CDIO人才培养模式在实践教学过程中的应用

张亮　董浩存　陈泽宇

摘 要： 高校工程教育中实践教学作用突出，本次教学改革以CDIO理念为导向，在实践教学中采用团队任务驱动形式对教学方式方法、考核方式形式等进行初步实践和探索。從结果看，这种教学模式可以有效地提高学生的实践能力、创新能力及团队协作能力，对教师基本个人能力的提升益处良多。

关键词： CDIO 实践教学 高校工程教育 创新 团队协作

教育学家陶行知先生认为“行是知之始，知是行之成”，强调“知行合一”。在大学教育中，“知”可以简单理解为理论知识的学习，“行”则是实践教学，只有理论和实践的完美结合才是人才培养的真正捷径。而我国高校传统教育中重理论、轻实践，导致学生动手能力弱，创新能力弱，更难以激发学生的学习热情。这一点在工程教育中尤为明显，学生的研发和设计能力弱，创新意识不足，我国很多高尖端领域的人才匮乏就是最好的证明。因此急需要改变高等教育传统的教学理念和手段，找到并实施一种适应时代发展需要的教学方法及理念。

CDIO工程教育模式是由国际知名大学及教育机构提出的一种现代工程教育理念，它以产品构思、研发到运行的工程周期为载体，促使学生采用主动的实践与教学之间有机联系的方式进行工程实践与学习。CDIO着重强调学生的个人能力、工程基础知识、工程系统能力和人际团队能力等方面的能力培养，对工程人才培养模式的实施和检验进行了系统的、全面的指导，使得工程教育改革具体化、可操作、可测量，并对学生和教师都具有重要指导意义。CDIO教育理念代表了新时期工程教育的发展趋势，但实质上这种教育理念是“知行合一”的另一种表达方式。CDIO在中国的实践和普及，为我国实行“卓越工程师教育培养计划”打下了良好的基础，使中国高校的工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性，已逐步被国内多所高校认可和推广。本次教学改革尝试立足于企业和市场需求，在CDIO的工程教育理念下对实践教学环节进行全新的设计，希望探索出一套符合实践教学需要的教学模式和改革方案。

1.任务（项目）驱动教学

在实践教学过程中，学生需要完成的任务可以是产品设计或项目开发。任务驱动教学是采用一个完整的产品开发流程或项目实施过程而进行的教学活动，并将理论课所学知识用于其中。教学过程将采用分组教学、互动教学、启发教学等多种方式，在教师指导下由学生共同完成任务。任务驱动教学主要阶段包括：学生明确设计任务及目标，收集相关资讯信息；完成产品或项目的前期规划及决策；组织实施完成设计任务；阶段检查及成果评估和终期考核。在整个教学环节中学生担负着计划制订者、决策者及实施者，而教师仅从旁辅助，担负着学生的顾问指导，除了讲解必要的理论知识，还为教学提供情境及教学资源和辅助条件。需要注意的是在关键的实践节点及日程安排上教师应该重点管理，并在任务实施过程中，及时关注学生工作进度并进行相应的阶段检查，从而达到督促学生、消除学生惰性的目的。在教学过程中教师应该有针对性地讲解相关问题和基本知识，适当地提醒学生先做什么，后做什么，避免学习能力较弱的学生面对实际问题毫无头绪、无从下手，进而减少学生学习的盲目性，从而少走弯路。

在实践教学过程中，将以真实的产品开发案例贯穿整个教学过程，防止理论教学与实际问题相脱节。如果产品设计或项目开发难度大，可将设计任务进行肢解，形成几个独立又具有联系的小项目供学生选择，并针对每个设计任务或项目讲解常见的设计方法、开发流程，适当地提出建议及要求。这种对任务进行解构和分离，分任务、分模块地安排教学的设计思想符合CDIO的任务教学、任务驱动的实践教学体系改革思路。

