CDIO模式在青少年創造發明活動中的探索與實踐

科技教育工作者在工作過程中，往往需要進行小型論文的寫作，即以有限篇幅來闡述作者的觀點或介紹研究成果。為了幫助科教工作者了解小型科教論文的規范寫作方式和呈現形式，從2012年起，本刊增設了“科教新語”欄目，用以刊登小型科教論文的范例。本期文章選自第20屆全國青少年科技輔導員論文征集活動中的一等獎獲獎論文。全國青少年科技輔導員論文征集活動由中國青少年科技輔導員協會主辦，每年舉辦1次，旨在為廣大會員、科學教師、科技輔導員、科技教育工作者營造科學教育理論學習、實踐交流的平臺。2012年舉辦的第20屆論文征集活動主題為“科學教育的實踐與探索”。

摘要：“CDIO模式”是2001年由4所國際前沿的工程大學倡導的一種工程創新人才培養模式，2006年開始引進國內，至今中國已有50所高校采取該模式。本文在分析了目前青少年創造發明活動現狀的基礎上，將CDIO模式應用于青少年創造發明活動中，并通過探索與實踐，進行了總結。

關鍵詞：CDIO模式一體化活動目標

“設計實現”過程發明活動生命周期評價標準寬容度

一、CDIO模式

“CDIO模式”是一種工程創新人才培養模式，2001年由瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院等4所前沿工程大學合作開發。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它強調創新項目從研發到實際運行的生命周期為載體，讓學生在系統的環境中主動地、實踐地、跨學科地學習工程，在系統的環境中培養學生4個層面的能力，分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。CDIO模式系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織。2006年，汕頭大學成為CDIO的首個中國高校成員。至今，已有接近50所中國高校加入CDIO組織。

CDIO模式在實施過程中取得了突出的成果，通過該培養模式的學習，學生普遍稱贊學到了真本事，增強了自學和解決問題以及研發、團隊工作和溝通的能力。目前國外的CDIO人才培養模式已經走出高校，進入中學。在中學的技術課、項目創新等課程中讓學生在CDIO的系統環境中經歷創新構思詳細設計實現測試現實運作的整個過程，培養他們的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。但在國內，CDIO人才培養模式目前沒有進入青少年的科技創新活動或相關課程中。筆者在自身從事的青少年創造發明以及青少年工程創新活動中作了初步的探索與實踐。

二、基于CDIO模式分析目前中國青少年創造發明活動現狀

1.學生具有創造發明的意識和積極性，但創新能力較低，大部分創意還停留在思考階段

目前參與創造發明活動的青少年普遍興趣濃厚、積極性強，在學習和生活中積極尋找新創意、新想法。但由于多方面客觀條件的限制和學生自身的局限性，使得參與學生沒有把自己的創新想法和建議及時與指導教師和同學們溝通交流，并進行實質性的操作，從而限制了學生創造發明的過程，使得很多學生的創意只是停留在思想里或紙張上。比如：在生活中遇到問題時絕大多數學生愿意嘗試獨自處理，缺乏團隊協作精神，不能取長補短，共同把問題解決好；許多學生缺乏行動的信心，沒有創新毅力，經常在學習過程中缺乏創新的恒心和意志，見異思遷，半途而廢，這必然導致創新能力得不到鍛煉，使得大部分青少年創新能力低下。

從創造發明活動組織者角度看，這種現象的成因主要是受各類科技創新競賽的主導，活動中只關注對最后成果的自主創新性、先進性等內容，而缺乏對學生進行的創意達成的系統培育，包括系統環境的創設、系統目標的制訂等。

2.學生具有創造發明活動的理論知識，但知識結構不合理，缺乏創新的動手能力和必備的創新技能

受應試教育的影響，目前我國青少年的知識結構很不合理，一般都只重視用于應試的事實性知識（學科類的記憶知識），而對人的能力、道德發展等更為重要的方法性、價值性知識卻往往被忽視，青少年很少有機會通過實際操作、親自體驗等形式來獲取這兩類知識。這樣的知識結構造就了很多紙上談兵的高材生——具有創造發明活動的理論知識，能將創意寫出來、畫出來，但無法去具體實施。

