基于CDIO理論的職業本科實踐教學環節的開發與應用
——以“航空發動機維護實訓”課程為例

許振騰 黃 杰 蔡 佳 周 忠

（1.南京工業職業技術大學，江蘇 南京 210046；2.南京航空航天大學，江蘇 南京 211100）

一、前言

從2014 年《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》首次提出舉辦本科教育，到2019 年《國務院關于印發國家職業教育改革實施方法的通知》中明確提出“開展本科層次職業教育試點”，并批復了22 所本科層次職業教育試點學校名單，再到如今，最早的一批職業本科已經辦了3年多。公眾對于“職業本科”的概念不再像以前那么陌生，但是仍然在探討和它相關的定位問題，比如李勝[1]就探討了職業本科教育背景下專科教育的定位問題，楊欣斌[2]從培養人才類型上入手，對職業中等教育、職業專科教育、普通專科教育、職業本科教育、應用本科教育和普通本科教育來進行區分。職業本科作為新生事物，對于它的理解和應用仍有很長的路要走。筆者有幸作為第一批職業本科院校中唯一公辦院校的一員，見證了職業本科教育這兩年的發展，也深刻體會到了摸著石頭過河的艱難。

教育部在《本科層次職業教育專業設置管理辦法(試行)》中指出應“堅持高層次技術技能人才培養定位”，所以技術技能人才的培養依然是職業本科的主要任務。作為技術技能培養的主陣地，實踐教學一直是本科職業教育的一大痛點。其中，最難擺脫的就是專科實踐教學的陰影。職業本科院校實踐教學平臺構建要根據其內容的學術性要求進行設計，充分體現專業性技能人才培養的目標定位，不能簡單移植中等職業學校和職業專科院校模式，使教學框架陷入“學科教育+操作技能訓練”的兩極結構[3]。不能做兩級結構的言外之意，就是要把學科教育和操作技能合為一體，使理論和實操結合得更加緊密。

換一個層面，還有一個問題對職業實踐教育有著巨大的影響，當然這個問題甚至在影響著整個高等教育，那就是如何把學生放到教育環境的中央位置。按照學習生態學理論，人才培養質量的高低取決于學習者與學習共同體其他成員以及學習環境的交互質量，但是“以學習者為中心”的職業本科教育新型生態還沒有建立[4]。雖然這一問題放在職業本科教育的領域去解決有些困難，但是職業實踐教育先天需要學生廣泛參與的特點，可以作為嘗試解決方案的一個突破口。

筆者自工作以來一直從事職業教育實踐教學工作，在本校升格本科后便組建團隊研究職業本科實踐教學，經過一年多的研究和實踐，也取得了一些成果，并申報了相關項目。本文是對這一階段研究中實踐教學環節研究成果的總結，主要是針對性地解決上文提到的困擾職業本科實踐教學的兩大問題。通過引入CDIO 工程教育模式，開發實踐教學任務，將理論和實操融為一體，全程以學生為中心，并匹配合理的過程評價體系，最終實現整個實踐教學環節的有機串聯，有效提升了實踐教學的質量和水平。

二、實踐教學任務開發

通過對職業專科實踐教學的研究發現，“重操作，輕任務”是“學科教育+操作技能訓練”的兩級結構形成的一個最主要原因。所謂“重操作，輕任務”是指實踐教學的重點在學生如何完成操作上，但是對于任務的開發過程學生全程無參與。這雖然契合了職業教育培養技術技能人才的初衷，但是很難培養出高層次的人才，所以在職業本科實踐教學的設計中，筆者將教學任務的開發列為實踐教學過程的一個重要環節，讓學生參與到教學任務的開發中。通過這樣的設計，可以同時解決上文提到的兩大問題。然而，讓學生開發教學任務并非易事，筆者通過進行大量的方法調研，最終確定了CDIO 工程教育模式理論。這一理論為學生參與任務開發提供了一條可行之路。

（一）CDIO理論

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO 包括了三個核心文件：1 個愿景、1 個大綱和12 條標準。近年來，已經有很多學者試圖將CDIO 應用于實踐教學課程的開發。張天龍[5]等將CDIO 理論用于開發裝配式建筑BIM 一體化實踐教學，建立了實踐教學框架；Leslie L J[6]將CDIO理論用于嵌入式專業技能的提升中，并培養學生專業能力和團隊協作方面取得不錯的效果；唐茜[7]利用CDIO設計了交互式教學模式；周蓉[8]則與OBE相結合，創新出了混合教學模式。可見，CDIO理論在實踐教學方面確實有著獨特的優勢。

