基于CDIO的回歸工程教育理念的研究與實踐

孟麗軍， 趙 靜， 張巖俊

(1.石家莊鐵道大學 土木工程學院，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學 教務處，河北 石家莊 050043)

現在人們在研究一些古代留下來的工程或技術時，忍不住感嘆其某些方面的先進和卓絕，科學發展到今天，我國每年培養工程師的數量相當于美、歐、日、印的總和，人才規模很大，但是質量和創新能力卻不盡如人意，這也就是廣為人知的“錢學森之問”。原因是除了社會和用人單位對人才要求的功利性外，工程教育也存在對工程能力、工程素質的訓練弱化的突出問題，在學校教育中缺乏工程背景、工程意識和工程實踐。除此之外，工程教育的外部環境也發生變化，在實行市場機制、講求經濟效益以后，大學生進入企業進行工程實習、工程實踐越來越難，成本越來越高，教育越來越注重科學理論，工程師培養和教育離培養目標越來越遠。

一、回歸工程教育理念

工程的一個重要方面是利用自然材料、應用科學知識和技術來創造“世間從未有過的事物”。無論專業領域如何，工程師角色的核心是設計和實施問題的解決方案。同樣工程師需要定義這些問題，包括理解客戶和社會需求，找到可被利用的新技術，制定高水準的設計需求和實施策略[1]。因此工程教育首先應該明確培養工程師的主要任務、工程師處理對象過程的特點，使學生學會如何在大工程背景下能夠利用盡可能全面的信息來抓住問題的主要矛盾并把它簡化、開創性解決。

“回歸工程”是要求以培養工程技術人才為主的高等工程教育，從側重工程科學回歸到工程實踐根本上來樹立工程實踐教育理念。將人類建立在科學基礎上的工程教育回歸到更加重視工程本身的系統性和完整性上來，讓學生接觸到規模化復雜系統的分析和管理過程，從而培養具有集成知識、系統方法和工程實踐的人才[2-3]。這個教育理念正契合了我國卓越工程師教育培養計劃重大改革項目的實施，強調學生對工程實踐的分析、思考與運用，緊密結合工程企業對工程師的要求，培養卓越工程師后備人才。

二、工程教育模式的分析研究

工科大學生在學校獲取知識和提高能力、素質的途徑無外乎三個方面：第一，“聽學”，即在課堂上直接從聽教師授課中學習；第二，“看學”，通過看教材、圖片、視頻或其他資料來自主學習；第三，“做學”，通過親自參與或操作，在實驗、實習和實踐中學習。比如根據高等學校土木工程專業指導委員會所頒布的土木工程專業本科教育(四年制)培養目標和畢業生基本規格的要求，結合石家莊鐵道大學土木工程專業培養計劃，對土木工程專業學生在校期間的時間分配情況進行統計，結果如圖1所示。

圖1 石家莊鐵道大學土木工程專業培養計劃時間分配情況

大學生進入大學后需按照培養計劃的要求完成基礎課、專業基礎課和專業課的課堂理論學習，這些都是強調科學技術嚴謹性、邏輯性、系統性的書本知識，使學生關注點始終在科學理論上，忽視工程實踐應用。長期以來，學校從各個層面來分析如何提高課堂授課效果、講課藝術、講課內容等，從客觀上實際強調了以教師為主體的灌輸式教育模式，即使有些教師采用一部分啟發式、問題式、研討式教學方法，但仍把大部分精力放在“聽學”上，只抓了學生總體時間的不到1/3，而忽視了根據學生個體需要的不同發揮其主體作用。

“看學”實際現狀基本是應試教育結果的延伸，看一些資料的主要目的仍然是考試中取得高分，非常被動而且大部分是突擊性的。從“做學”上說，工程教育按照要求設置的實驗、實習、設計等現在大多由于招生擴大、經費、設備、安全、實施等原因大打折扣，基本上是演示、驗證性試驗，導致學生主要是被動接受、參與，缺乏主動性和興趣，這些更造成大學生在學校接受的教育脫離實際，因而這些標準化、批量生產原則設置的實踐環節操作模式也很難營造出學生探求問題答案、自我發展的氛圍。

