中国化的CDIO工程教育模式理论与实践研究

CDIO标准3的核心内容是一体化的课程体系设计。所谓一体化的课程体系，指的是将能力与素质的培养同知识的传授融为一体，避免知识传授和能力素质培养“两张皮”。一体化课程体系要求由相互支持的专业课程和明确集成个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力为一体的设计课程。一体化课程计划的特点是通过与工程学科基础进行结合，培养个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力。

构建一体化课程计划既是教学实践方面的要求也是教学方法方面的要求。在实践方面，现代工程教育面临着在有限的时间内完成越来越复杂、分支越来越多的知识体系的教育和我们与日俱增的工程实践能力的培养的困难，我们必须要重新分配可用的时间和资源，协调能力和学科知识的同时学习，使课程计划能对已有的时间和资源发挥双重作用。在教学方法方面有三个理由：首先，学生的个人能力、人际交往能力和产品、过程和系统的建造能力是与他们的背景环境相关的，工程师所需要的这些能力需要在特定的环境中学习和实践。例如，对于口头交流能力，学生需要能够应用学科的概念、能够在不同抽象层面上审视问题、能够向不同的听众解释技术问题。其次，以CDIO为背景环境的学习，学生能够对学科知识的概念和个学科间的相互联系有更深刻的理解，将抽象的学科知识转变成专业能力。第三，教师能在工程能力的教育中起到楷模的作用，激发学生自觉在学习过程中将学科知识的学习和能力的培养融为一体。

（一）课程计划设计的过程

CDIO定义工程教育的利益相关者为教师、在校学生、校友和社会（用人单位）。课程计划设计的过程就是将工程教育的愿景转化为教学实施的过程（图4-3）。课程设计的初始输入是当前条件和由利益相关者的调查所确认的工程教育培养目标。秉承逐步改进、可持续发展的现代质量改进理念，需要持续对一体化课程体系的实施效果与预期目标进行比对并根据此比对结果改进课程计划的设置，在多次反馈改进的基础上逐步发展成为较稳定的制度。为此，在改革初期需要对当前状态进行分析，作为比较与反馈的基准。^[5]

（二）课程计划的内容

CDIO教学大纲已经对工程与创新能力和基本工程素质的培养有了非常完整而详细的内容要求。然而，在将此教学大纲本土化的过程中还有两个关于教学内容的重要问题需要关注并解决。第一个问题是，CDIO教学大纲的第一方面只规定了“技术知识与推理”，对大学教育的人文、哲学、社科、体育、政治思想等均未涉及。因此，作为大学教育，其内容是不完整的，需要在本土化的过程中加以解决。有两种选择可以考虑。选择一，鉴于CDIO教学大纲主要涉及的是工程知识和能力的培养或专业知识与能力的培养，而遗漏的部分则主要是通识与素质等学校公共要求知识与能力的培养，所以，可以将一个专业的教学大纲分为两个部分。第一部分为通识与素质培养大纲，第二部分为专业与工程能力培养大纲。这样处理的好处是简单，坏处是将素质培养与专业培养割裂，不符合一体化培养的思想。必须承认，有很多素质培养的目标是可以在专业培养过程中完成或部分完成的。选择二，将CDIO教学大纲的第一方面改为“专业知识与基本素质”，将所有公共课程要求都放在这个方面。这样做的优点是便于一体化课程计划的设计；缺点是这样一来专业教学大纲的第一个方面会显得格外庞大，导致分类困难，最终仍然可能导致一体化课程设计的困难。

图4-3　一体化课程计划设计过程模型

麻省理工学院航空航天系实际上采用的是选择一。麻省理工学院有17门全校通用课程要求，CDIO教学大纲只适应于主修课程要求的198个学分。汕头大学工学院也是采用选择一。

在课程内容方面需要考虑的第二个重要问题是教学大纲关于知识的要求与分解问题。我国长期秉持学科中心课程思想，每一门课基本上都是一个学科分支，经过长期的课程建设，每门课都有了相对固定的内容。因此，对于很多教师来讲，一门课的名称就基本上代表了此门课所要包含的内容和要求。然而，这样至少带来三个方面的问题。第一，如前所述，学科中心的课程安排忽视学生作为学习者个人的知识构建和能力发展的要求。第二，知识体系和工程实际的不断发展导致学科分支越来越多，大学课程已经异常拥挤。学科中心课程思想的中心是保持学生学习的系统性、学习的深度和严谨性，而当学科分支变得越来越多，学生都疲于应付每一门课的要求时，学生实际的学习效果可能与学科中心的初衷背道而驰。第三，我国几乎每门课的内容都相对稳定而且编制了教材。众所周知，一项新知识从学科前沿和最新工业实践走进教科书需要相当长的时间，所以这样的做法不利于学校知识的整体更新。此外，这样容易使教师安于业已建立的课程内容的讲授，不利于教学的创新和对学生创新能力的培养。

