CDIO模式解析及其对地方高校工程专业改革的启示

陈想平

（东莞理工学院高教所，广东东莞523808）

CDIO模式解析及其对地方高校工程专业改革的启示

陈想平

（东莞理工学院高教所，广东东莞523808）

CDIO工程教育模式作为一种化解工程教育与工程实践之间的紧张关系的探索，把知识传授、能力培养与素质提升有机融合在一体化的课程体系与教学过程中，形成了一个系统化的工程教育改革方案，这一改革符合了当前工程教育改革的大趋势。为此，从CDIO模式的教学大纲、教学计划、课程体系、特色课程、教学模式出发，提出CDIO模式对于我国地方高校工程类专业教学改革具有重要的启发意义。

CDIO；工科专业；教学改革；地方高校

工程是科学与技术相互交融的产物，因而高等工程教育发展与科技进步始终保持着紧密的内在联系。受20世纪中期兴起的第三次科技革命影响，高等工程教育偏离过去的技术教育路线，投入科学教育的怀抱，呈现出科学化、学术化特征，使得培养的工程人才难以适应现代工业发展的需要。为解决高等工程教育与社会需求的矛盾，21世纪之初欧美一些发达国家高校启动了“回归工程”的高等工程教育改革，CDIO模式就是其中的代表性成果之一。

一、CDIO模式解析

麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所前沿大学组成的跨国研究机构，从工程产品或系统的生命周期获得灵感，创立了CDIO工程教育模式。CDIO是英文单词“构思”（Conceive）、“设计”（Design）、“实施”（Implement）、“运行”（Operate）的缩写。其中，“构思”包括顾客需求分析、企业战略、发展理念、技术程序和商业计划；“设计”主要包括工程计划、图纸设计以及实施方案设计等；“实施”是指将设计方案转化为产品的过程；“运行”则主要是通过投入实施的产品对前期程序进行评估的过程，包括对系统的维护、改进和淘汰等。CDIO以培养满足现代社会需求的，基础扎实、工程实践能力强、职业道德高尚的现代工程师为目标，应用现代教育理念，创建了系统化的课程体系和教学方法，强调将教育过程放到工程领域的情境之中，形成了特色鲜明的工程教育模式。

（一）CDIO理论基础：建构主义学习理论

建构主义学习理论强调在学习过程中充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，通过创设情境、协作学习和会话交流，促进学生完成对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构；教师由过去的学习支配者，转变为教学环境的设计者、学习的组织者和策划者、意义建构的合作者和促进者；学生在学习中占据中心地位，是自我发展的主体。因此，建构主义者认为建构性学习最符合学习的本质，是一种最有利于智力开发，促进人的整体的、可持续发展的学习方式。

CDIO模式植根于建构主义理论，通过一体化的课程体系、设计与实现项目课程、一体化的学习、工程实践场所和条件的创设，建立了一种通过创造经验并将其转化为知识、能力、态度、价值观、情感、信仰和感受的经验学习模式。其主要特征就在于它在帮助学生建构个人知识与能力的同时，使学生的知识结构得到发展和改善；通过提供主动应用的机会，使学生能够深刻理解与技术基础相关的抽象概念，激发学生的学习兴趣，促进能力提高，使学生的理论知识与实际的技能有机结合起来。

（二）CDIO教学大纲：培养目标的依据充分、具有可操作性

培养目标是教学活动的核心要素和基本依据。虽然CDIO教学大纲是对工程教育培养目标的一般性描述，但它源于工程实践需求，为工科专业制定培养目标给出了一个清晰的路径。CDIO教学大纲在广泛征求企业、工程界对工程人才素质要求的基础上，由工程界、工程科学研究界、工程教育界等领域专家的共同评定而形成的，有效地弥合了社会需求与大学教育、工程实践与工程教育之间的裂痕。此外，CDIO教学大纲给出了一个详细、清晰的、具有普适性的培养目标架构。它将工科专业培养目标归纳为工程推理、个人品质、交流能力和设计能力等四个一级指标，具体分为17个二级指标，进而细化分解为73个三级指标［1］。这些详细的知识、能力和素质要求，为工科专业合理设计课程体系，制定课程目标，组织教学、评估教学效果奠定了基础。同时也为教师、学生理解专业培养目标、学习效果，明确课程目标提供了依据，具有较强的操作性。

