基于CDIO工程教育模式的物理类专业培养方案构思

迟庆国

摘要：随着社会发展，科技竞争愈演愈烈，人才是推动科技发展的关键性要素，因此，培养社会与国家需要的高素质工程师人才成为当务之急。由麻省理工学院等提出的CDIO工程教育模式正符合这种人才的培养，在回顾国际工程教育改革背景以及分析哈尔滨理工大学物理类专业教育方案的基础下，从哈尔滨理工大学工程教育与人才培养模式改革出发，以课堂教学及考核制度为基础，以课外科研训练、科技竞赛等项目为延伸，提出了一种基于CDIO工程教育模式的物理类专业的人才培养方案。

关键词：物理类专业；工程教育；人才培养

中图分类号：G640 文献标志码：A

1 CDIO模式概述以及应用情况

1.1 CDIO教育模式概述

20世界80、90年代，高校工程专业所培养的毕业生难以适应现实工业生产的需要，使工业界逐渐意识到高等教育脱离实践这一问题，直接教育已经远远满足不了现今社会教育的发展需要。迫于这种形势，2001年由美国麻省理工学院联合其他三所著名高校，共同开发的一种全新工程教育理念和实施体系CDIO（conceive、design、implement、operate）。CDIO教育模式旨在培养具有知识体系健全、双基扎实、工程业务水平高以及道德高尚的“新一代”卓越工程师。

1.2 CDIO教育模式的应用情况

在国外，根据不同学科领域的要求，cDIO工程教育模式已被广泛应用且形成了一些特色CDIO教育模式。CDIO工程教育模式首先应用于麻省理工学院等4所高校的机械系、电气系。紧接着得到其他发达国家的认可，并且根据自己的情况开发出适合自己的具有特色的CDIO工程教育模式，以培养科学基础知识扎实，工程能力过硬的现代工程师，提高国家科技竞争能力。

在国内，CDIO工程教育模式也得到了广泛的应用，2001年由北京交通大学主办，清华大学、北京航空航天大学、汕头大学、北京石油化工学院等高校协办的“2011北京CDIO区域性国际会议”称中国共57所高校开展CDIO工程教育模式试点工作，且已取得较好的成果。例如：汕头大学已根据自身教学情况以及资源，提出一种以工程设计为导向，以培养个人能力、团队能力和系统调控能力为主要目标的EIP-CDIO（ethics、integrity、profession-alism-con—eeive、design、implement、operate）工程教育理念。汕头大学这种教育模式并不是发达国家CDIO教学模式的复制，而是吸取原有CDIO教育模式的经验精华之后，创立的属于汕头大学自己的工程师人才培养的教育模式，具有自己的特色，更符合自身教育教学实践情况。

同时，CDIO工程教育模式也被应用于具体专业，例如：大连东软信息学院基于TOPCARES-CDIO工程教育理念，对专业设置驱动因素和影响因素进行分析，综合比较已有专业设置模型，应用鱼骨图的设计结构，引入模块化理念，突破固定维度限制，设计出鱼骨型专业培养方案设置模型。

回顾国际工程教育改革背景，从哈尔滨理工大学工程教育与人才培养模式改革出发，结合校情，基于我校的物理专业的现况，以国外先进的CDIO教育模式为指导，借鉴国内的CDIO实践措施，建立起自己的CDIO工程教育模式势在必行。

2 哈尔滨理工大学物理类专业现阶段的教育教学情况分析

第一、在哈尔滨理工大学物理类教学中，过分强调教师的教学量，进而忽视了其科研与办学的能力，这样就阻碍了大学在教学质量、科研成果和学校规划方面的发展。第二、学校的发展未能与社会同步，学校培养的人才不能满足社会的需求，更不能适应社会的发展。在校四年学习过程中，过多的学习科学理论知识，而忽略了实践环节，致使培养出来的学生缺乏工程实践能力以及创新能力；而这与社会需求的高素质的工程性人才是相悖的。第三、过分强调自然科学知识的学习，而忽略了人文科学的重要作用，致使培养来的学生丢失了传统文化，丧失伦理道德，成为“有才无德”之人，危害他人、危害社会。

