建構主義與CDIO教學模式在大學生科技創新中的應用

李升　陳宇婷　徐艷

[摘 要]建構主義與CDIO教學模式在大學生科技創新中應用廣泛。建構主義和CDIO教學模式在大學生科技創新中具有指導作用。分析了支架法、拋錨法、隨機進入法等建構主義教學方法及CDIO教學方法在大學生科技創新課題指導中的應用情況和實踐成果。長期教學改革實踐表明，建構主義和CDIO教學模式在工程應用型人才培養中可發揮顯著作用。

[關鍵詞]建構主義 CDIO 大學生科技創新 教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）09-0150-03

一、引言

當今社會的用人需求決定了高校培養應用型人才的緊迫性，因此，工程應用型高校的教學改革是不可避免的，建構主義與CDIO教學模式便是這幾年國外工程教育改革的重大成果。建構主義理論也譯作“結構主義”，認為學習過程與學習者的認知發展之間存在密切聯系，知識不是由教師直接教授得到的，而是由學習者在一定的情境下，在教師指導及其他學習者的幫助下，通過主動學習而達到對知識的意義建構。[1]CDIO教學模式則是基于建構主義理論發展起來的[2]，讓學生能夠以一種主動的態度將理論課程和實踐創新有機聯系起來的工程教學思路，旨在培養學生的創造性和團隊協作能力。

目前工程應用型高校開展大學生科技創新活動具有重要的意義，一方面有助于培養學生的科學探索精神、工程意識及實踐創新能力，另一方面也積極推進了學生就業。而建構主義和CDIO的教學模式特別適用于大學生科技創新活動的指導，本文就此進行探討。

二、建構主義教學模式在大學生科技創新中的應用

建構主義教學模式強調學生在課題研究過程中的主動性，大學生創新項目指導的整個教學過程應以學生為中心展開，導師應起到課題組織、資料幫助、提醒和促進的作用，利用情境、協作、會話等學習環境要素充分發揮學生的創新精神，師生共同參與課題，相互啟發探討，最終使學生達到對所研究課題的意義建構，從而解決問題。在這種模式下，學生將從被動接受知識的狀態轉變為主動建構學習內容，媒體也不再僅僅是幫助教師傳授知識的手段，而是用來創設情境、進行協作學習和會話交流的工具。[3]這樣的教學方法，使學生能自主展開學習，在好奇心、創造力和質疑精神的驅使下主動進行研究性學習，是一種靈活開放的教育教學制度，“因材施教”地保護和發展學生的差異與個性。建構主義教學模式下比較成熟的教學方法有：支架法教學、拋錨法教學和隨機進入教學。現結合長期指導大學生科技創新的教學實踐經驗對這三種方法作簡單介紹。

方法一：支架法是指在教師的引導教學下，通過給學生搭建“支架”（“腳手架”），把管理學習的任務轉移給學生，指引他們進入某一問題情境，讓學生獨立探索思考，并自己提出疑問不斷創新，通過小組形式互相協作學習，既有分工，也有合作。學習者自己掌握和建構所學的知識，從而使他們進行更高水平的認知活動。例如在“電力系統電壓穩定性研究”大方向課題指導中，導師通過發布微博的形式采用支架法開展教學，從必讀書目、電壓穩定性定義和系統穩定三道防線三個方面搭建腳手架，讓學生自行深入研究。最終該研究方向成功立項了省級大學生創新項目2項、校級大學生創新項目5項，取得了優異的成果。圖1所示為導師提供必讀書目為學生搭建支架。

方法二：拋錨法是指選擇與當前課題密切相關的真實問題或者是真實事件作為研究的中心內容，這一環節即“拋錨”，然后由教師向學生提供解決問題的線索，師生之間、學生之間通過討論交流，以及對不同觀點的補充修正以加深對當前研究課題的理解。這種教學方式無需設置專門的測驗環節，只需在學習過程中觀察并記錄學生表現即可，并采用激勵手段不斷促進學生的研究水平。在指導軟件開發課題“電力系統電壓穩定與控制演示平臺”時（如圖2所示），即采用拋錨法進行指導。導師并不直接告訴學生如何解決問題，而是拋出對該軟件的最終演示效果想象，引導學生開展自主學習和自主設計，最終學生出色地完成了該軟件的設計開發并成功申請獲得國家計算機軟件著作權授權，學生的個人能力得到了充分肯定。

