基于CDIO理论的职业本科实践教学环节的开发与应用——以“航空发动机维护实训”课程为例

许振腾 黄 杰 蔡 佳 周 忠

（1.南京工业职业技术大学，江苏 南京 210046；2.南京航空航天大学，江苏 南京 211100）

一、前言

从2014 年《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》首次提出举办本科教育，到2019 年《国务院关于印发国家职业教育改革实施方法的通知》中明确提出“开展本科层次职业教育试点”，并批复了22 所本科层次职业教育试点学校名单，再到如今，最早的一批职业本科已经办了3年多。公众对于“职业本科”的概念不再像以前那么陌生，但是仍然在探讨和它相关的定位问题，比如李胜[1]就探讨了职业本科教育背景下专科教育的定位问题，杨欣斌[2]从培养人才类型上入手，对职业中等教育、职业专科教育、普通专科教育、职业本科教育、应用本科教育和普通本科教育来进行区分。职业本科作为新生事物，对于它的理解和应用仍有很长的路要走。笔者有幸作为第一批职业本科院校中唯一公办院校的一员，见证了职业本科教育这两年的发展，也深刻体会到了摸着石头过河的艰难。

教育部在《本科层次职业教育专业设置管理办法(试行)》中指出应“坚持高层次技术技能人才培养定位”，所以技术技能人才的培养依然是职业本科的主要任务。作为技术技能培养的主阵地，实践教学一直是本科职业教育的一大痛点。其中，最难摆脱的就是专科实践教学的阴影。职业本科院校实践教学平台构建要根据其内容的学术性要求进行设计，充分体现专业性技能人才培养的目标定位，不能简单移植中等职业学校和职业专科院校模式，使教学框架陷入“学科教育+操作技能训练”的两极结构[3]。不能做两级结构的言外之意，就是要把学科教育和操作技能合为一体，使理论和实操结合得更加紧密。

换一个层面，还有一个问题对职业实践教育有着巨大的影响，当然这个问题甚至在影响着整个高等教育，那就是如何把学生放到教育环境的中央位置。按照学习生态学理论，人才培养质量的高低取决于学习者与学习共同体其他成员以及学习环境的交互质量，但是“以学习者为中心”的职业本科教育新型生态还没有建立[4]。虽然这一问题放在职业本科教育的领域去解决有些困难，但是职业实践教育先天需要学生广泛参与的特点，可以作为尝试解决方案的一个突破口。

笔者自工作以来一直从事职业教育实践教学工作，在本校升格本科后便组建团队研究职业本科实践教学，经过一年多的研究和实践，也取得了一些成果，并申报了相关项目。本文是对这一阶段研究中实践教学环节研究成果的总结，主要是针对性地解决上文提到的困扰职业本科实践教学的两大问题。通过引入CDIO 工程教育模式，开发实践教学任务，将理论和实操融为一体，全程以学生为中心，并匹配合理的过程评价体系，最终实现整个实践教学环节的有机串联，有效提升了实践教学的质量和水平。

二、实践教学任务开发

通过对职业专科实践教学的研究发现，“重操作，轻任务”是“学科教育+操作技能训练”的两级结构形成的一个最主要原因。所谓“重操作，轻任务”是指实践教学的重点在学生如何完成操作上，但是对于任务的开发过程学生全程无参与。这虽然契合了职业教育培养技术技能人才的初衷，但是很难培养出高层次的人才，所以在职业本科实践教学的设计中，笔者将教学任务的开发列为实践教学过程的一个重要环节，让学生参与到教学任务的开发中。通过这样的设计，可以同时解决上文提到的两大问题。然而，让学生开发教学任务并非易事，笔者通过进行大量的方法调研，最终确定了CDIO 工程教育模式理论。这一理论为学生参与任务开发提供了一条可行之路。

（一）CDIO理论

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO 包括了三个核心文件：1 个愿景、1 个大纲和12 条标准。近年来，已经有很多学者试图将CDIO 应用于实践教学课程的开发。张天龙[5]等将CDIO 理论用于开发装配式建筑BIM 一体化实践教学，建立了实践教学框架；Leslie L J[6]将CDIO理论用于嵌入式专业技能的提升中，并培养学生专业能力和团队协作方面取得不错的效果；唐茜[7]利用CDIO设计了交互式教学模式；周蓉[8]则与OBE相结合，创新出了混合教学模式。可见，CDIO理论在实践教学方面确实有着独特的优势。

