借助CDIO模式提升环境工程实践教学建设

刘丹丹　梁彦秋　冯婧微

【摘 要】环境工程实践教学目的：是为了培养学生应用所学理论知识，分析并解决复杂环境工程问题的能力。将CDIO人才培养模式引入实践教学，就是想借助其构思—设计—实现—运作过程，调动学生的学习积极性、培养学生的逻辑思维能力、提升学生对工程问题的综合分析能力、锻炼学生的实际操作能力和团队协作精神，培养符合现代企业要求的国际化工程技术人才。

【关键词】CDIO模式；实践教学；人才培养

中图分类号： G642.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）26-0014-002

Application CDIO promote Practice Teaching of Environmental Engineering

LIU Dan-dan LIANG Yan-qiu FENG Jing-wei

（Department of Environmental and Safety Engineering，Shenyang University of Chemical Technology，Shenyang Liaoning 110142，China）

【Abstract】Environmental engineering practice teaching is to cultivate students' ability which can apply the theoretical knowledge to analysis and solve the problems of complicated environmental engineering. Through “Conceive-Design-Implement-Operate” process of CDIO can arouse students' learning enthusiasm， cultivate logical thinking， improve the ability on analysis of engineering problems， and exercise the practical ability and team cooperation spirit.

【Key words】】CDIO promote；Practice Teaching；Cultivate talent

0 引言

环境工程专业是一门融合了工程技术、化工、生态、能源和材料等多学科为一体的综合性学科体系，旨在培养符合社会和经济发展需要的，且具有较强工程实践能力的应用型技术人才。实践教学环节正是帮助同学识别、判断、分析和解决环境工程问题的关键途径，在实现人才培养目标和制定教学计划中占有举足轻重的地位，如何提升实践教学效果自然成为人们的关注焦点。沈阳化工大学环境与安全工程学院借助国际工程教育改革的最新成果——CDIO（Conceive Design Implement Operate）人才培养模式，积极研究和推进本科实践教学改革，并取得一定成绩。

1 CDIO人才培养模式

从上世纪80年代起，北美和欧洲一些国家就开始了工程教育改革，至2000年，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获得Knut and Alice Wallenberg 基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）（图1），其包括3个核心文件，分别为1个愿景、1个大纲和12条标准（图2）。CDIO的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思—设计—实现—运行过程的背景环境基础上的工程教育。CDIO的大纲首次将工程毕业生必须具备的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力四个层面，并以逐级细化的方式表达出来（3级、70条、400余款），大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标（图3）。CDIO同时系统地提出了具有全面指引，能够使工程教育改革具体化、可操作、可测量的12条标准（图4）。CDIO不仅体现了人才培养的系统性、科学性和先进性，更代表了当代工程教育的发展趋势，迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织。本项目借助CDIO发展契机，在其工程教育理念指导下，遵循12条准则，全面采用工程教育教学大纲，进行了环境工程专业实践教学的探索。

2 CDIO对环境工程专业的实践教学效果

2.1 通过构思（Conceive）环节——调动学生学习主动性，培养逻辑思维能力。

学生进入大学校园前的十数年学习生涯中，大多养成了以“升学为唯一目标”和“家长老师严密监控”的被动学习方式，加之入学之初对所学专业的相关知识和技能不够了解，常使很多“优秀”的学生感到迷茫，找不到奋斗目标，无法合理安排学习时间，提不起学习兴趣，缺乏学习动力。还有很多学生，包括一些资历或资质极高的学生，片面地认为，学习工程僅为取得一纸证书，容易就业，而不是以工程为终身事业，学校所教的各项工程技术和原理仅被视为获取学历而不得不去攻克的关卡。这样的学习态度极大地降低了学习的主动性和创新动机，遇到问题后，不积极甚至不愿意与老师沟通，导致学习效果极差。而且大学课程虽然门类很多，课程性质也可能各不相同，但各门课程之间却是互有联系，一门课学不好，往往影响以后其它课程的理解，发展下去，只会让学生越来越提不起对学习的信心和兴趣。

