基于CDIO 理念的大数据专业实践类课程教学设计模式研究

莫礼平,周恺卿

（吉首大学信息科学与工程学院，吉首416000）

0 引言

现今世界，利用大数据技术打造指引行业发展的风向标，已成为各行业向智能经济发展迈出的重要步伐。然而，当前大数据专业人才极其短缺。我校肩负着服务武陵山片区区域发展与扶贫攻坚国家战略的使命，承担着为西部地区培养优秀工程技术人才的重任。近年来，我校紧跟以人工智能、大数据技术为代表的新科技发展步伐，积极推进新工科建设，成为首批30所入围数据中国“百校工程”项目建设院校之一[1]，新获批的“数据科学与大数据技术”专业（以下简称大数据专业）于2018 年开始招生。如何根据时代需求办好大数据新专业，以培养具有大数据思维、掌握大数据分析应用技术的高层次人才是我校面临的一个新挑战。大数据专业实践类课程教学是体现该专业办学质量和人才培养水平的重要标志。如何利用先进教学理念提高该类课程的教学质量和人才培养水平，是我校大数据专业建设过程中必须重视的问题。

本研究立足于我校大数据专业建设的实际需求，探究基于CDIO 理念的大数据专业实践类课程教学设计模式。本研究的实施，将为我校创新型工程教育改革探索道路，不仅有利于提升我校大数据专业实践类课程的教学质量，也将对其他工科课程教学改革起到一定的指导和借鉴作用。

1 CDIO工程教育模式的发展及内涵

上世纪80 年代起，工程人才短缺和高等院校工程教育低质量之间的矛盾日益突出，产业对工程教育改革的呼声不断高涨。1986 年，美国的工程教育学会、国家研究委员会和国家工程院等机构开始探索工程教育改革之路。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机构，正式启动CDIO 教育改革计划，在广泛调研和大量实践研究的基础上，制定了 CDIO 教学大纲[2]。2004 年，CDIO 工程教育模式创立，并开始向世界各国推广。2005 年，瑞典国家高教署建立了CDIO 的12 条新标准，并将之用于对本国100个工程学位计划进行评估[3]。迄今为止，包括麻省理工学院在内的丹麦、南非、法国、新加坡、中国等国家的几十所世界著名大学加入了CDIO 国际组织。这些学校的多个工科院系在教学中借鉴和采纳了CDIO 工程教育理念，取得了良好的效果。目前，CDIO 已成为国内外高校工程教育改革和培养体系制定等领域研究和实践的热点。实践表明，CDIO 教育模式不但能提高学生团队协作能力、综合解决问题能力，而且在学生创新能力培养方面效果显著。

据文献[4-5]，CDIO 工程教育模式自2005 年开始引入我国。2006 年，汕头大学成为中国高校中的首个CDIO 成员。2008 年12 月，教育部高教司理工处联合汕头大学主办了CDIO 工程教育模式试点工作会议，成立“教育部CDIO 工程教育改革试点工作组”，确定了18 所高校及相关专业（机械类、电气类、化工类、土木类）为国内首批CDIO 试点。工作组每年举办两次全国性的会议，对CDIO 试点工作进行交流、研讨和总结，并通过CDIO 培训班为全国高校实施CDIO 教育培养骨干人才。2016 年1 月，“全国CDIO 工程教育联盟”成立。至今已有100 余所高校加入联盟。这些高校的部分工科专业采用CDIO 工程教育模式教学，培养出来的学生深受社会与企业欢迎。当前，在联盟全体成员的共同努力下，我国高校积累了一系列改革经验与成果，在基于CDIO 理念建立专业培养标准，构建一体化课程体系，实施基于项目∕问题、探究式等主动教与学方法等方面都取得了显著进步，有效推进了CDIO 的本土化与再创新。近年来，国内CDIO 的研究趋势从CDIO 教育模式、教学体系等宏观的主题向具体的课程教学改革、课程建设等更深更细的方向发展，诸多教师在教学实践中尝试了采用CDIO 理念进行课程教学改革的研究与探索[6-10]。

CDIO 工程教育模式是国际创新型工程教育改革的最新成果，体现了系统性、科学性和先进性的统一，代表了当代工程教育的发展趋势。该模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行工程学习。CDIO 的4 个字母代表 Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实现）和Operate（运作）四个单词。CDIO 主要包括三个核心文件[11]：1 个愿景、1 个大纲和 12 条标准。CDIO 愿景提供了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”的CDIO过程背景环境基础上的工程教育。CDIO 大纲从技术知识和推理能力、个人职业技能和职业道德、人际交往技能、企业和社会的构思-设计-实施-运行（CDIO）系统四个方面，以逐级细化的方式，将工程师需具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO 全过程能力表达出来，要求用综合的培养方式使学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定目标。CDIO 的12 条标准[12]涉及到专业哲学（标准1）、课程计划开发（标准2-4）、设计实现经验和实践场所（标准5-6）、教与学的方法（标准7-8）、教师发展（标准9-10）、学生考核与专业评估（标准11-12），回答了工程教育“如何培养人”的问题，使得工程教育改革变得具体化、可操作和可测量，能够对整个教育模式的实施和检验起到系统全面的指引作用，对学生的学和教师的教都具有重要指导意义。

