基于CDIO教育理念的應用型本科大學實踐教學體系的構建

薛永兵　趙風琴　劉振民

[摘 要]基于CDIO教育理念，以社會發展對人才的要求為背景，以培養大學生的創新實踐能力為目標，太原科技大學構建了基于能力培養的實踐教學體系。其具體表現為：以注重理論基礎、強化綜合訓練、培養創新能力為原則，通過培養學生的實驗動手能力、工程設計能力、專業實踐能力、科學研究能力，鍛煉學生的創新思維、團隊合作，提升大學生的工程應用能力。

[關鍵詞]CDIO教育理念;實踐教學;工程應用

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）10-0176-04

中國發展正面臨著動力轉換、方式轉換、結構調整的繁重任務，建設創新型國家和世界科技強國，是中國發展的迫切要求和必由之路。培養具有創新能力和實踐能力的高素質工程技術人才是高校人才培養的主要目標。創新意識、創新精神與創新能力是高等教育質量的核心要素。而實踐教學是應用型人才培養的基礎，是理論聯系實際的主要教學環節，是高等教育中不可缺少和重要的教學環節和教學手段。實踐教學不僅能夠使學生更好地掌握知識，更重要的是能培養學生創新和實踐能力，因此，要盡快培養出能夠適應時代發展的高科技和高技術人才，應該先從實踐教學入手，轉變教學理念，深化、強化實踐教學。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。它不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是它還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。因此實施CDIO教育模式成為當前教學改革的重要方向之一。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它是讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習的系統工程。CDIO培養大綱將工程畢業生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四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。因此構建基于CDIO教育理念下的實踐教學培養方式是至關重要的。基于這種理念，我院在培養方案上充分體現了21世紀對創新人才的培養，并在實踐教學上進行了一些研究與實踐。

一、實踐教學的現狀及改革的意義

目前雖然CDIO的教育理念已經深入大部分高校，實踐教學在CDIO 教育理念的指導下已進行了大力變革，而且在教學環節和培養方案上已充分體現出來，并且也顯現出了改革的效果，但是受長期觀念的影響、實踐教學師資力量的缺乏、實踐教學環境和經費等的影響，實踐教學的質量并沒有達到預期的效果。實踐教學內容和體系雖然已經改革更新，但長期以來，實踐教學的內容還是流于形式，大多數高校的實踐教學項目仍附屬于理論教學，課程設置和教學內容滯后于科技發展的前沿，盡管近幾年來課程設計上有所改觀，但實際效果還是受傳統教育的影響。

實踐教學的模式還有待于我們進一步研究，例如學生對實驗課的目的不明確，對將來從事的職業的幫助以及實驗課要達到什么水平都存在盲目性，只是盲目地聽從教師的安排，完成教師要求的實驗報告就算結束，這樣會使一部分學生失去實驗的興趣。因此我們在實驗教學模式上需要探討，讓實驗教學起到真正的效果。其次目前我們雖然增加了實踐教學的內容，但受傳統教育觀念和考核方法的影響，實踐教學仍主要采用驗證演示性教學方法，學生的創新思維以及主觀能動性并沒有開發，雖然已經加大了非智力因素的考核范圍，但對于大部分的學生來說，還是未能真正發揮其作用。

深入分析學生的就業情況以及用人單位的人才需求，我們會發現我們的教學與實際是脫節的，知識是落后的，學生畢業之后還需要用人單位做短期培訓才能上崗。因此，我們在人才培養理念上要做到真正的改變，明確我們的人才培養目標，要和生產實際接軌，和社會接軌，把大學辦學變得更開放。大學是培養和輸送人才的地方，不會有應試教育的弊端，因此只要我們能真正改變教育理念，更深刻地思考實踐教學體系，更新和加大實踐訓練內容，強化工程教育理念，以“項目實現”為教育載體，堅持走產、學、研、用相結合的發展之路，才能真正實現培養具有“創新、創業、創造”能力的高素質人才的培養目標。

