基于CDIO模式的國家一流專業實踐教學模式研究

郝學軍 胡文舉 徐鵬 段之殷 王剛

［摘 要］ 以建筑環境與能源應用工程專業的定位為基礎，以未來工業發展趨勢為指引，以學生工程能力提升為核心，基于CDIO教育理念，利用國際化實踐教學平臺，設計“管培式”小班實踐教育模式，構建能力提升三級反饋系統。從學生獎學金獲獎數、科技創新數、就業率、升學率、就業質量和用人單位評價等量化分析近三年人才培養結果，結果表明，建筑環境與能源應用工程專業CDIO實踐教育模式的實施，提高了本專業獎學金獲獎數、科技創新數和用人單位的滿意度。建筑環境與能源應用工程專業CDIO教育模式的實施是CDIO本土化的一次實踐，對其他專業教學改革提供了理論和借鑒。

［關鍵詞］ CDIO；國家一流專業；實踐教學；建筑環境與能源應用工程

［基金項目］ 2019年度北京建筑大學教學研究項目“基于CDIO模式的建環專業實踐教學研究與實踐”（Y19-06）

［作者簡介］ 郝學軍（1965—），男，河北成安人，工學碩士，北京建筑大學環境與能源工程學院教授（通信作者），主要從事暖通空調系統節能低碳與優化控制研究；胡文舉（1981—），男，山東梁山人，工學博士，北京建筑大學環境與能源工程學院副教授，主要從事空氣源熱泵理論與技術研究；王 剛（1985—），男，遼寧凌源人，工學博士，北京建筑大學環境與能源工程學院講師，主要從事納米流體強化傳熱傳質技術研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）29-0137-04［收稿日期］ 2022-08-28

過去30年，工程教育改革在世界各地如火如荼地開展，提出了多種教育教學模式，取得了顯著成效。其中比較成功的教育模式有MIT與瑞典幾所大學共同創立的CDIO模式、OBE工程教育模式、丹麥奧爾堡大學提出的PEL課程教育模式、英國帝國理工學院提出的ELED模式以及北京航空航天大學提出的SETP模式等［1-2］。北京建筑大學建筑環境與能源應用工程專業（簡稱：建環專業）人才培養的目標和理念與CDIO模式相符，因此，本項目將采用CDIO工程教育理念，構建與實踐建環專業人才培養中的實踐教育。CDIO工程教育理念強調“做中學”，是以產品研發到運行的全生命周期為載體，培養學生在現代團隊環境下的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）復雜、高附加值的工程產品、過程和系統的工程能力［3］。2000年10月，麻省理工學院（MIT）和瑞典皇家工學院等四所大學成立了CDIO國際合作組織。自2000年起，CDIO模式在全世界以MIT為首的幾十所大學操作實施以來，已取得顯著成效，包括中國、丹麥、芬蘭、法國、新加坡等國在內的幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織。2008年12月，汕頭大學、深圳大學、華南農業大學、燕山大學和成都信息工程學院等18所高校成為第一批CDIO試點高校，這表明CDIO模式在我國也得到了迅猛的發展。

目前，關于CDIO專門的著作Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach，系統介紹了CDIO模式產生的背景、基本原理、總體培養目標及其CDIO具體實施方法和資源。查建中［4］曾對CDIO的12條標準中的7個重點標準做了系統而詳細的介紹。顧建民、王沛民［5］認為美國以MIT為首的大學開始倡導以CDIO理念引領的工程教育改革進行了６個方面的改革，即面向工程實際，科學設置培養目標；改革課程體系與教學內容，增強學生工程意識；改進教學方法，弘揚學生團隊協作精神；扎實培育工程實踐能力；探索與工程能力培養相適應的評價方法；重視教師工程能力的培養。唐奇良［6］詳細闡述了CDIO理念的理論基礎、目標、主題、愿景、大綱和標準，提煉出CDIO這一科技人力資源開發的創新模式。鄭藻薇［7］從CDIO培養方案、課程體系、教學模式和評估體系幾個方面著手探索構建CDIO與創新教育融合的新體系。孔維賓［8］和李林芝［9］基于CDIO模式分別在電子科學與技術專業和城鄉規劃專業探索實踐教育體系，孔維賓論述了多元化的科技創新實踐以及工程教師隊伍建設相關措施；李林芝構建城鄉規劃專業實踐教學體系，搭建了三大領域、八個單元的實踐教學體系。

以上研究都有對CDIO理念、應用以及案例方面的研究內容，但是突出建環專業在人才工程能力培養的教育改革研究很少。本項目將采用CDIO工程教育理念及標準，依托建環專業特色優勢，整合校內良好的實踐教育資源，構建建環專業人才培養中的實踐教育改革。