3.青少年創造發明活動的參與面廣，但創新成果真正運行的寥寥無幾

目前青少年創造發明活動普及面較廣，參與的指導教師、學生眾多，每年都有大量的工程類創新項目在各級各類科技活動中展示。但由于種種原因，這些項目大部分都只進行了構思、設計、實施3個過程，然后就開始參加各類科技活動，而真正的實際運行過程被忽視了。此處所說的運行非指產業化，去工業化生產，而是指創新項目在經歷了前3個階段后，單個或多個作品真正投入現實環境使用的過程，包括運行過程中的監控、維修、改進等。缺少運行過程，對參與創造發明活動的青少年來說是一個不系統的培育過程，對他們的創新能力、團隊合作精神的培養，以及創新項目的進一步發展都有較大影響。

4.青少年創造發明活動評價體系單一

目前對青少年參加創造發明活動的一般評價方式主要有兩種，一是過程中教師給出的評價，如在活動過程中給予學生個人或優秀創意作品的鼓勵性評價等；二是項目成果參與各類科技競賽活動的結果，如在青少年科技創新大賽中獲得獎項等，這也是目前國內青少年創造發明活動中受重視程度較高的評價方式。兩種評價方式都是針對參與活動的青少年以及他們的發明作品，都以甄別與選拔為評價的根本目的，這類評價方式不利于科學、有效地評價學生發展，而且對于整個青少年創造發明活動來說過于片面、簡單。

三、CDIO模式在青少年創造發明活動中的探索與實踐

1.基于CDIO人才培養理念，制訂一體化的活動目標和計劃，培養青少年綜合創新能力

CDIO人才培養模式中，青少年綜合創新能力的具體內容有4個方面，包括創造發明的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和創造發明的系統能力。針對這4個維度提出的一體化活動目標不僅包含了傳統的知識與技能目標，更增加了人際團隊能力和發明活動的系統能力。其中，人際團隊能力不僅指與人合作的能力，更涉及在團隊中的表達理解力、人際融合力和不依靠他人獨立解決問題的能力；發明活動的系統能力是指學生在進行發明活動時，從具體構思、設計分析、實現創意、具體運行的4個步驟中，能進行整體調控把握的能力。一體化目標制訂完成后，通過后期有效的計劃實施，能讓學生在主動的參與發明活動的過程中，整體提高創新能力。

以組合發明法為例，如按傳統的活動目標，知識方面即組合發明法的含義、技巧、操作步驟等；技能方面的目標就是要求學生能運用組合發明法提出自己的創意。對于CDIO模式而言，知識技能方面的目標僅僅完成了基本知識部分的目標，對于個人能力、人際團隊能力、相關系統能力等都未涉及，而這些對青少年創新能力的提升更為重要。CDIO模式中，我們將該活動的目的定為：能在情景（現實或假設的需要利用組合方式創新的場景）中發現需求，并在團隊活動中確認詳細構思和設計圖，并制作模型或實物以實現自己的創意，而后將自己的創意在現實環境中運行，通過監測提出新的改進方案。綜合來講，傳統觀念下的創造發明活動目的關注的是創新作品、創新思維、創新技能等，而CDIO模式下的發明活動目的關注的是學生在活動中4方面能獲得的整體發展。

2.引導學生親身經歷“設計一實現”，并創造條件支持學生動手和直接經驗的學習

CDIO模式下的創造發明活動，強調讓學生親身經歷“設計實現”的過程，讓他們能夠從動手實踐、直接參與的過程中獲取方法性知識和價值性知識，來完善他們的知識結構，讓他們能夠掌握創意實現的具體過程與方法。

“設計實現”分為兩種水平，在“基本水平”中，多用一些優秀發明案例，讓學生分析并進行模仿“設計制作”，讓學生在這樣的過程中體驗創新工程實現的具體過程與技巧，在“高級水平”中，學生已通過基本水平的學習掌握了實現發明創意的過程與方法，能將自己提出的原創性項目，通過構思、設計、實現、運行4個步驟來逐步實現。如“疊衣板”，是一個生活中的小發明，它能通過簡易的步驟高效、整齊地將T恤疊好。引導學生自己制作一塊疊衣板，對于青少年來說就是一個基本水平的“設計實現”過程，學生在參與活動的過程中需要繪制設計圖，確定材料的精確尺寸，根據設計圖和尺寸來制作模型，再回家將自己的作品介紹給親友使用，這樣的操作過程對學生的方法性知識、價值性知識的掌握都有積極的作用，并為將來他們能夠通過高級水平的“設計實現”過程來實施原創性項目奠定了堅實的基礎。

