新工科背景下基于CDIO工程教育理念的應用型本科院校人才培養(yǎng)研究

孟艷艷 賈長洪 劉萌

摘? 要：文章系統(tǒng)分析了應用型本科院校工科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式普遍存在的問題，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)目標，借鑒

CDIO工程教育理念，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展對工程人才的需求出發(fā)，提出了“1.5+1.5+0.5+0.5”的工科人才培養(yǎng)模式。從教育理念、教育模式、校企合作等方面新工科工程人才培養(yǎng)模式進行闡述。

關(guān)鍵詞：應用型本科院校;新工科;CDIO教學理論;應用型工程人才;工程項目化教學

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）03-0152-04

Abstract： This paper systematically analyzes the common problems in the talent training mode of engineering major in the application-oriented undergraduate colleges. Combined with the goal of new engineering talent training， drawing on the concept of CDIO engineering education， starting from the demand of industrial development for engineering talents， it puts forward "one point five + one point five + zero point five + zero point five" training mode of engineering talents. This paper expounds the training mode of new engineering talents from the aspects of education concept， education mode， talent training objective， curriculum system， teaching resources， talent evaluation system， "school enterprise characteristic class"， etc.

Keywords： applied undergraduate colleges; new engineering; CDIO teaching theory; applied engineering talents; project-based engineering teaching

當前，我國正深入實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和新舊動能轉(zhuǎn)換。在新經(jīng)濟的培育和轉(zhuǎn)型過程中，新興產(chǎn)業(yè)企業(yè)面臨的主要問題之一就是符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應用型工程人才供應嚴重不足[1]。2017年教育部分別召開了綜合性高校和工科優(yōu)勢高校的新工科建設(shè)研究討論會，提出了新工科建設(shè)的戰(zhàn)略規(guī)劃，并陸續(xù)發(fā)布了“復旦共識”[1]、“天大行動”[2]和“北京指南”[3]，進一步明確了新工科建設(shè)的內(nèi)涵及行動指導思想，為應用型工程人才培養(yǎng)指明了方向。CDIO教育模式是一種以工程項目設(shè)計為導向、工程能力培養(yǎng)為目標的工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的最新成果[4]。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)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(lián)系的方式學習工程。因此，在新工科背景下，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)目標，并借鑒CDIO教育理念，創(chuàng)新和改革實踐課程教學模式，對電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系進行頂層設(shè)計，構(gòu)建了“核心素養(yǎng)、項目驅(qū)動、產(chǎn)教融合、工程環(huán)境”四位一體的人才培養(yǎng)體系。

一、應用型本科院校工科專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

（一）人才培養(yǎng)模式存在問題

首先，應用型本科院校的工科人才培養(yǎng)同質(zhì)化非常嚴重，主要通過學習國內(nèi)“985”、“211”重點院校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式和課程體系來進行專業(yè)建設(shè)，導致人才培養(yǎng)專注于知識學習，缺乏分析和解決問題的能力，尤其缺乏應用知識的能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，比如工程能力。

（二）教學模式存在問題

教學方法單一，多以理論講授和示范演示為主，多樣化的實踐教學手段應用較少，導致學生專業(yè)興趣和創(chuàng)新動力不足，并且在專業(yè)課程學習過程中很容易出現(xiàn)畏難情緒、放棄學習。傳統(tǒng)專業(yè)課程教學多以單個課程實驗或模仿性操作為主，綜合實踐和項目化教學偏少，各課程知識點孤立，課程之間缺乏連貫性和統(tǒng)一性。

（三）教學資源不足

滿足工程教育的實驗實訓場地和硬件設(shè)施不足。應用型工科專業(yè)的學習，需要在真刀真槍中練習，不能僅僅停留在書本理論上，因此優(yōu)質(zhì)的實訓環(huán)境和實訓平臺是必不可少的。但是隨著高校擴招，學生人數(shù)增多，大多數(shù)應用型本科學校的專業(yè)實訓基地建設(shè)不到位，實驗室和實驗設(shè)備不充足。工程項目化教學資源欠缺。應用型本科院校對實踐教學的重視程度還不夠，實踐教學學時偏少，而且專業(yè)實踐教學內(nèi)容單一，實踐項目為驗證性、仿真性、實驗性居多，教師們?nèi)鄙僬鎸嵠髽I(yè)工程項目化教材、教具等教學資源。

