国际创新型工程教育模式中国化的研究现状及实践成果

（一）研究背景

20世纪以来，科学与工程实践在不断发生变化，从20世纪70年代开始，一些发达国家的工程院校开始进行工程教育改革，调整人才培养模式，以满足工业生产领域的需求。美国高等工程教育每隔几年就会掀起新的浪潮，部署新的行动，不断进行工程教育改革。20世纪90年代美国工程教育的改革思路与措施体现在几份重大报告中。10年之后又开始新的改革，部署新的改革行动。“2020工程师计划”在对2020年工程实践的技术、社会、国际与专业等大背景分析的基础上，描述了对未来工程师的期望与其关键特征，为工程教育的改革发展作出了战略设计，提出了顺应未来需求的变革途径和具体措施。欧洲的高等教育界在开始Bologna进程以后，加快了自己改革与发展的步伐。1995年，欧盟制订了大型综合教育改革的“苏格拉底计划”，内容涉及从幼儿教育到成人教育的各级各类教育。欧盟构建并实施了一系列“主题网络”来加强欧洲工程教育的改革和发展，“主题网络”有“欧洲高等工程教育”（Higher Engineering Education in Europe，H3E）、“加强欧洲工程教育”（Enhancing Engineering Education in Europe，E4）、“欧洲工程的教学与研究”（Teaching and Research in Engineering in Europe，TREE）。这三个主题网络对欧洲工程教育改革与发展产生了重要而深远的影响，被视为欧洲工程教育再造的三部曲。加拿大在20世纪90年代也进行了一系列工程教育改革，建立了国家的“创新战略”，国家自然科学与工程研究基金（NSERC）设立了一系列的工程设计讲座教授（NSERC Chair Professors）职位，旨在改变大学中重工程科学、轻工程设计的现象，建立了所有工学院都参加的“Canadian Design Engineering Network”（加拿大设计工程网络），旨在提升加拿大的工程设计教育。

世界范围内的工程教育改革不断深入，不过，大多数的改革局限于局部问题和局部地区，而CDIO改革是一个国际性的、广泛而全面的工程教育改革。2000年10月，以麻省理工学院、瑞典皇家工学院、瑞典查尔摩斯工业大学以美国工程院院士Edward Crawley教授为首，合作组成跨国研究组，获瓦伦堡基金会近1600万美元的巨额资助，经过四年的深入探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO国际合作组织。目前已有约百所大学加入该组织。2011年1月4日，麻省理工学院教授Edward Crawley因创立“CDIO”这一深度影响全球的创新人才培养模式而获得美国国家工程院（NAE）的“戈登奖”。

我国也非常重视工程教育改革。1995年，国家发布《关于组织实施“面向21世纪高等工程教育教学内容和课程体系改革计划”的通知》，1996年开始实施。2000年，教育部实施“新世纪高等教育教学改革工程”，同年世行贷款“21世纪初高等理工科教育教学改革项目”立项，1996年开始建立工科基础课程教学基地。2003年，教育部启动“高等学校教学质量和教学改革工程”，2007年，教育部、财政部实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”，高等工程教育是这些工程的重要组成部分。2010年，教育部与中国工程院共同实施“卓越工程师教育培养计划”。许多高校还参照国外工程教育经验，进行了人文教育、学科交叉、重视基础、创新教育和实践教学等方面的教学改革。

汕头大学于2005年在国内率先引入CDIO工程教育改革，提出了以设计为导向的培养方案，建立了以设计为导向的能力—素质—知识一体化课程体系，围绕CDIO教学大纲，实施创新工程人才的培养，并在工学院所有五个专业中实施。目前CDIO国际组织设立了七个区域中心。亚洲区域中心由汕头大学和亚洲其他两所大学共同主持。汕头大学进行的CDIO工程教育改革在国内外引起较大反响。2008年4月，教育部高等教育司发文成立“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”，2008年12月，“CDIO工程教育模式试点工作会议”在汕头大学举行，会议确定了第一批CDIO试点高校，共计18所高校；并成立了CDIO模式再创新试点工作组，汕头大学任试点工作组组长单位并作为秘书处常设地点。2009年，教育部在质量工程项目中设置了CDIO特色专业，首批共11所学校获批立项进行CDIO特色专业建设。2010年4月，第二批21所CDIO试点高校产生。至此，全国共计有39所高校开展CDIO试点工作。虽然CDIO工程教育改革这种新范式在国内迅速传播，但目前国内还没有学者对CDIO的理论、实践经验、存在的问题等进行全面的研究。

