新工科背景下CDIO工程教育模式的創新實踐

蔡妍娜

摘要：緊跟人才需求動態，探索新工科背景下CDIO教學模式的創新實踐。針對目前職業學校工科專業教學存在的問題，圍繞項目主線，從突出能力培養、完善課程內容、優選教學方法和改進評價手段等幾個方面著手，提出了加強學科融合、組建學習共同體等創新措施，并開展了實踐應用，有效提升了學生的工程實踐能力和綜合創新能力，滿足社會對工程技術人才的新需求。

關鍵詞：“新工科”教育發展模式;加強學科融合;CDIO工程教育模式;組建學習共同體

工程教育支撐著產業的發展，傳統的工程技術人才培養方式已經不能滿足產業發展趨勢。國家教育部于2017年發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》[1]，基于國際競爭新需求提出了“新工科”教育發展模式，明確了我國工程教育改革方向，新工科建設正式走入實踐。新工科對人工智能、云計算等新興產業提出人才需求，同時推動電子信息類等傳統工科專業的創新升級，因其新興、新型的特征，更強調學科的交叉融合、創新引領與跨界整合，推動創新驅動發展。

隨著信息技術的發展，教育對象及學習模式在悄然變化，而新工科的人才培養目標突破了傳統的對理論知識和專業技能的要求，更強調了實踐能力、創新能力、學習能力等綜合特征。開展“互聯網+教育”背景下的課程創新，尊重學生個性差異，變革理念、調制結構、著力教學模式創新研究，是提升教育教學質量，使用產業革命，培養具備創新創業能力的新型工程科技人才的關鍵。

一、開展CDIO模式創新實踐的意義

CDIO模式繼承了歐美工程教育發展理念，強調項目基礎，圍繞工程項目“構思（C）、設計（D）、實現（I）、運作（O）”全過程開展教育教學活動[2]，學生從研發開始到最終實現項目預期性能，在完整的實踐過程中主動建構知識、鍛煉技能，通過真實的項目過程，培養學生解決現實問題的能力、綜合創新能力，適應職業崗位能力需求，與信息化技術支撐下的新工科人才培養目標一致。

（一）職業學校工科專業教學需解決的問題

1.缺少工程經驗參考，不能有效地培養學生實踐能力。工科專業課程的實驗實訓，大多是由教師引導學生，在試驗箱或者實訓平臺設備上[3]，按部就班地根據指導書開展驗證性實驗，有利于理論知識的鞏固和基礎技能的習得，但由于教師對工程實踐中從構想研發到產品實施的經驗欠缺或者實訓設備的限制，學生的實驗實訓過程只是復制了操作步驟而沒能經歷工程實踐，專業理論知識脫離于真實工程，不利于學生形成實踐經驗，不能滿足創新能力的培養。同時，按照學科式方法劃定在特定知識范疇內開展教學，解決真實工程問題時，不能適應對多學科多角度思維的能力要求。

2.課程內容更新比技術發展慢，缺少創新。傳統的學科專業課程內容，在穩定的體系化狀態下，著重在依照學生的理解能力講授知識、呈現結果，將多年固定不變的課程標準完整地呈現給學生。而現今專業技術發展迅速，相應的人才培養目標也隨之變化，但教學內容卻不能及時傳授新技術、展現新成果，明顯滯后。例如電子信息技術專業的基礎課程“通信技術原理”，在第5代移動通信（5G）技術已經正式上線商用的背景下，通用教材還只是停留在對3G技術的解讀，還對趨于淘汰的模擬通信系統用較大章節進行介紹。教學內容的脫節，直接造成實踐實訓脫離于工程實際，學生在固定的教學模式下，難以通過科學方法探求真知，摸索規律，發展創新思考能力。

3.教學方法程式化，缺乏對團隊協作能力的關注。工科專業課程知識大多以數理知識為基礎，因此傳統課堂教學以講授方式為主，而職業技能的習得需要結合具體情況針對性地開展，用實驗將原理具象化，通過實踐使參數關系更直觀。項目式學習在職業學校已經不是新名詞，實驗實踐課時在單門專業課程中的占比也有所提升，但深入研究發現，大多只是學生遵循指導書復盤一遍的演示實驗，沒有從原理出發創新設計的過程，學生單獨完成即可，缺少團隊協作、討論研究、嘗試改進的過程，導致學生協作的能力不足。

4.學生容易出現消極學習心理。當今社會高度信息化，大量咨詢觸手可及，學生的學習行為不再僅僅是傳統的等待教師“傳道授業解惑”，網絡簡便快捷的搜索、公眾號與短視頻等新媒體傳播方式[4]，一方面學生容易對知識獲取的過程產生誤解，認為知識都是現成的，查查就有，忽略了教師基于經驗傳授的工程思維，對知識沒有深入地思考理解;另一方面學生興趣點變動快，舊有的講記模式與學生互動不足，唯考試論對學生激勵不夠，學生不能在實踐中學習探索、延伸知識。

