基于CDIO的電子信息類創新模組研究與構建

陳飛 王旭 孫娟

摘要：為應對產業發展對創新性工程人才的需求，“做中學”成為工程教育改革的戰略之一。文章將“CDIO”教育模式融入電子信息類專業的課程體系和教學內容改革，通過構建“四橫一縱”的層次化創新模組架構，在教學實施和認知提升兩個維度上同步實施“CDIO”方法，形成一種“多層遞進”的人才培養模式，促進學生實踐創新能力的連貫性提升。

關鍵詞：CDIO; 創新模組; 教學改革; 課程體系

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）22-0118-02

1 引言

美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學從2000年起組成的跨國研究組，向Knutand Alice Wallenberg基金會申請了近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究創建了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO國際合作組織。CDIO模式在世界上幾十所大學操作實施，得到產業界高度評價[1]。

近年來，為全面落實教育部關于實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的精神，國內多所高等工程技術大學已經開始著手開始嘗試進行CDIO的工程教育改革。2016年中國CDIO工程教育聯盟成立，首批加入聯盟成員高校104所，在廣泛推動中國工程教育改革和提高教育質量方面取得良好成效[2]。

如圖1所示，CDIO教育模式的愿景是為學生提供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（CDIO）過程的背景環境基礎上的工程教育[3]。

需要注意的是，CDIO是工程教學的普適模式，對應具體的教學還應進行針對性的設計。在電子信息類專業創新能力培養的教學過程中，還應該注意層次性與連貫性的結合。層次性是指，在電子信息類學科知識和能力體系下，創新能力的提升不是線性的，往往需要在某個層次上進行積累，才能躍升至下一個層次[4];連貫性是指，不同層次的創新能力作為整體，對應于不同的認知層次，在邏輯上具有連貫性[5]。因此，本文以電子信息類專業人才培養的教學環境和知識、能力需求結構為例，提出一種基于CDIO的多層創新模組，具有“多層遞進”的特點和內涵，促進學生實踐創新能力的連貫性提升。

2 基于CDIO的多層創新模組

2.1 理論模型

針對電子信息類專業的創新實踐教學，構建四個“層次化”的創新模組，對應學生在不同階段的創新實踐能力和知識、能力需求結構。理論模型如圖2所示。

CDIO模式強調以“構思、設計、實施、運作”的產品設計周期為載體組織教學活動，這里的四層創新模組，從縱向上來看，在認知層次上滿足CDIO模式的內在邏輯，符合“連貫化”的能力提升過程。

第一模組“快速布署”，以興趣引導、創意激發為主，引導學生激發和構建自己的創新愿景，在認知層次上對應CDIO模式的“構思”。

第二模組“基礎鞏固”，開展對結構原理、產品要素、底層器件等基礎知識的學習和實踐，學生面對產品設計中從硬件到軟件，從器件到系統的完整要素，從而將創新的愿景映射到具體的系統框圖，展開原型設計，在認知層次上對應的是“設計”。

第三模組“場景應用”，學生大大拓展、提升專業能力，將展示性質的原型設計，提升到經過可行分析、技術論證，尋求一定應用價值的場景落地，在認知層次上對應“實施”。

第四模組“實踐運營”，學生以企業真實的生產環境為土壤，將創新思維融入工程素養，在認知層次上對應“運作”。

從橫向上來看，在每一個單層創新模組的構建上，都通過“構思、設計、實施、運作”的項目運行模式，將項目、學科競賽、課程教學、硬件平臺等教學內容和要素，以“一體化”的教學設計融合在一起，以滿足對應層次的創新能力培養目標。

