中職創客教育CDIO工程教育模式創新及實踐探索

摘 要：CDIO工程教育模式在國內諸多高校實施多年，產生了一定的成效，但在創客教育實踐中也出現了一些新的問題。文章通過闡述CDIO、“Q-CDIO-S”的涵義及特點，強調問題意識與分享能力的培養，結合名師創客工作室“DIY越野車”實踐案例，實施“問題—構思—設計—實現—運行—分享”流程，探索應用策略。實踐證明，“Q-CDIO-S”工程教育創新模式更有利于中職生創新人才的培養，值得在中職創客教育及其他教育項目中推廣。

關鍵詞：創客教育;CDIO;Q-CDIO-S;模式創新;實踐案例;策略

中圖分類號：G434 ? ? ? 文獻標志碼：B ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）12-0031-04

近年來，我校依托名師工作室創建基于“老師帶著學生玩（Teachers & Students）”教育理念的創客中心。在創客教育中發現，大多數中職學生的學習是被動的，缺少問題意識及分享展示的能力，甚至懶于創新思考，較難獨立完成一個項目的制作?；诖?，為適應新時代下對創新型人才培養的要求，加強對中職學生的職業能力和素養培育，結合我?！秳摽涂臻g與名師工作室融合建設的實踐研究》課題研究，在CDIO基礎上提出了“Q-CDIO-S”工程教育創新模式。通過建立運行機制，名師引領，以項目為載體，實施“Q-CDIO-S”工程教育培養人才創新模式[1]。各工作室在此模式背景下，進行了理論和實踐教學方面的大膽改革和實踐，取得了不錯的成效。

一、CDIO工程教育模式創新

1.CDIO的涵義

CDIO工程教育模式，是由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究團隊創建的，目前已在國內諸多工程類高校中實踐多年并取得了一定成效。

CDIO是Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現）、Operate（運作）四個英語詞匯的縮寫。[2]它以產品研發到產品運轉的生命周期為載體，讓學生以實踐的、主動的、課程之間有機聯系的方式學習工程，其能力結構如圖1所示。

2.“Q-CDIO-S”的涵義

根據典型的工程項目的一般實施流程，應從“需求”出發，經過“調查”“規劃”“建設”“操作”，到工程“驗收”，如圖2所示。[3]

“Q-CDIO-S”與工程實施流程各個階段所對應的關系，如表1所示。“Q-CDIO-S”工程教育模式，即在CDIO工程教育模式的基礎上，增加“Q-Question”（問題或需求）和“S-Share”（分享）兩個環節，強調問題意識和分享體驗，完善人才培養的一種創新工程教育模式。應用于人才教育培養目標時，更有利于培養學生的問題意識、創新意識、團隊意識、交流能力和實踐能力。其能力結構如圖3所示。

3.“Q-CDIO-S”工程教育創新模式運作流程

基于工程項目運作時，根據項目風險評估情況引出的調查，需要調整設計方案，甚至在實施建設及操作流程階段出現問題時重新設計規劃。同樣，在“Q-CDIO-S”實施中進行構思（C）、設計（D）、實現（I）、運作（O）、分享（S）的流程時，每個流程的方案并不是確定不變的，而是在運行至下一個流程時適時反饋至前一流程，并調整前一流程方案。如在“設計”時發現問題，調整“構想”方案;在“運作”時發現問題，調整“構思—設計—實現”方案?！癚-CDIO-S”運作流程如圖4所示。

此流程拓展與完善了CDIO工程教育模式，強調了學生問題意識與分享能力的培養，并將模式運作過程構成閉環系統，各環節之間的聯系更密切，體現了工程項目實踐的反復性、真實性、關聯性，確保更好地輸出項目成果。[4]

二、“Q-CDIO-S”工程教育創新模式的實踐探索

2016年以來，學校先后投入100萬元，創建以中職專業為基礎的“創客中心”基地，設立7大主題的工作室，分別是：項目化教學及項目展示中心、機械電子產品研發中心、動漫與廣告制作中心、微影視制作中心、泥塑木雕工作坊、電商運營中心、手工藝品制作室。每個工作室由1位名師主持人、3—5位學科導師、8—10位學生成員組成。近年來，學校積極探索運行機制，開展以項目為載體的活動，廣泛實施“Q-CDIO-S”工程教育創新模式，[5]通過研究實踐案例，深入落實操作“Q-CDIO-S”流程，并提出實施策略。

1.實踐案例

本文以“機械電子產品研發中心”名師創客工作室為例，打造“以培養師生創新創業創客精神為目標，以3D建模及打印、創意機器人、機械電子產品制作與研發、家電維修服務等項目為載體，致力于骨干教師培養、社區與企業服務、學生專業成長”的學習共同體，并依托工作室運行機制開發與實施課程、項目，開展探索“Q-CDIO-S”工程教育模式實踐。下面，筆者以“DIY越野車”制造項目為例進行具體介紹，項目設計與工程教育模式對應如表2所示。[6]

