CDIO教育理念下培养学生工匠精神的项目教学探究

［摘 要］培养学生工匠精神是工科专业课程普遍设置的教学目标，属于价值目标范畴。同时，工匠精神的培养近年来面临着育人体系细化难、定量考核难、成果落地难等问题。文章在CDIO教育理念下，将工匠精神目标进行细化，创新性地将进阶式项目实施引入课程链项目设计教学中，将知识点选题、小组统筹任务、平面作业、成绩进阶为多元化选题构思、模块化分工设计、立体化产品设计、赛事化产品运行，引导学生在课程链学习中完整参与工程分析设计全过程，最终达成工匠精神的培养目标。

［关键词］CDIO教育理念；工匠精神；课程链；项目教学

［中图分类号］G640 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）18-0079-05

CDIO教育理念是美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究团队根据现代工程教育本质提出的教育理念。2008年，教育部高等教育司发文成立“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”。2016年，“CDIO工程教育联盟”在汕头大学正式成立。

工匠精神是一种职业精神，它是职业道德、职业能力、职业品质的体现，是从业者的一种职业价值取向和行为表现。在2020年全国劳动模范和先进工作者表彰大会上，习近平总书记将工匠精神的深刻内涵概括为执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越。培养学生工匠精神是工科专业课程普遍设置的重要教学目标[1]，但工匠精神的培养近年来面临着育人体系细化难、定量考核难、成果落地难等问题。

在CDIO教育理念视角下[2-3]，围绕学生工匠精神培养，辽宁石油化工大学组织教学团队构建了课程链进阶式项目[4]，以复合材料与工程专业的4门专业课程（复合材料安全与环保课程、复合材料基体课程、材料复合原理课程、复合材料工艺学课程）搭建课程链。课程链中各门课程建设互相关联并保持一条连贯的工程主线，有效减少了学生探索复合材料工程的不同结构、不同性能的时间，从而能够将精力集中在复合材料构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）上。以复合材料从设计到运行的全生命周期为载体，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[5]，培养工匠精神。

一、工匠精神在现有课程链教学中难以落地

工科专业现有课程链是从课程出发，将内容相关的课程或同一学期开设的课程或同一教师（教学团队）开设的课程联结而成，这类课程链如果缺乏对整体工程观进阶性的设计，就难以将项目设计分段融入，不利于学生工匠精神的培养。其主要原因有以下几方面：其一，由于课程与课程之间的工程契合度不足，学生的项目选题往往只能以某一门课程内容为主，而一门课程难以给学生提供一项工程完成过程的体验，因此学生难以通过课程链的项目设计由浅入深地了解工匠精神。其二，现有项目设计的学生分组大多是基于学生的成绩、学号、寝室等进行的，容易造成学优生、学困生各自集中的情况出现，组员能力的趋同性使小组分层任务难以完成，无法形成良好的组间竞争氛围，学生难以在分组分工不合理的情况下充分理解工匠精神。其三，项目设计在课程之间的不连通性，使得每门课的项目设计往往都需要学生从零开始，完成的设计作品只能作为平时成绩，难以持续改进，也难以通过缺乏整体性的工程设计培养工匠精神。其四，现有课程链的项目设计主要为纸质作业，缺少与工程实践的联系和对社会热点的关注，学生难以通过缺乏挑战度的课外作业培养工匠精神。

二、聚焦CDIO教育理念下工匠精神的培养

工匠精神的培养目标较为抽象，在教学实践中难以通过课堂表现、平时作业、考试成绩等简单地进行衡量。因此，本研究对工匠精神培养目标进行了细化，形成了易于衡量的8个学习目标即环境保护、安全意识、沟通合作、自主学习、问题分析、解决方案、勇于挑战和社会责任。在CDIO教育理念下，依托课程链的4门课程反向设计多项教学活动，设计进阶式项目教学来匹配这些目标，给学生搭建阶梯，层层递进，再与工匠精神内涵融合，最终达成工匠精神培养目标。

课程链4门课程的分布合理，覆盖复合材料与工程专业大学三年级整个学年的课程，采取基于赛教融合的双课堂协同混合式团队指导模式，分为春季学期和秋季学期两个时段来完成。春季学期依托复合材料安全与环保课程和复合材料基体课程，学生在专业课教师和思政课教师协助下完成分组以及项目设计选题，工程导师与专业课教师协同指导学生完成小组分层任务和汇报。秋季学期，依托材料复合原理课程和复合材料工艺学课程，由专业课教师和创业导师辅导学生进行产品整体设计和实体制备，并参加竞赛课程学习和社会实践活动，在结课周由学生完成项目设计答辩，教学团队全体参与评价。

课程链教学团队采取主讲教师集体教研协作方式，每学期开展10次教研活动，围绕不同课程工匠精神的育人元素进行整合，使之得以一以贯之地融入课程链。

三、引导和支持学生学习的途径

教学团队设计教学活动，构成“构思选题执着专注、分工设计精益求精、立体实践一丝不苟、产品运行追求卓越”进阶式项目，并与课程链一一对应，层层递进，缺一不可。 CDIO教育理念下的课程链进阶式项目创新模式如图1所示。