在查閱大量文獻之后，筆者發現學者們對CDIO 的應用主要是在框架或者整體設計上，具體任務開發時關聯CDIO 較少，通過對CDIO 的概念、12 條標準以及大綱進行深入分析和研究，發現其對實踐任務開發具有非常顯著的指導意義。CDIO教育聯盟在其大綱中將現代工程師應該具備的科學和技術知識、能力和素質劃分為四個層面，并對每一個層面所涵蓋的內容進行細分。為了方便在任務開發過程中使用CDIO 理論，對大綱進行了細致研究，選取了與構思、設計、實現和運作相匹配的應用內容，具體如圖1所示。

圖1 CDIO工程教育模式應用指導圖

（二）任務開發

對于一個項目任務來講，按照構思、設計、實現、運作的流程進行操作，既符合一般任務完成的規律，又能夠培養和鍛煉學生不同方面的能力。因此，對于任何一項任務，都應該至少包含上述四項內容。學生需要完成的是一個任務，而作為教師，則要為學生制定任務的目標，這樣學生才可以有相對統一的思路，也方便在后續的評分過程中統一標準。目標的制定過程相對復雜，需要結合企業實際、專業規劃和課程標準來制定，可以借助不同的方法和理念，比如備受學者們青睞的OBE（Outcome Based Education）教育理念等。

利用任務設計常用的逆向思維來分析整個任務開發的過程。將已經確定的任務目標定義為最終成果，劃歸CDIO 的運作環節，推導在實現環節的工作內容。結合CDIO 大綱和最終成果，推導出實現環節的主要任務有：圖紙模型繪制過程；工藝流程的編寫；實物加工過程；操作工作單卡；代碼編寫過程；系統搭建過程等。設計環節主要任務是如何來達成實現環節。因此，推導出的設計環節主要任務包括：查閱資料、確定平臺、所需知識匯總、任務分工、團隊協作等。構思環節是最先開始的，也是最重要的，在CDIO 大綱中提到了它的一項主要任務是設立系統目標和要求，此處的目標和運作環節實現的成果是一致的。根據設計環節的任務進一步推導出構思環節的主要任務包括：明確設計目標、要求；分析實現方式；確定設計思路等。上述設計流程可參考圖2。

圖2 任務的開發與實現過程

圖2中虛線箭頭代表的是設計流程，即教師為學生規劃每個環節任務的過程，用于指引學生避免其偏離課程主線。實線箭頭代表的是學生完成課程內容的過程，與教師設計過程剛好相反。

三、過程評價體系構建

基于CDIO 理論的任務開發可以使理論和實操有機融合在一起，也可以讓學生處于課堂的中央位置，但是，其實它只是一個空花瓶。因為，這樣的設計把學生的表現分配到了整個任務的全壽命周期過程中，如果依然按照以前的結果考核模式來進行考核，那么所有的過程都是沒有任何意義和約束的擺設。想要讓這樣的設計有意義，那么就必須設計與之相匹配的過程評價體系，爭取在實踐教學的每一個環節都融入課程評價的元素。

過程評價已經不是新鮮的概念，早在2016 年就被正式提出。學者們對過程評價也做了大量研究。劉宏偉[9]對過程評價的主體、標準和權重進行了研究；王飛[10]則結合過程評價提出了新的課程考核方式。結合本課題的需求，對于過程評價的研究主要集中在三個方面：過程指標、數據采集和評價結論。

（一）過程指標

若要完成過程考核，需要首先確定考核指標，在確定考核指標時，需要符合SMART 原則，具體內容如圖3所示。

圖3 過程考核SMART原則

根據SMART 原則，過程評價指標應該具有具體、可量化、有針對性等特點。雖然在之前的任務設計中，對每一個環節的任務進行了預設，但是這些任務并未給出具體的評價指標。因此，需要對每一個環節的任務進行總結和推演，得出主要過程指標，具體指標內容如表1所示。

表1 過程評價指標

表1 中所列過程指標具有一定的代表性，也符合SMART 原則。針對不同的項目，所選用的過程指標并不完全一樣，實際授課過程中，每個環節可能只用到其中的2～3 個指標。授課的過程中，任課教師可以把過程指標分享給學生，使學生在完成任務的過程中思路更清晰。

（二）數據采集

在實際教學過程中，過程考核很難長久維持下去，其中一個很重要的原因是過程數據采集比較困難。數據采集存在兩個主要的難題：一是采集數據過程中教師主觀性起決定性作用，難以客觀評價學生的表現；二是量化指標不夠明確，采集過程耗時耗力。第一次使用過程評價時，往往帶著一腔熱血，所以也不覺得其中艱難，但是復雜的統計過程可能會在后續的使用中被遺棄。為了避免上述問題，團隊成員對需要采集的數據和采集方法進行了充分論證和改進，使其既客觀真實，又省時省力。實踐教學過程中主要采集的數據如表2所示。

表2 采集指標信息表

表2 中給出的采集指標和上一節中過程評價指標一樣，需要結合具體課程的需求來確定，每門課程可能只會用到部分指標。數據采集最好有一個自動計算的平臺，這樣會讓統計工作輕松很多。常用的平臺有EXCEL 表格、微信小程序或者一些計算軟件等，任課教師可以根據自己對各平臺的熟練度選擇使用。