在查阅大量文献之后，笔者发现学者们对CDIO 的应用主要是在框架或者整体设计上，具体任务开发时关联CDIO 较少，通过对CDIO 的概念、12 条标准以及大纲进行深入分析和研究，发现其对实践任务开发具有非常显著的指导意义。CDIO教育联盟在其大纲中将现代工程师应该具备的科学和技术知识、能力和素质划分为四个层面，并对每一个层面所涵盖的内容进行细分。为了方便在任务开发过程中使用CDIO 理论，对大纲进行了细致研究，选取了与构思、设计、实现和运作相匹配的应用内容，具体如图1所示。

图1 CDIO工程教育模式应用指导图

（二）任务开发

对于一个项目任务来讲，按照构思、设计、实现、运作的流程进行操作，既符合一般任务完成的规律，又能够培养和锻炼学生不同方面的能力。因此，对于任何一项任务，都应该至少包含上述四项内容。学生需要完成的是一个任务，而作为教师，则要为学生制定任务的目标，这样学生才可以有相对统一的思路，也方便在后续的评分过程中统一标准。目标的制定过程相对复杂，需要结合企业实际、专业规划和课程标准来制定，可以借助不同的方法和理念，比如备受学者们青睐的OBE（Outcome Based Education）教育理念等。

利用任务设计常用的逆向思维来分析整个任务开发的过程。将已经确定的任务目标定义为最终成果，划归CDIO 的运作环节，推导在实现环节的工作内容。结合CDIO 大纲和最终成果，推导出实现环节的主要任务有：图纸模型绘制过程；工艺流程的编写；实物加工过程；操作工作单卡；代码编写过程；系统搭建过程等。设计环节主要任务是如何来达成实现环节。因此，推导出的设计环节主要任务包括：查阅资料、确定平台、所需知识汇总、任务分工、团队协作等。构思环节是最先开始的，也是最重要的，在CDIO 大纲中提到了它的一项主要任务是设立系统目标和要求，此处的目标和运作环节实现的成果是一致的。根据设计环节的任务进一步推导出构思环节的主要任务包括：明确设计目标、要求；分析实现方式；确定设计思路等。上述设计流程可参考图2。

图2 任务的开发与实现过程

图2中虚线箭头代表的是设计流程，即教师为学生规划每个环节任务的过程，用于指引学生避免其偏离课程主线。实线箭头代表的是学生完成课程内容的过程，与教师设计过程刚好相反。

三、过程评价体系构建

基于CDIO 理论的任务开发可以使理论和实操有机融合在一起，也可以让学生处于课堂的中央位置，但是，其实它只是一个空花瓶。因为，这样的设计把学生的表现分配到了整个任务的全寿命周期过程中，如果依然按照以前的结果考核模式来进行考核，那么所有的过程都是没有任何意义和约束的摆设。想要让这样的设计有意义，那么就必须设计与之相匹配的过程评价体系，争取在实践教学的每一个环节都融入课程评价的元素。

过程评价已经不是新鲜的概念，早在2016 年就被正式提出。学者们对过程评价也做了大量研究。刘宏伟[9]对过程评价的主体、标准和权重进行了研究；王飞[10]则结合过程评价提出了新的课程考核方式。结合本课题的需求，对于过程评价的研究主要集中在三个方面：过程指标、数据采集和评价结论。

（一）过程指标

若要完成过程考核，需要首先确定考核指标，在确定考核指标时，需要符合SMART 原则，具体内容如图3所示。

图3 过程考核SMART原则

根据SMART 原则，过程评价指标应该具有具体、可量化、有针对性等特点。虽然在之前的任务设计中，对每一个环节的任务进行了预设，但是这些任务并未给出具体的评价指标。因此，需要对每一个环节的任务进行总结和推演，得出主要过程指标，具体指标内容如表1所示。

表1 过程评价指标

表1 中所列过程指标具有一定的代表性，也符合SMART 原则。针对不同的项目，所选用的过程指标并不完全一样，实际授课过程中，每个环节可能只用到其中的2～3 个指标。授课的过程中，任课教师可以把过程指标分享给学生，使学生在完成任务的过程中思路更清晰。

（二）数据采集

在实际教学过程中，过程考核很难长久维持下去，其中一个很重要的原因是过程数据采集比较困难。数据采集存在两个主要的难题：一是采集数据过程中教师主观性起决定性作用，难以客观评价学生的表现；二是量化指标不够明确，采集过程耗时耗力。第一次使用过程评价时，往往带着一腔热血，所以也不觉得其中艰难，但是复杂的统计过程可能会在后续的使用中被遗弃。为了避免上述问题，团队成员对需要采集的数据和采集方法进行了充分论证和改进，使其既客观真实，又省时省力。实践教学过程中主要采集的数据如表2所示。