（一）多元化选题构思

为解决课程链选题单一、无法融入现实热点的问题，项目选题由原来的知识重点结合工程难点，进阶为融入育人元素和现实热点问题。教学团队依托复合材料安全与环保课程，按照工程能力连续性进行项目设计，教师评价与生生互评同步进行、师生共同把关。注重课内与课外、理论与实践、工程与生活的联系，构思多元化、接地气的选题。例如，2023年秋季学期，课程设计选题结合乡村振兴、疫情防控、“双碳”目标等现实热点，基于工程能力连续性设计进阶式项目选题，将工程实践能力拆解落实到每个项目选题中并匹配育人元素，使学生能够从工程项目整体层面了解工匠精神。课程链进阶式项目题目设计表如表1所示。

同时，选题还有效契合了教学团队的科研成果。例如，将教学团队参与的“国家自然科学基金委中俄国际合作研究项目”的重点研究内容“镁锂合金表界面形成过程”融入复合材料机翼安全设计内容中；将教学团队与宁夏汉尧石墨烯储能材料科技有限公司合作的千万级别“二维碳材料规模化应用项目” 融入铝基复合材料制备设计内容中等。3年来，总计有9名教师的20余项横纵向科研项目及成果被融入课程设计选题中，充分体现了课题的挑战度。学生在选题过程中，可以充分了解我国复合材料发展情况以及与国际先进水平的差距，更好地激发学生的科技报国精神。

（二）模块化分组设计

为解决课程链小组分工不合理、无法让每个学生都得到适当锻炼的问题，复合材料基体课程由原有的仅仅按成绩、学号、寝室等来划分小组进阶为竞赛互补式组队，以学生素质拓展等大数据为依据，全面考查学生特长并赋分，按分数高低匹配分组。对于学业绩点较低的学生，采用个别干预分组的方法，将其尽量平均分配在各个组里，以尽量保证组间能力配置均衡。教学过程中，各小组通过互助探究式学习协作完成课程设计，通过良性竞争激发学生集体荣誉感。按照学生的不同特长，由原有的全组统筹分配任务进阶为落实到每个人的明确模块化分工，实行合理明确的组内分工合作（见表2）。

为了落实分工任务，课程规定负责不同任务的学生均需分阶段进行汇报，汇报可以思维导图绘制、模型制作、科技报告撰写等多种形式完成，教师对汇报进行点评与提出改进意见，并随堂进行匿名的生生互评，得分占作汇报的学生的平时成绩的25%，促使学生精益求精地做好设计。此分组在课程链内一直持续，可根据学生特长变化更改，以便于学生通过合理分工充分理解工匠精神。

（三）立体化产品设计

为解决课程链知识内容拼接、无法锻炼实践能力的问题，进阶式项目在材料复合原理课程中以课程设计大作业形式呈现，帮助学生树立整体工程观。全组协同设计，双课堂衔接，由原有的“小作文式”平面作业进阶为立体化设计作品。

课程采取线上线下虚实融合方法[6]，依托虚拟仿真实验平台、虚拟现实资源库等技术实现项目产品的立体化，提出将互联网、物联网等新兴技术植入产品设计的各个环节，全面对接“智能工厂”生产实时化、过程自动化、管理协同化、分析模块化等方面内容。

线下依托工程实训工厂，以抚顺石化常减压蒸馏装置、重油催化裂化装置等工业化生产装置为原型，在保持工业级大尺寸特征的前提下按照比例缩小（8︰1），完整体现工业化装置的工艺流程，建成校内实训工厂，模块对接生产实际，学生在实习实训中自主操作，锻炼“用得上”的技能。同时，省级创新材料实验室为学生自主设计材料等实践操作提供了便捷的实验场所。教学团队引导、帮助学生从原料选择、形状设计到环境评估、材料成型，完整地进行复合材料3D设计、性能模拟测试和实物制作，让学生将工匠精神运用到整体性的项目产品设计中。

在软件支撑方面，将与课程链相关的软件工具3DMAX、CAD、Chemdraw等软件编辑成慕课资源，内置于立体化教材中供学生自学，并聘请信息学科专业教师跨界指导学生使用。

进阶式项目设置答辩、评分环节，其中评分量表分为组员自评、组长评价组员、教师评价组员和教师评价组长。对于分工任务的完成情况必须提供支撑材料，教学团队根据每个学生的自评量表提问并由学生现场回答，根据具体的评分规则进行评分，一丝不苟地真实检验分工任务的实现情况。

（四）赛事化产品运行

为解决课程链课内作业无法实现课外拓展的问题，教学团队基于复合材料工艺学课程实验学时和项目最终答辩等环节，帮助、促进学生持续改进，项目设计衡量由原有的平时成绩进阶为参与竞赛。教师引导（发布相关竞赛通知）、支持学生参赛（竞赛辅导、实验设备投入），学生在参与竞赛过程中通过反复完善参赛作品践行工匠精神。

