CDIO工程教育認證下的多維度人才培養模式改革初探

張德偉 朱孔偉 沈培鋒

【摘要】在CDIO工程教育認證的大背景下，為解決高等工科教育中重理論輕實踐、學生“學與不學”區別不大的現狀、學生普遍缺乏創新意識和功利性較強等問題，根據本校通信工程專業的自身情況和學生特點，從依托省級一流本科課程《單片機原理及應用》“趣味課堂”模式改革、踐行思政育人、探索“一分表現一分所得”的激勵性過程評價機制、培養創新意識、專業教師需要解決的自身課程和教學改革的幾個重點問題、負反饋糾錯機制和拔尖人才培養等七個方面進行了多維度人才培養模式改革初探論述，努力實現高階性、創新性和挑戰度。

【關鍵詞】工程教育認證? 趣味課堂? 激勵性過程評價體系? 思政育人? 負反饋機制

【基金項目】本文系2019年山東省級一流本科課程《單片機原理及應用》（2019SYLKC015）和臨沂大學《單片機原理及應用》學生學習評價改革項目（PJKC1943）的研究成果。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）12-0188-04

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，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獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。2008年，我國教育部高等教育司發文成立“CDIO工程教育模式研究與實踐課題組”;2016年，在教育部原“CDIO工程教育改革試點工作組”基礎上成立“CDIO工程教育聯盟”。 [1]

我國高等工科教育的迫切任務是盡快培養與國際接軌的中國工程師，然而我國工科的教育實踐中還存在不少問題，如重理論輕實踐、強調個人學術能力而忽視團隊協作精神、重視知識學習而輕視開拓創新的培養等問題。[1]截至2018年，中國通過工程教育認證的高等學校有227所，大部分為雙一流高校，專業主要分布于機械、化工、電子信息等21個工科專業類，但相比中國1243所本科高校的總量來說，通過工程認證的比例還比較低（18.3%）。

鑒于目前工程教育認證的大勢所趨，結合本校通信工程專業的自身特色和學生特點，進行了以下多維度人才培養模式改革初探，取得了較為理想的育人效果。

一、依托山東省省級一流本科課程《單片機原理及應用》 “趣味課堂”教學模式改革，上下貫通課程群網絡，以點帶面

鑒于《單片機原理及應用》在通信工程專業培養體系中的重要地位，為改變本門課程傳統教學模式的局限性，在新工科成果導向教育（OBE）理念的指導下，在教學實踐中探索出《單片機原理及應用》“四個層次，層層遞進”的趣味課堂教學模式。該模式的主要特點是每個單元均采用“實驗箱現場調試+C51編程提升+硬件知識增強”的融合式教學方法展開教學，保證每個教學單元都有“趣味實驗”配套。從單片機最小系統的基礎部分開始;經過循序漸進學習單片機內部結構和外圍擴展模塊;到基于Altium Designer軟件的PCB制版硬件設計，直至學生完成軟硬件作品的完整設計。[2] 經過連續6屆學生的教學實踐檢驗，表明該模式能大幅提升學生的學習興趣和創新動手能力。

本教學改革已得到學校教學改革項目基金資助。筆者主持的通信工程專業核心課程《單片機原理及應用》也于2020年1月剛剛獲批“山東省省級一流本科課程”。

《單片機原理及應用》作為通信工程專業的專業核心課程，在通信工程專業的專業培養體系中占據著非常重要的地位。本課程在《C語言程序設計》《模擬電子技術》和《數字電子技術》等課程學習的基礎上，主要學習掌握單片機開發的全部流程，包括軟件代碼編寫、硬件電路設計和PCB制版設計，對于培養學生在通信及相關領域內從事電子產品和系統的軟/硬件研發、獨立思考、創新探究能力起著非常重要的作用。本課程在通信工程專業的課程體系中起著重要的承上啟下的核心紐帶作用，串聯起上下打通的課程群網絡。向上打通《電路原理》《模擬電子技術》《數字電子技術》和《C語言程序設計》，向下打通《傳感器技術應用》《MATLAB 仿真》《無線傳感網絡》和《嵌入式系統》等課程。

