”。

第四模組“實踐運營”，學(xué)生以企業(yè)真實的生產(chǎn)環(huán)境為土壤，將創(chuàng)新思維融入工程素養(yǎng)，在認(rèn)知層次上對應(yīng)“運作”。

從橫向上來看，在每一個單層創(chuàng)新模組的構(gòu)建上，都通過“構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作”的項目運行模式，將項目、學(xué)科競賽、課程教學(xué)、硬件平臺等教學(xué)內(nèi)容和要素，以“一體化”的教學(xué)設(shè)計融合在一起，以滿足對應(yīng)層次的創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)。

綜合起來，本模型通過四橫一縱的CDIO模式，將創(chuàng)新模組融合為一個有機整體，貫穿電子信息工程專業(yè)的創(chuàng)新實踐培養(yǎng)體系，體現(xiàn)了“多層遞進(jìn)”的內(nèi)涵。

2.2 課程體系和教學(xué)內(nèi)容的一體化設(shè)計與重構(gòu)

創(chuàng)新模組的構(gòu)建在橫向和縱向兩個方向上展開對教學(xué)課程和硬件平臺的設(shè)計與重構(gòu)，形成一體化的課程計劃和教學(xué)內(nèi)容，如表1所示。

首先，在橫向上，以具有生成力的課程為中心，貫通相關(guān)核心課程，運用CDIO理念，以企業(yè)項目和學(xué)科競賽題目為載體，將教學(xué)主體與復(fù)雜工程問題建立直接聯(lián)系，研究課程知識點的分解和能力定位，適配硬件平臺，使課程的教學(xué)內(nèi)容和實踐架構(gòu)，能夠依據(jù)構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作的模式，來識別、表達(dá)、分析實際工程問題和設(shè)計解決方案，培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并進(jìn)行有效的課程質(zhì)量形成性評價。

其次，在縱向上，不同層次的生成力課程和核心課程彼此之間融合互通，設(shè)計、完善、明確各自的課程目標(biāo)、分工界面;硬件平臺遞進(jìn)互補，易實現(xiàn)技能的遷移。從而總體上服務(wù)于創(chuàng)新能力的連貫性提升。

2.3 實施方法

在不同層次模組實施CDIO時，對于“I”和“O”，根據(jù)層次的不同，采用“實驗-執(zhí)行”“實施-制作”“實現(xiàn)-運作”的三個級別理解，從而指導(dǎo)不同層面的模組，包括課程群、項目等的具體實施。

首先，第一層理解對應(yīng)與“快速布署”模組，此時CDIO按照 “構(gòu)想-設(shè)計-實驗-執(zhí)行”實施。該層特點是項目投入規(guī)模小，只需要個體操作，進(jìn)行實驗、探索、操作等工程活動，這是初級的CDIO，只需要運用單科知識，適合基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)和興趣導(dǎo)入等培養(yǎng)目標(biāo)。

然后，第二層理解對應(yīng)“基礎(chǔ)鞏固”和“場景應(yīng)用”模組，即： “構(gòu)想-設(shè)計-實施-制作”。該層次特點是投入規(guī)模中等、需要團隊配合、若干課程關(guān)聯(lián)，這是中級的CDIO，學(xué)生需要運用若干門關(guān)聯(lián)的課程知識來理解原理，可行分析，提出方案，技術(shù)論證，適合學(xué)生創(chuàng)新能力提升的中級階段。

最后一層理解對應(yīng)“實踐運營”模組，即：“構(gòu)想-設(shè)計-實現(xiàn)-運作”。這種理解適合投入規(guī)模大、需要大團隊協(xié)同的工程項目教學(xué)。這是高級的CDIO，它對應(yīng)企業(yè)實踐的組織。社會要求工程師具備這樣綜合的知識、能力和態(tài)度。

3 結(jié)論

本文提出了一種基于CDIO的多層創(chuàng)新模組，通過四條橫向、一條縱向的創(chuàng)新模組架構(gòu)，將CDIO模式有機嵌入到整個電子信息工程專業(yè)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)框架中，在空間與邏輯上形成一個層級有序、連貫統(tǒng)一的整體;在此基礎(chǔ)上，通過一體化的教學(xué)設(shè)計，以具有生成力的核心課程為中心，貫通相關(guān)課程，形成橫向聯(lián)合，縱向遞進(jìn)的課程體系。從微觀看，將企業(yè)項目、學(xué)科競賽、硬件平臺、課程知識等要素按照構(gòu)想-設(shè)計-實現(xiàn)-運作的模式重新構(gòu)建，創(chuàng)新了教學(xué)內(nèi)容和方法，形成優(yōu)質(zhì)課程資源;從中觀看，以創(chuàng)新實踐教學(xué)為抓手，多門課程形成課程群組，協(xié)同互補，打通壁壘;從宏觀看，以點帶面，服務(wù)整個人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新改革。之后的重點是強化校企產(chǎn)學(xué)研合作，以CDIO模式為載體，將企業(yè)資源和工程師引入教學(xué)建設(shè)，教師參與企業(yè)實踐，優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)上的產(chǎn)業(yè)化對接。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳菊，楊汐，楊珊珊，等.基于“CDIO”的“1+2”新教學(xué)模式研究[J].電腦知識與技術(shù)，2021，17（9）：8-10，17.

[2] 胡文龍.創(chuàng)新時代的工程教育發(fā)展：挑戰(zhàn)與應(yīng)對——2016年“CDIO工程教育聯(lián)盟成立會議”紀(jì)要[J].高等工程教育研究，2016（2）：32-33.

[3] 周勁波，宋站陽.基于CDIO模式的創(chuàng)業(yè)教育體系構(gòu)建研究[J].職業(yè)教育研究，2020（4）：55-61.

[4] 李艷，高藝航，張帥.基于CDIO的高職物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)層次化實踐教學(xué)體系的創(chuàng)新研究[J].計算機產(chǎn)品與流通，2020（4）：189，193.

[5] 姜萬昌，郭樹強，蘇暢，等.CDIO模式下軟件專業(yè)工程類課程體系優(yōu)化研究[J].無線互聯(lián)科技，2020，17（7）：90-91.

【通聯(lián)編輯：王力】