以全国大学生材料设计竞赛、全国大学生3D设计大赛等科技竞赛为抓手，结合具体的工程案例，将现代企业标准、现代工程工具等要素融入课程链课内设计项目中，进一步要求学生通过查阅文献—设计方案—修订方案—实施方案等方式完善课内设计作品，形成以学生为主、导师为辅的培养机制，有效提升学生综合设计能力，更好地发挥学生主观能动性，有利于培养学生工匠精神。

引导学生主动参与到“青年红色筑梦之旅”等社会实践以及“材料助力乡村振兴”等科普活动中，将“读万卷书”与“行万里路”相结合，注重调研报告的交流和反馈，在艰苦的社会实践中践行工匠精神。借助抖音、快手等视频平台和公众号等阅读平台呈现学生社会实践成果和科普宣传作品。学生在平台上进行相互交流学习，根据平台上其他同学的反馈对自己的调研成果进行质量评估。他们在与他人交流的同时，也能够得到来自对方的肯定，提升自我认同感。

设计作品（竞赛作品和社会实践作品）都可用于后续课程复合材料综合课程设计的结课作业，同时，还可以上传到立体化教材和校级慕课平台的学生作业模块中，形成教学资源闭环。

四、课程链建设成果应用及推广情况

（一）建设成果丰硕，应用型人才培养质量有保障

高分子材料与工程获评国家级一流本科专业建设点并通过工程教育专业认证，材料化学、复合材料与工程获评省级示范专业。课程链4门课程中有2门课程获批省级一流本科课程、3门课程获批校级课程思政示范课。教学团队获批国家级新工科研究与实践项目1项、其他类省级以上教改项目10余项，先后在《高分子物理学报》《微生物学通报》等核心期刊发表相关教改论文5篇。

（二）学生受益面广，实践和创新能力有了提升

课程链教改班级与普通班级使用完全相同的笔试试卷，教改班学生与普通班学生一起考试、阅卷，成绩的对比具有可信度，教改班学生有4门课程的分数分布都明显整体向高分区间移动。

教学团队将创新设计赛事化，带动全体学生积极参与各级各类工程技能大赛，近 3年学生以所学课程的课内设计为基础，获得各类省级、国家级工程技能竞赛奖项共计 40余人次，获奖人数占班级总人数的50%以上。

教学团队将创新实践社会化，以社会实践和创新创业大赛为抓手，取得了“互联网+”大学生创新创业大赛三等奖等3项省级以上奖励，获奖人数超过班级总人数的40%。

（三）育人成果显著，用人单位和社会认可度高

本研究成果获得国家级课程思政案例奖1项，被在线新华网课程思政示范专区、辽宁卫视等主流媒体报道2次，CDIO教育理念下培养学生工匠精神的项目教学法推广到沈阳工程学院、北华大学等6所高校应用，育人效果良好，在省内外宣传了课程思政教育理念和推广了相关教学经验。

2018届复合材料与工程专业毕业生宋申元以科技报国为理念创办科技公司，为解决磷石膏污染问题做出了贡献，其相关事迹被《中国建材报》报道。2019届应用化学专业毕业生、齐鲁石化员工彭金嫒在工作中精益求精，荣获 “全国行业职业技能竞赛聚乙烯装置操作工竞赛”金牌。《辽宁日报》、新华网等媒体先后报道和宣传了上述专业人才培养的成效，已形成一定的品牌效应。

五、结语

本文探讨了一条专业课程链建设之路，尤其适用于地方应用型高校的工科专业课程链建设。这项课程建设在CDIO教育理念下，引导学生基于进阶式项目教学模式，将多门专业课程协同起来进行“链式”学习，在培养学生完整工程观念的同时，通过项目构思选题、分工设计、立体化实现到赛事化运行的进阶式训练，培养执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越的工匠精神。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 祝琳琳.高校化工专业工匠精神培育融入课程思政的重要性与实施路径分析[J].化学工程，2022，50（12）：94-95.

[2] 王庆，李凤华，董翠华，等.CDIO教学理念在课程建设中的应用及理论升级[J].包装工程，2020，41（S1）：82-86.

[3] 唐茜， 刘艳， 任思曼，等.基于CBE 与CDIO 交互设计教学模式探索[J].实验室研究与探索，2022，41（2）：228-232.

[4] 史春薇，杨占旭，王吉林，等.“新工科”背景下环境微生物学课程实践教学育人模式的探索[J].微生物学通报，2020，47（4）：1202-1209.

[5] 吴涛，吴福培，包能胜.知识探究导向的层次化教学方法研究与实践[J].高等工程教育研究，2018（1）：146-153.

[6] 郑凯，董兴辉.激发学生自主创新学习的工程制图AR教学探索[J].实验室研究与探索，2022，41（7）：190-193.

［责任编辑：庞丹丹］