然而，CDIO工程教育模式要远远优于传统的教育模式，它拥有一套完备的教学框架，有自己的教学的大纲以及教学宗旨。首先，以德为本，培养具有高尚职业道德的人；其次，以学生自学为主，帮助学生掌握专业基础知识以及精湛的技艺，帮助学生开拓自己的创新能力以及认识自己潜在的价值；在此基础上，在人才培养中将教育过程与实际工程领域具体情境结合，培养“德才兼备”的新一代高水平工程师。因此，我校物理类专业可依据经典CDIO工程教育模式，构思适合自身情况的教育模式以及培养方案，以弥补现阶段教育教学中的不足，提高教学质量，促进学科发展，适应社会发展。

3 构思基于CDIO模式的物理类专业教学培养方案

3.1科学理论基础的学习以及考核制度

根据大学生教学大纲指示，为完成大学生自学能力的培养任务，有关学生科学基础知识的学习当实施以“学生自主学习为主，老师答疑解惑为辅”的主观能动性学习模式。

第一阶段：首先由教师对相关学科的知识点进行归纳、总结，并制定学习计划，然后将学习知识点以及学习计划分发到学生手中，由学生自行完成基础知识的学习过程（记忆、理解），最后由教师编辑题库，对学生进行基础知识的考核，考核结果分为优、良、中，不合格4个级别，不合格者则不得进入下一学习阶段。

第二阶段：首先由教师划分制定不同的知识模块，完成由同学选择自己喜爱的知识模块进行系统研究，挖掘知识深度，再由同学针对已学习的知识模块进行答辩，展示自己的学习成果，重点讲述自己对知识点的理解以及相关知识的联系性，最后由老师对其的答辩进行点评，提出今后的学习研究重点，并且给予答辩评价，并且此过程为循环过程，要求每个同学依次掌握不同的模块。

第三阶段：基于第一以及第二阶段的学习成果，教师评定出学生的学习成绩（优、良、不合格3个级别），成绩为优、良者方可参加相关的科技竞赛、科研项目，并且科技竞赛与科研项目的成绩可以转换成一定的学分，对于在科技竞赛以及科研项目中表现突出的同学，学校可以对其进行精英式培养，作为学校、社会以及国家的储备人才，为进一步培养优秀人才，奠定基础。

第四阶段：仅仅经过以上3个阶段的培养，只能在专业技术方面对一个人有一定的提高；然而，这并不能使一个人在德行方面有所提高或蜕变。因此，对于基于CDIO模式物理专业人才的培养还需要新阶段的锻炼与培养，并且这个阶段势在必行。基于本校的特殊情况，应采取以下方案，来对学生的德行方面进行一个积极的考量与培养：首先由学生在年终进行自我评价，尤其是德行方面的表现进行逐一评价；接下来有辅导员、班主任以及一名任课老师给出相关的综合评价，最后由专家评论组对学生的德行给予中肯符合实际的评价。同时，将这次的评价结果告知学生，以便学生明确以后努力的方向，弥补不足，完善自己。

3.2科学理论学习与科技竞赛相结合

在夯实基础知识与基础能力之后，教师组织学生参加一些对理论分析、计算能力要求比较高的竞赛，比如：哈尔滨理工大学学术物理竞赛，全国大学生“高教杯”数学建模竞赛等。通过这类比赛来培养学生的团队协作能力，更重要的是在比赛过程中，可以将学习的数学、物理、化学等理论知识应用其中，使同学们对课本中的理论知识有一个新的认识。并且通过竞赛可以带动、检验基础知识的学习，让同学体验到用知识解决实际问题、解释现象的快乐，这样能够更好地激发学生的学习兴趣，提高学生的学术修养。