二、育人和教書并重，從思想根源入手解決學生厭學問題

重視課堂思政，積極考勤，缺勤的同學通知到人，談心、找原因，從思想根源上找出厭學原因，不讓一個學生掉隊，本科教學不能只做精英教育，是要讓每個本科學生都達標。而且配合課堂教學模式改革和學生學習評價體系改革后，學生學習態度和學習興趣發生了顯著的變化，改變了學生被動式學習，每個學習單元要求當堂完成，現場驗收實驗結果，現場打出課堂表現分，引入競爭機制，營造你追我趕的學習氛圍，激發了學生學習興趣，提高了創新動手能力。學生可以在教師的引導和任務驅動下自主學習，極大地激發出他們的主觀能動性和創新能力，挖掘他們的好奇心，每一個創新點子都可以通過自己編程、接線、下載調試來驗證是否正確，每節課都能提升自信和獲得成就感，使學生的學習真正實現由“要我學”向“我要學”轉變，學風得到實質性好轉。

還特別重視考場思政，在學生的所有考試中堅持做好開考前的考場思政，把作弊危害性和嚴重性強調在先，通過社會上其他國家考試“作弊入刑”的鮮活例子給學生敲響警鐘，使學生自覺不敢觸碰作弊這一底線，不敢越雷池半步。作弊沒了指望，學生只能平時下功夫，學好每門課程，學風也就水到渠成地改善了。

三、探索靈活、公平合理、“一分表現一分所得”的激勵性過程評價體系

現在工程認證過程中普遍問題是缺乏基于過程的評分標準——影響對學習過程的“導向性”， 導致“學”與“不學”、“做”與“不做”區別不大，從而限制了學生的學習主動性和積極性。[3]以往工程認證缺失的主要就是記錄證明材料，造假的，專家一眼就能看出。

在我們的平時課程建設中，一直注意加強過程監控，平時課堂中小的作品設計就采用當堂驗收，每個小組成員要講解演示，根據每人不同表現打出有區分度的課堂表現成績。用時越短，等級越高，形成一種你追我趕、互幫促學的良性競爭機制，課堂氣氛活躍高效，教學效果極佳。

針對學生遲到現象，實施了“早到前十名”和“晚到后十名”納入平時課堂紀律表現的策略，實行三次以后，遲到現象和辦事拖拖拉拉的作風基本杜絕。

針對當前普遍的上課玩手機現象，加大監控力度，發現一次，記錄警告一次，平時成績減分。所以平時的過程監控老師開始要更辛苦一些，但一旦嚴格按指定的制度實行，學生后期就會自覺遵守了，有效消除目前最大的手機成癮問題。

最后的作品考試也要嚴格答辯調試環節，6年來一直堅持答辯全程錄像，錄像材料完好保存在移動硬盤里，為工程認證提供最寶貴的過程記錄材料，這個過程也恰恰是教學過程中最缺失的一項，造假的材料，專家一眼即能看出。雖然費時費力，比較繁瑣，但是過程材料每年完整地保存下來，是最好的工程認證平時過程材料，彌足珍貴，也可以清晰地再現本課程的發展歷程。

具體的學生學習評價方式改革，以本人主持的省級一流課程《單片機原理及應用》為例來說明：

（一）評價項目

評價項目包括期末作品和平時綜合表現，采用公平合理的過程化考核方式。期末作品要求學生完成一件軟硬件綜合設計作品，可以考查學生的C51軟件編程能力和PCB制版設計能力。平時成績采用靈活多樣的能激發學生積極性和學習潛力的多種過程化考核方式，比如課堂創意表現、期中能力測試、實驗報告和學生自評互評等。期末作品成由PCB制版成績、軟件編程和提交文檔成績、系統調試和答辯成績和作品設計難度和創新性成績構成，區分度好。