（三）評價結論

實踐教學的評價結論通常存在兩方面的問題：一是評價結論往往以小組為單位給出，對組內成員的個人貢獻評價有所欠缺；二是評價內容過于單一，沒有綜合性。這兩個問題帶來的直接后果就是學生的綜合成績分布不合理，過于集中于某一個分數段。針對第一個問題，可以通過計算小組成員在組內的貢獻值來解決。貢獻值取決于該成員在組內活動的參與度，可根據不同環節采集到的不同成員參與任務的情況獲取。公式1為本團隊提出的貢獻值（CV）求取方法。

對于一個小組成員數為n 的小組，根據公式1可以求取小組內第j 位同學在組內的貢獻值。該貢獻值可以作為小組總得分的分割依據，據此獲得的個人得分，可以有效彌補傳統評價方式的欠缺。小組總得分主要參考上一節中的“計分規則”，可以通過加和的方法求取總得分。對于評價結論的第二個問題，上文提到的評價體系可以有效解決該問題，在此不再贅述。

四、成果應用

項目組將本文的研究成果應用在《航空發動機維護實訓》的課堂中，下面對其應用過程進行展示。

按照第二節中提出的“最終成果——成果實現——設計過程——設計構思”的方法，首先確定了學生需要完成的最終成果為：完成點火系統排故和點火激勵器的更換。結合我校現有的CFM56-3 發動機，進一步細化給出的任務內容為：B-5095 飛機1 號發動機出現點火故障，無法正常點火，請根據相關手冊，完成排故過程和左點火激勵器的更換。點火激勵器的位置圖[11]如圖4所示。

圖4 點火激勵器位置圖

根據最終成果的形式，需要在“成果實現”環節完成任務工單的設計，其中包括“排故任務工單”和“點火激勵器拆裝任務工單”兩項內容。在“設計過程”環節，需要根據相關資料確定任務的施工程序，在該項任務中，需要確定的施工程序有兩項：一是如何根據故障現象完成手冊的查詢，并確定故障原因，完成排故；二是確定點火激勵器拆裝的步驟、所需工具、所需耗材以及存在的安全隱患。因此，在此環節中，需要給學生提供參考資料，主要參考資料包括：AMM 手冊（飛機型號737-300/400/500）、IPC 手冊、TSM 手冊和標準工單模板。“設計構思”環節主要考查同學們對于整個項目的規劃，通過繪制項目流程和主題匯報來檢驗完成情況。上述內容是教師對于整個項目的設計和規劃，為了讓學生按照這個流程去完成整個項目，教師可以在不同環節間給予適當的引導，以提高項目整體完成質量。

為了完成過程評價，引入了騰訊在線文檔進行數據采集，并使用Python編程進行數據的下載和處理。騰訊在線文檔采集數據的好處在于，它不僅集成了EXCEL 表格超強的計算功能，還可以顯示各組的項目進度，方便任課教師掌握項目完成情況。圖5為第一小組數據采集文檔示例。

圖5 在線文檔采集數據示例

除了基本的數據采集和初步計算之外，還有大量不方便使用在線文檔完成的計算和統計工作，這其中最重要的一項工作就是按照學號輸出每一位同學的最終成績。項目組使用Python 進行了編程，實現了在線文檔的自動下載、計算、排序和輸出功能，操作人員只需要打開Python軟件，便可以一鍵獲取所需的數據，大大提升了辦公效率。

實踐教學任務完成之后，獲取到學生的最終折合成績，項目組將該成績與往年成績做了對比。由圖6可以看出，通過本方法進行實踐教學后，學生的成績更能夠體現個人水平，不同團隊成員之間成績的相似度大大降低；由圖7可以看出，學生的成績分布更貼合正態分布，期望值更符合實際學生的表現，標準差增大，說明成績離散程度增大，成績在整個分數區間的分布更加均勻。

圖6 學生成績散點圖

圖7 成績分布密度圖

五、展望

本課題以CDIO 理論為指引，設計了一套可用于職業本科實踐教學的過程評價標準，并對其中的環節設置、評價指標和評價方法進行了詳細設計，可直接用于實踐教學。最后，將該研究在《航空發動機維護實訓》課程中的應用進行了展示，并對最終結果進行了評價，證實了該方法的可行性。但是，本課題目前的研究只是針對某一項實訓課程，而對于職業本科實踐教學而言，所有的實訓課程能夠有機串聯在一起，才是真正有意義的。實訓課程的有機串聯，可以讓所有的課程開發都圍繞一個共同的目標，所以在后續的研究中，將會重點關注實訓課程之間的關聯方法，建立課程間的接口，實現面向專業的職業本科實踐教學設計。