CDIO理念在课内实践教学中的应用研究

朱坤华，吴慧玲，李晓歌，马金素

〔河南牧业经济学院 自动化学院，河南 郑州 450011〕

CDIO理念在课内实践教学中的应用研究

朱坤华，吴慧玲，李晓歌，马金素

〔河南牧业经济学院 自动化学院，河南 郑州 450011〕

传统的计算机网络技术课程课内实践教学存在的主要问题是：教学方法与教学目标不相适应，教学目标与考核评价机制不一致，无法激发学生的主体意识。计算机网络技术课程课内实践教学改革的主要措施是：教师在实践教学中引入CDIO工程教育理念，将分级实验、团队协同实验贯穿于整个实践教学中，学生在各自的项目团队中，有既定的分工与角色。改革考核方式：一是过程考核与能力考核相结合、传统考核与工程考核相结合的“两结合”考核体系，二是个人、团队、教师三方评价决定考核结果的“三决一”考核模式。

教学改革；CDIO；分级实验；协同实验；考核方式

所谓CDIO工程教育理念，即Conceive(构思)-Design(设计)-Implement(实施)-Operate(运行)，强调在一个实验项目实施过程中，充分调动学生的主观能动性，鼓励学生积极动手实践，整合贯通自己所学习过的相关课程，使每一个实验项目都是以一个完整的工程方式展现出来。

一、传统课内实践教学存在的问题

1.实验教学方法与培养目标不适应

传统的课内实践模式是以“知识”或“理论”为中心的实验教学模式。强调学生的基本实验技能和实验规范，并以此验证特定的理论和知识点。在知识传授方面偏重对单个知识点或理论的验证，在基本技能培养方面偏重学生个体，缺乏基于工程背景的综合技术实践能力的培养，缺乏以团队为基础的协同能力的培养。某些学生严格按照老师和实验指导书的要求进行实验，虽然能够很好地完成各项操作或配置任务，但是一旦联系到实际工作问题，对解决问题需要的关键技术、相关背景、存在的难题等了解不多，更不知道从哪儿入手[3]。究其原因，就在于他们平时的每个实验都是以理论为中心的验证性实验，即使有综合性实验也没有结合实际的工程背景，学生的工程参与和技术实践能力较差，影响实验的教学效果与教学质量的提升。相对于应用型人才培养目标而言，传统的课内实践模式无法实现工程与技术实践能力的培养。

2.学生被动学习，缺少主体意识

传统实验教学方法最大弊端是学生的学习主动性得不到充分发挥[4]，学生仅限于被动做实验，主动思考和解决问题的能力不够，不会综合运用所学技能解决实际工程问题。同时，由于不清楚所做的实验项目与实际工作有何关联，久而久之，学生们开始变得懒散，做实验时不求甚解，学习动力不足。

3.实践教学目标与考核评价机制不一致

教学过程中除了理论教学和实践教学环节，还有一个重要环节——考核。考核对不同的对象具有不同的目的和评判内涵：对教学管理者而言，考核是对教学质量的检查和对教学效果的评判；对教师而言，考核是对自己授课效果的检验，是对学生知识点掌握情况的评价；而对学生而言，则是对自己功课掌握程度的评判。

在传统的实验教学中，教师们通常把考勤、实验报告与实验基本技能相关的卷面成绩、实验的完成情况等方面作为衡量学生实验效果和检验教学效果的依据，以此给出学生的实验考核成绩。这样的考核形式，很难准确体现出学生的主动学习能力、工程技术实践能力、沟通与团队协作能力、团队项目实施能力等，也不能对学生的工程素养和发展潜力做出客观有效的评价。

二、基于CDIO工程教育理念的实践教学改革内容

将CDIO教育理念应用于课堂教学，有两个需要解决的问题：(1)如何根据工程实践和应用背景，以相应的技术实践能力为目标提炼或设计出合适的驱动问题或案例。(2)如何将CDIO工程理念有机地贯穿于上述两个实验层次，形成一条以工程能力为主线的驱动链条，实现从基本技能、初步综合技能，再到综合技能甚至是应用创新技能的培养。该项改革主要体现在实验项目设置、实验模式和考核方式三个方面的改革。

1.分层次、分级别设置实验改革

图1给出了分层次设置实验的框架结构。该框架结构包括两个层次，每一个层次都有分级。第一个层次：基本实验→设计型综合性实验；第二个层次：基本技能实验→创新技能实验。每个基本实验都是以工程的方式呈现，目标是强调掌握某个或多个技能点。设计型综合性实验是以一个大的综合性的工程呈现，目标是课程所涉及的多个或全部技能点，并带有一定的创新性。每个基本实验(工程)内部的层次也是进阶式的，实验设置人员根据此基本实验所包含的技能点和难易程度进行分解与分级，从低水平、内容相对单一的技能开始，遵从“基本技能——进阶技能——创新活动”这样的规律进行问题驱动与案例式分级实施[5]。