（二）文献综述

在世界范围科学与工程教育改革创新的浪潮下，发达国家十分重视高等工程教育研究。1985年美国国家研究委员会（NRC）发表9卷本大型研究报告《美国工程教育与实践》，提出“工程教育实践模式”，1989年麻省理工学院发表报告并出版专著Made in America：Regaining the Productive Edge，提出加强制造工程教育和工商管理教育。1994年美国国家研究委员会发布了《工程教育：设计一个适配系统》的报告。2004年美国工程院发布了《2020的工程师：新世纪工程的愿景》，2005年发布了《培养2020的工程师：为新世纪变革工程教育》；两个报告在详细分析2020年工程实践的技术、社会、国际与专业等大背景的基础上，描述了对未来工程师的期望与其关键特征，为工程师、教师、雇主与学生建立了未来工程与工程师的共同愿景，进而为工程教育的改革发展作出了一项战略设计，提供了顺应未来需求的变革途径和具体措施。2006年美国自然科学基金委员会（NSF）发表了2006～2011战略计划，指出美国要促进科学和卓越工程教育从而激励创新、刺激经济、改善生活质量。2004年欧盟工程教育E4推出了系列研究报告《欧盟专题报告：推进欧洲工程教育》，2008年欧盟工程教育TREE发布了《欧洲工程教育再造》的报告草案。2006年英国亨利管理学院在英国皇家工程院（RAEng）的委托下，从工业界的角度对工程教育进行调查，发布了《21世纪的工程教育：工业的看法》。2006年在巴西成立了工程教育协会国家联盟（IFEES），成员包括美国工程教育协会、欧洲工程教育协会、非洲工程教育协会等44个组织。

但许多工程教育创新仍缺乏系统的教育研究与科学研究。美国工程院报告《培养2020年的工程师》这样描述此现状：不论是单一的课程还是专业计划，抑或是单个学校，过去针对工程教育的改革尝试都是由这些改革的领导者的个人观点和经历决定的。我们总是主观地去感觉哪一种方案有用，而不是依靠一组认真采集的数据来得出哪一种方案对哪一类学生在哪一种学习环境下有用。缺少了这些数据支持，工程师及其科学团队的同事们就很难对一些议案进行评估。比如，对于一些新兴教学方法的有效性评估，以及信息技术对于提高学生学习效果的影响。在技术团队中，一个实验室的数据分析结果对同仁们的研究具有广泛深远的影响，与此不同，许多教育改革者没有将有关学习的研究整合到他们工作中。^[4]

针对教育方法研究者和工程教育实践者各自发展、缺少相互交流和支持的现状，美国工程教育学会会刊Journal for Engineering Education自2003年开始倡导学术性工程教育改革，他们提出了一个模型（图1-1）。(www.chuimin.cn)

这个模型描述了工程教育实践者和学习科学研究者之间、或实践与研究之间相互持续支持、共同提高。而CDIO工程教育模式就是工程教育实践者和教育研究者之间互动的结果。

图1-1　学术性工程教育改革实施模型^[5]

