工程教育發展趨勢

覃麗君　蘆琳琳　郭璐

摘? ?要：2022年8月16日，CDIO發布了第3版教學大綱。作為CDIO工程教育模式的基石，教學大綱為本科工程教育的開展提供了合理、普遍和可推廣的目標，明確了工程畢業生需展現出來的知識、能力及態度。修訂內容包括結構變化與指標變化，體現出融入可持續發展理念、關注學生的數字化能力、強調工程教育要面向未來等特點。CDIO教學大綱變化對我國的啟示為：工程教育要對接可持續發展目標、注重工程教育模式創新、重視培養學生的多向度思維及培養學生的知識基礎與多維能力等。

關鍵詞：第3版CDIO教學大綱；修訂；內容；特點

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2023.12.07

一、引言

2022年8月16日，CDIO發布第3版教學大綱（CDIO Syllabus v 3.0）。[1]CDIO為構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）的縮寫，是麻省理工學院（MIT）等高校創立的工程教育模式，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。[2]自20世紀末提出以來，CDIO的影響不斷加大，為提升工程人才培養質量作出巨大貢獻。

CDIO第1版教學大綱發布于2001年1月。[3]其標志性文件是麻省理工學院航空航天系愛德華·F.克勞利教授（Edward F. Crawley）撰寫的《CDIO教學大綱：對本科工程教育目標的聲明》（The CDIO Syllabus： A Statement of Goals for Undergraduate Engineering Education）。第2版教學大綱發布于2011年，基于聯合國教科文組織（UNESCO）提出的教育的四大支柱（Four Pillars of Learning）、各工程教育認證標準（如ABET、EUR-ACE）等進行了修訂，強調工程領導、工程創業等。[4]時隔十年修訂的第3版教學大綱則對可持續發展理念、工程教育數字化、工程教育要面向未來等進行了強調。

從功能上來說，CDIO教學大綱是CDIO教育模式的基石，它為工程教育活動的開展提供了合理、普遍和可推廣的目標，明確了工程專業畢業生需具備的知識、能力及態度，其價值在于為各高等教育機構設置具體的學習結果，提供可參考的模型或框架。[5]因此，教學大綱是一種要求性文件，是對各高等教育機構工程教育項目所提的各項要求，即工程專業學生在畢業時為工程實踐做好準備需掌握的知識、能力及態度。[6]制定CDIO教學大綱的目的在于回答“當工程專業的學生畢業時，他們應該具備哪些知識、技能和態度，以為工程實踐做好充分準備？”[7]，為工程教育制定一個清晰、完整與相互聯系的系列教育目標。基于該目標，各高等教育機構制定具體的教育目標，并設置相應的課程以開展教育教學工作。

2006年，汕頭大學工學院成為我國第一個CDIO國際合作組織成員。2008年，教育部確定了第一批（18所）CDIO試點院校。2016年1月，在教育部CDIO試點工作組的基礎上，我國成立了CDIO工程教育聯盟。目前，我國有100余所高等教育機構加入了該聯盟。2017年，我國啟動“新工科”建設。當前我國處于“新工科”建設的關鍵階段。CDIO大綱的修訂是國際工程教育界的重大事件，反映出本科工程教育的最新變化趨向，對此次修訂的內容、特點等進行研究，可為我國“新工科”建設提供一定參考。

二、CDIO教學大綱修訂的內容

（一）結構變化

從結構上來說，第3版教學大綱包括5個部分：基礎性知識和推理，個人與職業能力，人際交往能力，構思、設計、實施、運作，以及拓展。與第2版相比，變化之一是將“技術性知識和推理”改為“基礎性知識和推理”。變化之二是增加了拓展部分。新版大綱5個部分之間的關系如圖1所示。[8]其中，1～3部分為并列關系。第4部分建立在1～3部分的基礎上。第5部分建立在第4部分的基礎上。

基礎性知識和推理指通過特定的工程教育項目，學生需掌握的復雜價值增值（value-added）工程系統的基礎性知識。個人與職業能力指學生作為成熟且深思熟慮的個體參加工程實踐活動時，需形成的個人與工程職業相關能力。人際交往能力指學生在現代基于團隊的工作環境中，開展工程實踐活動時人際交往、人際互動方面需形成的能力。構思、設計、實施、運作指學生在企業及社會背景中開展構思、設計、實施、運作的各項能力，即CDIO能力。拓展指工程教育利益相關者對學生的拓展性要求，如工程領導、工程創業、工程科研等。