二、基于CDIO教育理念的實踐教學體系的構建

按照CDIO工程教育理念，教育過程要以學生為主體，以項目為載體，強調學生能力的培養。實踐教學應融合教學演示、實驗、實訓、實習、科研及技術服務等功能于一體，引導學生主動學習，以培養學生的實踐和創新能力為目標。為此我院從校內實驗發展到校外實習，從單一實習擴大到多樣實習，從認知實習到就業實習，形成實驗教學、課程設計、認知實習、生產實習、畢業實習、畢業設計的實踐教學鏈，并且重新修改培養方案。以化工實踐教學為例，在原來以實驗教學為主的基礎上，增加了實訓和創新教育的內容，其內容主要包括化工實訓、化工仿真、化工原理實驗、化工實習、課程設計、專業綜合實驗、畢業設計、設立大學生導師制、大學生創新、創業項目以及創新大賽。在此基礎上構建了課程教學演示、基礎實驗、綜合實踐、科研創新及項目研發5個層次的化工實踐教學體系平臺。為了實踐教學的有效開展，我院近幾年大力擴大實驗室規模，引進先進的實驗設備，開放實驗時間，引進了化工仿真教學和一些教學演示軟件，這些軟硬件設備的配置是實踐教學的基礎保障。為了確保實踐教學的大力開展，我院根據實踐教學模式的選擇將實踐教學體系分為基礎教學型、綜合實訓實踐型、創新研究型，并請具有豐富經驗的企業專家和高校教師一起制定課程體系、教學內容和具體實施方案，以大力培養學生的實踐能力、應用能力和創新能力。

（一）基礎實踐教學型

基礎實踐教學型包括課堂教學演示、仿真操作、實驗教學。

教學演示是使用多媒體素材庫以及實驗仿真以真實直觀的仿真界面和豐富的資料展示實際過程，通過演示能加深學生對概念的理解和鞏固知識，教師能夠向學生提供詳盡、豐富、直觀、準確的數據資料，演示的有效性和靈活性也有助于加強演示的說服力，讓學生順利理解所學知識，提高學生的學習興趣。但是教學演示的實際效果歸根結底還是取決于教師的素質，同樣的教學內容、同樣的演示軟件，不同的教師來演示就會有不同的效果，因此教師的因素還是主要的，教學設備和軟件只是起到輔助作用。在教學演示過程中，學生是主體，教師起主導作用。演示之前要讓學生明確演示的目的，演示過程節奏要慢，中間可以引入討論環節，圍繞項目展開討論，并通過教學演示驗證學生預測的結果，這樣不僅能夠加深學生對知識的理解，更重要的是讓學生能真正體會到自己的主體地位，培養和鍛煉學生的分析能力、綜合能力、團結協作能力及創新能力，以及鼓勵學生自主創新，積極參加創新與設計競賽，培養學生的科研意識。

3D虛擬現實仿真教學可以在計算機上真實地再現生產過程，仿真操作是在學生掌握基礎知識、工藝流程、操作步驟的基礎上，模擬生產過程的流程，親自操作實踐，以彌補傳統實習無法親自操作的不足。教師還可以通過互聯網修改和觀摩學生仿真操作情況。因此學院引進這些高端的設備和軟件為開拓學生的視野，增加學生的知識面和培養學生的實踐和創新能力，提供了充分的條件。

CDIO的工程教育理念是“做中學”。專業課程實驗是培養學生的基本技能，掌握基本知識以及發現創新的主要實踐教學環節。它是為了培養學生的動手能力和工程應用能力，從而形成從基礎到專業，再到綜合設計，最后到工程的遞進模式。因此，我院申請成立了省級的實驗教學示范中心，增加實驗課時，實驗課程嚴格按照教學計劃執行，實驗過程中教師從輔導的角色轉化為引導的角色，引導學生獨立思考和設計實驗過程，以提高學生的開發創造能力。同時，還整合實驗內容，將實驗教學模塊化，制定教學目標，全面開放實驗室，并以競賽為載體，加強理論與實踐相結合，指定大學生的專業導師，讓學生參與教師的科研項目，激發學生實驗的積極性和強化實驗教學的目的性。將實驗教學層次化，將實驗課分為基礎知識實驗、專業技能實驗和創新研究設計實驗，并且采用開放靈活、自主選題的實驗課教學模式，以確保不同層次、不同興趣的學生都能得到最佳的技能訓練;在此基礎上，還修改了考核內容和評價體系，課程評價分幾個模塊和層次考核，這樣可以充分調動學生的專業學習積極性，全面客觀地評價學生的專業知識掌握水平以及學生的工程應用能力，從而更能提高學生的主觀能動性。