（三）CDIO课程体系：一体化的课程设计为实现培养目标奠定坚实基础

课程体系设计是人才培养体系设计的重要内容。传统的课程体系在设计过程中，由于培养目标的统领作用不明确，课程目标与培养目标缺乏紧密的内在联系，课程安排往往考虑最多的只是学科知识的先后时序关系，对专业培养目标，很少考虑能力培养、素质养成等方面，学生学到的是一系列孤立的、缺乏内在联系、缺少能力与素质主题的学科知识。CDIO设计了一个将知识学习与能力培养、素质提高有机地融为一体的课程体系，其中包含导论性课程、学科课程、专业课程和总结性实践项目等四类课程。通过清晰的培养目标把知识、能力、素质要求分解落实到具体课程，使课程之间能够相互支持并形成体系，知识学习、能力建造、素质提高得到有机结合。不同学习阶段开设的项目课程，通过知识的综合应用将相互独立的学科知识课程联成一体。

（四）CDIO特色课程：发挥纽带作用的导论性课程以及设计与实现项目课程

CDIO开设了在课程体系中起到连接作用的两类课程：导论性课程、设计与实现项目课程。导论性课程是在低年级开设，旨在建立工程师在社会中的工作和贡献的框架型工科课程，使学生对工程实践和工程师的角色有一个快速的了解，由此激发学生的兴趣和学习主动性，尽早开始培养人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力。CDIO特别重视导论性课程在整个课程体系中的纵向连接作用和学习领航图作用，让学生一开始就能了解整个课程体系结构，清楚自己不同阶段的学习目标、学习路径，建立知识结构的整体性概念。并且，CDIO的导论性课程通常以案例分析、设备解剖、授课研讨、项目交流等形式，使学生获得初步的真实的经验。

设计与实现项目课程是为学生提供实践应用机会，巩固学生的基础知识，激发学生主动学习的热情，了解工程学科之间的联系，综合锻炼学生多方面能力的实践性教学环节。“设计—实现”项目以能力培养为纽带，将课程体系中一组相关的课程连接起来，使学生学到的知识具有较严密的逻辑性，较丰富的关联度，知识结构更加优化。CDIO课程计划中包括多个由低级到高级的一系列“设计—实现”项目，低级的“设计—实现”项目通过问题来引导学生，让学生了解需要什么样的学科理论才能解决问题，帮助学生今后理解和应用有关的理论和抽象概念；中级的“设计—实现”项目让学生能应用前面所学到的技术知识，并让学生了解下一个学习环节；高级的“设计—实现”项目则要求学生把理论知识应用到实践中去。设计与实现项目来自专业科研项目、企业的实际问题，学生以小组方式参加项目，并按照项目管理模式运作。学校提供合适的工作实践场所和学习环境，支持项目小组进行“构思—设计—实施—运行”的全过程。CDIO通过设计与实现项目课程反复强化学生对产品、过程和系统开发的理解，培养学生的创造力和工程实践能力，达到意义建构的目的。

（五）CDIO教学模式：培养学生的高阶能力

CDIO研究机构对学生学习态度和效果的调查结果表明：当学生不清楚所学理论的作用和应用，以应付考试为目的进行学习时，他们对学习内容的理解往往比较浅显，缺乏长期学习的动力，学到的知识结构混乱，而且容易遗忘。这种学习被称为“浅显学习”，与之相对的是“深度学习”，如果学生的学习目的是为理解学习内容，并通过理论的实践应用体会到所受的教育是有用的，学生的学习积极性、创造性潜能被激发出来，学生学习的动力、自信心随之增强，并且所学的知识结构清晰，能长期记忆［1］。“浅显学习”只能培养学生的机械记忆、简单理解和应用等低阶能力，而对复杂问题求解、决策分析、批判性思维和创造性思维的能力和实现知识远迁移的能力等高阶能力的培养只有通过“深度学习”才能实现。