（二）指標變化

大綱的5個部分相當于一級指標，下設若干二級指標（如1.1）、三級指標（如1.1.1）及說明性指標（無編碼），各級指標的作用不同。在設置課程，明確課程重點與教育重點時，可重點參考二級指標；教師開展具體的教育教學活動時，可重點參考三級指標及說明性指標。[9]第3版大綱的一級指標和二級指標見表1。

對第1部分的修訂包括將技術性知識和推理改為基礎性知識和推理，同時增加了一個二級指標——社會科學及人文知識。對第2部分的修訂強調數字化、系統思維、敏捷學習（learning agility）、倫理道德、可持續發展等。在數字化方面，增加大數據、仿真模型、數據挖掘和分析、數字工具、訓練算法、數據集等。在系統思維方面，增加社會問題復雜性、因果鏈、人機集成與交互、行星系統、正負面影響等。在敏捷學習方面，增加智慧性、創造性思維、自我反省、敏捷學習、自主學習等。在倫理道德方面，增加人工智能與倫理、價值觀等。在可持續發展方面，增加生態系統、技術系統的社會背景、生命周期、可持續性、包容性、文化差異等。對第3部分的修訂強調協作、交流策略、數字化社交等。在協作方面，增加促進多樣性和包容性、運用工程學以外的其他學科的知識和方法解決問題、納入多元化利益相關者意見、了解價值觀對利益相關者行動和活動的影響、跨學科、交叉學科、多學科、超學科等。在交流策略方面，增加國際交流、反思性寫作等。在數字化社交方面，增加數字化社交網絡、社交媒體、在線會議、數字工具等。對第4部分的修訂強調可持續發展、敏捷工程（agile engineering）、數字化、未來發展、管理等。在可持續發展方面，增加負責任的工程師在促進可持續發展社會中的角色和影響、可持續性和可持續發展的定義和原則、廢物分級、循環。在敏捷工程方面，增加敏捷模式、捕捉用戶體驗等。在數字化方面，增加數字孿生、沉浸技術、開放數據集、數據和信息的商業價值。在未來發展方面，增加關于未來的概念、社會和個人職業的可持續未來。在管理方面，增加混亂項目管理、多項目管理、知識產權、個人數據管理。對第5部分的修訂強調工程領導、工程科研。在工程領導方面，要求學生有自我評估能力，表現出領導能力，能夠識別情感和不同的愿望，為研究的應用和商業化做好準備。在工程科研方面，包括回顧和綜合以往相關工作，明確可持續發展的目標和利益相關者的需求、選擇研究方法、設計和組織研究項目、執行實證和理論工作、記錄研究過程和發展、分析結果、得出適當結論、承認局限性、以流暢的文稿報告工作、解釋是什么使工作值得信賴和準確、把工作與以往的工作聯系起來、承認他人所做的工作、討論工作的意義及保障研究的質量、誠實報告研究、從創意到出版的責任、尊重同事和研究參與者、尊重社會和環境等。

三、CDIO教學大綱修訂的特點

（一）融入可持續發展理念

1996年，UNESCO提出教育的四大支柱，即學會求知、學會做事、學會共處、學會生存。第2版CDIO教學大綱即圍繞教育的四大支柱進行了修訂。2015年9月，聯合國大會通過了《變革我們的世界：2030年可持續發展議程》，明確了17個可持續發展目標。[10]為貫徹可持續發展理念，早在2020年發布的CDIO標準3.0（CDIO Standards 3.0）就強調了可持續發展。

第3版教學大綱進一步融入了可持續發展理念。在第1部分強調學生在掌握技術性知識的基礎上，也要掌握人文社科等知識。第2部分強調學生形成技術系統與社會系統相互嵌入的系統性視角，而非以往僅強調技術系統的單一視角。第3部分強調學生能夠與多樣文化中的多樣群體互動。第4部分強調學生作為一名負責任的工程師在促進可持續發展時所扮演的角色和影響等。第5部分強調明確可持續發展的目標和利益相關者的需求。