我们需要充分认识到整合学科课程所遇到的困难和阻力。也许在改革的初期学科和课程的整合还不是重点，但是，在制定专业教学大纲时应该给改革的深入做好铺垫。所以，专业教学大纲关于知识的分解应该向CDIO能力大纲一样细化到具体的知识点。这样既可以为课程的整合打下基础，又可以帮助发现不同课程中重复的内容（不可否认，有些重复是学生认识螺旋上升的需要），还可以帮助检验和安排知识的理解和实践间的关系（见“培养目标实现矩阵”）。

（三）当前课程体系现状调查（基准调查）

当前课程体系的现状调查包括两个主要方面。其一是对当前教育目标、学制和课程结构的评价，分析问题，论证改革的方法和可行性。其二是对培养效果进行评价。从可比性和一致性来讲，这个评价要与今后例常的培养效果反馈调查工作相同，需要相对于同样的标准、用相同的评价手段进行评估。而这个标准，就是CDIO的教学大纲。

CDIO标准3要求课程之间相互联系、相互支撑，以帮助学生从根本上理解课程的基本概念、理论和应用，达到融会贯通的目的。

对学生的学习效果准确评估是非常困难和复杂的问题。CDIO避开了对学生学习效果的直接评估，改为对教学目标和教学过程的间接评估，即调查教师是否在教学过程中有意识地针对CDIO的能力进行培养，培养的次数与强度如何。尽管这不能真正判断学生实际能力的水平，但这样的评估也许更为合理有效。因为对于通用能力（例如，交流能力），每个学生在上学前所具有的水平就极为不同，期望经过培养使每个学生都达到相同的水平是不现实的。然而，当他们经历了同样目标、同样强度的训练，每个学生的能力都应该较之前有类似程度增长。CDIO采用了介绍（I，introduce）、教授（T，teach）和运用（U，utilize）表达对某一特定能力目标的培养要求。I、T、U的定义为如下。

1.介绍

（1）对学生谈及或简单介绍这个知识/能力点；

（2）针对这一知识/能力点，没有明确的教学目标对与之相关的知识或能力要求；

（3）关于本知识/能力点的授课、讨论和实验的时间都少于一个小时；

（4）没有同本知识/能力点直接相关的练习、项目和家庭作业要求；

（5）这个知识/能力点可能不会在考试或者其他考核手段中进行评定。

例1：某课程开始时用了一个工程系统（能力点4.6）的操作作为例子来讲解设计的某个方面，但并不对设计或操作分析展开直接的讨论。

例2：在某个专题的教学中涉及了职业伦理问题或者冲突困境（能力点2.5），但并没有对职业伦理在现代工程实践中的角色地位展开直接的讨论。

2.讲授

（1）真正努力让学生学习新知识；

（2）作为学习目标认知水平至少要提高一级（如从不知到认知，从认知到理解，从理解到应用等）；

（3）通常花至少一个小时以上的时间讲授、讨论或实验本知识/能力点；(www.chuimin.cn)

（4）要有与本知识/能力点相关的练习、项目或家庭作业；

（5）可能在考试或其他考核方式中有所反映。

例1：产品设计过程与方法（能力点4.4）就是通过项目或者大作业的方式明确要求学生进行实践。

例2：合作能力和团队精神（能力点3.1）的培养就可以通过一些工作坊的方式向学生进行传授，并指定一个导师参与学生学期内的项目工作，让学生从实践中学习。

3.运用

（1）假定学生在这一知识/能力点上已经具备了一定的能力；

（2）没有关于这一知识/能力点的考核，但是学生需要应用它去完成其他的教学目标；

（3）对于一个知识/能力点的学习没有时间限制；

（4）不直接采用课题、练习、项目、家庭作业等方式来教这一知识/能力点；

（5）不直接使用测验或其他考核方式来评估这一知识/能力点。

例1：在讲授除交流能力的任何课程时，教师可能会要求学生利用他们的口头表达能力（能力点3.2）来说明自己的工作。但是，教师可能不会去明确教导学生如何进行口头表达。

例2：在做实验时，学生需要自己动手完成实验。而这门课可能并不直接教授实验技能。

在基准调查阶段，因为没有现成的文字记录可供参考，最合理的调查方法是按照CDIO教学大纲对每一门课与授课教师进行面对面的讨论。为了减少工作量，调查的详细度CDIO教学大纲的x.x级就可以了。当对本级目标的理解有歧义时，可以用更详细的x.x.x或x.x.x.x级的目标进行解释与澄清。这样的调查不仅是对现状的摸底，同时也是与所有教师进行交流与宣传、统一思想的重要手段。瑞典林雪平大学和丹麦技术大学完整地进行了此项调查。