自2004年CDIO国际合作组织成立以来，每年召开国际会议，就CDIO改革中的理论与实践问题进行多方面、多层系的研究。“第二届CDIO研讨会、国际会议暨合作组织会议”于2006年6月12日至15日在瑞典林雪平大学召开，来自各国的与会代表共140人参加了此次会议。“第三届CDIO国际学术会议暨合作组织会议”于2007年6月11日至14日在美国麻省理工学院召开，来自世界五大洲16个国家61所院校的195名代表参加了会议，包括哈佛大学、斯坦福大学、帝国理工学院等世界一流大学的代表。一些学校还派学生参加了会议。CDIO研讨会为新、老会员及对CDIO教育理念有兴趣的与会者提供了关于CDIO的理念和实践的训练和交流。在高级研讨会中与会代表亲身体验了MTI的普通物理和生物医学两个实验室的教学过程。2007年11月“2007年国际CDIO研讨会”在汕头大学召开，专家们围绕如何推进CDIO项目及未来的工作安排等问题展开了深入讨论，达成了许多共识。汕头大学的顾佩华、陆小华等参加了2006年至今的每届国际会议，向世界各国传递了汕头大学和其他我国大学进行CDIO教育改革的信息。特别值得一提的是，2007年，麻省理工大学Edward Crawley教授等对CDIO教育模式的形成过程和实践的关键内容进行了详细总结，出版了Rethinking Engineering Education：The CDIO Approach（该书被汕头大学译为中文《重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法》），主要内容包括CDIO的改革背景、大纲、标准、课程体系，学生能力培养，实践场所建立和实践条件的要求，教与学的方法，学生学习能力的考核，教育改革对组织和文化的改变的要求和建议，以及如何对改革的结果进行评估。该书对于在世界范围内实施CDIO教育模式再创新和创造21世纪先进工程教育模式具有很好的参考价值。Edward　Crawley教授对MIT等几所欧美大学实施CDIO教育改革的总结，引发了工程教育研究者对CDIO改革理念和实践经验更为系统的思考和深刻的研究。另外，关于CDIO改革的一些具体的研究，也比较多。关于CDIO教学大纲的运用，如《Large Scale Use of the CDIO Syllabus in Formulation of Program and Course Goals》（2007，Svante Gunnarsson）、《The CDIO Syllabus and Outcomes-based Assessment》（2010，Robert W.Brennan）。关于一体化课程计划的设计，如《CDIO Applied in The Context of Material Science》（2007，Maria Knutson Wedel）、《CDIO in Chemical Engineering Education》（2007，Martin E.Vigild）、《Sustaining Curriculum Innovation：The Diploma in Chemical Engineering Experience》（2010，Sin-Moh Cheah）。关于教与学的方法、手段和资源，如《Multidisciplinary Project-Based Product Development Learning in Collaboration with Industry》（2007，Fredrik Berglund）、《Active Learning Strategies for Teaching Lean Thinking》（2007，Jacqueline P.Candido）、《Implementation and Efficacy of Active Learning Strategies in Engineering Mathematics》（2009，Dr.Charlie McCartan）、《Promoting　Systems Thinking and Problem Solving Skills through Active Learning》（2010，Chuan-Aik　Koh）。关于学生学习的评估，如《Assessing　the　Development　of　Personal and　Professional　Skills　in　Group　Projects》（2010，J.Paul　Hermon）、《Assessment　of　CDIO　Skills　for　Student　Final　Year（Capstone）Projects　of　Different Genres》（2010，Kok-Eng　Ting）、《The　CDIO　Approach　to　Engineering　Education：Assessing　Student　Learning》（2010，Andrew　Mclaren）。

从国内来看，我国一直重视高等工程教育研究，近年来的重大研究也很多。如1994年中国科学院技术科学部进行了“改革我国高等工程教育，增强我国国力和国际竞争力”的研究，1998年以朱高峰、张维为组长的中国工程院课题组进行了“我国工程教育改革与发展”研究，1999年中国工程院进行了“开发我国工程技术人员创新能力的对策研究”，2000年清华大学、浙江大学等13所高校进行了“重点理工大学培养的人才素质要求和培养模式的研究与改革实践”的研究，2005年教育部科学技术委员会组织浙江大学、清华大学、北京航空航天大学、中国矿业大学等高校进行了“面向创新型国家的工程教育改革”的研究。

汕头大学从2005年以来就对CDIO进行了广泛深入的研究，撰写了许多研究论文，发表在国内外杂志。国内关于CDIO工程教育改革的研究，在汕头大学的带领下也开始丰富起来。在“CNKI中国期刊全文数据库”用“题目”或“关键词”检索，CDIO有关文献有上千篇。作者单位有“985工程”院校，有一般本科学校，还有高职高专；从论文作者单位分布看，远远超出了“全国CDIO工程教育模式试点高校”和特色专业院校的范围。论文涉及CDIO的各个方面，从CDIO理念、理论到课程体系建设，从课堂教学到CDIO实践环境建设等。从研究论文涉及的专业看，也不止“全国CDIO工程教育模式试点工作组”确定的四个工科大类专业，应用CDIO模式进行教学改革的专业已达到20多个，并且有许多人文社科类专业如英语、思想政治教育等。杨叔子、查建中、王沛民、李曼丽等许多学者都从宏观的角度对CDIO进行了解读。39所CDIO试点高校也结合本校的改革实践论证了CDIO工程教育模式的中国化。CDIO工程教育模式在教学实践中的研究，也是试点高校教师研究的重点。

综合看来，国内外关于CDIO工程教育改革的研究在实践层面上取得了丰富的成果，但仍需从理论层面上去研究CDIO。国内对于CDIO还存在一些误读，导致在实践中也出现了一些问题。学界对于我国CDIO试点高校也还没有进行系统、深入的经验总结。