CDIO通过一体化的学习、主动学习和经验学习，建立起富有特色的教学模式，确保培养学生高阶能力目标的实现。一体化学习是指把知识学习、能力培养、素质提升有机融合在各个教学环节，在注重学生智力开发的同时，注重对其情感、态度、价值观的培养。为达到这一目的，CDIO在各课程目标中明确描述其学习效果、教与学活动和学生的学习评估策略。主动学习和经验学习是建构主义学习理论在CDIO中的具体应用，是一种促进高阶能力培养的深度学习方式。通过使学生直接参与操作、应用、分析和评价其想法等思考问题、解决问题的活动，让学生在学习过程中扮演主动角色，促进学生的主动学习，达到学生真正理解概念的目的。经验学习就是让学生能够在模拟工程师角色和工程实践环境中进行教学，学习方法包括基于项目的学习、仿真、案例分析和“设计—实现”经验。学生通过参加类似于实际工程的项目，总结积累经验，体验生活，培养能力，并通过主动实践方法和其他问题的应用检验自己想法，实现意义建构，强化对知识的理解以及创新思维和创新能力的培养。

二、CDIO模式对我国高校工程专业教学改革的启示

受高等工程教育科学化、学术化潮流，以及传统教育观念等影响，我国高等工程教育存在着培养目标不够清晰，不同类型高校培养目标趋同；培养的工科专业人才工程意识不强、工程实践能力不足；团队精神、表达能力、沟通能力、职业道德等方面的教育未得到应有的重视；毕业生能力、素质难以满足企业用人需要等问题。为建设创新型国家，培养高质量工程技术人才，教育部今年启动“卓越工程师教育培养计划”，对创新我国高等工程教育人才培养模式具有积极的促进作用，CDIO模式能对我国地方高校所推进的高等工程教育改革带来诸多启示。

（一）立足工程实践，明确培养目标

培养目标不明确，教学工作就无所适从。培养目标的本质是社会客观需求在教育活动中的主观反映，而非教育者单方面的主观愿望。现代工程不仅融科学、技术、艺术于一体，还与自然资源、生态环境、伦理道德等重大社会问题息息相关，具有很强的实践性、综合性、创新性特征，只有立足工程实践需求，才能制定出合理的工程技术人才培养目标。地方高校肩负着为区域经济发展，培养面向基层、具有较强实践能力、社会适应性强的应用型人才的使命，工科专业培养目标更应贴近工程实践需求。但由于地方高校在办学定位上的攀高倾向，将培养目标向研究型大学看齐，过于强调学科理论的系统与厚实，而对社会需求研究不足，忽视工程实践能力和职业素质的培养。由于脱离工程实践，按传统思维习惯制定的培养目标过于学术化和抽象化。这样的培养目标既不能体现工程实践活动对工程技术人才多方面的能力与素质要求，也不能为制定课程目标提供具体指导，任课教师难以准确理解和执行，造成在专业目标与课程目标之间难以建立起有机的联系。

地方高校在制定工科专业人才培养方案时应广泛征求行业人士、企业界、毕业校友的意见和建议，充分了解社会需求、行业发展趋势、企业技术现状、毕业校友的体会，为制定真正符合社会需求的培养目标获得丰富的第一手资料。此外，专业人才培养目标和规格设计要明确、具有时代性和可操作性，能为下一级的课程教学目标提出清晰的要求。同时课程教学大纲的制定要以专业培养目标为依据，而不是坚持各自学科知识体系的完整性，各行其是。

（二）创新课程模式，用集成化的思维构建课程体系

在课程体系及教学内容的设计方面，我们习惯依据学术化的培养目标，从学科知识的逻辑性、系统性、科学性出发来设计课程体系，而较少从工程实践需求出发，原本一体的工程被壁垒森严的一门门学科所割裂。因此，课程体系不能真正反映工程教育的实践性、综合化、创新性要求。课程体系长期维持着公共基础课、学科基础课和专业课的递进式结构，开课次序上遵照先理论后实践的原则。这种课程体系设计思路基于理论知识是实践活动前提的认识逻辑，而在工程实践活动中，理论与实践是可互为前提的关系。课程之间的连接结构形式单一、松散，缺少起横向、纵向连接作用的课程。课程类别以理论性课程多，工程实践性课程、综合性课程、学科交叉性课程较少。