（二）綜合實訓實踐型

綜合實訓型包括實習、建立綜合實訓項目、建立實驗基地等。CDIO以培養學生的工程實踐能力為目的，為此我院改變傳統實習單純參觀或簡單操作的實習內容，增加了設計、測試和答辯等項目，這樣能夠更有效地幫助學生掌握基本理論，樹立工程實踐概念，提高學習的興趣。學院除在校內開展實踐外，同時還要依靠社會資源充實辦學內容，充分利用高校與企業、科研單位等在人才培養方面的各自優勢，把學校教育與生產、科研實踐有機地結合起來。與設計院、企業等單位廣泛開展協作關系，為學生提供實習、實踐、認知等工程實踐的機會，使學生在自主、動手、綜合、實驗和創新能力等方面得到了一定的鍛煉。例如我院與山西新天源有限公司、山西晉煤集團公司、山西太化集團公司、山西太原化工研究所等幾個大中型企業建立了校企聯合培養實訓基地。校企合作及企業的參與是真正實現CDIO工程教育模式的關鍵途徑，學校可以給企業解決一些理論上的問題，企業可以為學校提供開展實踐教學和科研生產項目，為學校提供實踐實訓的平臺，同時還可以為學校解決就業問題，而學校可以為企業培養和輸送人才。在互利互惠的基礎上，加大企業與高校人才培養合作的步伐，可以促進企業工程技術人員和教師相互交流學習，共同制定可行的實踐計劃和指導學生完成項目案例，保障實踐教學的實施。

（三）創新研究型

大學應鼓勵創新，一方面通過創新取得研究突破，另一方面在創新和研究活動中培養具有創新精神的人才。CDIO倡導“基于項目的研究與學習”，以“項目完成”為載體。創新研究型主要包括課程設計、大學生創新大賽、大學生創新項目以及參與教師科研等。畢業設計或畢業論文選題要盡可能緊密結合本專業的工程實際問題，使學生能夠在解決實際問題的過程中學會應用所學知識，同時考慮經濟、環境、倫理等各種制約因素，在學生的畢業設計或畢業論文過程中突出設計和綜合訓練;還要注意培養學生的工程意識、獨立解決問題能力和協作精神，尤其要培養學生的創新意識和能力，鼓勵新思想、新改進、新發現。對畢業設計或畢業論文的考核應有企業專家參與，同時還引入了產學研的實踐教學環節。例如我院與山西新天源有限公司有限公司簽署了產學研合作協議，學校可以為企業提供技術咨詢和優質服務，并且將科技成果、專利、知識產權優先轉讓給企業，企業盡可能地幫助學校培訓年輕教師，為學生提供實習機會，或為學生安排參加企業科研、設計、生產等實踐活動，以培養學生綜合運用書本知識解決實際問題的能力。因為有這些基礎，該公司每年接收很多大學生來就業。

近年來學院還積極鼓勵學生參加一些大學生創新大賽和申報一些大學生創新、創業項目，學生通過參加項目設計和競賽，為后續的專業課程設計和畢業設計等實踐環節打下了良好的基礎，同時也培養了學生的科研意識和科研習慣，培養了他們的團隊合作精神，更重要的是學生競賽獲得的成績也為自己將來的就業增加了更多的機會。每年我院學生都能獲得十余項國家級競賽獎，如我院學生參加大學生化工設計競賽，連續幾年獲得全國一等獎。

我院還引入了科研導師制，從大學三年級開始，讓本科生逐步融入教師科研團隊中，由不同研究方向的教師，根據自己的科研項目提出科研小課題;學生根據自己的興趣和特長選擇課題，將本科生導師制和創新教育有機結合起來。在整個教學過程中教師一直采用引導的教學方法，讓學生獨立思考，以提高學生的創造能力。

三、實踐教學能夠有效實施的保障性建設

（一）實踐教學服務平臺的構建

學校要強化網絡化的實驗教學平臺，激發學生的實驗興趣，調動學生積極性和主動性，綜合評定學生實驗成績，引導學生理論知識、實踐能力和科研素質協調發展。全面提升學生實踐能力，確保實現本科層次應用型人才培養目標實現的可能性。

