基于CDIO理念的创新型工程人才培养模式改革

广东 马文姝 黑龙江 白凤臣

基于CDIO理念的创新型工程人才培养模式改革

广东 马文姝 黑龙江 白凤臣

通过对当前我国高等工程教育创新型人才培养存在的问题分析，认为CDIO大纲的能力目标与创新型人才素质要求相当的契合。以高职城市热能应用技术专业课程改革为例，探索CDIO与创新教育融合的新体系，主要从培养方案、课程体系、教学模式、教学手段、评价体系等几个方面着手，将CDIO渗透到创新教育之中，以达到培养创新型工程人才的目的。

CDIO；创新能力；工程教育

我国确立了2020年建设成创新型国家的目标，提高高等学校自主创新能力，培养创新型人才是实现创新型国家的人力资源基础。如何培养创新型工程人才，是国内外教育改革的焦点问题之一。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），是国际工程教育与人才培养的创新模式，不仅继承和发展了欧美20多年来的工程教育改革理念，更重要的是提出了系统的能力培养、全面的实施指导、完整的实施过程和严格的结果检验等12条标准，其大纲的能力目标与创新型人才的素质要求存在相当高的契合性，具有很强的可操作性。CDIO工程教育模式中国化的实践将成为培养创新型工程人才的有效途径。

一、当前高校创新型工程人才培养存在的主要问题和应对策略

1.存在问题

工程性与创新性的严重缺位，是当前我国高等工程教育难以提供满足国家对创新型工程人才迫切需求的原因，具体表现在以下几个方面：

（1）创新教育思想尚未全部贯穿于工程人才培养的各个环节

虽然创新教育在我国开展已有很长一段时间了，但目前我国的创新教育很大程度上还处在思想观念的宣传层面，尚未全部贯穿于工程科技人才培养的各个环节之中，高校传统的以知识灌输为主要特征的人才培养模式和体制还没有实现结构性突破，还没有真正形成工程创新型人才的培养模式和体制。

（2）教学内容和教学方法陈旧

教学内容陈旧落后，跟不上现代科学技术的发展脚步，一些已经随着科技的发展失去原有价值的内容，却依然出现在教材当中并占有相当一部分比例，而那些已经或正在转化为新知识体系内核的科学前沿知识，却被拒之于教学大门之外。此外，在教学方法上，仍以灌输式的传授方式为主导，缺乏启发式教学和师生间的互动，强调接受性而忽略其能动性，结果束缚了学生独立人格的发展和个性的张扬，使学生形成了千篇一律的思维方式。

（3）面向实际的工程训练不足，实践环节薄弱

工程训练是工程教育必不可少的重要环节，但由于工程训练的成本不断增加致使实践教学被不同程度的削弱，实习的时间大幅度压缩，学生在实习中往往是参观多而参与少，动手能力得不到提高；工程教育基本上是在学校完成，与企业联系不密切，课程设计、毕业设计脱离工程实际，导致工程教育沦为纸上谈兵，严重影响工程教育的质量。

（4）教师本身缺乏工程实践经验和能力

工程教育的教师一般都没有参加过工程实践项目的训练，缺乏工程及生产的实践经历。许多工程院校的教师大多直接来源于高校毕业生，这些青年教师虽然有较高的学历和深厚的专业理论知识，但由于缺乏丰富的实践经验，不能用工业中的实际问题来充实课堂教学内容，只能纸上谈兵，以致教学流于形式，严重阻碍了学生在工程实践训练中综合性和创造性的发挥，不利于教育质量的提高。

2.创新型工程人才培养策略

基于当前高校工程创新型人才培养中存在的问题，要培养创新型工程人才必须采取相应的策略来改善现状。

（1）营造有利于创新教育的氛围与环境

学校要注重营造有利于创新型工程人才培养的氛围和环境，尽快形成有利于创新教育的激励机制；改善学校的人文环境，形成有利于创新的学术氛围；创建创新教育的实践基地，为优秀人才脱颖而出创造条件；要尽快制定相关的政策和规定，鼓励和引导创新教育的开展，并形成创新教育的保障机制。

