CDIO模式下嵌入式項目的應用研究

唐義鋒 張蓉蓉 趙俊生 彭敢

摘要：本文介紹了CDIO工程教育模式的由來，分析了CDIO模式的內涵，討論了該模式在我國應用研究中存在的不足，進而以電氣自動化技術專業為例，研究課程體系架構及其集成化方法，基于CDIO理念構建出電氣專業“211”課程體系。探索出基于項目主動學習為核心的教學方法及項目設計方法，提出并采用兩層項目架構的嵌入式項目設計，通過校企合作進行教學改革與資源建設，形成一套穩定的校企合作機制，提高了該模式的實施效果。

關鍵詞：CDIO 嵌入式項目 課程體系 團隊合作

0 引言

CDIO工程教育模式是從2000年以來國際工程教育改革的最新成果。該模式由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學經過四年的聯合研究所創立，其目的是通過強化工程實踐訓練，促進學生知識體系的形成，加強綜合能力的培養。因此，該模式的教學內容強調綜合與集成，即在實踐項目的驅動下，使學生在解決問題中，實現自然科學與人文社會科學相結合，工程與經濟管理相結合，提高學生的綜合素質。[1]這一模式推出得到了我國教育部及很多高校的重視，并在汕大等本科院校進行第一批改革試點，后來也有部分高職院校加入試點行列，他們在課程建設、培養模式等方面做了不少探索和實踐。由于該模式對如何漸進地培養和系統地評估學生的CDIO工程能力沒有強細的描述，學生工程能力增長過程缺乏具體定義，各試點高校采用了不同的實施方案。

1 CDIO的作用與內涵

CDIO工程教育模式是一種面向工程項目（產品、過程、系統）的全生命周期（構思、設計、實施和運行）培養學生的工程教育方法，是一種基于工程項目的教學，是一種基于行動導向的“做中學”教育模式，他將1個愿景、1個包含4個層面的教學大綱和12條標準落實到專業人才培養全過程，并將其細分到核心課程訓練項目中，形成可執行的運行機制。[2]因此，CDIO本質上是一種項目化教學，而其與傳統的項目教學不同之處主要表現為：第1個標準將工程項目生命全周期引入到工程教育中來作為環境；第2個標準建立了由通過教學使學生所有能力、素質、知識和技能所組成的全面、明確、具體、合理的教學大綱；第3個標準即采用“集成化課程體系設計”來進行整體實施。[2]他通過工程項目的全生命周期（構思、設計、實施和運行）等環節，培養學生在CDIO過程中，通過項目式教學活動，使其具有高效學習、掌握和運用理論知識，形成分析問題、解決問題的能力和技能，激發學生的創新精神和創業意識，使其主動學習、積極探究，涌躍參與技術開發、技能競賽等各類社會實踐活動。同時在職場文化特征的熏陶下，養成職場需要的綜合素質。

2 課程體系架構及其集成化

目前在CDIO教學改革中，主要采用兩種課程集成架構，其一是以學科為主干，通過用項目將學科知識聯系起來，形成有機的整體，多數本科院校采用此方案；另一種則是以項目為主干，用學科知識將項目聯系起來，形成有機的整體。他們都是集成化課程體系模式，都可以做為標準3的范式，后者在高職院校用的較多，即以姜大源組織倡導的工作過程系統化的教學模式。他將本專業培養人才在職場上的工作抽象成若干典型工作過程，以此為主干，學生從入學開始，就按照典型工作過程開展學習和實踐，由淺入深，展開教學。

根據CDIO理念，本校電氣自動化技術專業采用“211”課程體系作為專業人才培養的課程體系架構，對課程進行集成化設計。所謂“211”課程體系，即采用項目化引領，打好兩個基礎，強化一個中心，瞄準一個方向。具體為：以基于單片機為核心的智能化控制領域的產品開發應用能力建設為基礎，使相關課程訓練項目互為支撐，通過訓練，最終形成一個能進行智能化產品開發的平臺；以維修電工高級工能力訓練為基礎，將電工技能訓練、電氣控制技術與PLC、變頻、觸摸屏應用技術等課程的項目進行有機融合，以校企共建設為支撐，形成強電應用研究平臺；以企業文化、職場文化、管理、創新、創業能力培養及素質拓展為中心，提升學生的綜合能力和核心競爭力；描準該專業領域的一個應用方向進行專業技能訓練，即對電氣自動化專業進行智能技術產品CDIO實施，最終達到目標要求。[4][5]