綜合起來，本模型通過四橫一縱的CDIO模式，將創新模組融合為一個有機整體，貫穿電子信息工程專業的創新實踐培養體系，體現了“多層遞進”的內涵。

2.2 課程體系和教學內容的一體化設計與重構

創新模組的構建在橫向和縱向兩個方向上展開對教學課程和硬件平臺的設計與重構，形成一體化的課程計劃和教學內容，如表1所示。

首先，在橫向上，以具有生成力的課程為中心，貫通相關核心課程，運用CDIO理念，以企業項目和學科競賽題目為載體，將教學主體與復雜工程問題建立直接聯系，研究課程知識點的分解和能力定位，適配硬件平臺，使課程的教學內容和實踐架構，能夠依據構思、設計、實施、運作的模式，來識別、表達、分析實際工程問題和設計解決方案，培養學生工程素質和創新能力，并進行有效的課程質量形成性評價。

其次，在縱向上，不同層次的生成力課程和核心課程彼此之間融合互通，設計、完善、明確各自的課程目標、分工界面;硬件平臺遞進互補，易實現技能的遷移。從而總體上服務于創新能力的連貫性提升。

2.3 實施方法

在不同層次模組實施CDIO時，對于“I”和“O”，根據層次的不同，采用“實驗-執行”“實施-制作”“實現-運作”的三個級別理解，從而指導不同層面的模組，包括課程群、項目等的具體實施。

首先，第一層理解對應與“快速布署”模組，此時CDIO按照 “構想-設計-實驗-執行”實施。該層特點是項目投入規模小，只需要個體操作，進行實驗、探索、操作等工程活動，這是初級的CDIO，只需要運用單科知識，適合基礎課程的學習和興趣導入等培養目標。

然后，第二層理解對應“基礎鞏固”和“場景應用”模組，即： “構想-設計-實施-制作”。該層次特點是投入規模中等、需要團隊配合、若干課程關聯，這是中級的CDIO，學生需要運用若干門關聯的課程知識來理解原理，可行分析，提出方案，技術論證，適合學生創新能力提升的中級階段。

最后一層理解對應“實踐運營”模組，即：“構想-設計-實現-運作”。這種理解適合投入規模大、需要大團隊協同的工程項目教學。這是高級的CDIO，它對應企業實踐的組織。社會要求工程師具備這樣綜合的知識、能力和態度。

3 結論

本文提出了一種基于CDIO的多層創新模組，通過四條橫向、一條縱向的創新模組架構，將CDIO模式有機嵌入到整個電子信息工程專業創新實踐能力培養框架中，在空間與邏輯上形成一個層級有序、連貫統一的整體;在此基礎上，通過一體化的教學設計，以具有生成力的核心課程為中心，貫通相關課程，形成橫向聯合，縱向遞進的課程體系。從微觀看，將企業項目、學科競賽、硬件平臺、課程知識等要素按照構想-設計-實現-運作的模式重新構建，創新了教學內容和方法，形成優質課程資源;從中觀看，以創新實踐教學為抓手，多門課程形成課程群組，協同互補，打通壁壘;從宏觀看，以點帶面，服務整個人才培養體系的創新改革。之后的重點是強化校企產學研合作，以CDIO模式為載體，將企業資源和工程師引入教學建設，教師參與企業實踐，優化專業人才培養上的產業化對接。

參考文獻：

[1] 陳菊，楊汐，楊珊珊，等.基于“CDIO”的“1+2”新教學模式研究[J].電腦知識與技術，2021，17（9）：8-10，17.

[2] 胡文龍.創新時代的工程教育發展：挑戰與應對——2016年“CDIO工程教育聯盟成立會議”紀要[J].高等工程教育研究，2016（2）：32-33.

[3] 周勁波，宋站陽.基于CDIO模式的創業教育體系構建研究[J].職業教育研究，2020（4）：55-61.

[4] 李艷，高藝航，張帥.基于CDIO的高職物聯網工程專業層次化實踐教學體系的創新研究[J].計算機產品與流通，2020（4）：189，193.

[5] 姜萬昌，郭樹強，蘇暢，等.CDIO模式下軟件專業工程類課程體系優化研究[J].無線互聯科技，2020，17（7）：90-91.

【通聯編輯：王力】