要請具有豐富經驗的企業專家和高校教師一起制定課程體系、教學內容和具體實施方案，注重理論與實踐相結合、學校培養與行業培養相結合、縮短畢業生與社會的“磨合期”，真正實現與社會需求的“零距離”培養。

增加討論課、仿真操作及項目設計等考核的內容，卷面成績占50%，閉卷成績的弱化能夠更全面、更準確地考核學生的真正水平，也給學生更多提升成績的機會，增加學生學習的自信心，避免一次卷面成績定結論的弊端。

（二）實踐教學保障體制的構建

校企合作雖然是一個很好的思路，但是不少企業把接納學生當作負擔，并不希望學生去實習或訓練，而學校也難以承受企業的收費和學生的差旅費等，因此筆者認為要解決工程類學生的工程實踐和素質教育問題，國家應該對具有一定規模的企業制定相應的法規，使我國的高等工程教育逐漸形成國家、高校、社會、教師、學生五位一體的人才培養體系。實踐能力差、創新能力不足、未能與國際接軌是我國當前工程教育面臨的三個基本問題，因此培養出來的學生與當前人才的需求有一定的差距，所以畢業后難以適應WTO條件下的市場環境。要解決這些問題，需要國家、社會、高校、教師、學生等各方面的共同努力，需要轉變教育思想觀念、改革人才培養模式、調整教學內容體系、更新教學方法等。我國高等工程教育要從大國走向強國，必須要盡快解決這些問題，而且人才培養模式應該是我們今后研究和實踐的重要核心課題。

（三）實踐教學管理體制的完善

為了進一步深化強化實踐教學，學院要進一步明確培養目標，逐步形成科學合理的培養方案，在突出素質教育的同時，積極開辟培養學生全面發展的第二課堂，盡可能地為學生提供直接參加科研、設計、生產等實踐活動，培養學生綜合運用書本知識解決實際問題的能力。在資金和教師配備上要確保實踐教學環節、強化工程應用和突出工程設計能力的培養，并且還要嘗試建立核心課程考核制度的改革，嘗試實踐教學管理制度的改革。美國工程與技術鑒定委員會（ABET）認證要求工程領域類專業必須保證學生畢業后具備的能力，同時也給我們的大學教育事業指明了方向，我們高等教育應本著“以學生為中心”和“以創新性人才為培養目標”，不斷摸索、不斷改進、不斷探討，相信中國的高等教育會很快與國際接軌。

四、結束

CDIO教育理念是讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習的系統工程，本文在CDIO 教育理念的指導下，并結合我院的人才培養和實踐教學的實際情況，研究了實踐教學的現狀及改革的意義，討論了實踐教學體系的構建和實踐教學能夠有效實施的保障性建設。雖然工程實踐教學體系已日益完善并取得了一些成效，但是由于各種原因，實踐教學模式的實施并沒能有效落實。希望在今后的實踐教學過程中不斷深化CDIO工程教育理念，努力為學生創建實踐教學基地，為學生創造各種實踐教學平臺和實踐機會，注重學生實踐技能的培養，提高學生的主動參與性，鼓勵學生發明創造，培養學生的創新思維和創新能力。為實現我國高等教育創新型人才的培養目標， 我們還應該在激發大學生創新動力的機制建設方面繼續做進一步的探討和研究。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李建軍，張永強.基于CDIO教育理念的化工實踐教學體系的構與探討[J].教學研究，2016（11）：97-100.

[2] 趙樹恩，李玉玲.基于CDIO教育理念的工程實踐教學模式研與探索[J].重慶交通大學學報，2012（10）：120-122.

[3] 呂曉蘭，左敬龍.基于協同創新的自主遞進式實踐教學模式研究[J].高教學刊，2017（7）：16-18.

[4] 宋建爭，李建軍，張永強.化工虛擬仿真實驗教學探索與實踐[J].教學研究，2014（3）：107-109.

[5] 郭兵兵，吳金剛.采礦工程實踐教學模式改革與實踐[J].中國地質教育，2017（1）：61-63.

[責任編輯：劉鳳華]