（二）關注學生的數字化能力

在數智時代，教育數字化成為一個重要話題。2021年12月，UNESCO在重塑教育峰會上發布《關于教育連通性的重塑教育全球宣言》（Rewired Global Declaration on Connectivity for Education），提出技術應該成為以人為本的教育的助推器，通過強大的數字化工具為所有人帶來更多的教育機會，提高數字化技能，實現教育的數字化轉型。[11]為幫助學生做好迎接數字化社會的各項挑戰，第3版CDIO教學大綱針對如何提升學生的數字化能力進行了修訂。

在第2部分，增加了大數據相關內容，要求學生能夠開展數據挖掘和分析，能夠了解在數字工具中使用模型的局限性，能夠診斷、描述、預測和規定模型，管理大數據信息，建立訓練算法所需的數據集，掌握計算工具，了解人工智能及倫理，通過社交媒體展現專業行為等。在第3部分，強調學生的數字交流能力，包括在線會議、社交媒體、使用數字工具進行圖形交流等。在第4部分，強調學生了解知識產權如何創造、利用和保護個人數據和信息，認識到數據和信息的商業價值，能在數字環境中捕捉數據并進行設計，掌握沉浸式技術、數字孿生、可視化等。

（三）強調工程教育要面向未來

工程教育要面向未來，培養技術與社會變革的引領者，而非被動的適應者與跟隨者。為培養出未來的引領者，新版教學大綱主要強調跨學科知識基礎與方法、系統性思維、學生的自主性等內容。

一是跨學科知識基礎與方法，如增加社會科學及人文知識的學習；學會多學科思考；運用工程學之外的其他學科的知識和方法解決問題；理解多學科、學科交叉、跨學科及超學科；掌握敏捷學習、敏捷工程等方法。二是系統性思維，如從經濟、社會、環境等角度出發，運用系統視角分析和解決問題；理解生態系統、星球、人類、社會和人工制品等系統的互動關系；理解技術系統的演進史、功能、結構及其社會、環境等背景；具備國際視野并能開展合作等。三是學生的自主性，如培養學生的適應性、智慧性、靈活性、敏捷性及自主學習、自我反思等能力，為迎接未來日益復雜且不確定的社會挑戰做好準備。

四、啟示

（一）對接可持續發展目標

2021年11月10日，UNESCO在題為《一起重新構想我們的未來：為教育打造新的社會契約》的全球報告中指出，當前世界出現多重交疊的挑戰，包括不斷擴大的社會和經濟不平等、氣候變化、生物多樣性喪失、超出地球極限的資源使用和顛覆性的技術自動化等。[12]可持續發展是應對以上挑戰的有效策略，而工程能為可持續發展目標的實現作出獨有的貢獻。UNESCO在《工程——支持可持續發展》報告中明確指出，工程在實現聯合國17項可持續發展目標中發揮關鍵作用，17項目標都與工程有關，每個目標都需要工程來實現。[13]

為達成可持續發展目標，其他國際組織也圍繞可持續發展理念如何融入工程人才培養等問題展開探索與行動。例如，世界工程組織聯合會（WFEO）的“WFEO工程2030計劃”（WFEO Engineering 2030 Plan）對接了聯合國可持續發展目標。2021年6月，國際工程聯盟（IEA）聯合WFEO發布第4版《畢業要求與職業能力》（Graduate Attribute and Professional Competence）也對聯合國可持續發展目標、可持續性等加以強調。[14]《華盛頓協議》（Washington Accord）畢業要求框架也要求學生掌握可持續發展相關知識并能采取相應行動。

我國工程教育也要重視可持續發展相關問題，采取多種方式對接聯合國可持續發展目標。例如，開設可持續發展相關課程，幫助學生理解工程活動與社會、環境、經濟、生態、倫理等復雜系統之間的互動關系；理解生態系統、星球、系統生命周期等與可持續發展之間的關系；通過各類工程實踐活動，幫助學生認識到工程活動與可持續發展17個目標之間的關系，以及工程人員在可持續發展目標達成中扮演的角色與所起的作用；培養學生在不同文化、不同社會群體中開展協作的能力；認識到多元化價值差異、世界的多樣性并在工程活動中促進多樣性與包容性；能運用多學科、跨學科、超學科的知識和方法解決工程問題等。