一、什么是CDIO培養模式

CDIO的教育理念是通過構建一個構思—設計—實施—運行的工程教育背景環境，培養學生的系統工程技術能力，使學生在CDIO的全過程中能力與素質方面得到全面的訓練和提高。CDIO改革的目標集包含三個總體目標：一是讓學生能夠更深地掌握技術基礎知識；二是培養學生具備能夠領導新產品、過程和系統的建造和運行的能力；三是教育學生并使他們能夠理解技術發展對社會的重要性和戰略影響。CDIO新的教育模式，提出自己的目標：一是通過一體化課程設計將課程進行融合，將個人、團隊協作和溝通能力以及產品、過程和系統建造能力的培養整合在同一個課程體系中；二是將從實踐中學習到的經驗作為工程經驗學習的基礎；三是將設計、實施之外的學習經驗與學科課程結合起來；四是建立一套完整的考核評估過程。基于此，建環專業構建一個“構思—設計—實施—運行”實踐教育改革方案是可行的。

二、建環專業實踐教學CDIO培養模式

作為保障民生工程，承載著生態文明建設和節能減排重要任務的典型工程專業建筑環境與能源應用工程，在“雙碳”目標背景下，以最小的環境代價創造適宜的人工環境已成為建環專業的新目標，這對本專業的人才培養方面提出了新的挑戰。

結合教育改革新要求的前提下，以未來社會發展需求為導向，制定以學生為中心，以能力為導向，突出實踐性和創新性，人才質量培養模式是建環專業教育改革的必由之路。建環專業構建了一個構思—設計—實施—運行實踐教育培養模式，如圖1所示。

堅持建環專業人才培養定位與特色，構思基于CDIO培養模式的建環專業一體化模塊式實踐教育人才培養體系。從“圍繞國家和北京的城鄉建設重大需求，以行業發展為引領，以服務社會為目標，以設計創新和工程能力培養為特色，培養具有工匠精神、人文素養、復合創新能力和國際化視野的高素質工程技術骨干和領軍型人才”的建環專業定位可以認識到，工程能力培養是該專業面向未來行業發展需要的方向。課程教學中全面開展工程實踐項目訓練，通過多層實訓環節構筑培養學生工程實踐能力。

發揮國際合作中法能源培訓中心實習實踐平臺優勢，設計與開發“管培式”小班實踐教學的創新模式。1999年11月，中國教育部和法國教育部聯合建立了北京建筑工程學院中法能源培訓中心，該中心占地面積1 200平方米，擁有兩個采用歐洲標準的建筑能源綜合利用系統和可再生能源綜合利用系統，以及一個與聯合國環保署和生態環境部對外合作中心聯合建設的“中國制冷空調維修行業良好操作培訓項目基地”。涵蓋15個先進能源綜合利用技術平臺，并有采用虛擬VR技術的“建筑能源綜合利用與管理虛擬仿真”技術平臺。

以行業需求為導向，設計工程能力培養“管培式”小班實踐教學模式。該模式將技術平臺分成六個單元實踐模塊，每個單元模塊由一個專業教師負責，學生分成六個組，每次任選一個單元實踐模塊圍繞“構思—設計—實施—運行”的模式完成一個系統的任務。最后，學生將在各個單元實踐模塊上完成的任務整合成一個完整的系統。

圍繞工匠精神和團隊合作精神的培養，基于CDIO培養模式構建完善的建環專業人才培養實踐教學考核體。建環專業學生通過“管培式”小班實踐教學后，須通過CDIO考核模式進行考核。考核模式為創新性完成系統設計方案；根據中國標準和歐盟標準分別對原系統進行深度開發方案；按照不同工況對系統進行測試與調試；撰寫項目結題報告及實踐課程結課匯報。

基于CDIO人才培養標準，建立工程能力提升三級反饋系統。該系統兩年反饋一次。所謂三級反饋系統分別為：第一級，畢業生自我工程能力提升反饋系統；第二級，學校對畢業生工程能力提升反饋系統；第三級，用人單位對畢業生工程能力反饋。通過三級反饋系統對實踐教育體系、專業發展與定位和人才培養模式的提升具有促進作用。

三、人才培養實習實踐平臺

（一）校內實驗平臺

本專業的專業實驗室總面積2 700平方米，生均使用面積約為10.4平方米/人。主要儀器設備近1 214臺套，包括差式掃描量熱儀、導熱系數測定儀、氣相色譜質譜聯用儀、紅外熱像儀等大型精密分析儀器。同時，擁有焓差實驗室、散熱器性能檢測室、噪聲實驗室、制冷技術平臺、蒸汽技術平臺、壁掛鍋爐技術平臺、空調技術平臺等大型設備測試運行系統等。實驗室也承擔著本科生科技創新活動。