2.团队驱动的实践教学

在传统教学过程中，教师讲授占据教学过程的大部分时间，课堂上师生交流互动较少，从而禁锢学生的求知欲望及创造性，忽视学生团队协作能力和沟通能力培养。而在解决工程实际问题中，任务团队内部的有效交流与沟通是提高工程质量、缩短开发周期的重要手段。团队内部交流诸如语言沟通、书面交流、图表交流、电子及多媒体交流等，这些在传统教学过程中难以实现，因此以团队合作共同完成任务是教学改革里重要的一环。在产品开发过程中，任务团队的每个成员可能承担一个或多个不同任务，这应该充分考虑每个学生的兴趣与特长。学生通过共同完成一个产品设计或项目实施不仅可以提高其人际交往能力及协作能力，而且可以深度挖掘学生的领导潜质和组织规划能力，从而增强学生自信心及学习愿望，对学生的未来职业规划都有不小的助力。因此在教学过程中，要求三五人组成一个任务小组，完成相应的产品设计等工作。需要注意的是在每个任务开发过程中，需按照真实的产品设计和开发流程实施计划：以小组为单位深入市场调研，进行项目挖掘，项目确定后，进行市场调研、需求评估。通过此流程，学生不仅能够对自己将要设计的产品用途、前景及开发手段有了更为清晰的认识和了解，而且能够对专业课知识及应用有更深的体会，进而促进学生有针对性地学习，较好地解决理论教学与实际问题脱节、知识陈旧不能满足市场要求等问题。

在产品设计或项目开发流程中，首先要解决项目源的问题，主要途径包括：

2.1校外横向课题及项目合作

加强与社会企事业单位的横向联系，充分考虑学生的理论与实践能力，挑选一些难度适中、工作量适中、有代表性的项目开发或产品设计类题目让学生参与其中。这种方式对学生能力要求较高，但能充分调动学生的积极性，深度挖掘学生学习潜能，也能有效地解决理论知识陈旧、高校人才培养目标和企业用人标准相佐的问题。

2.2学生根据自身能力及兴趣爱好自主选择研究方向及产品设计

为了充分调动学生的兴趣爱好，培养其创新能力，可以根据学生个人兴趣及能力，允许其自主选择研究对象或设计内容。但需要注意学生自主选择的课题的现实性、可完成性，也可以将其与大学生创新创业项目联系在一起进行。

当产品设计目标确定后，接下来就是任务实施阶段，学生需要按照制定好的日程完成任务目标。在项目开发或产品设计过程中教师要担负起项目顾问及项目监理等角色，积极配合学生、帮助学生、指导学生并监督学生完成相应工作，严格控制任务的实施过程及进度，确保各个小组或团队工作的顺利进行。

3.教学方法改革

研究表明：在教学过程中当学生以“听”为主时，记忆保持率为20%；当学生以观摩的形式学习时，记忆保持率为30%；当学生边“听”边“看”时，记忆保持率在50%；當学生采用“听”、“看”、“做”的时候，记忆率可以高达90%，这验证了“知行合一”理论的正确性。而在当下高校教育中，教学中往往以教师教为重，轻视学生的学；理论知识传授中大都为注入式教学，教学过程中学生被动地接受知识，这忽视对学生学习积极性的调动。随着社会的发展、科技的进步及知识的更新换代，教育及教学理念和水平要不断提高，满足新时期的新要求，因此新颖多变的教学方式及方法层出不穷。教学方法的发展变化是通过不断改革实现的，现代教学方法的改革是对传统教学方法的扬弃，继承好的方面，放弃不合时宜的。因此在实践教学的课程改革中寻找一种或多种较为适应的教学方法是时代的迫切需要。而CDIO工程教育模式的科学性及进步性已得到验证及证实，它将为教学方法的改革提供必要的理论支撑。在本次实践教学改革环节中，将综合运用多种教学手段实现教学方法的改善与革新。

3.1分组教学

在整个教学过程中采取任务组的形式。全班学生根据自身特点自由组合成若干个任务组，一般任务组人数控制在四五人，每组选出一个任务组长，若干组员。组长的任务包括：任务前期规划；完成任务确定、人员确定与分工（充分发挥每个学生的兴趣爱好与特长）；制定时间分配、工作计划表等；在任务实施过程中及时了解每个组员的设计进度情况，完成组员之间或不同小组之间的沟通与交流，促进同学之间相互学习、交流；在项目评估中客观评价组内每个成员的工作表完成情况。组员则担负着产品开发、产品设计及推广、产品调研、产品试制等一个或多个不同的任务及角色，在组长的带领下完成其配额任务。

教师在任务实施过程中充当顾问的角色，对学生提出要求和正确引导，调动学生的学习主动性，提供学生解决问题的条件。采用分组教学不仅可以增强学生的团队协作能力、团队意识和集体荣誉感，而且可以深度挖掘学生的领袖意识和领导能力，对学生的人格塑造具有重要的作用。