（1）問題或需求（Question）

在機械電子產品研發中心征集“創新創意創客問題”案例中，有團隊成員勇敢地提出要自己制造一輛“越野車”的需求。越野車是大多數年輕人感興趣的項目，學生負責人劉國勝談及為何有制造越野車的想法時，直言不諱地說道：“我看到家鄉楠溪江畔灘林上越野車越野時，那感覺簡直太酷了。如果能坐上自己‘制造的越野車，真的是夢寐以求的機會！”

為了鼓勵學生勇敢地提出需求，導師們肯定了學生的想法，并通過“頭腦風暴”討論“設計什么樣的越野車”，進一步提出“創新點”設計要求。

（2）構思（Conceive）

有了設計要求之后，通過查找相關資料，調查論證，擬定方案，并向工作室和學校申請項目申報書。內容涉及越野車的規格、功能、技術路線、材料、市場定位及經費等方面，確立項目方案。這是“DIY越野車”產品設計中最重要的一環，并把方案的構思設計納入考核內容，讓學生充分經歷“需求分析、問卷調查、數據收集”等活動，使產品創意設計具有實際應用價值與現實意義。

在此過程中，教師為學生提供一些必要的指導，如產品設計的方向、類似案例，指導學生擬定計劃，撰寫申報方案，做好經費預算。

（3）設計（Design）

申報方案通過后，在基本的需求定位和構思設計的基礎上，進行第一步“基本參數”的設定，包括了越野車的尺寸大小、基本功能、外觀設計等具體的參數，同時確認材料清單交學校相關部門申購。

然后進行第二步“繪制草圖”的設計。繪制草圖，才有了創意設計藍本，團隊才可以嚴格按照圖紙進行越野車設計，這也是工程“實現”的基礎。雖然團隊中沒有學習專業設計的成員，但仍然通過分工由某成員邊學邊繪制產品草圖，把團隊的創意想法表達出來，通過多次討論修正后，標出具體數據。草圖方案涉及的可能是多個學科領域的知識，例如機械、電子、數學、焊接技術等學科領域知識，因此需要團隊合作。

在這個設計過程中，成員發現了一些問題或不足，需要調整原來的構想方案，并重新設計。如車身軸尺寸大小、底板厚度選擇等，多次征求教師、修車店師傅的意見后，修改方案。同時，導師們參與研究與討論“設計方案”的科學性與合理性。

（4）實現（Implement）

實現，即制造產品的實踐操作。參照“草圖設計”，通過材料購買、切割、車身搭建、焊接、組裝等環節，實現“越野車”的制造。其中“切割”“焊接”等關鍵技術，需要“學中做，做中學”，更需要團隊合作。這一過程時間長、工作量大，學生需要充分利用課余時間，但又要求在規定的時間內完成任務。

在搭建過程中，每完成一個小任務，需要進行小測試，若在測試過程中發現系統的漏洞與缺陷，立即找出改進的辦法與措施，甚至反饋至前面的流程，修改原“構想”“設計”方案，直至最終完成整個產品的制造與測試。

在此過程中，教師一方面在學生遇到困難時，給學生提供越野車的相關資料，如“切割”“氬弧焊”操作視頻等教學資源，供學生自主探究學習，嘗試操作;另一方面，教師也經常會參與關鍵操作步驟過程的現場制作與指導。

（5）運作（Operate）

運作，即項目產品制造完成之后，進行產品的“試運行”，即產品孵化和安排適當的場合模擬路演?！爱a品孵化”是一個產品開發的最后階段，同時是一個產品由概念轉化為商品的重要過程;而“路演”是指在公共場所、活動現場進行產品演示、演說、推銷，并推廣自己產品的一種方式。

通過產品運作環節，學生參與創新產品“路演”的過程，聽取他人意見建議或評價與認可，有利于進一步地優化與改進產品。經歷產品“運作”流程，也是產品向社會輻射的過程，培養了學生的交流能力，同時拓寬了他們的視野。

（6）分享（Share）

完成整個項目制造后，提供團隊展示平臺與機會，團隊各成員分享自己的收獲與體會。其內容可以是項目來源、制作過程、創新功能及遇到的困難和解決問題的策略，最終收獲成功的喜悅與感悟。分享活動，對他人是一種成果輻射，對團隊成員自身更是一種成長的歷煉。學會分享是一種職業素養和社會能力。

2.“Q-CDIO-S”實施策略

（1）師徒結對，團隊合作

中職生年齡偏小，心智不夠成熟，需要通過師徒結對，引領成長;同時，一個項目完成往往需要的工作量較大，甚至涉及不同學科知識，故團隊分工合作是成功的重要基礎。根據學科特長、自愿為原則組建師生合作團隊，在“Q-CDIO-S”工程教育模式實施流程中，師生共同研究、共同成長。