将过去注重学术素养培养转变到重视工程实践能力、综合素质和创新能力的培养，我们必须打破惯常思维，创新课程设计模式，根据现代工程活动特点重新整合或集成工程教育教学内容与课程体系，打破学科壁垒，将工程学科进行纵向和横向的相互关联打通，使科学、技术和人文学科相互渗透、相互交叉融合，把被学科割裂开来的工程还原为一个整体，为现代复杂工程问题的解决提供整体的、集成化的知识。［2］CDIO将利益相关者对现代工程师的预期转化为详细的培养目标，并围绕培养目标构建一体化的课程体系，改革课程结构，开发具有关联作用的综合性、工程实践类课程，提高人才培养方案执行整体性的思路和做法，对于我们创新课程体系具有重要的参考价值。

（三）重视教学过程，确立与培养目标相适应的教学模式

明确的培养目标和科学的课程体系只是保证了人才培养方案的设计质量，能否把预期的培养目标转化为学生真正拥有的知识、能力和素质，还取决于教学模式。当前国内高校教学模式普遍存在着客观主义的教学理念、低阶能力目标取向、重知轻行的价值取向、权威—依存的师生关系、单一化的教学组织形式、机械接受为主的学习方式、程式化的教学设计、方法滞后的信息技术应用、标准化的培养方式、背离学习者发展的教学评价等局限［3］。这些传统教学模式的弊端已成为制约人才培养质量提高的顽疾。尽管地方高校近些年来在培养模式上有所改进，但作为培养模式主体的教学模式改革却步履艰难。教学模式的改革是一项最基础的改革工程，涉及教师队伍的观念更新、素质提高和改革动力激励等问题，受体制、机制、传统观念、教育投入等诸多因素影响，教师参与教学改革的积极性难以有效调动起来。如果不能加以改革，培养实践能力强、具有创新精神的高素质工程技术人才就难以实现。

CDIO基于建构主义学习理论建立的一体化学习、主动学习和经验学习模式，通过创设主动参与、积极探究的学习环境，注重学生的经验与兴趣，引导学生质疑、调查、探究、合作、交流，在实践中学习的教学方法，对于我们改进传统的教学模式，促进大学生有效地学习，培养与发展学生的工程实践能力和创新能力，具有很大的借鉴意义。

三、结语

高等工程教育经过技术教育、科学教育阶段后，向工程实践的回归，实质上反映了工程教育与工程实践需求之间的矛盾运动。CDIO工程教育模式作为一种消解工程教育与工程实践之间的紧张关系的探索，把知识传授、能力培养与素质提升有机融合在一体化的课程体系与教学过程中，形成了一个系统化的工程教育改革方案，这一改革符合了当前工程教育改革的大趋势。对我国地方高校工科专业的教学改革提供了可借鉴的经验。毕竟CDIO是一个“舶来品”，对于CDIO模式的解读也要注意它与我国工程教育过去曾出现过的典型产品组织教学、问题教学、项目教学的实质性区别［4］。但是，CDIO模式的教育理念、重视倾听利益相关者意见的态度，明确培养目标的做法，一体化的课程体系设计的思路，基于建构主义的教学模式，无疑为我国当前开展的高等教育改革提供了很有价值的参考。

［1］（美）Edward F Crawley．重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法［M］．顾佩华，沈民奋，陆小华，译．北京：高等教育出版社，2009．

［2］刘吉臻．工程教育课程改革的思维转向：工程化的视角［J］．高等工程教育研究，2006（4）．

［3］大学教学模式革新：教学设计视域［M］．北京：教育出版社，2008．

［4］熊和平，岳爱臣．CDIO工程教育模式：误解的澄明与风险的规避［J］．高等工程教育研，2009（5）．

责任编辑 胡号寰 E－mail：huhaohuan2＠126．com

G642．0

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1673－1395（2011）01－0128－04

2010 00 -00

陈想平（1962—），男，湖北应城人，研究员，硕士，主要从事高等教育管理研究。