（2）改革教学内容和教学方法

课程的教学内容要根据培养目标和岗位能力要求及时更新，进行合理的筛选、补充、更新和重组，使教学内容既能反映出该专业最新的发展方向和研究动态，同时又符合学生认知发展规律的逻辑结构。

（3）强化实践教学环节

学校应鼓励大学生积极参与教师的科研项目，以科研项目为依托培养学生的创新精神和实践能力；组织学生参与工程实践，在与工程一线各类人员的接触中培养学生的工程意识和专业素质；在毕业设计过程中，指导教师要在设计思想、设计方法上给学生提供有价值的建议，启发学生充分发挥独创精神，引导学生在实践中不断提升其创新能力。

（4）建设一支理论与实践紧密结合的高素质教师队伍

创新型工程人才培养需要高素质的教师队伍作保障。学校应针对教师缺乏工程实践训练和创新意识不足的问题，加强教师队伍建设。一方面，设法从企业中引进工程实践经验丰富的工程技术人员充实教师队伍。同时，选派教师到工厂、企业挂职锻炼，以提高实践能力和工程技术应用能力。另一方面，要求教师不断转变教育观念，树立创新教育理念，养成自觉体验创新的习惯。

二、CDIO大纲与创新能力的切合

CDIO大纲的目标首先强调了技术知识与科学基础；第二个目标是培养学生能够引领新产品、工艺和系统的创新和运行，相应地，需要培养学生的个人和人际技能以及产品、工艺、系统的掌控技能；第三个目标是教育学生能够理解在社会背景下研发的重要性和战略价值。CDIO大纲将以上目标分为4大类14条70点，CDIO大纲的能力目标与创新型人才的素质要求存在相当高的契合性。

大纲第一部分技术知识和推理是工程教育的基本目标，也是创新的知识基础和前提条件。包括基础科学知识（1.1）；核心工程基础知识（1.2）；高级工程基础知识（1.3）。大纲的第二部分为个人的职业技能和特质。它包括：工程推理和解决问题（2.1）；实验中探寻知识（2.2）；系统思维（2.3），这三个方面也可以称为工程思维、科学思维和系统思维。在这三种思维模式中，从发现问题、到提出假设、验证到解决问题正是创造力的心理历程，在这些过程中将会产生不寻常的产品。如尼克森（Nickerson）提出，创造力是发现问题和解决问题的连续历程；沃德（Ward），史密斯（Smith）和芬克（Finke）也指出，创造力是产生（generation）和探索（exploration）历程的循环认知历程。美国著名教育心理学家托兰斯（Torance）将创新视为一个这样过程，即对出现的问题、不足、知识上的缺陷、基本元素的丢失、不协调、不一致等现象变得敏感，并找出困难，寻求解决途径。大纲第三部分的团队精神和沟通能力是增强团结协作、打造创新团队的个人品格要求，也是在现代的组织和企业中实现创新的必要条件。大纲的第四部分则提出了创建和运行新产品或新系统过程的要求，而新产品和新系统均是创造力的结果体现。伦克（Runco）、普拉克（Plucker）和里母（Lim）指出，“创造力经常是根据产品来定义的。”一般而言“新颖”与“实用”是创造力产品定义中的普遍内涵。大部分学者均普遍认同这样的创造力定义：“创造力是一种历程，是创造出能为团队所满意与接受的新颖或适用”的产品。一般而言“新颖”与“适用”是创造力产生的基本内涵和根本属性。斯滕伯格（Sternberg）也认为，有创意的产品必要条件是新颖、恰当、质量和重要性。鲁巴特（Lubrat）指出：“从西方心理学研究来看，创新能力可以被定义为产生新颖且适用的工作产品的能力”。在最近关于创新的调查中，英国工业联合会（CBI）将创新定义为“新思维的成功开发”，开发新思维需要在实践中通过团队工作和与其他人的交流中，迸发出新思想的火花。这与CDIO大纲中的（4.3）构思、（4.4）设计、（4.5）实施、（4.6）运行、（3.1）团队工作和（3.2）交流的要求是一致的。喜欢创新的人，其性格特征里包括创造性思维（2.4.3）。另外，一个成功的创新者要了解企业，对自己有合理的定位，才能在企业中开展工作，这就需要他明确企业战略、目标和规划（4.2.2）和工程师的角色和责任（4.1.1），进而成功在一个组织中工作（4.2.4）。