表2 采集指标信息表

表2 中给出的采集指标和上一节中过程评价指标一样，需要结合具体课程的需求来确定，每门课程可能只会用到部分指标。数据采集最好有一个自动计算的平台，这样会让统计工作轻松很多。常用的平台有EXCEL 表格、微信小程序或者一些计算软件等，任课教师可以根据自己对各平台的熟练度选择使用。

（三）评价结论

实践教学的评价结论通常存在两方面的问题：一是评价结论往往以小组为单位给出，对组内成员的个人贡献评价有所欠缺；二是评价内容过于单一，没有综合性。这两个问题带来的直接后果就是学生的综合成绩分布不合理，过于集中于某一个分数段。针对第一个问题，可以通过计算小组成员在组内的贡献值来解决。贡献值取决于该成员在组内活动的参与度，可根据不同环节采集到的不同成员参与任务的情况获取。公式1为本团队提出的贡献值（CV）求取方法。

对于一个小组成员数为n 的小组，根据公式1可以求取小组内第j 位同学在组内的贡献值。该贡献值可以作为小组总得分的分割依据，据此获得的个人得分，可以有效弥补传统评价方式的欠缺。小组总得分主要参考上一节中的“计分规则”，可以通过加和的方法求取总得分。对于评价结论的第二个问题，上文提到的评价体系可以有效解决该问题，在此不再赘述。

四、成果应用

项目组将本文的研究成果应用在《航空发动机维护实训》的课堂中，下面对其应用过程进行展示。

按照第二节中提出的“最终成果——成果实现——设计过程——设计构思”的方法，首先确定了学生需要完成的最终成果为：完成点火系统排故和点火激励器的更换。结合我校现有的CFM56-3 发动机，进一步细化给出的任务内容为：B-5095 飞机1 号发动机出现点火故障，无法正常点火，请根据相关手册，完成排故过程和左点火激励器的更换。点火激励器的位置图[11]如图4所示。

图4 点火激励器位置图

根据最终成果的形式，需要在“成果实现”环节完成任务工单的设计，其中包括“排故任务工单”和“点火激励器拆装任务工单”两项内容。在“设计过程”环节，需要根据相关资料确定任务的施工程序，在该项任务中，需要确定的施工程序有两项：一是如何根据故障现象完成手册的查询，并确定故障原因，完成排故；二是确定点火激励器拆装的步骤、所需工具、所需耗材以及存在的安全隐患。因此，在此环节中，需要给学生提供参考资料，主要参考资料包括：AMM 手册（飞机型号737-300/400/500）、IPC 手册、TSM 手册和标准工单模板。“设计构思”环节主要考查同学们对于整个项目的规划，通过绘制项目流程和主题汇报来检验完成情况。上述内容是教师对于整个项目的设计和规划，为了让学生按照这个流程去完成整个项目，教师可以在不同环节间给予适当的引导，以提高项目整体完成质量。

为了完成过程评价，引入了腾讯在线文档进行数据采集，并使用Python编程进行数据的下载和处理。腾讯在线文档采集数据的好处在于，它不仅集成了EXCEL 表格超强的计算功能，还可以显示各组的项目进度，方便任课教师掌握项目完成情况。图5为第一小组数据采集文档示例。

图5 在线文档采集数据示例

除了基本的数据采集和初步计算之外，还有大量不方便使用在线文档完成的计算和统计工作，这其中最重要的一项工作就是按照学号输出每一位同学的最终成绩。项目组使用Python 进行了编程，实现了在线文档的自动下载、计算、排序和输出功能，操作人员只需要打开Python软件，便可以一键获取所需的数据，大大提升了办公效率。

实践教学任务完成之后，获取到学生的最终折合成绩，项目组将该成绩与往年成绩做了对比。由图6可以看出，通过本方法进行实践教学后，学生的成绩更能够体现个人水平，不同团队成员之间成绩的相似度大大降低；由图7可以看出，学生的成绩分布更贴合正态分布，期望值更符合实际学生的表现，标准差增大，说明成绩离散程度增大，成绩在整个分数区间的分布更加均匀。

图6 学生成绩散点图

图7 成绩分布密度图

五、展望

本课题以CDIO 理论为指引，设计了一套可用于职业本科实践教学的过程评价标准，并对其中的环节设置、评价指标和评价方法进行了详细设计，可直接用于实践教学。最后，将该研究在《航空发动机维护实训》课程中的应用进行了展示，并对最终结果进行了评价，证实了该方法的可行性。但是，本课题目前的研究只是针对某一项实训课程，而对于职业本科实践教学而言，所有的实训课程能够有机串联在一起，才是真正有意义的。实训课程的有机串联，可以让所有的课程开发都围绕一个共同的目标，所以在后续的研究中，将会重点关注实训课程之间的关联方法，建立课程间的接口，实现面向专业的职业本科实践教学设计。