CDIO工程教育模式下的教学效果分析

韩 雁，冯兴杰，梁志星，张 婧

（中国民航大学教务处，天津 300300）

针对20世纪下半叶国际工程教育面临的挑战和问题，20世纪末美欧进行了有组织的改革行动，开始强调学生的创新能力和工程实践能力，工程教育得以回归工程本身。CDIO改革模式正是一个多国参与的改革实践，由麻省理工学院等四所大学联合探索研究创立，是近年来国际工程教育改革的最新成果。有学者认为，CDIO模式的诞生是对当前工程教育“理论”与“实践”争议问题的一种解决方式[1]。

1 概述

1.1 CDIO模式内涵

创始人Edward F.Crawley等人指出，“CDIO工程教育改革通过培养学生成为全面的工程师去应对挑战，使学生知道如何在现代团队环境下构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）复杂、高附加值的工程产品、过程和系统，主要通过CDIO教学大纲和标准来描述”[2]。

从其内涵来看，CDIO模式正是将企业产品生产全过程映射至高校人才培养的全过程，如图1所示。企业产品的生产过程包括：用户产生需求，企业分析需求提出产品设计方案，并根据用户的意见修改方案并将方案转化为产品，经过不断调试最终将产品量产并提供服务支持等；CDIO模式下的教学过程包括：教师提出明确的任务目标，学生对目标进行分析研究，并设计实施方案，将方案或图纸转化为产品或系统，并经过不断的调试、修改形成一个产品或系统，形成一体化教学体系。

图1 CDIO工程教育模式的内涵Fig.1 Connotation of model of CDIO engineering education

1.2 国内外CDIO模式改革实践

麻省理工学院Edward F.Crawley等人作为CDIO模式的创始人，对其理论及实践都做了大量的开创性研究工作[3]，并在2007年出版专著，对CDIO培养模式做了系统性的阐述和论证[2]；2011年Edward F.Crawley等人又公布了CDIO教学大纲（2.0）[4]。CDIO模式自诞生至今，已在多国得以推广应用。2001年CDIO模式已在麻省理工学院等著名大学推广，2002年丹麦技术大学加入合作，2003年加拿大、英国都加入进来[5]。2005年，瑞典高等工程教育界将CDIO标准应用到瑞典国家教育评估中，并通过对利益相关者的调查，不断对CDIO标准加以修正[6]。Alcion Benedict Popp等人通过对CDIO教学大纲和澳大利亚工程师资格认证标准以及悉尼大学课程计划进行对比和评估，最终形成一套新的规则框架[7]。Johan Malmqvist等人2010年对查尔姆斯理工大学机械工程专业CDIO项目改革实践取得成功的关键因素进行了探讨[8]。

CDIO模式在中国的创新与实践。汕头大学提出EIP-CDIO工程教育理念及人才培养模式[9]；大连东软信息学院构建了TOPCARES-CDIO应用型人才培养模式[10]；苏州工业园区职业技术学院提出T-CDIO理念[11]；黑龙江科技学院提出“MPE-CDIO”理念[12]；刘春等人提出的A-H-CDIO人才培养新模式[13]。此外，成都信息工程学院电子信息类专业[14]、南京大学工程管理学院工程类本科专业[15]、北京石油化工学院“电力电子技术”课程教学改革[16]等广泛应用了CDIO模式。

2 研究对象及研究方法

CDIO模式来自于欧美，改革涉及到整个工程教育改革的各个环节，对于不同国家、不同层次、不同具体情况的学校可能会有积极的借鉴意义。近年来，中国高等工程教育受到苏联模式的影响，工程教育过于科学化，教师工程实践能力普遍较弱，高校实践条件紧张，因此国内高校在引入CDIO模式的过程中可能存在一定问题，但目前尚无学者对此情况进行分析研究。

本文选取中国民航大学CDIO试点班学生作为研究对象。中航大于2009年启动CDIO改革项目工作，并对汕头大学、成都信息工程学院进行调研，启动相应的改革工作；2010年3月被批准成为教育部CDIO工程教育模式研究与实践课题组第二批试点高校成员（全国共39所），并在电子信息工程专业2010级新生中选取80人组成两个试点班，分别由航空自动化学院和电子信息工程学院独立开展CDIO试点改革工作。

本次研究主要选取CDIO试点班一年级和二年级作为研究对象，通过对学生的学习效果及满意度进行调查分析，明确CDIO工程教育改革实践过程取得的成绩和存在的问题。调查问卷共计20道题，题型包括基本信息和选择两种类型，在问题内容设计上着重对学生的改革参与度、以及学生对课程、教师和教材等方面的满意度进行调查。问卷通过电子邮件的方式发放，随机选择一、二年级四个试点班发放140份，回收117份，有效问卷108份。统计方法主要采用SPSS13.0及Excel对问卷进行定量描述性统计。

3 CDIO模式下教学效果调查与分析

教师和学生是参与CDIO改革的核心主体。教学效果分两个层面：①“学生学的效果”，学生在教学中占主体地位，其参与教学的积极主动性及学习效果是衡量改革成败的重要标志之一；②“教师教的效果”，教师在教学中占主导地位，“CDIO模式的顺利开展和推广必须首先对工程专业教师队伍进行改革，更新教师观念，提升教师能力，调整角色、重新定位”[17]，因此，教师在教学投入、教学能力及方法、教材、考核方式等方面都应当主动求变，以适应CDIO一体化教学要求。