（四）教師缺乏產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗和工程背景

教師缺乏工程項目經(jīng)驗。應用型本科院校的工程人才培養(yǎng)要求教師不僅要有扎實的專業(yè)知識，還要有過硬的工程實踐能力。我國應用型本科院校工科專業(yè)的教師很多是從學校直接到學校，缺乏企業(yè)工程項目背景和經(jīng)驗，無法承擔應用型工程人才培養(yǎng)的重任。又由于評價體系所限，很多教師專注于科研，大多也不愿到企業(yè)掛職再學習，缺少參與真實工程項目的機會，工程實踐能力一直得不到好的培養(yǎng)。因此，“雙師型”教師嚴重缺乏，這在一定程度上制約了高質(zhì)量應用型人才培養(yǎng)。

（五）工程人才能力評價體系存在問題

很多應用型本科院校的人才評價體系存在以下問題：第一，人才能力評價體系內(nèi)容太單一，沿用傳統(tǒng)的考試考核方式，不能很好的評價學生的綜合素質(zhì)、工程實踐能力、創(chuàng)新能力;第二，雖然設(shè)置了比較完善的人才能力評價體系，但是落地執(zhí)行不徹底，考試環(huán)節(jié)比較重視，其他環(huán)節(jié)存在走過場嚴重。

二、應用型工程人才培養(yǎng)模式的設(shè)計

要解決上述應用型本科院校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的問題，需要對現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式進行改革，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)目標，并借鑒CDIO教育理念，以大學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿整個教學設(shè)計，實現(xiàn)企業(yè)需求與人才培養(yǎng)之間的匹配。針對產(chǎn)業(yè)需求來設(shè)定人才培養(yǎng)的目標，以校企深度融合為基礎(chǔ)，從夯實專業(yè)基礎(chǔ)、強化專業(yè)實踐技能和創(chuàng)新能力著手，以大學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)為本位，以校企合作“特色班”為教學載體，提出了“1.5+1.5+0.5+0.5”式的應用型本科院校新工科人才培養(yǎng)模式。

（一）教學理念的設(shè)計

在應用型本科院校新工科的教學設(shè)計中，我們采用杜威的“做中學”理論和構(gòu)建主義理論為基礎(chǔ)，并采用“基于項目的學習（Project-based Learning）”為教學方式。杜威把教育教學活動看成是“做的過程”，并提出了“從做中學、從經(jīng)驗中學”的思想，“做中學”的思想主要突出在教學過程中保護學生的創(chuàng)造力，通過實踐的教學內(nèi)容激發(fā)學生主動學習，在教學過程中應設(shè)計將經(jīng)驗、活動、學生作為中心環(huán)節(jié)的教學活動。教育者要多角度、多層次的對學生的學習結(jié)果進行評價，不僅要對學生所學的知識進行評價，還應當評價學生能力的發(fā)展情況[6]。

基于項目的學習它脫離了以教師為中心的傳統(tǒng)教學課堂，強調(diào)以學生為中心，并且與現(xiàn)實生活中的問題相融合。首先，驅(qū)動型的問題是項目學習的關(guān)鍵所在，問題必須明確而且有意義。再次，學生是主體，教師只是作為引導者幫助他們創(chuàng)造情境、提供材料以及參與整個過程中的評價;最后，項目來自學生的實際生活，學生在學習中可以應對來自現(xiàn)實世界的挑戰(zhàn)，運用所學知識解決生活問題[6]。

（二）教學模式的設(shè)計

我們設(shè)計了“1.5+1.5+0.5+0.5”式的應用型本科院校新工科人才培養(yǎng)模式，并以校企合作“特色班”為教學載體。第一階段，1.5學年的通識課和專業(yè)基礎(chǔ)課程學習，采用案例式教學的方式，保證學生具備扎實的基礎(chǔ)，由校內(nèi)教師授課完成教學;第二階段，1.5學年的專業(yè)課程學習（模擬項目實施階段），采用“項目化”和“任務(wù)驅(qū)動”[7]結(jié)合的教學方式。將企業(yè)工程項目分解為子項目模塊，分別完成不同的子項目，最后進行項目集成。每個子項目模塊對應1-2門專業(yè)核心課程，每個子項目的完成過程分為三個步驟，首先是進行項目分析，其次是學習項目所需知識，最后是完成項目。“教學做”為一體的教學設(shè)計，保證學生具備扎實的專業(yè)知識和專業(yè)技能，由學校教師和企業(yè)工程師共同完成教學;第三階段，0.5學年的專業(yè)實訓，完成真實的企業(yè)研發(fā)或生產(chǎn)項目，從項目的調(diào)研到項目實施嚴格按照企業(yè)工程項目的標準流程實施，以學生為主、老師輔助的方式進行，著重訓練學生的職業(yè)技能、綜合職業(yè)素質(zhì)、工程能力，學校教師和企業(yè)工程師共同完成教學;第四階段是0.5學年的企業(yè)實習和畢業(yè)設(shè)計，學生進入與本專業(yè)匹配的企業(yè)及崗位進行實際實戰(zhàn)磨練。