基本技能以传统的验证或操作式的实验教学方法为主，会提供较为详细的工程实施指导。进阶技能是学生在掌握基本技能的基础上，结合所给出的一些要点或难点提示自行设计，完成具有一定难度或复杂度的工程任务。进阶技能试验能够培养学生的主动学习能力以及团队协作能力。创新活动是以初步的综合技能为目标进行的工程活动，要求自主完成。通常创新活动中还包含一些运用现有知识或技能不能解决的技术难题，以此来培养学生的分析与解决问题的能力，并借此引申出下一个基本实验，起到承上启下的作用。

CDIO有12条标准，其中的标准5是“设计-实现经验”。在此标准的培养计划里涵盖以下内容：在培养过程中至少要有两个设计；体现基本水平和高级水平的实践经历；在课内外活动中，学生有多少机会参与工程的构思、设计、实施和运行全过程。本次改革的分层次实验模式体现的就是CDIO的标准5所要求的内容。

图1 分层实验架构

2.基于小组或团队的协同实验模式改革

在上述分层次教学中，一部分基本实验中的“进阶技能”、所有基本实验中的“创新活动”以及最后的综合性设计实验，均鼓励学生以小组或团队形式进行实施，包括问题或需求分析、方案设计、方案现场介绍、方案实施等基本环节。建立项目团队时，要求每个成员都有明确的项目角色或职责，参照工程项目管理和实施的基本规章制度，采取既有讨论争辩又有归纳决策、既有角色分工又有团队合作的新型实践模式。这样的实践模式，在工程实施过程中，既能培养学生的创新实践能力、沟通交流能力和团队协作能力，又能使学生从工程中学习，在实施中提高，在项目中成长，有助于学生的专业素养的充分提升。

3.考核方式改革

由于传统的实践评价考核方法存在很多弊端，无法适应应用型人才培养的教学目标，我们提出“两结合”的考核体系，即实践过程考核与能力考核的有机结合、传统考核与工程考核的有机结合。实践能力考核，强调个人课内表现、个人态度与能力、团队参与和贡献度等。过程考核是由个人自主评价、团队评价和教师评价三部分组成[5]，每个部分都有权重。在三部分评价中将过程考核与能力考核有机结合起来了。传统考核与工程考核的结合，是将课堂考勤转向对工程过程和结果的综合评价，将以往要求学生撰写死板的、程式化的实验报告，改为撰写动态的、具有鲜活实践经验的工程日志。日志里包括工程问题需求分析、解决问题的途径与方法、所需的关键技术、解决问题过程中遇到的困难等内容。实验完成后，各个团队的工程日志要集中展示和交流，然后指导教师给出工程日志的评价等级(优、良、中、差)。集中展示阶段是CDIO工程中的最后一环，由团队中的讲解员向指导教师及其他团队推介自己的实验过程及结果。公开演讲、工程日志等形式能够锻炼和展示学生的口头表达、沟通交流及文字运用能力。

“两结合”的考核体系，可以考查学生的主体意识、参与意识和主动意识，又能考查学生的综合实践能力、对未知问题的敏锐捕捉能力和创新能力。

基于以上考虑，老师们经过充分调研、分析，制定出了课内实践教学考核体系，如图2所示。

图2 考核体系框架

对小组成员每次实验的得分，采用“三决一”模式，即：个人评价得分、团队评价得分和教师评价得分三个评价结果，按照分别占30%、40%、30%的权重综合后决定最终得分的考核评价模式。

三、CDIO在计算机网络技术课程实践教学中的工程能力

本次教学改革，最先在计算机网络技术这门课程的实践教学中实施。每学期在实践课开始之前，指导教师要先对学生分组，每组选出相应的组长、演讲汇报人员、展示人员等角色，要求运用所学的理论知识独立进行设计,从方案论证、原理图设计、制作、调试等全部以小组为单位完成,并最终上交项目报告。课程实验项目设置架构如图3所示。

1.“C”能力的呈现

每一次开始上课前，教师先在班级公共交流群发布将要进行的实践项目名称及背景资料。学生按事先已经分好的组(4-5人)组成项目团队，成员之间相互沟通交流，查阅资料，进入构思环节。学生们经过多方面的需求分析和充分调研，形成一个相对完整的需求分析报告，然后提交给指导教师。

图3 计算机网络技术课程实验项目设置架构图

2.“D”能力的呈现

在需求分析环节结束后，项目团队成员经过充分的论证，形成一个本团队成员认为最合理的设计方案，进入结构设计环节。在计算机网络技术课程中，本环节包括网络的拓扑结构设计和网络功能结构设计两项任务，是整个工程的核心。

