CDIO大纲产生与具体内涵：国际创新工程教育模式研究

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：CDIO的核心内涵可以用CDIO的愿景、CDIO教学大纲和CDIO的标准表达。图3-1说明了从需求到目标的CDIO大纲的制定过程。图3-2CDIO教学大纲体系第一层的具体内容图3-3给出了大纲第一个方面“技术知识和推理”中的第二层的具体内容。图3-3CDIO教学大纲中的“技术知识和推理”图3-4列出了大纲第二方面“个人能力、职业能力和职业道德”与第三方面“人际交往能力：团队协作和沟通”的第二层的内容。

从2000年开始，麻省理工学院和瑞典的几所大学在瑞典瓦伦堡基金会的巨额资助下进行了4年的工程教育改革跨国研究，于2005年正式提出CDIO工程教育改革模式。CDIO的核心内涵可以用CDIO的愿景、CDIO教学大纲和CDIO的标准表达。CDIO的愿景是为学生提供一种强调工程基础、建立在真实世界的产品和系统的构思—设计—实现—运行（CDIO）过程的环境基础上的工程教育，培养学生能够：掌握深厚的技术基础知识，领导新产品和新系统的开发与运行，理解技术的研究与发展对社会的重要性和战略影响。

CDIO教学大纲（CDIO Syllabus）是CDIO工程教育的目标体系，类似于“专业培养规格”，但其详细程度要远甚于常见的专业培养规格。

CDIO的标准（CDIO　Standard）是实现其教学目标的指引，回答“如何培养人”的问题。CDIO秉承建构主义教育理论，对课程计划的制订、学生学习经验、教学环境、教学考试三个方面的统一有系统性的要求。

简单地讲，CDIO的基本定位是培养能够在现代企业与社会环境中进行新产品、过程或系统的开发与运行的工程师，所以就要以这样的工程师所需要的知识、能力和素质来制定培养规格，即CDIO的教学大纲；以工程师的实际工作作为工程教育的背景环境（context），让学生在这样的背景环境中学习工程，即CDIO的标准。

工程师的基本社会责任是创造产品、过程或系统，服务于社会。一个工程师所从事的工作就是服务于这个创造的过程，即产品、过程或系统的构思、设计、实施和运行，即C（conceive）-D（design）-I（implement）-O（operate）。CDIO的基本出发点是：既然工程师需要服务于这个生命周期，那么工程教育的培养目标就应该是胜任这个周期的工作。因此，CDIO对这个周期的工作做了系统的梳理，明确了工程师到底应该能够胜任什么工作（表3-1）。为了在现代团队工程环境中胜任这样的工作，创造复杂、高附加值的工程系统，学生必须具备扎实的基础知识，多学科、系统的观点，很强的交流能力，严格的道德标准。

表3-1　产品、过程或系统的生命周期

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CDIO从培养的愿景出发，通过利益相关者的调查制定CDIO的培养目标，即CDIO教学大纲，以此作为培养方案的规划和整合、教与学的实践以及基于学习效果的评估的基础。图3-1说明了从需求到目标的CDIO大纲的制定过程。^[7]

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图3-1　CDIO教学大纲的发展过程

导出这样一个教学大纲的出发点非常简单。工程师要做工程，他们就需要建造产品、过程或系统。为了进入现代工程职业领域，学生必须具备一个工程师的基本素质。即将毕业的工程师应能够在现代的基于团队的环境中，构思—设计—实施—运行复杂的具有附加值的工程产品、过程和系统。换句话说，即将毕业的工程师应该重视工程的过程，要对工程产品、过程与系统的开发有所贡献。另外，作为年轻的大学工科毕业生和年轻人，他们应该是成熟的和有独立思考能力的个体。

如图3-2所示，这些高层的期望直接对应着教学大纲体系中的第一层或X-层。将教学大纲的第一层内容转换为四个方面的期望，说明在技术上努力追求的成熟个体掌握了一整套个人与专业的能力和品质，其核心就是实践能力。为了开发复杂的、具有高附加值的工程系统，学生必须熟练掌握必要的技术知识和推理能力。为了能够在现代和基于团队的环境中工作，学生必须培养适用于团队工作和沟通需要的人际交往能力。最后，为了能够创建并运行产品、过程和系统，学生需要了解在企业和社会环境背景中如何进行系统的构思、设计、实施及运行。