环境工程专业致力于将每位大学生培养成具有分析和解决复杂工程问题能力的工程师，而工程师必须具备逻辑理解抽象知识的能力，并能感知性地体验该知识在具象环境中的应用，进而获得深层次的认识。通过CDIO的构思（Conceive）环节，能够激发学生积极思考和分析问题的能力，同时可以系统地帮助学生培养个人乃至群体的学习习惯。比如，学生可以自发性选择感兴趣的工程项目进行构思，创造一种对技术知识的市场需求，师生要把项目和个人作业当成实质的工程项目，将学习时间、审稿及其修正的过程作为工程进度来管理，定期提供进度报告并使之常态化，进而影响全体学生的学习效能，并引导学生建立一个以创造产品为目标的工程师价值观。教师也可以提供其他同学的成功案例，将其置于一个不断对产品进行讨论与修正的过程中，来加深学生对具体知识的印象，同时还能够对学生产生更强的激励作用。endprint

2.2 通过设计（Design）——解放学生思想，提升综合分析工程问题的能力。

在原来的实践教学过程中，学生遵照教师指定教材或参考资料，使用教师准备好的仪器设备和材料，按照教师的要求进行按部就班的操作，基本不需过多思考就能完成项目。这种模式下培养出来的学生，不仅动手能力非常差，更是欠缺独立解决问题的能力。通过CDIO的设计（Design）环节，能够使学生思想获得解放，大大增强学生分析工程问题的能力。例如，可以将项目的主动权交给学生，根据项目的最终目标，由学生自己设计项目完成的每个环节，这一过程中，学生不可避免的会面对各种不同性质的问题，将通过大量文献查阅和案例进行系统研究，分析问题产生原因并找出解决途径，这一过程不仅能够让学生掌握更多专业知识，同时能让学生逐渐养成独立思考的习惯，对于提升学生的综合分析工程问题能力十分有利。

2.3 通过实现（Implement）环节——锻炼学生实际操作能力。

本科的实践教学由于教学时间和教学资源配置等客观条件限制，常无法满足工程人才的培养要求，一类项目甚至一种仪器设备，在整个的大学学习期间，每名学生可能只有几次或者更少的接触机会，学生无法完全掌握其原理，更加不会操作，导致学生的实际动手能力很差。实现（Implement）环节，是将项目由构思和设计发展到具体实施的关键，在这一环节中为学生创造更多的机会参与项目并进行实际操作。例如，在项目关键技术的探索和实施过程中，学生常常会提出并采用富有创意的想法，创意的可行性可能要经过多次尝试，不断分析不成功的原因，才能最终证实其科学性。在这种反复尝试和不断分析的过程中，使学生的实际操作能力和逻辑思维能力都得到有效锻炼。

2.4 通过运作（Operate）环节——培养学生团队精神，适应社会发展需求。

一个工程教学任务其实也可以看作一项复杂的系统工程任务，不仅要考量技术和能力，同时更不可忽略人和社会因素的影响。现状我们的大学生头脑聪明，能力较强，但绝大多数没有社会经验，没有很强的团队意识，不会处理人际关系，这显然和社会发展需求背道而驰。通过运作（Operate）环节，可以有效解决这一问题。例如，不同项目可能对大型教学资源有共同的需求，項目设计过程中学生需要考虑技术内容的特性和共性，各组可以利用他组的技术优势来减少本组的阻力，促使各组项目的技术成果更加完善。同一小组间也要分工合作，使每位同学都认识到，一个项目，尤其是综合项目的高质量、快速度完成，靠个人单打独斗是行不通的。在这些项目的完成过程中，小组之间和学生之间，形成了相互沟通、相互依赖，相互学习和相互监督的关系，也创造了新的学习互动机制。这种分工协作可以使同学们体会到个人对小组乃至全班学习的重要性和关键性，更好的理解工程师必须具备的责任与义务。也让学生充分感受到，许多工程问题的解决，不仅需要科学知识，也会涉及人和社会等背景问题。项目的全过程虽然只有短短几个月时间，却锻炼了学生的科学知识、技术能力、人际互动和时间管理等多方面的能力，而这些技能都是在社会上生存所不可或缺的元素。

3 结论

CDIO人才培养模式是一种合乎社会需要和工程基础内涵的知识传播框架，CDIO教学实践并不止是涉及单个教师和少数学生的教育教学方式，更是关乎所有工程教育利益相关者的事业。从宏观角度看，工程教育的成效决定着整个社会应用科学技术的综合实力，因此如何基于现代化的信息基础建设来设定教育目标是一种挑战。从微观的角度看，工程教育直接影响个人吸收新的科学技术的能力，因此如何运用现代化的信息技术来提升教学成果是另一种挑战。借助CDIO模式，深入研究环境工程实践教学改革，对于培养符合现代企业要求的国际化工程技术人才具有重要意义。

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