（四）基于CDIO工程教育改革的一体化课程设计

1.课程设计基本思想

以学科为中心的课程观是一种传统的但到目前为止却最具有普遍适用性的课程观。它强调课程应由一系列学科组成，强调按知识的逻辑体系来安排，注重学科体系的完整性；是使学生系统性获得一个专业相关知识的最有效途径。然而，这样的课程系统在强调知识的系统性的同时却失去了对学习者的关注，学生很难在短时间内理解相互独立的课程之间的内在联系，从而很难对他们所学的基本概念和理论有真正的理解，当然也就很难达到融会贯通和创新了。

CDIO工程教育改革方法希望在保持核心学科的系统性和严谨性的同时引入综合性、实践性的教学环节，帮助学生发展自己的直接经验，同时理解核心学科间的内在联系，融会贯通。CDIO一体化课程设计需要围绕学科知识设计适当的综合实践环节，使这些学科知识能够相互支撑、学生能够同时更深刻地理解学科知识和更好地获得工程能力，实现一体化学习。

2.基本课程结构

为了实现一体化课程设计，CDIO总结了课程间六种可能的结构模式。第一种是传统型，即两门课之间没有任何相关关系；第二种是方块型，即原来的两门课可以合并成为一个整体，变成一门课来组织；第三种是连接/合并型，即两门课分别完成自身的理论授课，然后用一个实践项目将它们联系起来；第四种是顺序型，即一门课是另一门课的基础，待前一门课上完后再上后一门课；第五种是总线型，即两门课共用同一个实践项目；第六种是同步型，两门课同时上，相互联系、相互支持。根据课程特色和具体需要灵活应用这些结构组合理论课程和实践项目，达到一体化培养的目标。

3.知识传授与能力培养的一体化整合

每个专业的CDIO教学大纲都列出了本专业所需要学习的知识和能力。我国工程教育长期实行学科中心的课程思想，所以，每个专业的学科课程体系都相对完整。在学科课程方面主要的工作是需要对课程体系进行整合，减少单科课程数量，增加综合性课程，帮助学生真正获得系统的学科知识的同时对本专业的学科和应用有比较清晰的认识。然而，由于传统与实际经验的限制，这样的整合可能需要一个相当长的过程，逐步转化。

作为CDIO改革的重要一环，CDIO工程能力（CDIO教学大纲中的个人能力、人际交流能力和在企业与社会环境下的工程综合能力）需要整合、落实到各个教学环节。即每门课程、每个项目不再仅仅单纯地承担知识的传授与整合的任务，同时还需要承担CDIO能力的培养任务。这是CDIO改革的要求，也是一体化培养的关键。每门课程都应根据自身的特点和课程性针对CDIO教学大纲的要求承担一定的能力培养任务，并在本门课程教学大纲中安排相应的环节保证这些培养任务的实现。将一个专业所有的教学环节和CDIO教学大纲按行和列进行比照即可形成CDIO工程能力培养实现矩阵。从这个矩阵中可以看到每一项能力在哪些环节得到落实、落实的次数。同时，也可以发现没有得到足够培养的能力并及时调整。

能力的培养需要有一个阶段，并且需要多次、逐步深化。因此，CDIO能力培养实现矩阵仅仅落实了实现次数的问题。对于重要能力的培养，还需要从时间和深度顺序上做好协调与安排，避免过多的低层次重复。

4.导论性与总结性综合课程（项目）

CDIO标准4要求每个专业都应该在学习初期开设导论性的课程，其目的在于让学生初步了解工程师的基本职责和工作框架，以实践性、综合性的教育形式加强学生对工程的了解，刺激他们的学习兴趣，及早开始建立CDIO工程能力的基本框架。

CDIO标准5要求每个专业至少要设置二个设计—建造项目，一个初级程度的项目称为基石项目（cornerstone project），一个高级程度的项目称为压顶石项目（capstone project）。即以综合性的初级实践项目开始学生对本专业的了解和探索，有系统的专业知识作为学生成为工程专业人员的核心支撑，以综合性的高级设计—建造项目实现对本专业的知识和能力的一次综合性融合，实现CDIO知识和能力的一体化培养。瑞典林雪平大学开发了一个项目管理与运行的模型LIPS，作为本校设计建造项目的模板。