CDIO大纲是从现代工程实践中推衍出来的，特别适用于各种不同的工科专业，可作为所有工科专业的一个模型，以获得特定的学习效果。大纲汇总了当前工程学所涉及的知识、技能及发展前景等，意愿是让工程师可以带领团队，成功地进行工程系统的构思、设计、实施、运行，旨在创造一个新的整合性教育。目标是在技术基础上给学生提供更多的工作知识，教育工程师成为新产品或系统创造和执行过程中的领导者，给研究者们灌输对自己工作重要性和策略价值的认识，以上都充分体现了CDIO大纲支持的创新能力培养这一目标。

三、CDIO与创新教育融合体系的构建

CDIO是高等工程教育改革的最新成果，也是教育创新的一种体现。本着“创新源于实践，始于问题”的认识，将CDIO融入创新教育之中，培养学生的创新精神和实践能力，这不仅对学生的个人发展具有重要作用，而且对提高全社会的创新能力具有重大意义。

1.制定CDIO课程计划

根据目前毕业生普遍存在的创新能力不强，职业素质缺失的现象，结合行业企业对毕业生能力结构的要求，制定了EP-CDIO课程大纲。大纲包括：工程师职业道德；基本理论知识；个人能力和职业技能；人际交流与合作能力；在企业和社会环境中构思、设计、执行和使用各种系统的能力。与过去相比，新大纲突出了工科学生的工程师职业道德意识、基本理论知识、个人综合能力的培养。新大纲以课程群的方式将全部专业核心课程有机结合起来，避免相关课程之间的重复，学生能以多元因素合理联想的方式掌握专业知识；新大纲也将项目实施的主线贯穿课程教学的全过程。

2.构建基于CDIO模式的专业核心课程体系

CDIO是一种以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的工程教育模式，工程项目设计是工程实践的精髓所在。通过规划、设计项目，将整个课程体系有机地结合起来，为工程教育制定出一套合理、完整、通用、可操作的教学准则。CDIO项目按规模和范围一般分为三级，一级项目为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目；二级项目为包含一组相关核心课程、能力要求的项目；三级项目为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的项目。整个培养计划是以一级项目为主线、二级项目为支撑、三级项目与核心课程为基础，将核心课程教育与对专业的整体认识统一起来，并结合项目训练对学生的自我更新知识的能力、人际和团体交流能力以及对大系统的掌握、运行和调控能力进行整体培养。

三级项目的设立形式，由各门课程根据大纲需要确定。每专业至少有2个一级项目。一般可以在一年级设立第一轮以介绍本专业核心内容及调动学生兴趣为目的的一级项目，而毕业实习与毕业设计为第二轮一级项目，同时，以2～4个二级项目为载体加强本专业核心课程的学习与应用，一级项目可作为一门课程单独计分。

以热能专业为例，结合核心课程的项目规划如图1所示，从左至右为在校学习的时间顺序。在一年级设立以“工业锅炉在国民经济发展中的作用”为题目的一级项目，旨在激发学生的学习兴趣，了解今后的工作方向。课程学习结合4个学期项目（二级项目）展开；二是结合专业核心课程（工业锅炉技术），以锻炼学生计算、设计能力以及接触企业、了解社会为目的的“锅炉创新设计项目”；三是结合专业核心课程（锅炉制造工艺与检验）设计的“锅炉制造工艺设计项目”；四是结合专业核心课程（锅炉设备与运行）设计的“锅炉设备运行项目”。以上4个项目旨在牢固掌握专业基础内容，为后续发展奠定基础；五是结合核心课程（锅炉设备检修）、解决实际问题的“锅炉设备故障分析与检修项目”，旨在培养学生实际应用能力，以及服务社会的责任意识；六是结合毕业设计的一级项目（待定）。通过这样的安排，不仅使学生了解了专业培养方向和今后的工作岗位，而且也培养了学生工作能力、生存能力以及创新意识，更重要的是学生发现了自己的兴趣，以及今后努力的方向。