3.“I”能力的呈现

项目团队在结构设计方案确定后，进入工程实施环节。进行具体的设备选型和系统配置，从各个方面比较优劣，给出设备间的最佳匹配和比较参数。指导教师带领学生们到大型公司的数据机房或网管中心，参观并听取公司网管讲解数据中心或网络中心各级设备的功能与配置，然后让学生参照实地场景及实物，与自己团队设计的方案进行逐一比较和讨论，进行修改，最后用模拟软件进行网络的物理链路实施和逻辑功能配置，同时按照老师规定的要求保留过程资料。

4. “O”能力的呈现

配置完成后，进入整个网络环境的测试、展示及汇报环节。这是工程全过程的最后一环，也是运作能力的培养和体现。项目团队里面的主讲人负责对项目的“整体设计思路”“关键技术展现”“细节的把握”和“工作过程”等问题公开汇报，交流心得体会。教师指导学生们总结经验教训，对团队所做出的努力和作品效果进行考核。待所有小组都进行完毕后，指导教师要把优秀作品进行展示，以此来激励表现优秀的同学们，为后面进行实训的学生树立榜样。

四、实施教学改革的成效

教师们为了评估此项教学改革的效果和对学生的影响，通过问卷调查学生在教学改革前后参与竞赛的获奖情况，并对结果统计分析。

调查问卷的对象是已经实施此项教学改革的2015级计算机网络技术专业的全体学生，调查采用匿名电子问答。问卷调查从以下四个方面进行： CDIO能否增强对本门课程学习兴趣； CDIO是否真正有助于提高自己的实践能力；CDIO是否有助于提高创新意识；是否必要推广到其他实践性较强的课程。问卷调查统计结果如图4所示。

问卷结果分析表明，学生对本课程的改革具有高度的认同感。认为改革能够增强对本门课程学习兴趣的占95%，认为有助于提高自己实践能力的占93%，有助于提高自己创新意识的占97%。第四个问题是否有必要把CDIO模式推广到其他实践性较强的课程时，比例降到了88%，这似乎有些不同寻常。通过我们深入了解后发现，那些认为没必要把此项教学改革推广到其他课程的学生，正是那些评价等级偏低，在团队中承担的角色不够出色或在团队协作时有困难的学生。如何改善这类学生的学习效果，是我们今后需要研究的一个问题。

图5是对学生参加各类竞赛获奖数量的统计结果的对比图。统计的对象一是未进行课程改革的2014级学生在参加各类竞赛时所取得的奖项数量，二是实施改革的2015级学生在参加同类型竞赛时所取得的奖项数量。

图4 问卷调查结果

图5 实施实践教学改革前后效果对比

通过对实施教学改革前后学生参加竞赛成绩的统计和分析，发现实施教学改革后学生在获奖数量上有较大幅度的提高，特别是在2017年4月份举行的全国大学生技能大赛(高职组)中，我们的学生实现了该奖项的零突破。这充分说明教师们在课内实践教学中引入CDIO工程教育理念，取得了很好的成效，达到了改革的目的。

五、结束语

在对2015级学生实施CDIO工程教育模式的两个学期当中，无论从学生的积极参与度还是从课程取得的效果来看，都有了一定的收获。学生参与实践的积极性有了提高，对课内实验的社会作用有了进一步的认识，初步具备了向其他课程进行推广的基础。但是在实施过程中，也暴露了一些问题，比如，某些教师缺少实际工程项目方面的实践经验，导致其所设置的课内实践项目脱离生产实际。下一步需要大力鼓励教师们到生产一线学习，积累经验，使我们的工程教育改革更加贴近生产，更加有利于提高学生的实践技能。

[1] 林鹏,栾敏杰,许晶.基于CDIO理念材料化学专业应用型人才培养模式研究[J].价值工程，2012,31(14).

[2] 曹海平,管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2013，32(1).

[3] 胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究[J].高等工程教育研究，2014(1).

[4] 刘美华,李建明,屈喜龙.基于CDIO项目教学法的电工电子实习改革与实践[J].湖南工程学院学报,2014,24(4).

[5] 陈盈,王峥,郭文平.基于学生工程创新能力培养的网络实验分级教学模式[J].台州学院学报，2013,35(3).

(责任编辑：樊 霞)

G642.0

A

2096-2452(2017)05-0072-05

高等教育与教学

2017-05-21

朱坤华(1974-)，女，河南方城人，河南牧业经济学院自动化学院副教授，硕士。

河南牧业经济学院校级教改项目(编号：[2016]-YBJG-024)。

10.3969/j.issn.2096-2452.2017.05.014