基于CDIO的电子信息类创新模组研究与构建

陈飞 王旭 孙娟

摘要：为应对產业发展对创新性工程人才的需求，“做中学”成为工程教育改革的战略之一。文章将“CDIO”教育模式融入电子信息类专业的课程体系和教学内容改革，通过构建“四横一纵”的层次化创新模组架构，在教学实施和认知提升两个维度上同步实施“CDIO”方法，形成一种“多层递进”的人才培养模式，促进学生实践创新能力的连贯性提升。

关键词：CDIO; 创新模组; 教学改革; 课程体系

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）22-0118-02

1 引言

美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学从2000年起组成的跨国研究组，向Knutand Alice Wallenberg基金会申请了近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究创建了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO国际合作组织。CDIO模式在世界上几十所大学操作实施，得到产业界高度评价[1]。

近年来，为全面落实教育部关于实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的精神，国内多所高等工程技术大学已经开始着手开始尝试进行CDIO的工程教育改革。2016年中国CDIO工程教育联盟成立，首批加入联盟成员高校104所，在广泛推动中国工程教育改革和提高教育质量方面取得良好成效[2]。

如图1所示，CDIO教育模式的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思-设计-实现-运行（CDIO）过程的背景环境基础上的工程教育[3]。

需要注意的是，CDIO是工程教学的普适模式，对应具体的教学还应进行针对性的设计。在电子信息类专业创新能力培养的教学过程中，还应该注意层次性与连贯性的结合。层次性是指，在电子信息类学科知识和能力体系下，创新能力的提升不是线性的，往往需要在某个层次上进行积累，才能跃升至下一个层次[4];连贯性是指，不同层次的创新能力作为整体，对应于不同的认知层次，在逻辑上具有连贯性[5]。因此，本文以电子信息类专业人才培养的教学环境和知识、能力需求结构为例，提出一种基于CDIO的多层创新模组，具有“多层递进”的特点和内涵，促进学生实践创新能力的连贯性提升。

2 基于CDIO的多层创新模组

2.1 理论模型

针对电子信息类专业的创新实践教学，构建四个“层次化”的创新模组，对应学生在不同阶段的创新实践能力和知识、能力需求结构。理论模型如图2所示。

CDIO模式强调以“构思、设计、实施、运作”的产品设计周期为载体组织教学活动，这里的四层创新模组，从纵向上来看，在认知层次上满足CDIO模式的内在逻辑，符合“连贯化”的能力提升过程。

第一模组“快速布署”，以兴趣引导、创意激发为主，引导学生激发和构建自己的创新愿景，在认知层次上对应CDIO模式的“构思”。

第二模组“基础巩固”，开展对结构原理、产品要素、底层器件等基础知识的学习和实践，学生面对产品设计中从硬件到软件，从器件到系统的完整要素，从而将创新的愿景映射到具体的系统框图，展开原型设计，在认知层次上对应的是“设计”。

第三模组“场景应用”，学生大大拓展、提升专业能力，将展示性质的原型设计，提升到经过可行分析、技术论证，寻求一定应用价值的场景落地，在认知层次上对应“实施”。

第四模组“实践运营”，学生以企业真实的生产环境为土壤，将创新思维融入工程素养，在认知层次上对应“运作”。

从横向上来看，在每一个单层创新模组的构建上，都通过“构思、设计、实施、运作”的项目运行模式，将项目、学科竞赛、课程教学、硬件平台等教学内容和要素，以“一体化”的教学设计融合在一起，以满足对应层次的创新能力培养目标。

综合起来，本模型通过四横一纵的CDIO模式，将创新模组融合为一个有机整体，贯穿电子信息工程专业的创新实践培养体系，体现了“多层递进”的内涵。

2.2 课程体系和教学内容的一体化设计与重构

创新模组的构建在横向和纵向两个方向上展开对教学课程和硬件平台的设计与重构，形成一体化的课程计划和教学内容，如表1所示。

首先，在横向上，以具有生成力的课程为中心，贯通相关核心课程，运用CDIO理念，以企业项目和学科竞赛题目为载体，将教学主体与复杂工程问题建立直接联系，研究课程知识点的分解和能力定位，适配硬件平台，使课程的教学内容和实践架构，能够依据构思、设计、实施、运作的模式，来识别、表达、分析实际工程问题和设计解决方案，培养学生工程素质和创新能力，并进行有效的课程质量形成性评价。

其次，在纵向上，不同层次的生成力课程和核心课程彼此之间融合互通，设计、完善、明确各自的课程目标、分工界面;硬件平台递进互补，易实现技能的迁移。从而总体上服务于创新能力的连贯性提升。

2.3 实施方法

在不同层次模组实施CDIO时，对于“I”和“O”，根据层次的不同，采用“实验-执行”“实施-制作”“实现-运作”的三个级别理解，从而指导不同层面的模组，包括课程群、项目等的具体实施。

首先，第一层理解对应与“快速布署”模组，此时CDIO按照 “构想-设计-实验-执行”实施。该层特点是项目投入规模小，只需要个体操作，进行实验、探索、操作等工程活动，这是初级的CDIO，只需要运用单科知识，适合基础课程的学习和兴趣导入等培养目标。

然后，第二层理解对应“基础巩固”和“场景应用”模组，即： “构想-设计-实施-制作”。该层次特点是投入规模中等、需要团队配合、若干课程关联，这是中级的CDIO，学生需要运用若干门关联的课程知识来理解原理，可行分析，提出方案，技术论证，适合学生创新能力提升的中级阶段。

最后一层理解对应“实践运营”模组，即：“构想-设计-实现-运作”。这种理解适合投入规模大、需要大团队协同的工程项目教学。这是高级的CDIO，它对应企业实践的组织。社会要求工程师具备这样综合的知识、能力和态度。

3 结论

本文提出了一种基于CDIO的多层创新模组，通过四条横向、一条纵向的创新模组架构，将CDIO模式有机嵌入到整个电子信息工程专业创新实践能力培养框架中，在空间与逻辑上形成一个层级有序、连贯统一的整体;在此基础上，通过一体化的教学设计，以具有生成力的核心课程为中心，贯通相关课程，形成横向联合，纵向递进的课程体系。从微观看，将企业项目、学科竞赛、硬件平台、课程知识等要素按照构想-设计-实现-运作的模式重新构建，创新了教学内容和方法，形成优质课程资源;从中观看，以创新实践教学为抓手，多门课程形成课程群组，协同互补，打通壁垒;从宏观看，以点带面，服务整个人才培养体系的创新改革。之后的重点是强化校企产学研合作，以CDIO模式为载体，将企业资源和工程师引入教学建设，教师参与企业实践，优化专业人才培养上的产业化对接。

参考文献：

[1] 陈菊，杨汐，杨珊珊，等.基于“CDIO”的“1+2”新教学模式研究[J].电脑知识与技术，2021，17（9）：8-10，17.

[2] 胡文龙.创新时代的工程教育发展：挑战与应对——2016年“CDIO工程教育联盟成立会议”纪要[J].高等工程教育研究，2016（2）：32-33.

[3] 周劲波，宋站阳.基于CDIO模式的创业教育体系构建研究[J].职业教育研究，2020（4）：55-61.

[4] 李艳，高艺航，张帅.基于CDIO的高职物联网工程专业层次化实践教学体系的创新研究[J].计算机产品与流通，2020（4）：189，193.

[5] 姜万昌，郭树强，苏畅，等.CDIO模式下软件专业工程类课程体系优化研究[J].无线互联科技，2020，17（7）：90-91.

【通联编辑：王力】