CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系構建和實施＊

陳 柳，姜 華，薛韓玲，張 進，紀海維，張 瑩

（西安科技大學能源學院，陜西 西安 710054）

新經濟、新產業、新戰略迫切需要培養大批創新型工程科技人才[1]。工程教育需要不斷變化和發展，以滿足社會和行業的需求。工科專業建設要以創新型、綜合化、全周期的工程教育理念為指導，培養科學基礎厚、工程實踐能力強、綜合素質高的全面發展人才[2]。實踐教學通過理論與工程實際的緊密聯系來提高學生的科學邏輯和發散思維能力，這是培養學生分析和解決工程問題能力、提高學生綜合工程能力的重要過程。要實現這一目標，高校必須重視專業實踐教學，認真研究專業實踐教學體系，積極進行專業實踐教學體系改革和探索。

近些年，各院校在搭建實踐創新平臺、創建實踐教學體系、改革實踐內容及考核方法對工科專業實踐教學進行了一系列改革。吉林大學創建了虛實結合智能汽車實踐教學平臺，應用實踐教學平臺開展了相關理論學習、實踐教學、工程設計及應用實踐等一系列活動[3]。張干清等[4]提出一體化工科實踐教學模式，實現基本能力、專項能力、綜合能力和創新能力的逐級遞增培養。沈陽工業大學土木工程專業在實驗、實習、設計及科技創新中設置了虛擬仿真模擬實驗，建立了采用筆試、口試、答辯、機考、操作、報告等多種形式的多元化考核方式[5]。

1 CDIO工程教育模式

構思-設計-實現-運作（Conceiving-Designing-Implementing-Operating，CDIO）工程教育模式由麻省理工學院等創立，其核心是以實際項目為載體，讓學生體驗真正的工程師所經歷的問題，引導學生以主動、實踐的方式進行學習，將知識、能力、素質的培養緊密結合，使理論、實踐、創新融為一體[6]。CDIO教學大綱壓縮版如表1所示。

表1 CDIO教學大綱（壓縮版）

CDIO方法適合工科專業實踐教學框架，是一種實踐教育與理論教育相結合的獨特模式，CDIO教學系統如圖1所示。CDIO是以實際工程項目為載體，結合理論知識，在實踐中進行自適應學習。它不僅是在做中學習，而且是學習知識與知識應用的有機結合。

圖1 CDIO教學系統圖[7]

CDIO系統讓學生從實踐課程中學習工程。CDIO教學系統精髓是“做中學”，強調實踐，鼓勵學生主動學習，注重團隊合作意識的培養，有助于加強和改進專業實踐教學。

2 工科專業CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系構建

校內專業實踐教學（認知實踐、專業課實驗、課程設計、畢業設計）、校外專業實踐教學（認識實習、生產實習、畢業實習）和創新創業實踐構成工科專業實踐教學體系，各專業實踐環節相互依賴、相互影響及相互作用。工科專業實踐教學內容相互銜接并循序漸進，構建層層深入、階梯式循序漸進的專業實踐教學體系，加深學生對理論和實踐知識的掌握，保障學生實踐能力和創新能力培養非常重要，真正將理論、實踐、創新融為一體。此外，階梯式專業實踐環節體系的建立能體現工科專業知識的系統性，有助于幫助學生建立專業知識框架。

OBE（Outcomes-Based Education）工程教育理念已得到了工程教育認證標準的認可，并始終貫穿于工程教育認證標準。在工科專業教學中，一方面，畢業學生必須掌握的技術知識越來越多；另一方面，學生必須提升綜合素質，在工程團隊中發揮作用。這種矛盾可以應用專業實踐教學體系改革來解決。改革時首先需要全面了解當代工程師所需要的技能，然后在專業實踐教學中進行設計和教育以滿足這些要求。

為構建專業實踐教學體系，提高專業實踐教學質量，培養學生的專業能力和綜合素質，將CDIO和OBE進行有機融合，提出工科專業CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系，以最大提升學生專業知識和綜合素質為目標，同時兼顧專業知識實踐訓練、工程倫理、職業道德培養及職業技能提升，建立專業實踐階梯式教學培養目標，打造“4年專業實踐不斷線”全過程專業實踐培養過程，實現專業實踐能力和綜合素質培養階梯式推進。

3 工科專業CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系實施

3.1 確定基于OBE理念的實踐教學內容

以建筑環境及能源應用工程專業（建環專業）為例，實施了工科專業CDIO-OBE階梯式專業實踐教學。以OBE理念將工程需求轉化為學生不同層次的能力培養目標制定，并反推至各個實踐教學內容，有機融合各實踐教學環節。通過反向設計，基于OBE理念將工程需求轉化為學生不同層次的能力培養目標。培養目標為知道、領會、應用和分析及評估和創造4個逐級遞增能力。根據各實踐教學的要求，將專業實踐教學內容劃分為3個方式，即基礎實踐、綜合實踐和創新實踐。大一認知實踐為基礎實踐，大二認識實習為基礎實踐和綜合實踐，大三的專業課實驗、專業課課程設計及生產實習為綜合實踐和創新實踐，大四的畢業實習和畢業設計（論文）為綜合實踐和創新實踐。創新創業活動和學科競賽為基礎實踐、綜合實踐和創新實踐，以創新實踐為主。

3.2 構建基于CDIO的實踐主線

以社會和市場需求為基礎，不僅要考慮畢業生的工程教育要求，還要關注學生在后續職業發展中的能力要求，以CDIO項目出發，構建實踐主線，將原本零碎的實踐內容連接成線、擴展成面，使學生的創新設計能力和綜合素質在完整的實踐教學過程中實現階梯式的提升。應用正向實施，采用CDIO模型有機整合校內外專業實踐教學。提煉出建筑環境營造和建筑能源應用實踐主線。建筑環境營造和建筑能源應用實踐教學內容關注高效低碳應用建筑能源為人們營造健康、舒適的建筑環境。

3.3 實施CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系

以子單元課題活動和項目為載體，循序漸進教學，由淺入深培養學生各項實踐能力，適應不同層次的學生。建環專業實施的CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系如圖2所示。

圖2 建環專業CDIO-OBE階梯式專業實踐教學體系

建環專業實踐教學包含認知實習、認識實習、專業課實驗、專業課課程設計、生產實習、創新創業活動、學科競賽、畢業實習及畢業論文（設計）等環節。建環專業CDIO-OBE階梯式專業實踐實施如表2所示，培養目標為知道、領會、應用和分析及評估和創造4個逐級遞增能力。以專業能力和綜合素質培養為核心，以子單元專項課題和工程項目為載體，培養學生工程實踐能力也要由易到難、由淺到深。以校內外實習實訓基地為保障，階梯式逐級提升學生工程實踐能力。

表2 建環專業CDIO-OBE階梯式專業實踐實施表

通過實施CDIO-OBE階梯式專業實踐，大大提高了學生的專業學習興趣，階梯式提高學生專業實踐能力和綜合素質。

4 結束語

工科專業CDIO-OBE階梯式專業實踐體系構建與實施的研究，將各實踐環節有機融合，通盤考慮、統籌建設，作為一個系統工程整體布局，以學生能力最大提升為目標。這種專業實踐模式能有效推動學生進行研究性、探索性、交流性學習，滿足學生基礎學習、綜合學習和創新學習的需求，對學生專業能力、綜合素質的培養及科學態度和創新品格的形成具有積極的意義，為提高教學質量、培養高素質工程應用型人才起到了積極作用。