CDIO模式与工程教育专业认证相融合的实践类课程教学设计

兰爽 于贵文 马丽心

关键词： 教学设计 CDIO 模式 工程教育 模型

实践教学是将教师传授的课堂理论知识转化为学生的工程能力的重要途径，工程实践类课程只有进行教学改革，才能适应不断变化的产业需求[1]。自2016 年6 月我国正式加入《华盛顿协议》以后，很多高校的工程类专业都在积极争取通过工程教育专业认证（简称专业认证）。专业认证要求围绕“学生的毕业能力达成”这一核心任务设置专业课程体系，并持续改进。而兴起于2000 年的CDIO 工程教育模式（简称CDIO 模式），是近年来国际工程教育改革的新成果，由美国麻省理工学院联合多所著名高校共同提出。CDIO 分别代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）。与传统模式相比，CDIO模式从构思、设计、实现、运作这4 个环节以案例项目的方式引导学生学习工程，即以工程项目从研究开发到运营全过程为载体，使学生能主动实践、课程之间有机联系的方式学习工程，具有更好的创新性、实用性以及可持续性[2-6]。

杨毅刚教授认为，专业认证的标准具有同一性，有着较强的刚性，对于不同专业，它不够具体和细化，而CDIO 模式下的人才培养标准可以弥补这方面的不足，所以，可以将专业认证标准定位成工程技术人才培养的“ 底线标准”，将CDIO 模式作为“ 方法论”使用[7]。

目前，虽然工业工程专业尚未纳入专业认证范围，但因其具有很强的工程性和应用性，引入先进的工程教育模式是实现高质量人才培养的必经之路。所以，哈尔滨商业大学工业工程专业于2019 年参照专业认证标准修订了本科专业人才培养方案，并以此为契机，对多门实践课开展了旨在加强课程建设、提高人才培养质量的教学改革。

在上述背景下，该文把“教学设计理论”引入实践类课程的教学改革，提出以专业认证为基准、以CDIO模式为指导，探究教学设计的逻辑和内核。

1 教学设计的层次定位

美国教育心理学家加涅认为：“教学是以促进学习的方式影响学习者的一系列事件，而教学系统设计是系统化规划教学系统的过程。”这里的教学系统设计，也称为教学设计[8]。

教学设计有多种层次，例如：以“教”为中心、以“学”为中心、以“资源”为中心[9]。无论是CDIO 模式，还是专业认证标准，均以“学”为中心，课程改革则大多聚焦于教学过程的创新设计。

2 教学设计模型的构建

进行教学设计时，通常把简化了的理论形式称为教学设计模式。教学设计一般模式的共同特征要素，包括学习需要分析、学习者分析、学习内容分析、教学目标的确定、教学策略的制定、教学设计的评价，前两项属于前端分析环节[7]。

学习需要是指学生的理想学习水平与已经具备的学习水平之间的差距，学习需要分析是一个以揭示学习需要为目的的动态调研过程。学习者分析是对学习者一般特征的分析，即对学生心理、社会特点的分析。不同年龄段的学习者，其一般特征有所不同，该文主要关注的是大学生[9]。

学习内容分析，是对教学内容的广度、深度加以界定。教学目标涉及教学总目标、课程目标以及单元目标。教学策略泛指教学内容设计、教学组织形式、教学媒体的选择和运用[9]。教学评价依据其评价功能，划分为形成性评价、总结性评价[8]。

该文基于教学设计的一般模式，融合CDIO 与工程教育专业认证理念，构建了教学设计结构模型，如图1 所示。该模型描述了教学设计的基本思路，具有鲜明的逻辑性和系统性特征。

3 实践案例

专业综合课程设计是工业工程专业重要的综合性实践教学环节，将前文构建的模型用于该环节的教学设计，具体过程如下。

3. 1 前端教学要素分析

3.1.1 学习需要分析

以专业认证标准为逻辑起点，综合产业需求。分析结果表明，学生的能力差距集中体现在综合应用能力、工程实践能力、创新能力这几个方面。

3.1.2 学习者分析

在大学生群体一般特点基础上，增加了学情分析。专业综合课程设计的开课时间是第6 学期，故选择大三年级学生作为调研对象。以学生现有的知识结构、兴趣点、学习动机、学习内容与方式、效果、生活环境与主观感受等因素，作为分析的切入点。分析结果表明：大三阶段的学生已经有了一些专业基础知识储备，但缺少实践经验，系统性不强；抽象逻辑思维处于发展中；对数字媒体的兴趣较浓厚；碎片化学习方式较普遍。

3. 2 教学目标与课程内容设计

教学目标与课程内容，具体如表1。教学目标主要从课程单元目标方面进行描述。参考CDIO 模式，将课程内容划分成4 个课程单元，以产品的全生命周期为载体，设置学习任务。学生通过完成一种工业产品（如减速器）及其生产过程的构思、设计、实现以及运作的全过程，亲身体会实际生产过程的各个环节，从系统的角度加深对产品的结构、装配关系以及加工工艺等问题的理解，掌握产品生产的组织、计划和过程控制的方法。

3. 3 教学策略设计

3.3.1 教学方式与方法

为了强化团队协作能力的培养，采取分组方式，各组任务不同，同组内各成员分工也不同。以“减速器”产品为例，各组负责的减速器规格不同，同组内各成员对应的设计产能不同。这种方式在促进团队合作的同时，也避免了设计内容的同质化。

3.3.2 教学媒介

借助现代信息手段，开展有效的教学及教学过程管理。利用互联网平台为学生提供形式丰富的学习资料、发布学习任务、师生交流互动、展示设计成果。例如：在“钉钉”平台建立课程设计资源库，以“视频会议”的形式进行线上指导、检查、答辩；通过“微信”发布即时消息、答疑。

3.3.3 教材建设

教材的主要内容包括课程设计目的与任务详解、知识单元解析、案例、软件工具说明。教材建设是一个动态的持续过程，要综合多门专业课，引入先进的技术、方法和工具，融合企业的实际生产情境，不断地对原有内容进行迭代创新。

3.3.4 考核方式与成绩评定方法

考核方式分为形成性評价、总结性评价。形成性评价在每个课程单元结束时都要进行，每个阶段学生都要提交“书面汇报材料”，并参加“答辩”；总结性评价是在所有的课程单元结束之后，即课程设计完成时进行。成绩由“学生自评”“生生互评”“教师评分”这3 个部分构成，可以提高学生的积极性与参与度。

4 结语

该文提出的教学设计模型是一种解释性结构模型，它从逻辑、教学要素两个维度描述了教学活动的设计思路。模型融合了CDIO 与专业认证这两种先进的工程教育模式，实现了二者的优势互补。因为该模型以“教学设计理论”为基础，源于教学设计的一般模式，所以该模型不仅适用于工程类专业的综合性实践教学设计，对于理论课教学或非工程类专业，也具有一定的通用性。需要注意的是，如果本科专业人才培养方案不是基于专业认证标准制订的，采用该模型开展教学设计时，需要对模型的前端教学要素进行修正。

目前，教学设计模型经历了两届工业工程本科教学的检验，学生的设计成果质量和学习积极性均有了明显提升。后续研究重点是模型实践效果的深入分析以及模型的修正。