3.“構思、設計、實現、運行”是一體化的學習模式，能促使學生主動學習

傳統的發明活動中，比較重視學生的創意方法和創意過程，并要求將創意書面化，描述成文字或繪制設計圖等，而對具體實現和運行并沒有硬性要求。這造成了眾多發明活動中產生的學生創意極少能夠最后完成實物的制作，而在現實環境中運作的就更是寥寥無幾了，這對于學生綜合創新能力的整體提升是不利的。CDIO模式下的發明活動，“構思、設計、實現、運行”是一個整體的環境，是一個不可分割的生命周期，學生在一體化的學習過程中獲取的經驗，能帶動學生對基礎知識、個人能力、人際團隊能力、系統能力的獲取，并能激發學生主動學習的熱情。

以“趣味隱形筆筒”為例，要求學生利用磁鐵的特性，設計制作一個隱形的筆筒。在一體化的學習模式中，針對該筆筒的詳細構思、設計、實現、運行是一個整體性的生命周期，不可分割。活動中，通過磁性相關基礎知識的掌握，引導學生在團隊中運用這些知識進行詳細設計、模型制作，并且進行系統測試、改進，最后將作品投入實際環境中運用，并收集反饋信息，而后根據反饋信息學生可能會自主地進入另一個發明活動的生命周期。在該活動中，學生掌握了關于磁性的基礎知識，并在設計、制作過程中提升了個人能力、團隊能力，而后在實際運行過程中培養了與人交流、協商的人際能力，而在活動過程中出現的知識、技能需求，以及實際運行過程中的建議反饋，都成為了學生主動學習的強勁動力。

4.CDIO模式下青少年創造發明活動的評價體系

針對CDIO模式下青少年創新能力4個方面的不同成果，要用不同的評價方式，以期更有效、更真實地進行評價。有效的評價應采用不同的方法來衡量學生的各方面能力。比如基礎知識可以是筆試或口試的方式；“設計

實現”能力相關的評價可以用平時實際觀察記錄來實現，形式可以是教師評價、學生互評、自我評價相結合；人際團隊能力可以是調查表、訪談、觀察等形式。

基于CDIO模式下的評價，不論采取哪種評價方式，針對哪個階段的評價，都要制訂一個具有寬容度的評價標準，即評價標準不是一條線，而是一個有寬度的區域，進入該區域學生即達到活動目的的期望值，一些優秀的學生個人或團隊能夠超越該區域，也有部分學生個人或團隊接近期望區域但還需努力。這種評價標準更合理、更人性化、更符合學生發展的需求。

參考文獻

[1]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式，高等工程教育研究，2008（3）

[2]CDIO大綱與標準.汕頭大學出版社，2008.12

[3]顧佩華等.從CDIO到EJP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索.高等工程教育研究，2008（1）

[4]顧佩華等.重新認識工程教育——國際CDIO培養模式與方法.高等教育出版社，2009

作者簡介

錢利群，34歲，中國福利會少年宮創造發明活動指導，中國青少年科技輔導員協會會員，電子信箱：Shaoniangong_keji@126.com。

點評

青少年發明創造活動，首要的是“創”，即青少年不僅要有如同“創”字左側的“倉”所容納的必要知識，亦要有右側的“立刀”所隱含的刺中靶心的能力。本文作者在論文中正是從分析我國青少年發明創造活動往往過多注重紙上的知識，而忽視實際解決問題的能力這一弊病展開論述的。

作者重點結合自身在青少年創造發明活動中應用CDIO這種國際上工程創新人才培養模式的實踐，從4個方面闡述了該模式對于參與活動青少年創新精神和創造能力的積極作用，具有一定的科學性和探索性，值得廣大科技輔導員在培養科技創新后備人才中予以借鑒。

如果作者能夠在論述中提煉更為鮮明的典型案例，以及進一步規范文章整體的邏輯關系和語言的流暢性，將會使本文增色不少。

——翟立原（中國青少年科技輔導員協會理論工作委員會副主任委員，第20屆全國青少年科技輔導員論文征集活動評審委員會主任委員）