（二）CDIO教育模式創新實踐的意義

CDIO工程教育理念由美國和瑞典的四所大學首創，有效統一了知識傳授與能力培養，經過一系列的改革探索，于2014年正式成立專門的國際合作組織，創立CDIO工程教育模式。我國最早由汕頭大學開始，在高校和高職院校分別開展課程教學、評價考核等方面的教育改革試點，延伸至計算機專業、能源工程等不同學科教學中。其教育理念強調在實踐中學習知識，與新工科戰略重視工程實踐的改革目標一致。

在職業學校將CDIO教學模式與“互聯網+”新環境相融合，在電子信息大類專業群中開展教學改革實踐，將信息技術手段充分地應用于現代職業教育，有利于推進職業教育相應專業的教學資源庫建設，有利于促進學生主動探索求知，與實踐相結合，通過團隊協作思考解決真實問題，提高人才培養質量。

二、新工科背景下CDIO模式的創新要點

（一）抓實項目主線，突出能力培養

1.深化職業教育產教融合。以學生為主體，以項目為主線，在項目實施過程中探索理論、提升能力。為保證項目的現實性及實踐價值，培養滿足行業企業要求的人才，校企合作建設貼合生產實踐的實驗實訓室，引進企業專家導師，與教師共同引導學生基于項目開展學習，通過合作研討及體驗探究，真正將理論聯系應用，將其轉化為知識與技能。項目要反應行業新需求，從企業生產中來，從生活問題中來，貼近工程實際，基于學生能力來設定情境，使學生能夠自主設定有效方案，由易及難在探究學習中真正解決問題。

2.明確學生能力培養目標。在CDIO教學模式強調工程實踐過程的基礎上，從調動學生的內在需求出發，圍繞項目組織教學設計，根據學生的“最近發展區”設定可逐步達成的學習目標，激發學生積極性，實現知識與能力目標的多元達成。貫穿問題解決過程，前期培養學生的調研分析能力，以及根據分析結論進行方案設計的能力，中期培養學生有效制定流程規劃模塊的能力，以及實踐實施的能力。遇到問題時，學生能進行合作研討，辨析關鍵點，針對性地創新實踐并予以解決[5]。后期能夠勇于擔責，對團隊的項目負責到底，互為補充，樂于分享，培養其職業素養。學生在學習知識，同時培養能力，符合新工科人才培養目標。

（二）完善課程內容，加強學科融合

在電子信息大類專業的教學中，貫穿CDIO教育模式，突出能力培養，將對現代工程人才的知識技能等需求融合進課程內容中，明確主干課程的知識重點以及能力目標，主要分成平臺基礎、專業方向和綜合實踐3個階段，每個階段各有側重，每門課程相互聯系，構建一套完整的培養學生人文素養、學科基礎能力、協作能力、實踐能力等職業崗位核心素養的課程系統，如圖1所示。

完善課程內容，建設微課及精品課程資源，邀請企業專家共同設計項目專題，實現對核心課程的在線資源及前沿知識補充，滿足學生在理論和實踐中接觸新技術、解決真問題的學習需要。改變傳統的純學科教育，在工程項目的實踐中融合多學科要素，使學生從復制型驗證學習轉變為創新型研究學習。例如常見的流水燈項目，以單片機應用技術為主，由學生分組，根據數理知識選擇元器件、根據電路知識設計制版、根據編程知識實現功能，完成設計制作后還可以分享改進。將多科知識融入實際工程，培養學生的工程素養。

（三）優選教學方法，組建學習共同體

1.豐富課堂教學方法。根據教學內容調整教學方法，利用學校省級實訓基地條件和現代信息技術，構建學生主體的高效課堂。在大多數專業課程中開展項目式教學，在實訓環境下將理論學習融進實踐實訓;對公式推導應用型知識采用課堂講授、案例演示的方法;通過仿真虛擬開展專業設備要求較高的課程，解決設備不足問題;對信號分析類知識采用flash演示等教學方法;利用信息化資源的時空自由性，開展線上線下混合教學，隨時復習反饋、持續學習;利用教學平臺的簽到、討論等互動功能，掌握課程進度，實現對不同能力層次學生情況的動態跟蹤[6]。根據學生學習興趣來調動其積極性，培養學生的自主學習能力，在實踐中學習理論并習得技能，提高教學質量。