用人單位對人才的需求有了很大變化，人才流動性增強，各用人單位不愿意花代價對新入職大學生進行培訓，希望畢業生能馬上上手、為單位創造價值。因此探討改革工程教育模式迫在眉睫，如何通過改革工程教育模式調動學生的好奇心和探求問題解決之道才是尋找的目標，如果能夠發揮學生的主動性，那么就會實現“激發和引導他們的自我發展之路”的教育目的。

三、CDIO模式的應用

CDIO模式是由美國麻省理工學院等4所工程大學發起建立的一個新型的工程教育模式，全球23所大學參與、合作開發的國際工程教育合作項目，稱為CDIO(Conceive—Design—Implement—Operate)模式，即“構思—設計—實施—操作”。CDIO方法明確了工程師的培養目標是為人類生活的美好而制造出更多方便于大眾的產品和系統。這種模式注重培養學生掌握扎實的工程基礎理論和專業知識，在此基礎上，通過貫穿于整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐環節的訓練，培養既有過硬的專業技能，又有良好的職業道德的工程師。[4]

這種方法旨在讓學生按照實際工作中做任何工作的思路，從項目的前期論證、構思、設計開始，然后利用工程理論知識分析確定解決方法，并予以實施和驗證的整個過程訓練，與“回歸工程”理念強調工程的系統性、整體性的要求相一致。

四、工程教育模式的改革與實踐

從工程教育現狀的分析可知，工程教育模式的改革主要應基于興趣的培養和自我發展氛圍的營造。孔子曰：“學而時習之，不亦說乎？”針對工程教育這句話應該理解成“學到的東西有機會付諸于實踐，這難道不是一件值得高興的事情嗎？”，可見“學以致用”古今一致。因此如何在大學的工程教育中把學生所學與所用結合起來才是改善工程教育模式的努力方向。可以讓學生們及時了解和跟蹤行業動態及發展建立專業認同感和培養興趣，通過模擬社會實踐中實際項目的實施過程來了解“用”，通過各種動手操作過程中的得與失來不斷強化回歸工程理念，鍛煉思維能力。從這些目標出發，可以利用CDIO模式和回歸工程的理念采用如下方式，對工程教育的模式進行改革。

(一)實施本科生專業指導教師制度

改變現在專業教師從三、四年級才介入學生學習生活及專業教師上完課就走的習慣，在大學生入學伊始即實施專業指導教師制，從專業角度對學生進行個性化指導，使學生在與專業教師的交流中接受專業教師的經驗和專業知識的熏陶，在言談舉止中塑造和陪伴學生自我發展。讓學生在聆聽、參與專業教師解決工程項目過程中接觸工程實體、感知實際工程、理解工程問題的分析與解決，這其實就是向學生展示“CDIO”的整個過程，培養學習興趣。這樣就可以克服培養計劃中片面強調知識系統性的弊端，把分析解決工程實踐問題的程序和步驟及所涉及到的專業知識的復雜性、系統性、全局性穿插在各個年級，由專業指導教師提供工程實踐分析解決案例，培養學生主動實踐的積極性和從工程實踐的參與中獲得工程素養的訓練。

(二)轉變觀念充分發揮做中學的作用

繼承“學徒制”的優點，合理設計實驗、實踐環節，發揮“做學”作用，培養興趣、動手能力和探索精神。美國著名的哲學家、教育學家和心理學家杜威認為，“做中學”也就是“從活動中學”、“從經驗中學”。他指出：“從做中學是比從聽中學更好的學習方法。”它把學校里知識的獲得與生活過程中的活動聯系起來，充分體現了學與做的結合，知與行的統一[5]。