3 基于項目主動學習為核心的教學方法改革，嵌入式項目設計

汕頭大學EIP－CDIO模式改革具有代表性，在其一體化課程體系中，通過三個層級項目安排，集成“基于項目／問題的學習”和“探究式學習”的一體化主動學習方法，以思維能力和創新能力為核心，使知識和能力的獲取方式由被動接受向主動轉變。其機械設計制造及其自動化專業采用整體、課程群、課程為項目知識集的三層項目編排方案。[3]并將一級整體項目分四個階段進行安排與控制。因此，其在一二層設計中，著眼于大項目，多學科、長時間，第三層中，也以學期為跨度進行組織。該方案采用漸進的方式運行，但鑒于時間跨度大、學科多、可變因素多等諸多因素，在高職學生中實施，最終效果很難控制。

本研究的電氣自動化專業的課程體系為兩個層次的架構，第一層為整體式設計的通過全培養過程完成的大項目，并將其按集成化課程結構，分成幾個核模塊；第二層為嵌入層，以課程中核心知識點的實際應用精選出教學項目。無論在哪一個層，均采用基于項目的學習，以團隊運作項目為核心，將學習知識、培養綜合應用知識能力、增長技能和素質融為一體。重點鍛煉團隊精神、項目組織、管理等CDIO能力。

在第一層項目中，大體可將其分為四個實施階段；第一階段從一年級第一學期開始，重在組隊、選題與初步調研論證，配合系部實施的導師制，指導學生組建項目團隊，成立團隊機構。第二階段依據逐步學習的專業基礎知識，提出多個總體設計方案，并比較優缺點，初步選擇一個較為合適的總體設計方案。第三階段為模塊化實施階段，進入嵌入式項目的實施過程，通過進一步掌握專業知識與技能，進行總項目對應模塊的設計，進一步完善系統總體設計方案，并開始進行機械零部件設計、控制系統設計等過程。第四階段設計、改進完善，加工、制造、安裝以及綜合調試，到此便完成了一個完整的團隊設計項目。學生在解決問題的過程中，主動探究相關知識，主動應用所學的專業知識，主動應用探究式學習和經驗學習方法，培養了人際交往能力、團隊合作能力和職業能力等。第二層為嵌入層，即以課程中知識點的典型應用為項目單元，在團隊的運行下，采用短頻快的方式進行項目技術層面的實施，使學生形成多方案設計與論證能力，提高學生的成功感，指導其將課程內的一些關鍵知識點應用到上一層項目中，使其逐步具備協同完成復雜項目的實施能力。

4 教學資源建設

通過校企合作開發課程項目內容，進行課程教學項目化實施，做到以專業理論教學為基礎，強化工程實踐，提高學生的工程應用能力。建設并不斷完善由課堂教學、教學網站和不同層次實踐內容構成的完備的教學資源庫。通過這些教學和實踐環節建設，保障學生能快速有效的自主學習、獲取信息等資源，進行項目分析與處理，訓練其創新意識、動手能力、溝通與表達能力和團隊合作精神。

5 結論

經過對CDIO內涵及實施方案的研究，提出CDIO課程項目的嵌入式開發方案，解決學以致用，激勵創新與素質提升的教學載體問題；同時提高了師資的工程能力和教學水平，以校企共建、共享、共育為基礎，進行項目創新，以企業進校園、教室進車間的運行方法，使課程以車間為基礎，實施CDIO教學，以達到校、企、生協同創新的目的。通過CDIO課程項目化資源開發、教學環境建設、項目化實踐載體的研發與教學實踐等方面的校企深層次合作，從而進入學生得益，企業得利，社會得益，校、企、生協調發展的正向循環軌道。幾年來在炎黃職業技術學院和江蘇財經職業技術學院校企合作中，形成了一本CDIO理念下嵌入式項目化教材——維修電工實訓教材，與淮鋼特鋼股份及江蘇瑞特電子設備有限公司投入共建了高級維修電工實訓室。校校、校企聯合對電氣自動化專業學生進行改革試點，結果證明該模式更能適應高職學生的培養，也可為文科類專業的人才培養提供借鑒。

參考文獻：

[1]查建中，徐文勝等.從能力大綱到集成化課程體系設計的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2013.2.

[2]顧佩華，包能勝.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012.3.

[3]顧佩華等.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.

[4]張曉紅，唐義鋒.工學結合、產學合作高職人才培養模式的實踐探索[J].產業與科技論壇，2012年第11卷第21期.

[5]唐義鋒.校企合作培養高職學生職業素質的研究與實踐[J].中國職業技術教育，2010.12.

基金項目：

江蘇省教育廳基金項目，CDIO理念在高職項目化教學改革中的研究與應用——以電氣自動化專業為例（校際聯合）編號：2013JSJG430。