（二）評價主體

任課教師評價和學生自評、學生互評相結合，任課教師和課程教學團隊教師評價相結合。

積極引入學生自評，引導學生對自己的學習態度、學習效果有很好的客觀自我認識和正確定位。引入學生互評，是讓每個學生都成為其他學生的監督者，使平時表現成績更具真實性和公平性。

期末作品采用任課教師評價和課程教學團隊教師評價相結合的互評方式，期末作品答辯時全程視頻錄像，既可以作為后期教師評價的依據，又可以作為工程認證重要的記錄（微課視頻）保存下來，值得推廣。

四、對于二本院校，工程認證復雜工程問題的定位就是“創新意識培養”

把創新意識的培養當成日常課堂教學和期末考試最重要的評價標準，對于作品考試來說及格的底線就是是否具有創新性，創新性可以是方方面面的，可以體現在設計的一點一滴中。在創新意識的基礎上，再來談復雜工程問題，鼓勵學生敢于質疑權威，大膽想象，突破條條框框，可以天馬行空地想，腳踏實地地做。

實施課程的課堂教學模式改革后，學風大為改善，依靠令人耳目一新的“趣味課堂”教學模式使學生真正喜歡上這門課，主動來上課，并能做到每節課快樂有成就感地學習，無形當中也培養了學生的專注力和不浮躁的作風。通信工程專業人才培養模式改革自2014年開始，改革前后課堂教學發生了顯著的變化，改變了以往傳統課堂的學生被動式學習，每節課都能提升自信和獲得成就感，使學生的學習真正實現由“要我學”向“我要學”轉變。實施新的教學模式改革后，學生的創新實踐能力有了很大提高，學生的創意點子越來越多的涌現出來，舉一反三和歸納提煉能力得到很大提升，并且貼近生活，與時俱進，極大地調動了學生的學習潛能和積極性;還有比如一些學生的創意作品：穿衣指數播報器;二維碼顯示系統;臨沂大學校園風光顯示系統;貪吃蛇游戲系統;排隊叫號系統;模擬電梯系統;酒店點菜系統;LED花樣廣告屏遙控控制系統等等。[2]

另外，還表現在高質量就業和參加各級各類大賽的獲獎質量提升。2018屆通信工程二本學生，2014年入校成績平均在490分左右，但2018年畢業生整體高質量就業，考研率逐年提高。通信工程一名學生大三時被“今日頭條”破格錄用，現在正在孵化創業;2013屆多名學生獲得2015年全國大學生物聯網設計競賽華東賽區特等獎2項;2016屆一名畢業生獲得山東省優秀學士學位論文等。

五、每位專業課教師都要解決好自身課程與教學改革的幾個重點問題

1.如何做好立德樹人，思政育人工作

身為一名人民教師，一定要做到不忘初心，高度重視思政育人工作。育人就是要用一個心靈去啟迪另一個心靈，從每學期開講第一課開始，就要重視學生思想工作，從當代人和身邊人的勵志故事講起，潤物細無聲地融入到專業教學中，培養學生不浮躁、不功利的作風。思想做通了，學生就會由“要我學”向“我要學”轉變，學生也就會成為課堂的主體。

2.如何解決傳統教學中的痛點和難點問題，即如何提高課程吸引力的問題

筆者通過多年的探索，逐漸摸索出一套《單片機原理及應用》的“趣味課堂”教學模式，把學生的吸引力拉到課堂里，并且以每節課的成就感與手機搶眼球，從而有效消除目前普遍存在的手機成癮問題。把這種經驗和模式傳遞給其他專業課教師，每個教師要根據自己課程的特點，用心摸索適合自己課程的“趣味課堂”模式，使專業課程群建設形成“趣味課堂”的“星星之火燎原之勢”。