我們的先輩對技術和管理類實行的“學徒制”留下的遺產有兩個方面的優點：一方面根據學徒個體的具體情況進行指導，發掘出每個個體的潛力，即個性化培養或曰因材施教；另一方面是在不斷地實踐中學習(做某些事情可能不知道為什么這么做，但知道如何做好)，也就是先“知其然”后“知其所以然”。這很顯然區別于現代教育的標準化和批量培養。可以利用“學徒制”的思想充分發揮工科院校的實驗和實踐條件(石家莊鐵道大學就具有國家級實驗教學示范中心和國家級實踐教育中心)，以CDIO的觀念改革實驗和實踐環節設置類型和要求，建立預習型、應用型、綜合型及創新型實驗和實踐等，把實驗和實踐安排在知識學習前、學習中、學習后等不同階段，實現樹立好奇心、驗證理論知識、利用知識分析解決問題的目的。比如演示性實驗放在理論授課之前，在不知道實驗結果的情況下讓學生觀察實驗的現象，從而再現科學發現；盡可能開放實驗室，在教師指導下讓學生自主設計并完成驗證實驗；綜合型實驗應全覆蓋，重點在于在“做”中樹立好奇心，學會分析并解決問題。

(三)采用基于項目學習的模式進行回歸工程教育

以競賽、實訓、設計等形式采用基于項目學習的模式進行回歸工程教育。在每學年都要安排不同類型、涉及不同知識層次，由淺到深、由簡單到復雜的項目，這些項目可以競賽、實訓、設計等不同形式來實施，但各種競賽、實訓以及項目的設計都要以人在社會中要完成一項工作的過程展現出來，也即每個項目雖形式不同但都按照“CDIO”的模式來解決，從而達到培養工程師系統考慮整體性問題的目的。

另外，基于項目學習的考核方式也是對學生創新思維培養的重要手段。有人做過統計，一個人大學畢業時他可能已經參加了2 600多次大大小小的考試和測驗，在學會了如何找到唯一正確的答案的同時，卻喪失了尋找其他正確答案的能力，喪失了質疑的欲望，喪失了發散思維和想象力。應該看到，考試，永遠是尋找“已知的答案”，創新，則要探究將要發生，現實沒有解的問題。因此，基于項目學習的考核方式將為學生設置一個開口的努力方向，從而激發學生創造力。

五、結論

專業指導教師制度旨在通過專業教師與學生日常交流，把工程實踐中工程問題的分析解決變為學生耳熟能詳的CDIO套路，這需要專業教師具備豐富的工程實踐經驗和一定的時間投入；而實驗和實踐環節是在“做”中樹立探求問題真相的好奇心，并實施一定程度的CDIO練習；基于項目學習的模式則完全按照CDIO模式操作運行。如此可實現從多個角度訓練學生全局性考慮問題，從而帶動課堂教學變為學生尋找問題答案的舞臺，才能化被動為主動，充分利用時間張揚個性，最終實現優秀工程師的培養。工程教育關系著人們民生問題的改善和解決，工程師的素質直接影響了工程項目的投資、實施進度、預期目標，故現代社會對工程教育的期望越來越高，也使得工程教育的改革任重道遠，對于工程教育的培養模式還需要不斷研究和探索。

參考文獻：

[1]Edward F,Crawley，查建中，等. 工程教育的環境[J]. 高等工程教育研究，2008(4):13-21.

[2]江安鳳,吳鏘. 回歸工程：中國高等工程教育發展的基本取向[J]. 高等建筑教育，2005,14(4):5-7.

[3]金龍. 工程教育的目標內涵[J]. 石家莊鐵道大學學報：社會科學版， 2010，4(4):1-5.

[4]謝清明. 論CDIO培養模式的教育理論基礎[J]. 教育與職業，2010(26):184-185.

[5]查建中. 論“ 做中學”戰略下的CDIO 模式[J]. 高等工程教育研究，2008(3):1-9.