2 CDIO理念下大数据专业实践类课程教学设计的思路与策略

2.1 设计思路

大数据专业实践类课程教学是培养学生运用理论知识、科学方法和技术技能去解决大数据工程实际问题并进行科技创新的实践能力的重要环节。目前，我校大数据专业实践类课程教学组织方式通常以项目为单位设计，重视对学生解决实际问题（主要是项目涉及到的具体问题）的能力，但不关注学生在整个项目周期中知识、能力、态度等的变化情况，无法全面覆盖技术性与非技术性能力的培养目标。

CDIO 理念要求培养出来的学生必须在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面都达到预定目标。CDIO 教育模式强调一体化与参与性，促使学生在项目研发到项目运行的整个项目周期中进行锻炼与思考，课程教学不仅要关注学生学到的学科知识，更要关注学生能力、素质的提升情况。显然，CDIO 理念下大数据专业实践类课程教学设计应强调“知识与能力”并重，紧扣CDIO 大纲和CDIO 标准，进行教学大纲和教学组织方式的设计，并设置以“学习评估为中心”的多样化考核方式。

2.2 设计策略

教学大纲方面，本研究尝试结合大数据类专业培养目标，依据CDIO 大纲，对大数据专业实践类课程教学大纲进行设计：依据CDIO 大纲的主题和条目组织课程大纲结构，并明确描述与期望能力要求相对应的课程学习目标。

教学组织方式方面，本研究尝试在大数据专业实践类课程教学中以“做中学”为依托，将整个课程教学安排以项目为载体，针对每个项目为学生提供“构思-设计-实施-运行”的流程，并将实践所需知识、能力、素质等培养目标围绕项目这个核心融入教学实践中，让学生的整个学习过程变成对一个个项目的完整实践过程。

教学考核方面，本研究尝试匹配CDIO 大纲的能力目标，具体根据课程概念及原理性知识的理解、技能掌握、设计—实现经验获取、分析及解决问题能力、交流表达能力和综合实践能力等类别的学习效果的评估需要，在大数据专业实践类课程教学考核方式设置时，对不同类别的学习效果设计不同的考核方式。

3 CDIO理念下的大数据专业实践类课程教学设计模式

3.1 教学大纲框架设计

基于CDIO 理念的教学大纲需要对融合了知识、能力、态度的学习效果进行准确描述，并清晰指明该课程整体及每一节课对学生所需学习的内容和所需掌握的能力要求。依据CDIO 大纲中关于个人能力、职业素养等方面的培养要求，本研究将大数据专业实践类课程教学大纲框架设计为如表1 形式。

3.2 教学组织方式设计

如何在实践教学组织中体现CDIO 教育理念是实施CDIO 教学的基础[13]。本研究基于CDIO 理念将大数据专业实践类课程教学组织方式设计为如图1 所示的“理论讲授-任务布置-项目构思-项目设计-项目实施-项目运行”六个环节构成的有机体。让学生在参与项目的构思、设计、实施、运行这四个环节的活动中逐渐形成较完整的系统思维。

表1 大数据专业实践类课程教学大纲框架

图1 实践类课程教学组织方式示意图

3.3 考核方式设置

CDIO 理念下的教学是师生共同学习的过程，要求以“学”为中心进行评估，教学与考核相互联系，考核用来促进和诊断教学和学习。为了评估课程教学所培养学生的能力能否达到CDIO 大纲要求的预定目标，需要从不同方面检验学生的学习效果。为此，本研究根据不同类别的学习效果评估的需要，以过程性考查为重点，设置不同的考核方式如表2 所示。

表2 大数据专业实践类课程教学考核方式设置

上述各类考核方式可综合应用于专业实践类课程教学的整个过程。为确保评估的可靠性和有效性，可在不同阶段选择一种或多种考核方式对不同类别的学习效果进行评估。

4 结语

我国目前设有大数据专业的高校为数不多，并且都是近几年才开始招生。各个学校的大数据专业办学经验还在逐步积累中，大数据专业实践类课程教学模式和教学方法尚在不断探索中。至今，国内外关于CDIO 理念的大数据专业实践类课程教学相关研究工作鲜见报道。我们基于CDIO 理念，从教学大纲框架设计、教学组织方式设计、考核方式设置等方面进行探索，面向我校大数据专业实践类课程提出了一种新的教学设计模式。该模式将用于我校2018 级（首届）大数据专业的实践类课程教学设计中。下一步，我们将结合该模式的实际应用情况对其做进一步的改进和优化研究。