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图3-2　CDIO教学大纲体系第一层的具体内容

图3-3给出了大纲第一个方面“技术知识和推理”中的第二层（即X.X）的具体内容。现代工程有赖于相关科学知识（1.1）。核心工程基础知识（1.2）建立在科学核心上面，高级工程基础知识（1.3）培养学生具备开始职业生涯所必备的能力。事实上，教学大纲的这一层次内容是为了更详细地描述工程教育所必备的学科基础知识。大纲第一方面的具体内容因不同领域会有很大的变化。把技术知识和推理能力放在教学大纲的最前面是为了提醒人们，深厚的工程技术基础知识应该是工程教育的基本目标。教学大纲的其他部分阐述了所有工科毕业生都应具备的更为一般的知识、能力和态度。(www.chuimin.cn)

各种类型的工程师都使用相似的个人能力、人际交往能力，并基本遵从相同的一般过程。CDIO尽可能保留教学大纲中包含中工科毕业生所需的所有知识、能力和态度这三部分内容，并尽量对所有的专业使用明确的术语，具体应用于不同工程领域时，需要对这些术语进行转换和解释。

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图3-3　CDIO教学大纲中的“技术知识和推理”

图3-4列出了大纲第二方面“个人能力、职业能力和职业道德”与第三方面“人际交往能力：团队协作和沟通”的第二层的内容。图3-4中最里面的圆给出了工程师使用最多的三种思维模式：工程推理和解决问题的能力（2.1），实验与发现知识（2.2）和系统思维（2.3）。这三种思维模式也可称为工程思维、科学思维和系统思维。每种思维模式可以进一步细化为问题的表达、思维过程和问题的解决。与这三种思维模式不同的是，职业能力和职业道德（2.5）包括了工程实际中职业计划和终身学习所必需的职业操守、职业行为以及能力和态度。个人能力和态度（2.4）包括一般的性格特征，这些性格特征是指一个人的进取心、坚定不移的决心、创造力、批判性思维、自知之明、好奇心、终身学习的能力和时间管理能力。

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图3-4　CDIO教学大纲：个人能力、职业能力和人际交往能力

人际交往能力与个人能力不同，它分成三个重叠的子集：多学科团队工作（3.1），沟通（3.2）和外语的交流（3.3）。团队工作是指形成技术团队，使之运行和成长，并领导该团队。沟通能力则包括制定出交流策略和构架，并能使用书面交流、口头交流、图形描述和电子化手段四种基本沟通模式。外语交流指的是传统的外语学习能力，并能够应用在特定的技术交流中。

图3-5指出了大纲第四方面，即“在企业和社会背景环境中，构思、设计、实施及运行”的框架。该图说明了开发一个产品、过程或系统的四个阶段：系统的构思与工程化（4.3）、设计（4.4）、实施（4.5）和运行（4.6）。这些名词可由硬件、软件、系统和过程工业四个方面进行描述。“构思与工程化”是指根据市场定位或通过高层概念设计选择机会的过程，同时还包括开发与项目管理。“设计”则包括设计过程以及学科、多学科和多目标设计等方面。“实施”包括硬件与软件实现过程、测试与证明以及实施过程的设计和管理。“运行”包含了从设计和运行管理，再到支持产品、过程与系统的生命周期和改进，最后至生命周期终结的规划等多方面的问题。

工程师必须懂得如何在企业和商业环境中（4.2）有效进行产品、过程和系统的创建与运行。要做到这一点，工程师需要具备在任何类型和规模的企业中理解企业文化和发展战略的能力，并懂得以企业家的方式发挥作用。同样，企业是在一个大社会背景环境（4.1）中生存的，这方面的知识和能力应包括对社会与工程之间关系的认识以及对历史、文化和全球情况的广泛了解。

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图3-5　CDIO教学大纲中的“构思、设计、实施和运行”

总之，教学大纲以合理的形式由前两层构成。第一层内容（即X层）反映了工程师的职能，工程师作为一个训练有素的个体，参与企业的某一工作过程，其目的是建造产品、过程和系统。第二层（即X.X层）对内容进行了细化，反映了当代工程专业的实践与学术方面的内容。

CDIO教学大纲分别用X.X.X层和X.X.X.X层进一步将教学大纲细化到第三层和第四层内容。这些具体内容必须从高层的目标转换成可讲授和可评估的学习效果。尽管初看起来它们的内容非常多，但详细的教学大纲对那些并不熟悉大纲标题内容的工科教师来说会带来许多好处。这些细节使我们深刻理解了大纲的内容，应将这些能力要求整合到课程计划中，并制订出教学与评估规划。

CDIO大纲产生与具体内涵：国际创新工程教育模式研究

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