這種人才培養(yǎng)模式的實施載體是校企合作特色班[8]，將企業(yè)的產(chǎn)業(yè)資源、行業(yè)經(jīng)驗、研發(fā)技術(shù)、工程項目、實習崗位等發(fā)展要素植入特色班，并依托高校的師資、教學場地、實驗實訓場地以及豐富的社會資源，完成人才培養(yǎng)。高校在特色班中主要負責提供學生日常管理、通識課和專業(yè)基礎(chǔ)課授課、提供教學場地和實驗實訓場地等服務(wù)。企業(yè)提供實習、適用于教學的工程項目、與項目化教學配套的教學設(shè)備、綜合素質(zhì)比較高的工程師等服務(wù)。高校和企業(yè)共同負責專業(yè)實踐和實訓課程教學、項目化人才培養(yǎng)模式探索、人才培養(yǎng)方案制定、項目化教學實驗室和實訓基地建設(shè)等。

（三）人才培養(yǎng)方案設(shè)計

下面以電子信息工程專業(yè)為例，采用北京紫藤智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司的“智能溫室大棚控制系統(tǒng)”為教學項目，來細化新工科人才培養(yǎng)模式。

1. 人才培養(yǎng)目標設(shè)計

應用型工程人才是具有良好的思想道德品質(zhì)和積極向上的人格、具有寬厚和扎實的理論基礎(chǔ)、具有很強的運用知識解決問題的能力，能夠在某個領(lǐng)域從事試驗研究、規(guī)劃設(shè)計、加工制造、工程應用、技術(shù)開發(fā)等工作的人才[9]。應用型工程人才的培養(yǎng)目標是重視解決問題的能力、創(chuàng)新能力、合作能力等核心素養(yǎng)，適應生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)、研發(fā)的需要，理論知識要夯實并寬口徑，專業(yè)知識方面強調(diào)應用性，教學過程重視理論和實踐結(jié)合，重視實訓和技能訓練，教學組織上以就業(yè)為導向。我們以電子信息工程專業(yè)為例說明應用型工程人才的培養(yǎng)目標，見表1。

2. 人才培養(yǎng)過程設(shè)計

校企特色班以20-30人為宜，分為4-6個項目小組，每組約5人。項目小組是項目化學習的單位，小組內(nèi)互相合作、互相幫助、互相監(jiān)督、相互競爭。具體的人才培養(yǎng)過程如下：

基礎(chǔ)學習階段：本階段共三個學期，以日常班級授課的方式展開，采用案例教學和任務(wù)驅(qū)動教學，主要完成通識課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)導論課程的學習，專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)導論課程等。項目模擬實施階段：本階段為期三個學期，以學習小組為單位，教師指導學生完成不同任務(wù)。首先，將智慧農(nóng)業(yè)項目拆分為5個子項目，每個子項目對應1-2門專業(yè)實踐課程或技能。每個子項目的完成分為三個階段，第一個階段是項目的認知，明白項目的目標、完成項目需要的專業(yè)知識和技能等;第二階段是項目的知識儲備，通過案例驅(qū)動的方式，完成專業(yè)實踐課程或技能的學習;第三階段是項目的實施，教師指導學生完成子項目。最后，教師指導學生完成系統(tǒng)的集成和調(diào)試。表2說明了電子信息工程專業(yè)，基于“智能溫室大棚系統(tǒng)”的項目模擬階段的情況。項目實施階段：本階段為期一個學期，按照真實的企業(yè)工程項目開發(fā)流程，以學習小組為單位，以學生為主導、教師為輔助，完成工程項目的開發(fā)和實施。其中項目開發(fā)流程包括項目調(diào)研、項目規(guī)劃、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計、器材器具采購、項目軟硬件系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)、系統(tǒng)集成和工程實現(xiàn)、項目報告和總結(jié)。企業(yè)工程助教人員和學校教師共同完成教學和學生的過程性評價。