（二）注重工程教育模式創新

當前，敏捷工程教育受到關注，第3版CDIO教學大綱專門強調了敏捷工程教育，融入了敏捷學習、敏捷工程模式、敏捷性等內容。2021年9月，全球工程院長理事會（GEDC）在《敏捷工程教育：為我們持續發展的世界培養下一代工程創新者、專家和領導者》中指出，敏捷工程教育是工程教育變革的未來新方向，要構建敏捷工程教育新模式。[15]近來，普渡大學等知名工程教育機構也開始強調工程教育的敏捷性，通過敏捷課程改革（Agile Reform of Curriculum）及時獲取學生及雇主的反饋意見，迅速將反饋意見融入本科課程中，促進學習創新與本科課程改革。[16]

敏捷工程教育模式是相對于傳統工程教育敏捷性不足而言的一種新的教育模式。一個真正敏捷的工程教育模式體現出如下特點：強調多學科整合，能根據需要整合多種情境中的多種文化、多種語言，而不固守學科壁壘；反應靈敏，能及時獲得并聽取工程教育利益相關者（如學生、雇主等）的反饋意見；注重教學的靈活性與學習的自由性；關注學生多樣且體現個性的學習產出；強調工程倫理，培養富有人性的工程人才；工程教育從真實的工程挑戰項目開始，而非先理論后實踐等。

我國工程教育也要注重工程教育模式創新，為世界的持續發展培養下一代高質量工程專家。例如，通過多學科整合，培養學生的多學科視角；及時聽取利益相關者的反饋意見，迅速吸收、反饋及行動；從真實的工程挑戰項目開始開展教育活動，幫助學生學會整合多學科知識與內容；幫助學生借助各類學習工具，開展自主學習；提升教師開展個性化教學活動的能力，關照學生的個體教育需求；改革培養模式，滿足學生的自由探索與個性化學習需求；加強工程教育與工程實踐之間的聯系，促進學校與企業及相關工程組織的合作，幫助學生深入了解工程職業，更好地規劃未來職業生涯發展；教育系統敏銳把握產業界動向并反映到教學中，如人工智能、大數據等。

（三）重視培養學生的多向度思維

第3版CDIO教學大綱強調學生的多向度思維，總計提到15次“思維”，包括系統思維、整體思維、推理思維、創造性思維、批判思維（critical thinking）、反思思維（reflective thinking）、CDIO思維等。2021年6月發布的第4版《華盛頓協議》也強調了學生的批判思維、計算思維等。麻省理工學院“新工程教育轉型計劃”（NEET）提出了NEET的12種思維方式，如創造思維、系統思維、批判思維與元認知思維、分析思維、計算思維、實驗思維等。[17]

我國也需重視學生多向度思維的培養。例如，追蹤與分析國內外的典型優秀案例，形成優秀案例集；開展準實驗等多樣化研究，確定多向度思維的定義、內涵、特點及其組成部分；對學生多向度思維的培養成效進行監督與評價；開發多向度思維培養課程體系，采取通識教育課程、專業課程、工程實踐等多種形式培養多向度思維；提高教師對學生多向度思維培養問題的認識，并有意識、有針對性地開展相應教育活動，包括采取項目式教學、基于問題的學習等多種教育方式。

（四）培養學生應對未來復雜工程挑戰的能力

可持續發展、智能技術、數字化、經濟發展、社會治理等因素的疊加使工程問題變得日益復雜，學生未來面臨的工程挑戰也有更多的不確定性與復雜性。只有形成堅實的知識基礎與多維能力，學生才能在面對未來的各種挑戰時游刃有余。我國工程教育也要重視學生知識基礎與多維能力的培養。例如，培養學生的基礎性知識，從“技術性知識”擴展到“知識基礎”，提供涵蓋數學和自然科學技術知識，核心工程基礎知識，高級工程基礎知識、方法與工具，以及社會科學、人文等均衡的課程菜單。從片面強調工程科學、工程技術等走向全面發展，對工具理性與技術理性進行糾偏，整合工具理性、技術理性與價值理性。從能力上來說，把握當前的社會變革趨向，預判未來變革，從數字化能力、應變能力、反省能力、抽象能力、技術寫作能力、向他人學習的能力、人際交往能力、協作能力、自我評估能力、技術創新能力等多方面著手，通過課堂教學、工程實踐等多樣化的培養路徑，打造學生的多維能力“護城河”，培養真正的工程專家，為迎接未來復雜工程挑戰做好準備。

參考文獻：

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[2]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-20.