3.2互动式教学

在产品或项目开发环节，将采用互动的教学方式。由教师定期组织学生进行阶段工作汇报，总结归纳当前阶段任务的完成情况及出现的问题。通过学习小组内部的交流讨论，一方面拓宽学生眼界，改进设计手段及学习方法，另一方面促使学生自己发现问题，找到设计缺陷并加以解决。同时互动教学能充分提高学生的团队意识，利用集体力量解决自身的问题，让学生体会到团队的力量，使其更好地融入团队。对于组内讨论有争议或短时间难以解决的问题，教师可以引导学生查阅相关资料，并扩大讨论范围，进行组外讨论。组外讨论采用学生自述、答辩、共同讨论的形式进行，通过与其他小组进行交流讨论强化学生的质量意识和竞争精神，从而促进相互学习和共同进步。在此过程中指导教师需要及时检查、指导、点评学生的工作表现，对完成较好的学生除了赞扬和肯定外，也要鼓励其精益求精防止滋生自满情绪；当学生表现一般或设计存在问题时，教师要以正面引导为主，积极肯定设计中正确的部分，针对错误或缺陷要循序善诱，适当地提示解决问题的方法和经验，鼓励学生克服困难最终战胜困难，解决问题，不能挫伤学生的设计积极性。

3.3启发式教学

理论教学环节中对每个学生及团队的设计任务有针对性地讲解必要的基础知识，重点问题、核心问题要讲深讲透，提高学生学习效率。讲授方式可以采用提问的形式，使得学生更加主动地丰富知识，启发学生思考。在具体项目实施过程中，教师的指导不应是告诉学生先做什么，后做什么，该怎样做；不能从一开始就给出答案和解决办法，这样会挫伤学生的积极性、主动性，还会使学生产生依赖感。当学生遇到困难时教师不是向学生直接提供问题的解决办法，而是通过引导、提示、激励等方式方法引导和启发学生或团队，使学生通过自身或小组的共同努力对问题深入思考和研究、讨论从而解决。当难题解决后学生必将获得极大的成就感，这种方式能够激发学生自主学习的兴趣及爱好，培养学生独立思考的能力及挑战困难、克服困难的决心与勇气。

3.4鼓励自主创新

这种鼓励创新不应局限于口头鼓励和提倡，在后期的成果评定及评分中要重点关注。对于产品设计中采用的新知识、新技术、新结构、新材料等应给予积极肯定和推崇，并在成绩方面给予关注和提高。同时积极开展课外教育，鼓励学生参加社会实践，鼓励学生参加各种设计竞赛和及创新创业项目，并承担好项目申报及项目指导等工作。同时指导学生充分利用网络资源进行网络课程学习、网上交流及专题讨论，利用网络查找解决方案，提高学生的科研能力，活跃学术氛围。

4.实践教学考核方式改革

目前很多实践教学的考核机制大都只针对最终交付的设计结果，简单地以出勤率作为过程考核，并缺乏有效的反馈机制。实际上，考核的目的不是简单地给出成绩，其根本目标是促进学生完善和提高。因此在任务评估过程中，学生通过成果展示、自我评价、相互评价等方式必将促进学生相互交流，使其对知识的理解，应用的技能水平及表达能力得到充分提升。因此本实践教学改革注重多元化的考核方式，通过设计成果考查学生的知识掌握和应用情况；通过任务实施过程中的个人表现考查学生的团队合作能力和创新意识。实践教学考核体系包括三个部分：自我评价；相互评价；结题答辩。在自评过程中，首先由学生组长进行任务总结，每名组员自述在任务过程中的完成情况及表现，并为自己在任务过程中各方面能力的提升评分。在互评过程中，组内成员要对合作伙伴的表现进行客观评价，同时其他组同学将以评委的角度为其在工作中的表现评分。答辩中教师将在学生陈述后对其提问，按照学生的答辩表现和工作完成情况给予相应的答辩成绩。最后要求上交研究成果，内容包括：设计任务书、产品设计日志、相应的工程图纸等。通过以上考核方式，不仅有利于学生各方面能力的提高，而且能客观、有效地评价学生知识水平及应用能力，还能对学生的各方面能力进行全面的评估考察，如下图所示。同时这种考察机制还能够从学生的角度得到将此次教学改革的成果反馈，有助于教学质量的提高及教师教学能力的促进。

5.结语

本实践教学改革以CDIO工程教育理念为指导，以团队任务为核心，采用多种教学方法对实践教学环节进行新的探索。教学过程中注重实践，充分发挥学生的主观能动作用，培养学生独立分析问题、解决问题的能力和团队意识及团队协作能力，塑造学生的独立人格。改革中引入有效的考核机制，有效评价学生的实际工程能力及工作完成情况，从而有利于培养真正具有实际工程能力的创新型工程人才。

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基金任务：辽宁省本科教学改革任务“面对创新能力培养的《汽车实践教学》研究型实践教学教学模式改革研究与实践”（UPRP20140439）。