（2）手腦并用，做學合一

以項目為載體，強調“手腦并用，做學合一”的策略，體現“做中學，學中做”的教學理念。實踐中遇到新問題時，導師適時引導學生學會學習，甚至于跨界學習。通過自主探究、邊學邊做，解決新問題、鍛煉新技能，體驗更加深刻。

（3）創新評價，激發熱情

項目考核評價的主要目的不再是選拔或甄別學生，而在于要激發學生的學習熱情，充分挖掘潛能，發揮其個性和創新能力，促進其自信心和技能持續發展。建立“Q-CDIO-S”考核評價標準，以過程性評價為主、終結性目標評價為輔，創新評價方式與內容。“Q-CDIO-S”項目實施評價如表3所示。

評價類別分為項目執行中的表現、項目制作過程、成果評價等，評價內容豐富，體現綜合素養;評價方式多樣，體現多元、公平、合理;建議權重分配規避結果性決定因素，趨向過程性評價，體現均衡化、合理化。[7]

三、“Q-CDIO-S”工程教育模式實施成果與成效

依托學校創客中心，實施“Q-CDIO-S”流程，創新人才培養模式。三年來，收獲了大批相關成果，培養了師生骨干團隊。

1.孵化了大批成果

基于工作室以項目為載體的“Q-CDIO-S”工程教育模式實踐，豐富了題材，激勵了一大批教師和學生在各級各類技能大賽、專項評比中獲獎。成果形式有案例、課例、選修課、創客作品、課件、論文、課題、發明專利、教材、學術專著及各類榮譽等， 2016—2019年各工作室導師榮獲成果統計如表4所示。多種成果形式全方位破解了教育教學實踐中的難題，增強了師生教育科研能力，提升了師生核心素養。

2.培養了一批“鐵桿式”的創客

基于各工作室招收成員“雙向選擇”的原則，每一位學生成員憑借興趣加入團隊，并簽訂師徒結對協議，跟著導師“玩中學，做中學”。在“Q-CDIO-S”工程教育模式的實踐中，學生全程參與項目的“問題—構思—設計—實現—運行—分享”實施過程，不僅熟悉了項目實施的基本流程，培養了學生的實踐能力、創新能力，更激發了他們的學習熱情和創作靈感，培養了一批“鐵桿式”的創客，成為學校創客空間獨當一面的“新一代導師”。其中，15機電班的劉國勝同學在教師的指導下，帶領學生團隊，從零開始、從無到有，一個零件一個零件地造出了一輛功能齊全的“越野車”。旅游專業的張麗娜同學借助創客中心的平臺學習服裝扎染，成績出眾，即將留校任教，成為學校創客空間的“新一代導師”。

3.成長了一支創客導師團隊

基于各空間的名師肩負著團隊建設的重任，一大批具有進取意識和培養潛質的教師進入名師工作室（創客中心）學習和研究。不同學科特長的導師們，通過取長補短、團隊合作、互助學習、共同進步;倡導名師領跑，創客項目跟進，依托“Q-CDIO-S”人才培養模式，在課堂教學上凝練特色，課題研究上多出成果，管理崗位上沉淀經驗，造就了一批創客導師團隊。[8]

四、結束語

CDIO工程教育模式是國際公認并被實踐證明了的人才培養模式，在我校創客中心建設與運行中實施并大膽地拓展創新，形成了“Q-CDIO-S”工程教育創新模式，拓展與完善了工程教育流程，創新了人才培養模式。在“大眾創新、萬眾創業”的背景下，為創新實訓、促進專業發展搭建了平臺，旨在更好地為社會培養創新型人才，適應未來人才市場需求。我們將繼續在創新創業創客等項目中應用與研究，并在選修課、專業課中嘗試探索，不斷拓展與深化。

參考文獻：

[1]戴建法.中職名師工作室與創客空間融合建設的實踐研究[J].中國教育信息化，2019（12）：19-22.

[2]康全禮，丁飛己.中國CDIO工程教育模式研究的回顧與反思[J].高等工程教育研究，2016（4）：40-46.

[3]林菲，孫勇.基于CDIO工程教育模式的Web開發課程教學改革[J].中國教育信息化，2012（3）：72-74.

[4]陳春林，朱張青.基于CDIO教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現代化，2010（1）：30-33+71.

[5]戴建法.職業院?！懊麕焺摽凸ぷ魇摇敝黧w功能設置創新——以“機械電子產品研發中心”為例[J].唯實（現代管理），2017（9）：31-33.

[6]梁錦明.3D創意設計課程的開發與實施——基于CDIO工程教育模式[J].中小學信息技術教育，2017（1）：65-67.

[7]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）：1-6+9.

[8]王壽斌，單強.基于CDIO的高職生校內崗位實習模式[J].高等工程教育研究，2012（4）：126-129.

（編輯：李曉萍）