[3]胡興志，丁飛己，王紀坤.從CDIO教學大綱變動看CDIO課程改革[J].高等工程教育研究，2015（3）：189-192.

[4][6][9]CRAWLEY E F， MALMQVIST J， LUCAS W A， et al. The CDIO syllabus v2.0-an updated statement of goals for engineering education[EB/OL].[2022-12-01].http：//www.cdio.org/files/project/file/cdio_syllabus_v2.pdf.

[5][7]CDIO. The CDIO syllabus[EB/OL].[2022-12-20].http：//cdio.org/framework-benefits/cdio-syllabus.

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[10]聯合國大會.變革我們的世界：2030年可持續發展議程[EB/OL].（2015-10-15）[2023-02-04]. https：//www.un.org/ga/search/view_doc.asp？symbol=A/RES/70/1&Lang=C.

[11]UNESCO.重塑教育宣言[EB/OL].[2023-02-05].https：//zh.unesco.org/futuresofeducation/yindaoshuzihuazhuanxing.

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[14]李志義.《華盛頓協議》畢業要求框架變化及其啟示[J].高等工程教育研究，2022（3）：6-14.

[15]GEDC Industry Forum. Agile engineering education： developing the next generation of engineering innovators， experts and leaders for our ever-evolving world[EB/OL].（2021-10-10）[2023-02-10].https：//www.gedc-industryforum.com/editions/dresden-2021.

[16]Purdue University. Agile reform of curriculum moves forward[EB/OL].（2022-05）[2023-03-07].https：//engineering.purdue.edu/Engr/AboutUs/News/Spotlights/2022/2022-MayPDNL-agile-reform.

[17]MIT New Engineering Education Transformation. NEET ways of thinking[EB/OL].[2023-03-21].https：//neet.mit.edu/about#waysofthinking.

Development Trends of Engineering Education

—Research on the Structure and Indicator Changes of CDIO Syllabus 3.0

QIN Lijun1? ?LU Linlin1? ?GUO Lu2

（1. Faculty of Education， Tianjin Normal University， Tianjin 300387， China;

2. Beijing Etown Academy， Beijing 100176， China）

Abstract： On August 16， 2022， CDIO officially released Syllabus v3.0. As the cornerstone of the CDIO engineering education model， it not only provides reasonable， universal and generalizable objectives for undergraduate engineering education but also clarifies the knowledge， abilities and attitudes that engineering graduates need to demonstrate. The changes to the syllabus include structure and indicators， which reflect the features of implementing the concept of sustainable development， paying attention to students digital abilities， and emphasizing? future-oriented. The implications include： engineering education should be aligned with the goal of sustainable development， focus on the innovation of engineering education mode， and pay attention to students multi-directional thinking， etc.

Keywords： CDIO syllabus v3.0; Revision; Content; Characteristics

編輯 呂伊雯? ?校對 王亭亭

作者簡介：覃麗君，天津師范大學教育學部副教授（天津 300387）；蘆琳琳，天津師范大學教育學部碩士研究生（天津 300387）；郭璐，北京亦莊實驗中學教師（北京 100176）

基金項目：教育部教育管理信息中心國外教育研究專項2022年度委托課題“需求導向的國外教育學術信息的檢索與使用研究”（編號：EMIC-YJC-20220004）；四川省2022年度教育科研課題資助金項目一般項目“‘撤點并校以來四川省縣域教育資源優化配置研究——以基礎教育學校布局調整的視角”（編號：SCJG22A092）；四川省哲學社會科學研究基地四川教育發展研究中心項目“縣域卓越教師流動在鄉村振興中的促進機制研究”（編號：CJF22036，2022-2024）