基于CDIO 理念的大數據專業實踐類課程教學設計模式研究

莫禮平,周愷卿

（吉首大學信息科學與工程學院，吉首416000）

0 引言

現今世界，利用大數據技術打造指引行業發展的風向標，已成為各行業向智能經濟發展邁出的重要步伐。然而，當前大數據專業人才極其短缺。我校肩負著服務武陵山片區區域發展與扶貧攻堅國家戰略的使命，承擔著為西部地區培養優秀工程技術人才的重任。近年來，我校緊跟以人工智能、大數據技術為代表的新科技發展步伐，積極推進新工科建設，成為首批30所入圍數據中國“百校工程”項目建設院校之一[1]，新獲批的“數據科學與大數據技術”專業（以下簡稱大數據專業）于2018 年開始招生。如何根據時代需求辦好大數據新專業，以培養具有大數據思維、掌握大數據分析應用技術的高層次人才是我校面臨的一個新挑戰。大數據專業實踐類課程教學是體現該專業辦學質量和人才培養水平的重要標志。如何利用先進教學理念提高該類課程的教學質量和人才培養水平，是我校大數據專業建設過程中必須重視的問題。

本研究立足于我校大數據專業建設的實際需求，探究基于CDIO 理念的大數據專業實踐類課程教學設計模式。本研究的實施，將為我校創新型工程教育改革探索道路，不僅有利于提升我校大數據專業實踐類課程的教學質量，也將對其他工科課程教學改革起到一定的指導和借鑒作用。

1 CDIO工程教育模式的發展及內涵

上世紀80 年代起，工程人才短缺和高等院校工程教育低質量之間的矛盾日益突出，產業對工程教育改革的呼聲不斷高漲。1986 年，美國的工程教育學會、國家研究委員會和國家工程院等機構開始探索工程教育改革之路。2000 年，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機構，正式啟動CDIO 教育改革計劃，在廣泛調研和大量實踐研究的基礎上，制定了 CDIO 教學大綱[2]。2004 年，CDIO 工程教育模式創立，并開始向世界各國推廣。2005 年，瑞典國家高教署建立了CDIO 的12 條新標準，并將之用于對本國100個工程學位計劃進行評估[3]。迄今為止，包括麻省理工學院在內的丹麥、南非、法國、新加坡、中國等國家的幾十所世界著名大學加入了CDIO 國際組織。這些學校的多個工科院系在教學中借鑒和采納了CDIO 工程教育理念，取得了良好的效果。目前，CDIO 已成為國內外高校工程教育改革和培養體系制定等領域研究和實踐的熱點。實踐表明，CDIO 教育模式不但能提高學生團隊協作能力、綜合解決問題能力，而且在學生創新能力培養方面效果顯著。

據文獻[4-5]，CDIO 工程教育模式自2005 年開始引入我國。2006 年，汕頭大學成為中國高校中的首個CDIO 成員。2008 年12 月，教育部高教司理工處聯合汕頭大學主辦了CDIO 工程教育模式試點工作會議，成立“教育部CDIO 工程教育改革試點工作組”，確定了18 所高校及相關專業（機械類、電氣類、化工類、土木類）為國內首批CDIO 試點。工作組每年舉辦兩次全國性的會議，對CDIO 試點工作進行交流、研討和總結，并通過CDIO 培訓班為全國高校實施CDIO 教育培養骨干人才。2016 年1 月，“全國CDIO 工程教育聯盟”成立。至今已有100 余所高校加入聯盟。這些高校的部分工科專業采用CDIO 工程教育模式教學，培養出來的學生深受社會與企業歡迎。當前，在聯盟全體成員的共同努力下，我國高校積累了一系列改革經驗與成果，在基于CDIO 理念建立專業培養標準，構建一體化課程體系，實施基于項目∕問題、探究式等主動教與學方法等方面都取得了顯著進步，有效推進了CDIO 的本土化與再創新。近年來，國內CDIO 的研究趨勢從CDIO 教育模式、教學體系等宏觀的主題向具體的課程教學改革、課程建設等更深更細的方向發展，諸多教師在教學實踐中嘗試了采用CDIO 理念進行課程教學改革的研究與探索[6-10]。

CDIO 工程教育模式是國際創新型工程教育改革的最新成果，體現了系統性、科學性和先進性的統一，代表了當代工程教育的發展趨勢。該模式以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行工程學習。CDIO 的4 個字母代表 Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現）和Operate（運作）四個單詞。CDIO 主要包括三個核心文件[11]：1 個愿景、1 個大綱和 12 條標準。CDIO 愿景提供了一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的“構思-設計-實現-運行”的CDIO過程背景環境基礎上的工程教育。CDIO 大綱從技術知識和推理能力、個人職業技能和職業道德、人際交往技能、企業和社會的構思-設計-實施-運行（CDIO）系統四個方面，以逐級細化的方式，將工程師需具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO 全過程能力表達出來，要求用綜合的培養方式使學生在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面達到預定目標。CDIO 的12 條標準[12]涉及到專業哲學（標準1）、課程計劃開發（標準2-4）、設計實現經驗和實踐場所（標準5-6）、教與學的方法（標準7-8）、教師發展（標準9-10）、學生考核與專業評估（標準11-12），回答了工程教育“如何培養人”的問題，使得工程教育改革變得具體化、可操作和可測量，能夠對整個教育模式的實施和檢驗起到系統全面的指引作用，對學生的學和教師的教都具有重要指導意義。