3.1 学生参与度及效果

3.1.1 CDIO模式下学生参与程度和主动性

调查结果显示，只有接近一半的试点班学生对CDIO模式及培养目标较为了解，8.3%、5.5%的学生分别对CDIO和培养目标非常了解，尚有11.1%的学生对CDIO模式不了解或非常不了解，6.4%的学生对本专业培养目标较不了解，如表1所示。学生对CDIO模式有较高的了解意愿，56.8%的学生愿意或较愿意主动了解CDIO教学模式，40.4%的学生非常愿意了解CDIO模式，仅有3名学生较不愿意了解。学生对CDIO模式的了解渠道主要包括老师（79.63%）、学生座谈会（63.89%）及年级主任（53.70%），学生间的交流传递较少，仅有25.93%（学长学姐）和17.59%（同届同学），值得关注的是有少量学生（15.74%）主动通过网络等其他渠道去了解CDIO模式，如表2所示。

表1 学生对CDIO及培养目标了解程度Tab.1 Students′understanding on CDIO and cultivating goals of CDIO

表2 学生对CDIO模式的了解途径Tab.2 Way of students′understanding on CDIO model

从学生参与度及了解途径来看，学校CDIO文化环境及氛围尚未完全形成，在一定程度上可能会影响到学生的学习效果，这与推行试点改革时间较短有一定的关联，学校要积极创设CDIO文化环境氛围，形成学生群体之间的交流平台，达到潜移默化的效果。

3.1.2 学生主动性学习程度考察

CDIO模式强调学生主动学习，这有助于学生学到更多东西，提高学习动力，从而达到预期学习效果，形成终生学习的习惯[2]。假设理想状态下试点班学生每周可利用学习时间6天，理论上用于学习总时间10小时/天；学校实际安排教学任务每周平均38小时（含理论实践课36学时及试点班项目设计课2学时），学生上课时间6.33小时/天，根据调查发现学生做作业时间平均花费约2小时/天，则理论上学生主动性学习时间（不包括课下做作业）最多为1.67小时/天。

调查问卷将学生主动性学习描述为“预习、复习、查阅资料、做实验等”内容，结果显示学生每天主动性学习的时间主要集中在1～2小时，其中1小时35.8%，1.5小时9.2%，2小时24.8%，学生主动学习时间均值（Mean）为1.493小时/天，与理论时间差距0.187小时，总体而言学生自主学习的时间已经接近极限值，在自主学习程度试点班学生成绩显著。

3.1.3 学生学习效果考察

CDIO模式要求学生应当掌握专业理论知识、实践能力、设计能力、团队合作能力、交流能力、英语能力、发现及解决问题能力、责任意识等核心知识、能力和素质，因此在改革过程中有必要考察学生的学习效果，以此衡量CDIO模式实施效果。通过调查发现（如图2所示），学生提高程度较高或非常高的方面包括责任意识（84.4%）、团队合作能力（77.1%）、发现及解决问题能力（67.9%）、交流能力（63.3%）；学生在专业理论知识、设计能力提高的效果表现一般；实践能力、英语能力等提高程度都较为不理想，实践能力提高程度一般及以下为85.3%，英语能力一般及以下为71.3%，因为一二年级学生主要进行基础课程学习，CDIO项目式教学尚未完全展开，因此学生的工程实践能力在接下来的两年里必然会有所提升，而大学英语的教学效果在高校普遍存在问题，对于试点班的英语改革是一项值得思考和重视的问题。

3.2 教师参与度及教学效果调查

教师是教学改革的重要主体，从某种意义上说，教师参与程度及教学效果决定着CDIO模式的成败。通过学生对教师投入、教学能力及方法、教材、考核方式等方面的评价进行调查，可以反映出教师教学效果及存在问题，如图3所示。

在教师教学参与度方面，试点班学生对教师在教学过程中的时间和精力投入较为满意，认为教师较投入的占41.3%，非常投入的占52.3%，显示出教师在教学过程中付出的时间和精力得到学生认可；在教师能力方面，约60%的学生对教师能力较为认可，表明学校在教师遴选方面较为成功，但约80%的学生认为教师的方法存在问题而需要改进，这与教师观念的转变及教师在CDIO教学模式的理解层次有一定关系，同时学生在适应新的教学方法方面可能也存在问题。约45%的学生对教材表示满意，12.8%的学生认为教材较需改进，11.9%的学生认为在教材选用方面非常需要改进。

教师考试考核方式。从调查结果看：①学生对考试考核方式的认可度较低，仅有26.6%的学生认为考试考核方式不需改进或完全不需改进；②在考核方式上，课堂测验（79.63%）、期末考试（63.89%）等传统方式依然是教师的主要选择，教师采用课堂提问（25.93%）、小组作业（17.59%）、其他（15.74%）等新型评价方式较少，但是有教师通过学生自我评价（53.70%）方式检验学习效果。考试考核是CDIO改革的关键环节，通过考核可准确检验学生对知识能力的掌握情况，帮助监控教学进程，并改进过程中存在的问题，因此教师应深入理解CDIO模式下的考核评价体系。

4 结语

综上，CDIO模式相较于传统教学模式有着较强的积极意义，一方面学生逐渐转变角色，积极参与到教学改革中，在主动性学习上有较好表现，并根据自身评价觉察到多种能力的提升，包括CDIO模式要求的责任意识、团队合作能力、发现及解决问题能力、交流能力等；另一方面教师的能力和投入都得到了学生的认可，显示出教师较强的责任意识，教师也适应改革思路，如采用多种考核评价手段。但从调查来看，改革进程中存在的一些问题应引起各方重视，如学生对实践能力和英语能力的提高，对教师采用的教学方式方法、教材及考核方式尚未达到较好的满意度，一方面表明教师可能在短时间内难以完全改变传统思维，学校应当给予必要的培训，提高教师创新能力、设计能力及系统建构能力；另一方面原因可能在于一二年级尚未进入专业课程，改革效果尚未完全显示出来。

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