3.构建一套完整的“厚实基础、强化实践、不断创新”的教学新模式

将CDIO融入创新教育之中，要做到遵循人才培养的客观规律，从基本实验技能培训到创新实验训练，使学生在循序渐进的实验学习过程中逐步提升创新能力。构建一套完整的“厚实基础、强化实践、不断创新”的教学新模式，形成“个性化（根据每个学生的特点制订个性化的培养方案）、双渠道（课内渠道和课外渠道）、三结合（学研产结合、课内外结合和校内外结合）、四层次（基本认识型实验、设计型实验、综合型实验和研究型实验）”的创新型实践教学新体系。

4.树立以学生为中心的观念，创新教学方法和手段

（1）树立以学生为中心的观念，教会学生自主学习。以学生为中心，所有学习活动均以学生为主体。课堂讲授不必教师亲自上台，而是让学生先做预习，以小组分工的方式，轮番上台演讲，学生以自己的语言展现他们对每周课程内容的理解。不仅可以提升学生自主学习的能力并养成终身学习的习惯，也有助于教师观察学生理解的盲点或创新点。

（2）倡导“做中学”的教学方法。通过产学研结合、课内外结合、校内外结合的方式，让学生在知识的学习和应用之间形成良性互动，强化教学效果。

（3）采用双导师制指导CDIO项目实施。聘请校外有实际工程经验的符合条件的工程师与校内老师一起组成教学团队，共同指导项目实施，有助于学生工程实践能力的培养。

（4）将科研成果引入教学，提高教学水平。一是将科研成果编写成教材，按照CDIO理念，结合具体集成项目，从理论到实验，编写成科技创新实验系列教程。二是将科研成果直接引入到实验教学中，让学生在实验室里就能直接接触到科学前沿知识，拓宽学生的视野。

5.构建“多元化”学生质量评价和“多主体”教师教学质量评价相结合的评价体系

（1）学生评价

建立有利于学生创新素质培育的指标导向。学生评价的指标体系在充分体现“德、智、体等方面全面发展”这一大前提下，还应反映创新型人才所应具备的素质要素，把创新型人才应具备的思维、知识、能力、个性等方面的要素纳入评价体系，以形成一种引导、激励学生德、智、体全面发展和创新素质全面提升的发展性评价体系。改变以考试为中心、以死记硬背为基础的考试制度，实行考试方法多样化，考试评价标准多元化。

（2）教师评价

建立学校评价、学生评价、自我评价以及团队内部互相评价相结合的教师教学质量评价体系，通过设计多种指标，从基本素质、教学情况和科研情况三个方面进行评价，以反映教师在思想道德、职业技能、教学内容、教学方法、教学改革、科研成果和项目特色等方面的真实水平和综合表现。要突出教师创新实践能力的评价，强调教师要有创新意识和人格魅力，为教学团队的可持续发展提供良好的运行保障机制。

四、改革体会

CDIO工程教育模式采用现代教学理论，有效地解决了理论教学与实践教学脱节的问题。项目实施中，每个学生都有自己的任务，都要接受检查、考核，有效激发了学习兴趣，提高了学习效率。而且构建了较好的学习环境，这些不仅有利于培养学生掌握个人、人际技能和产品、工艺和系统的构建能力，还可锻炼学生的创新能力，为学生今后开展工作打下良好基础。CDIO工程教育模式将成为培养创新型工程人才的有效途径。

[1]Edward F.Crawley.The CDIO Syllabus：A Statement of Coals for Undergraduate Engineering Education,2008.07.01.

[2]康全礼，陆小华.CDIO大纲与工程创新型人才培养.高等教育研究学报，2008（4）.

[3]陈文杰，任立军等.新加坡理工学院基于CDIO模式的项目教学改革.职业技术教育，2009（35）.

（编辑 王旸）

（作者单位：马文姝，中山职业技术学院；白凤臣，黑龙江工商职业技术学院）