CDIO模式與工程教育專業認證相融合的實踐類課程教學設計

蘭爽 于貴文 馬麗心

關鍵詞： 教學設計 CDIO 模式 工程教育 模型

實踐教學是將教師傳授的課堂理論知識轉化為學生的工程能力的重要途徑，工程實踐類課程只有進行教學改革，才能適應不斷變化的產業需求[1]。自2016 年6 月我國正式加入《華盛頓協議》以后，很多高校的工程類專業都在積極爭取通過工程教育專業認證（簡稱專業認證）。專業認證要求圍繞“學生的畢業能力達成”這一核心任務設置專業課程體系，并持續改進。而興起于2000 年的CDIO 工程教育模式（簡稱CDIO 模式），是近年來國際工程教育改革的新成果，由美國麻省理工學院聯合多所著名高校共同提出。CDIO 分別代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）。與傳統模式相比，CDIO模式從構思、設計、實現、運作這4 個環節以案例項目的方式引導學生學習工程，即以工程項目從研究開發到運營全過程為載體，使學生能主動實踐、課程之間有機聯系的方式學習工程，具有更好的創新性、實用性以及可持續性[2-6]。

楊毅剛教授認為，專業認證的標準具有同一性，有著較強的剛性，對于不同專業，它不夠具體和細化，而CDIO 模式下的人才培養標準可以彌補這方面的不足，所以，可以將專業認證標準定位成工程技術人才培養的“ 底線標準”，將CDIO 模式作為“ 方法論”使用[7]。

目前，雖然工業工程專業尚未納入專業認證范圍，但因其具有很強的工程性和應用性，引入先進的工程教育模式是實現高質量人才培養的必經之路。所以，哈爾濱商業大學工業工程專業于2019 年參照專業認證標準修訂了本科專業人才培養方案，并以此為契機，對多門實踐課開展了旨在加強課程建設、提高人才培養質量的教學改革。

在上述背景下，該文把“教學設計理論”引入實踐類課程的教學改革，提出以專業認證為基準、以CDIO模式為指導，探究教學設計的邏輯和內核。

1 教學設計的層次定位

美國教育心理學家加涅認為：“教學是以促進學習的方式影響學習者的一系列事件，而教學系統設計是系統化規劃教學系統的過程。”這里的教學系統設計，也稱為教學設計[8]。

教學設計有多種層次，例如：以“教”為中心、以“學”為中心、以“資源”為中心[9]。無論是CDIO 模式，還是專業認證標準，均以“學”為中心，課程改革則大多聚焦于教學過程的創新設計。

2 教學設計模型的構建

進行教學設計時，通常把簡化了的理論形式稱為教學設計模式。教學設計一般模式的共同特征要素，包括學習需要分析、學習者分析、學習內容分析、教學目標的確定、教學策略的制定、教學設計的評價，前兩項屬于前端分析環節[7]。

學習需要是指學生的理想學習水平與已經具備的學習水平之間的差距，學習需要分析是一個以揭示學習需要為目的的動態調研過程。學習者分析是對學習者一般特征的分析，即對學生心理、社會特點的分析。不同年齡段的學習者，其一般特征有所不同，該文主要關注的是大學生[9]。

學習內容分析，是對教學內容的廣度、深度加以界定。教學目標涉及教學總目標、課程目標以及單元目標。教學策略泛指教學內容設計、教學組織形式、教學媒體的選擇和運用[9]。教學評價依據其評價功能，劃分為形成性評價、總結性評價[8]。

該文基于教學設計的一般模式，融合CDIO 與工程教育專業認證理念，構建了教學設計結構模型，如圖1 所示。該模型描述了教學設計的基本思路，具有鮮明的邏輯性和系統性特征。

3 實踐案例

專業綜合課程設計是工業工程專業重要的綜合性實踐教學環節，將前文構建的模型用于該環節的教學設計，具體過程如下。

3. 1 前端教學要素分析

3.1.1 學習需要分析

以專業認證標準為邏輯起點，綜合產業需求。分析結果表明，學生的能力差距集中體現在綜合應用能力、工程實踐能力、創新能力這幾個方面。

3.1.2 學習者分析

在大學生群體一般特點基礎上，增加了學情分析。專業綜合課程設計的開課時間是第6 學期，故選擇大三年級學生作為調研對象。以學生現有的知識結構、興趣點、學習動機、學習內容與方式、效果、生活環境與主觀感受等因素，作為分析的切入點。分析結果表明：大三階段的學生已經有了一些專業基礎知識儲備，但缺少實踐經驗，系統性不強；抽象邏輯思維處于發展中；對數字媒體的興趣較濃厚；碎片化學習方式較普遍。

3. 2 教學目標與課程內容設計

教學目標與課程內容，具體如表1。教學目標主要從課程單元目標方面進行描述。參考CDIO 模式，將課程內容劃分成4 個課程單元，以產品的全生命周期為載體，設置學習任務。學生通過完成一種工業產品（如減速器）及其生產過程的構思、設計、實現以及運作的全過程，親身體會實際生產過程的各個環節，從系統的角度加深對產品的結構、裝配關系以及加工工藝等問題的理解，掌握產品生產的組織、計劃和過程控制的方法。

3. 3 教學策略設計

3.3.1 教學方式與方法

為了強化團隊協作能力的培養，采取分組方式，各組任務不同，同組內各成員分工也不同。以“減速器”產品為例，各組負責的減速器規格不同，同組內各成員對應的設計產能不同。這種方式在促進團隊合作的同時，也避免了設計內容的同質化。

3.3.2 教學媒介

借助現代信息手段，開展有效的教學及教學過程管理。利用互聯網平臺為學生提供形式豐富的學習資料、發布學習任務、師生交流互動、展示設計成果。例如：在“釘釘”平臺建立課程設計資源庫，以“視頻會議”的形式進行線上指導、檢查、答辯；通過“微信”發布即時消息、答疑。

3.3.3 教材建設

教材的主要內容包括課程設計目的與任務詳解、知識單元解析、案例、軟件工具說明。教材建設是一個動態的持續過程，要綜合多門專業課，引入先進的技術、方法和工具，融合企業的實際生產情境，不斷地對原有內容進行迭代創新。

3.3.4 考核方式與成績評定方法

考核方式分為形成性評價、總結性評價。形成性評價在每個課程單元結束時都要進行，每個階段學生都要提交“書面匯報材料”，并參加“答辯”；總結性評價是在所有的課程單元結束之后，即課程設計完成時進行。成績由“學生自評”“生生互評”“教師評分”這3 個部分構成，可以提高學生的積極性與參與度。

4 結語

該文提出的教學設計模型是一種解釋性結構模型，它從邏輯、教學要素兩個維度描述了教學活動的設計思路。模型融合了CDIO 與專業認證這兩種先進的工程教育模式，實現了二者的優勢互補。因為該模型以“教學設計理論”為基礎，源于教學設計的一般模式，所以該模型不僅適用于工程類專業的綜合性實踐教學設計，對于理論課教學或非工程類專業，也具有一定的通用性。需要注意的是，如果本科專業人才培養方案不是基于專業認證標準制訂的，采用該模型開展教學設計時，需要對模型的前端教學要素進行修正。

目前，教學設計模型經歷了兩屆工業工程本科教學的檢驗，學生的設計成果質量和學習積極性均有了明顯提升。后續研究重點是模型實踐效果的深入分析以及模型的修正。