（二）校內實踐平臺

北京建筑大學中法能源培訓中心是“大系統、多能源、變末端”的建筑能源綜合利用實踐與教學中心。大系統即中心主要由傳統能源和清潔能源兩個綜合能源利用系統組成；多能源即中心的冷熱源主要有燃氣、地熱、太陽能、水和電等多種能源形式；變末端即中心的供冷/熱的末端主要有散熱器、散流器、風機盤管、地板輻射等末端形式。兩個大系統下包括14個采用歐洲標準的建筑能源綜合利用技術平臺組成的子系統群和1個國家級虛擬仿真實驗教學示范平臺。

（三）校企實踐平臺

整合校內外資源優勢，利用企業資源，積極進行校企合作，拓展專業實訓基地。目前，與北京首都機場動力能源有限公司、中國建筑設計研究院、北京市建筑設計研究院、北京市熱力集團有限責任公司、大金空調北京分公司等5家大型企業合作建立了實踐基地，學生每年進入學習。

（四）人才培養成果

針對建環專業CDIO工程實踐教育模式的實施效果，本文從在校生的獎學金獲獎數、科技創新數、就業率、升學率和就業質量等五維度，以及用人單位對畢業校友評價等量化分析了建環專業近三年人才培養質量結果。

2019—2021年，本專業獎學金評定人數由49人增長到56人。近三年，本專業學生科技競賽獲獎由10項增長到20項。近三年本專業平均就業率96%，平均升學率38%。近三年本專業學生分類就業狀況，平均3%進入政府事業單位，平均87%的學生畢業后從事土建類工作。依托第三方采用問卷方式，調研了用人單位對專業培養目標和畢業要求達成度。用人單位對培養目標“符合北京建筑大學發展和定位目標”“符合本單位對人才培養和崗位發展的需求”“符合產業發展與變化對人才培養的需求”總體認同的比例較高，“認同”以上高達81.8%。用人單位對本專業畢業生在各項畢業要求評價為：工程知識89.3%、問題分析95.9%、設計/開發解決方案94.3%、研究94.7%、工程與社會95.5%、環境和可持續發展91.9%、職業規范91.2%、個人和團隊94.4%、溝通92.9%、項目管理95.2%、終身學習92.3%。

結語

本文構建了建環專業CDIO工程實踐教育模式，分析了CDIO工程實踐教育模式實施效果，在校生的獎學金獲獎數、科技創新數、就業率、升學率和就業質量均得到提高，用人單位對本科生培養目標和畢業生能力的滿意度良好。因此，該教育模式完善了我校建環專業工程能力人才培養體系；提升了我校建環專業畢業生的社會核心競爭力。同時，CDIO培養模式本土化的一次實踐，對其他專業教育教學改革具有一定的理論和實踐意義。

參考文獻

［1］萬敏.“雙一流”背景下基于CDIO工程教育模式的測控專業實踐教學體系改革研究［J］.教育現代化，2020，7（45）：54-57.

［2］宋晴.CDIO模式下的測控專業建設與實踐［J］.教育現代化，2019，6（47）：73-74.

［3］Crawley E F， Malmqvist J， Ostlund S， et al. Rethinking engineering education： the CDIO approach［M］.New York： Springer，2007.

［4］查建中.工程教育改革戰略“CDIO”與產學合作和國際化［J］.中國大學教育，2008（5）：16-19.

［5］顧建民，王沛民.美國工程教育改革新動向［J］.比較教育研究，1996（6）：36-40.

［6］唐奇良.科技人力資源開發的創新模式研究：以CDIO方式為例［D］.杭州：浙江大學，2008.

［7］鄭藻薇.基于CDIO的創新型工程科技人才培養模式研究與實踐［D］.大連：大連理工大學，2010.

［8］孔維賓，高原，丁健云，等.基于CDIO的電子科學與技術專業實踐教學體系的探索［J］.軟件導刊（教育技術），2018，17（7）：77-79.

［9］李林芝，王小麗.基于CDIO模式的城鄉規劃專業實踐教學研究［J］.地理教育，2018（10）：58-59.

Research on the National First-Class Professional Practice Teaching Mode Based on CDIO Mode： Taking the Building Environment and Energy Engineering Major of Beijing University of Civil Engineering and Architecture as an Example

HAO Xue-jun， HU Wen-ju， XU Peng， DUAN Zhi-yin， WANG Gang

（School of Environmental and Energy Engineering， Beijing University of Civil Engineering and Architecture， Beijing 102616， China）

Abstract： Based on the positioning of the building environment and energy engineering major， guided by the future industrial development trend， with the improvement of students engineering ability as the core， based on the CDIO education concept， using the international practical teaching platform， a “supervisory-style” small class practical education model is designed， and a three-level feedback system for ability improvement is built. The results of talent training in the past three years are quantitatively analyzed from the aspects of student scholarship， technological innovation， employment rate， enrollment rate， employment quality and evaluation of employers satisfaction. The implementation of the CDIO education model for the construction of environmental protection major is a practice of the localization of CDIO， which provides theories and references for the teaching reform of other majors.

Key words： CDIO; national first-class major; practical teaching; building environment and energy engineering