2 CDIO理念下大數據專業實踐類課程教學設計的思路與策略

2.1 設計思路

大數據專業實踐類課程教學是培養學生運用理論知識、科學方法和技術技能去解決大數據工程實際問題并進行科技創新的實踐能力的重要環節。目前，我校大數據專業實踐類課程教學組織方式通常以項目為單位設計，重視對學生解決實際問題（主要是項目涉及到的具體問題）的能力，但不關注學生在整個項目周期中知識、能力、態度等的變化情況，無法全面覆蓋技術性與非技術性能力的培養目標。

CDIO 理念要求培養出來的學生必須在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面都達到預定目標。CDIO 教育模式強調一體化與參與性，促使學生在項目研發到項目運行的整個項目周期中進行鍛煉與思考，課程教學不僅要關注學生學到的學科知識，更要關注學生能力、素質的提升情況。顯然，CDIO 理念下大數據專業實踐類課程教學設計應強調“知識與能力”并重，緊扣CDIO 大綱和CDIO 標準，進行教學大綱和教學組織方式的設計，并設置以“學習評估為中心”的多樣化考核方式。

2.2 設計策略

教學大綱方面，本研究嘗試結合大數據類專業培養目標，依據CDIO 大綱，對大數據專業實踐類課程教學大綱進行設計：依據CDIO 大綱的主題和條目組織課程大綱結構，并明確描述與期望能力要求相對應的課程學習目標。

教學組織方式方面，本研究嘗試在大數據專業實踐類課程教學中以“做中學”為依托，將整個課程教學安排以項目為載體，針對每個項目為學生提供“構思-設計-實施-運行”的流程，并將實踐所需知識、能力、素質等培養目標圍繞項目這個核心融入教學實踐中，讓學生的整個學習過程變成對一個個項目的完整實踐過程。

教學考核方面，本研究嘗試匹配CDIO 大綱的能力目標，具體根據課程概念及原理性知識的理解、技能掌握、設計—實現經驗獲取、分析及解決問題能力、交流表達能力和綜合實踐能力等類別的學習效果的評估需要，在大數據專業實踐類課程教學考核方式設置時，對不同類別的學習效果設計不同的考核方式。

3 CDIO理念下的大數據專業實踐類課程教學設計模式

3.1 教學大綱框架設計

基于CDIO 理念的教學大綱需要對融合了知識、能力、態度的學習效果進行準確描述，并清晰指明該課程整體及每一節課對學生所需學習的內容和所需掌握的能力要求。依據CDIO 大綱中關于個人能力、職業素養等方面的培養要求，本研究將大數據專業實踐類課程教學大綱框架設計為如表1 形式。

3.2 教學組織方式設計

如何在實踐教學組織中體現CDIO 教育理念是實施CDIO 教學的基礎[13]。本研究基于CDIO 理念將大數據專業實踐類課程教學組織方式設計為如圖1 所示的“理論講授-任務布置-項目構思-項目設計-項目實施-項目運行”六個環節構成的有機體。讓學生在參與項目的構思、設計、實施、運行這四個環節的活動中逐漸形成較完整的系統思維。

表1 大數據專業實踐類課程教學大綱框架

圖1 實踐類課程教學組織方式示意圖

3.3 考核方式設置

CDIO 理念下的教學是師生共同學習的過程，要求以“學”為中心進行評估，教學與考核相互聯系，考核用來促進和診斷教學和學習。為了評估課程教學所培養學生的能力能否達到CDIO 大綱要求的預定目標，需要從不同方面檢驗學生的學習效果。為此，本研究根據不同類別的學習效果評估的需要，以過程性考查為重點，設置不同的考核方式如表2 所示。

表2 大數據專業實踐類課程教學考核方式設置

上述各類考核方式可綜合應用于專業實踐類課程教學的整個過程。為確保評估的可靠性和有效性，可在不同階段選擇一種或多種考核方式對不同類別的學習效果進行評估。

4 結語

我國目前設有大數據專業的高校為數不多，并且都是近幾年才開始招生。各個學校的大數據專業辦學經驗還在逐步積累中，大數據專業實踐類課程教學模式和教學方法尚在不斷探索中。至今，國內外關于CDIO 理念的大數據專業實踐類課程教學相關研究工作鮮見報道。我們基于CDIO 理念，從教學大綱框架設計、教學組織方式設計、考核方式設置等方面進行探索，面向我校大數據專業實踐類課程提出了一種新的教學設計模式。該模式將用于我校2018 級（首屆）大數據專業的實踐類課程教學設計中。下一步，我們將結合該模式的實際應用情況對其做進一步的改進和優化研究。