2.構建學習共同體。重視協作能力的發展，為解決學生面對問題時自主動力不足，根據學生歷年學習數據，引導學生在課堂及網絡平臺同時構建學習共同體[7]，組成學習小組。共同體成員之間既是學習同伴也是競爭對手，共同參與項目方案探討，及時分享獲取的技術信息，完成項目任務，交流活動經驗，從而使每個學生個體避免重復失誤，在碰到問題時能得到有效幫助。教師通過課堂關注及平臺數據，能得到更全面的過程反饋，充分認識到學生之間的差異，引導學生在自我能力基礎上都得到發展，真正達到教學公平。學生通過合作與競爭，互相督促、共同提高，在合作分工中獲得自我價值認可，同時在交流分享中鍛煉溝通能力、提高自信，在良好的學習氛圍中激發興趣，定期的師生互動保證了學習指導和技術支持，學習逐漸內化成學生自然的自主行為。

（四）改進評價手段，兼顧過程考核

1.匹配項目過程的課程考核。依項目過程展開課程內容，在學生逐層完成任務、解決問題的實踐過程中達成能力目標，在信息化教學手段輔助下，記錄出勤率、學習時段、作業時長等學習管理數據，高效獲得階段性學習成果及練習測試分析數據，改變單純以考試成績來考核課程的方式，把項目方案、實施進度、問題處理、完成質量都計入考核體系中[8]，把握教學狀態、做好指導與督學;對分值的構成除了教師評價外，加入個人自評、小組內成員互評和組間互評，對學生能力做好全面跟蹤、綜合評價;除專業知識的掌握情況外，更注重能力素養，例如項目完成質量的考核要結合成果展示的陳述溝通及邏輯思辨表現，形成知識技能兼顧能力素養、成果考查兼顧過程評價的完整考核體系。

2.以競賽、考證補充考核評價。COIO教育模式下學生形成過程思維，能針對實際問題合理制定計劃、處理解決，除課內項目實踐過程外，同時關注到學生的能力遷移。學科專業競賽以及科技創新大賽均以行業前沿熱點為題，考查學生職業素養，是成熟的實踐平臺，以技能節和科技節為載體，通過競技與交流，能直觀檢驗學生專業知識體系的把握程度和項目實踐能力。對接行企需求的職業資格證書的課程，在成果評價環節，以職業資格認證代替課程考核，更符合人才培養目標。

三、應用成效

結合企業工程經驗，在學校2016-2017級電子信息工程專業和物聯網應用技術專業中，以《單片機應用技術》和《ARM嵌入式技術》兩門主干課程為研究案例進行CDIO教學模式的創新實踐。建設課程博客和平臺資源，根據能力目標制定基于工程的任務書，引入開放的考核任務。教師授課形式豐富，靈活利用微課等資源提升教學效果，以學習共同體為基礎對學生分層評定，形成了不斷吸納新技術的跨學科思維，在期末教學測評中學生滿意度較高。學生課堂積極性高，教學資源庫訪問度高達100%，更樂于分享和表達，能順利合作完成任務目標，有六成同學主動報名參加學?？萍脊澔顒渝憻捵约?，表現優異的自主項目經過教師輔導，已成功晉級江蘇省青少年科技創新大賽決賽，學生綜合應用能力提升明顯。

四、結語

新工科背景下，進行CDIO教學模式的創新改革，探討電子信息大類專業課程的教學模式改革實踐，以項目為主線，從能力培養、課程內容、教學方法、評價考核等多角度著手創新，讓學生融合所學知識技能解決生活實際問題，較好的提升了學生的工程實踐能力和綜合創新能力，滿足了社會對工程技術人才的新需求。

參考文獻

[1] ?教育部高等教育司.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html，2017-2-20.

[2] ?賓志燕，李煒，周堅和.新工科背景下基于CDIO理念的實踐課程教學改革研究[J].計算機時代，2019（01）：99-101.

[3] ?孫陽，趙睿.“新工科”建設背景下“通信原理”課程教學改革探討[J].中國林業教育，2019，37（01）：67-69.

[4] ?李紅梅. 新媒體影響學生學習方式的作用機制研究[D].西南大學，2016.

[5] ?盧晶琦，師向群，孟慶元.新工科分層自主學習的教學設計與實踐——以《移動通信》課程為例[J].中國教育信息化，2019（01）：80-82.

[6] ?周燦.“信”課堂信息化教學創新模式實踐研究[J].江蘇教育研究，2019（Z6）：82-85.

[7] ?袁桂芳.新工科背景下基于CDIO模式的電工實訓教學改革研究[J].湖南郵電職業技術學院學報，2019，18（04）：106-108.

[8] ?江天仿.基于CDIO的翻轉課堂教學評價體系構建與應用——以程序設計課程為例[J].河北職業教育，2020，4（01）：97-101.