3. 人才培養(yǎng)評價體系設(shè)計

改變以往單一的評價方式，以學期為考核的基本單位，對學生進行綜合能力考核。綜合能力分數(shù)作為參加各類評優(yōu)的依據(jù)，也作為學生推薦就業(yè)的參考，最終計入學生個人檔案。成績考核要三方面結(jié)合：學校評價和教師評價相結(jié)合、過程評價和期末評價相結(jié)合、集體評價和個體評價相結(jié)合。綜合分數(shù)由過程性評價成績、終結(jié)性評價成績兩部分組成，過程性評價成績占70%，期末考試占30%。過程性評價由學生自評、小組評價、教師評價三部分組成，主要根據(jù)學生的學習態(tài)度、項目完成程度、小組合作程度來評定。

4. 校企特色班運行機制設(shè)計

新工科人才培養(yǎng)是一項長期系統(tǒng)工程，學校和企業(yè)共同成立的校企合作委員會來領(lǐng)導特色班。校企合作委員會對校企合作的重大事項、合作方式以及合作進度等進行指導。為了保障項目化教學的開展，需從以下幾個方面保障教學：

（1）提升師資團隊的教學和工程技能

企業(yè)與高校每年聯(lián)合開展2-3次專業(yè)師資線上線下培訓，通過不同主題進行專業(yè)知識、專業(yè)技能、工程實踐能力的培訓，提升師資的專業(yè)教學水平與工程實踐能力。

（2）電子信息類專業(yè)技能認證合作

校企雙方共同開發(fā)一套電子信息工程類專業(yè)技能認證體系，學員通過認證后可獲得相應職業(yè)資格證書、就業(yè)支持服務(wù)。通過引入人才認證，能夠更好的提升學生畢業(yè)競爭力、就業(yè)薪資、高質(zhì)量就業(yè)率。

（3）科技競賽實驗室建設(shè)

校企共建電子信息類競賽實驗室，通過競賽促進教學改革、檢驗教學效果、增強學生的學習積極性，營造電子信息技術(shù)開發(fā)學術(shù)氛圍與學習環(huán)境，真正達到“以賽促教、以賽促學、以賽促改、以賽促建”的目的。

（4）教學資源建設(shè)

校企雙方共同開發(fā)電子信息工程專業(yè)教學資源，以能力培養(yǎng)為主線、以實用性為導向、以工學結(jié)合為途徑、以職業(yè)能力和職業(yè)道德教育為核心，不斷創(chuàng)新，開發(fā)適用于應用型工程人才培養(yǎng)的項目化教學資源。

三、企業(yè)工程項目化教學的實施及效果

齊魯師范學院攜手北京紫藤智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司，從強化學生專業(yè)實踐技能和創(chuàng)新能力著手，以市場需求為導向，大膽地對應用型本科院校的工科人才培養(yǎng)進行改革，推行“1.5+1.5+0.5+0.5”式的工科人才培養(yǎng)模式。基于企業(yè)智慧農(nóng)業(yè)項目，校企共同推出了新工科項目化教學，分為“項目實施前+項目模擬實施+項目實施+實習”四個人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)優(yōu)秀的知識型工程人才。

這種新型人才培養(yǎng)模式夯基礎(chǔ)、強實踐、重實效。第一，注重大學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，將問題解決能力、創(chuàng)新能力、團隊合作能力等方面的培養(yǎng)融入各個教學環(huán)節(jié)。第二，理論基礎(chǔ)要夯實，確保培養(yǎng)的學生專業(yè)理論過硬，有一定的創(chuàng)新能力。第三，強化實驗實踐教學環(huán)節(jié)，加大實驗實踐教學所占比例和時間，注重學生動手實踐和專業(yè)技能素質(zhì)的培養(yǎng)。第四，系統(tǒng)的工程實踐能力培養(yǎng)，以企業(yè)真實的實踐項目為基礎(chǔ)，通過模擬工程項目實施和工程項目實踐兩個環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，使學生具備工程實踐能力和綜合職業(yè)能力。

在項目實施的過程中，人才培養(yǎng)的很多方面得到了明顯的改善、成果非常顯著：第一，學生對本專業(yè)和未來的職業(yè)有了清晰的認識;第二，學生的學習積極性和對專業(yè)的認可程度有了很大提高;第三，學生的動手實踐能力和工程能力有了很大的提高;第四，學生的科技創(chuàng)新能力極大增強，學生參加科技創(chuàng)新大賽和科技發(fā)明的比例遠高于普通班。

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