3.要解決適應社會需求，符合OBE理念的教學內容改革，比如《單片機原理及應用》這門課中增加PCB制版設計環節，[4]提高學生全面競爭力，增加就業機會。

4.要解決“學”與“不學”區別不大的問題，強化過程評價體系，引入競爭激勵機制，使學生學習潛能最大化。

5.靈活引入“雨課堂”，既可以方便高效地簽到，又能考查學生基礎知識掌握情況，有利于掌握學生的學習情況數據。在難度大、學時緊張的章節，靈活穿插“翻轉課堂”教學手段，讓學生充分利用課下自由支配時間，使學習效率最大化。

6.教師圍繞每個學習單元講解相關基礎原理知識，學生可以在教師的引導和任務驅動下自主學習，任務目標是學生跳一跳可以達到的目標，根據不同基礎的學生制定不同的設計目標，因材施教，讓每個學生的潛能最大化。鼓勵學生相互合作和溝通交流，并通過QQ、微信等方式加強和學生的課后交流，并實時反饋學生的學習效果。

六、科學引入負反饋機制，在人才培養各個環節適時做好糾錯引導

思想教育方面，發現厭學現象，及時和學生談心，查找根源原因，引導學生從偏離的軌道上逐步回到正常的課堂學習中，解決了思想問題，學生就會由“要我學”向“我要學”轉變，從而自覺成為課堂的主體。

專業課程方面，通過學生課堂表現、“雨課堂”考勤和測驗及時把學生暴露出的問題反饋給學生，預警學生收到反饋信息及時調整狀態、查漏補缺，從而在最短的時間內迎頭趕上，而不是到期末才發現落了一大截，到那時想追趕也有些來不及了。

總之，每位專業教師要時刻洞察學生的一舉一動，要放下身段，做學生的良師益友，任何問題都要早發現、早糾正，最大限度地利用好負反饋機制。

七、做好學生競賽團隊的梯隊建設，建立專業拔尖人才培育實驗室

我校通信工程專業學生從入校第一學期上《C語言程序設計》時，就鼓勵興趣濃厚優秀學生加入物聯網培育實驗室，以老帶新，做好梯隊傳承，平時學生沒課時就泡在實驗室里，相互學習，日積月累，成效顯著。物聯網團隊教師積極鼓勵指導學生盡早參加專業大賽，在實踐中磨煉，以大賽促興趣和提升綜合能力。獲獎優秀學生又能帶動實驗室成員和本班級非參賽學生，形成通信工程整個專業欣欣向榮的學習氛圍。近年來，參加物聯網大賽獲獎層次高，數量多，成效斐然。

八、結語

總之，在多維度人才培養模式探索中，逐漸培養學生具有了創新意識，團隊合作和溝通能力，培養學生具有舉一反三和歸納提煉的能力以及專注、不浮躁、不功利的作風。并在探索的過程中做到教學相長，持續改進，不求功利、腳踏實地，努力實現高階性、創新性和挑戰度，逐步向CDIO工程教育認證的12條標準靠攏。

參考文獻：

[1]CDIO百度百科詞條解釋，https：//baike.baidu.com/item/cdio[Z].

[2]張德偉，朱孔偉.新工科OBE理念下的單片機“趣味課堂”探索與實踐[J].教育現代化，2019，6（45）：244-247.

[3]申功璋.工程教育專業認證關鍵指標解讀-2019-04-14[R]，2019.

[4]沈培鋒，張德偉.Altium Designer 軟件使用技巧及常見問題探討[J].實驗室研究與探索，2016，12（35）：135-138.

作者簡介：

張德偉（1972年9月-），女，漢族，山東郯城人，碩士，副教授，研究方向物聯網開發。

朱孔偉（1971年3月-），男，漢族，山東臨沂人，博士，講師，研究方向為智能控制。

沈培鋒（1973年8月-），男，漢族，山東龍口人，本科學歷，副教授，研究方向為電氣控制。