方法三：隨機進入法是指通過不同的時機、不同的情境、不同的方法進行教學，從而達到不同的教學目的，對同一課題獲得不同層面的認識與理解。在國家級大學生實踐創新訓練計劃項目“光伏發電并網系統電壓穩定試驗研究”的指導過程中，采用了現場調研、微博和QQ群組討論、專題演講、小組研討、實物安裝等多種方式進行了隨機進入教學。圖3所示為課題組學生在校內500W光伏發電并網裝置安裝現場開展學習研究。該項目最終獲計算機軟件著作權授權1項、申請實用新型專利1項，發表論文3篇，建成500W光伏發電并網系統1套，撰寫調查報告1份，獲校大學生課外學術科技作品競賽獎2項，該項目取得的豐碩成果充分說明了隨機進入教學方法卓有成效。

上述三種教學方法雖然形式不同，但它們的教學環節中都包含有情境創設、協作學習、自主學習等因素，并在此基礎上最終由學習者自己完成對研究課題所需知識的意義建構，而教師（導師）也不再是知識的傳授者，而是課題的組織者、合作者、促進者。

三、CDIO教學模式在大學生科技創新中的應用

CDIO工程教學模式是由跨國研究組織經過不斷探索而創立的一種較為適合工程創新型人才培養的方式，在我國的教學改革中也起到了相當大的借鑒作用。[4]CDIO的基本指導思想就是建構主義，其中C代表構思（Conceive），D代表設計（Design），I代表實現（Implement），O代表運作（Operate），是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。[5] [6] [7]CDIO教學模式更注重學生在校期間的工程實踐教學活動，為學生提供真實的工程實踐環境，使學生能夠獲得對工程項目整個過程的全面認識。

CDIO教學模式使學生從理論走向實踐。面對實驗室中的一些實驗器件，不應該僅僅是固定在一個知識點，只知道如何連線，如何操作是遠遠不夠的[5]，應該使所學的知識，能夠真正應用到生活和工作中去，實現教、學、做的真正統一。只有為學生提供更多的動手與互相溝通的機會，才能使其具備更好的實踐能力，在日后的人際交往和團隊協作中，才能充分發揮自己的創新開發以及合作雙贏精神，從而培養出更富有自我思考能力的創新型應用人才。例如基于DSP的變電站電壓無功控制裝置就是在CDIO教學模式的理念下指導學生完成的，學生根據自己所學的專業知識，并結合工程實際，通過團隊協作，不斷地實驗調試，最終完成了裝置的設計、制作及試運行。圖4所示即為裝置樣機。

四、結束語

在大學生科技創新活動指導中，建構主義教學模式的應用偏向于理論研究型課題，而CDIO教學模式偏向于應用開發型課題。建構主義確保了CDIO教學模式實施的可能性，為CDIO提供了實施思路與方案。CDIO為工程應用型高校的大學生科技創新活動提供了教學典范，而它的教學方法是建立在建構主義的理論基礎上的。只有在充分認識建構主義的知識觀、學習觀及學生觀之后，才能更好地根據當前大學生科技創新的實際環境開展建構主義與CDIO模式的教學活動。

CDIO教學模式是建構主義的實踐成果，兩者之間密不可分，因此，建構主義與CDIO教學模式在工程應用型人才培養中發揮的作用是相輔相成、相得益彰的。兩者在當今教育界獲得了廣泛的認可，其嶄新的教育教學理念對現代教學改革起著諸多的積極作用，培養了更多與中國社會甚至是國際市場接軌的人才。

[ 注 釋 ]

[1] 李升，龔臻琰，孫愛兵.建構主義和CDIO教學模式的應用及比較分析[J].中國電力教育，2014（27）：25-26，34.

[2] 于佐東，黨承華，丁光彬.以建構主義的學習理論認識CDIO工程教育模式[J].中國電力教育，2012（4）：7-8.

[3] 何克抗.建構主義——革新傳統教學的理論基礎（上）[J].電化教育研究，1997（3）：3-9.

[4] 陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創新的啟示[J].中國高教研究，2006（11）：81-83.

[5] 李善壽.“CDIO”工程教學模式在實踐教學中的實施方法研究[J].重慶科技學院報（社會科學版），2010（20）：164-166.

[6] 徐懂理，韓笑.電氣工程專業實踐創新能力培養的實例[J].中國電力教育，2011（12）：140-141.

[7] 畢俊喜，王連波，王麗琴，等.基于CDIO教育模式的“數控技術”人才培養研究[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2013（3）：71-73.

[責任編輯：鐘 嵐]