在我校近期举行的《哈尔滨理工大学首届物理学术竞赛》中，参赛队员在比赛过程中得到锻炼，掌握设计出一套适合自己的解决问题的方法，如图1所示。

最后，由教师结合比赛过程中学生的表现以及学生的比赛结果基于一定的评价分别为（优、良、中、差）。此评价结果计入学生的期末总评成绩。

3.3科学理论学习与科研项目相结合

在进行上述2个环节之后，接下来的环节要注重科学理论知识的实践应用以及交叉学科知识的运用，根据哈尔滨理工大学的现况，采用工程项目育人还是可行的。首先由教师进行交流、讨论，针对学科特点以及知识进行构思，设计出覆盖知识面广、切实可行的不同类型的工程项目；接下来由同学们进行自由组队，进行选题；然后，开展团队合作，对工程问题提出解决方法，进行实验验证亦或制作出作品；最后由专家在组织答辩，学生的作品以及研究方法进行评价。

比如，我校近期开展的《哈尔滨理工大学首届物理实验演示仪器竞赛》，这个活动激发大学生对大学物理的兴趣，培养大学生严谨的学习态度、科学的研究方法、综合运用所学知识解决实际问题的能力和进行实验研究的能力，并且对于改进我校的实验演示仪器作出了贡献。

3.4横向学习要与纵向学习相结合

在3.1、3.2以及3.3中拟定了具体的基于CDIO模式的物理类专业教学培养方案以及实施方法，本节将从一个高的层次来看待CDIO工程教育模式。CDIO工程教育模式的学习不仅仅是单一方面的横向学习与纵向学习，而是二者的有机结合。纵向学习，能够解决一个问题的“然”与“所以然”，能够让学生深刻的理解一个问题的来龙去脉，但是对于与这个问题相联系的事物却没有详细的了解，从而限制了人思考的角度，没有全局的意识；然而横向学习，能够拟补这一缺憾，从类比、相似以及反推的逻辑思维来阐释同一类问题，这从通俗的层次传授了方法论与逻辑学知识。这样，基于横向与纵向学习的CDIO工程教育模式，不仅仅培养了具有较高等技术的工程师，更是培养了有思想的较高素质工程师。

3.5校内学习与社会实践学习相结合

综上提出的4个方面，仅仅是依托于学校固有的教学资源，开展的培养提高学生能力的项目，然而这些项目却与实际的社会生产创造需求脱轨；虽然它们能够在某种程度上提高学生的专业、道德水平，甚至说是综合素质，但是离高水平一流的工程师还有一定差别，有一段距离。为了弥补这一差距，还应进行以下三方面的改进：

第一、学校除了在充分利用现有固定可见教学资源的基础之上，还应该发挥学校各种潜在的能力，挖掘一定的社会资源，比如：在专业技能培养方面，应注重与科技公司，生产工厂等建立联系；在社会公德、道德培养方面，应注重与一些敬老、养老院或者与志愿者相关的部门单位建立关系等。

第二、学校在挖掘这些潜在的资源之后，应将学生定期派遣到对应单位，进行短期、长期等时间不等的培养与教育，与这些单位共联合，对进一步提高学生的综合素质作出努力。在培养过程中，所涉及的培养内容，无需拘泥于形式，可以是实践操作、工程技能培训、讲座、交谈会、茶话会、素质拓展以及其他的健康向上、丰富多彩的活动。

第三、在完成以上相关活动后，每位同学都需要进行答辩报告，对自己进行客观的评价，包括表现突出以及不足两方面，以及自己在整个培训过程中自己的收获；除此之外，学校与相关参与单位应该组成专家评审团，根据学生的表现，给出客观可行的综合评价，主要包括专业技能的提高以及道德修养进行点评，给学生提出合理、公正、客观努力方向，使得学生想优秀、甚至是杰出的工程师买进一步。

4 结语

对于本校物理类专业而言，CDIO工程教育理念机具借鉴意义，能够促进物理类专业教育模式的改革，对培养高素质工程人才有着深远意义。在调研CDIO工程教育模式在国内、外的应用情况之后，客观分析本校物理类专业现存问题，努力提出基于CDIO工程教育模式的物理类专业培养方案。为哈尔滨理工大学以CDIO工程教育模式为理念的相关专业提供参考，更是为CDIO工程教育模式的进一步发展奠定坚实基础。

[编辑：厉艳飞]