新工科背景下CDIO工程教育模式的创新实践

蔡妍娜

摘要：紧跟人才需求动态，探索新工科背景下CDIO教学模式的创新实践。针对目前职业学校工科专业教学存在的问题，围绕项目主线，从突出能力培养、完善课程内容、优选教学方法和改进评价手段等几个方面着手，提出了加强学科融合、组建学习共同体等创新措施，并开展了实践应用，有效提升了学生的工程实践能力和综合创新能力，满足社会对工程技术人才的新需求。

关键词：“新工科”教育发展模式;加强学科融合;CDIO工程教育模式;组建学习共同体

工程教育支撑着产业的发展，传统的工程技术人才培养方式已经不能满足产业发展趋势。国家教育部于2017年发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》[1]，基于国际竞争新需求提出了“新工科”教育发展模式，明确了我国工程教育改革方向，新工科建设正式走入实践。新工科对人工智能、云计算等新兴产业提出人才需求，同时推动电子信息类等传统工科专业的创新升级，因其新兴、新型的特征，更强调学科的交叉融合、创新引领与跨界整合，推动创新驱动发展。

随着信息技术的发展，教育对象及学习模式在悄然变化，而新工科的人才培养目标突破了传统的对理论知识和专业技能的要求，更强调了实践能力、创新能力、学习能力等综合特征。开展“互联网+教育”背景下的课程创新，尊重学生个性差异，变革理念、调制结构、着力教学模式创新研究，是提升教育教学质量，使用产业革命，培养具备创新创业能力的新型工程科技人才的关键。

一、开展CDIO模式创新实践的意义

CDIO模式继承了欧美工程教育发展理念，强调项目基础，围绕工程项目“构思（C）、设计（D）、实现（I）、运作（O）”全过程开展教育教学活动[2]，学生从研发开始到最终实现项目预期性能，在完整的实践过程中主动建构知识、锻炼技能，通过真实的项目过程，培养学生解决现实问题的能力、综合创新能力，适应职业岗位能力需求，与信息化技术支撑下的新工科人才培养目标一致。

（一）职业学校工科专业教学需解决的问题

1.缺少工程经验参考，不能有效地培养学生实践能力。工科专业课程的实验实训，大多是由教师引导学生，在试验箱或者实训平台设备上[3]，按部就班地根据指导书开展验证性实验，有利于理论知识的巩固和基础技能的习得，但由于教师对工程实践中从构想研发到产品实施的经验欠缺或者实训设备的限制，学生的实验实训过程只是复制了操作步骤而没能经历工程实践，专业理论知识脱离于真实工程，不利于学生形成实践经验，不能满足创新能力的培养。同时，按照学科式方法划定在特定知识范畴内开展教学，解决真实工程问题时，不能适应对多学科多角度思维的能力要求。

2.课程内容更新比技术发展慢，缺少创新。传统的学科专业课程内容，在稳定的体系化状态下，着重在依照学生的理解能力讲授知识、呈现结果，将多年固定不变的课程标准完整地呈现给学生。而现今专业技术发展迅速，相应的人才培养目标也随之变化，但教学内容却不能及时传授新技术、展现新成果，明显滞后。例如电子信息技术专业的基础课程“通信技术原理”，在第5代移动通信（5G）技术已经正式上线商用的背景下，通用教材还只是停留在对3G技术的解读，还对趋于淘汰的模拟通信系统用较大章节进行介绍。教学内容的脱节，直接造成实践实训脱离于工程实际，学生在固定的教学模式下，难以通过科学方法探求真知，摸索规律，发展创新思考能力。

3.教学方法程式化，缺乏对团队协作能力的关注。工科专业课程知识大多以数理知识为基础，因此传统课堂教学以讲授方式为主，而职业技能的习得需要结合具体情况针对性地开展，用实验将原理具象化，通过实践使参数关系更直观。项目式学习在职业学校已经不是新名词，实验实践课时在单门专业课程中的占比也有所提升，但深入研究发现，大多只是学生遵循指导书复盘一遍的演示实验，没有从原理出发创新设计的过程，学生单独完成即可，缺少团队协作、讨论研究、尝试改进的过程，导致学生协作的能力不足。

4.学生容易出现消极学习心理。当今社会高度信息化，大量咨询触手可及，学生的学习行为不再仅仅是传统的等待教师“传道授业解惑”，网络简便快捷的搜索、公众号与短视频等新媒体传播方式[4]，一方面学生容易对知识获取的过程产生误解，认为知识都是现成的，查查就有，忽略了教师基于经验传授的工程思维，对知识没有深入地思考理解;另一方面学生兴趣点变动快，旧有的讲记模式与学生互动不足，唯考试论对学生激励不够，学生不能在实践中学习探索、延伸知识。

（二）CDIO教育模式创新实践的意义

CDIO工程教育理念由美国和瑞典的四所大学首创，有效统一了知识传授与能力培养，经过一系列的改革探索，于2014年正式成立专门的国际合作组织，创立CDIO工程教育模式。我国最早由汕头大学开始，在高校和高职院校分别开展课程教学、评价考核等方面的教育改革试点，延伸至计算机专业、能源工程等不同学科教学中。其教育理念强调在实践中学习知识，与新工科战略重视工程实践的改革目标一致。

在职业学校将CDIO教学模式与“互联网+”新环境相融合，在电子信息大类专业群中开展教学改革实践，将信息技术手段充分地应用于现代职业教育，有利于推进职业教育相应专业的教学资源库建设，有利于促进学生主动探索求知，与实践相结合，通过团队协作思考解决真实问题，提高人才培养质量。

二、新工科背景下CDIO模式的创新要点

（一）抓实项目主线，突出能力培养

1.深化职业教育产教融合。以学生为主体，以项目为主线，在项目实施過程中探索理论、提升能力。为保证项目的现实性及实践价值，培养满足行业企业要求的人才，校企合作建设贴合生产实践的实验实训室，引进企业专家导师，与教师共同引导学生基于项目开展学习，通过合作研讨及体验探究，真正将理论联系应用，将其转化为知识与技能。项目要反应行业新需求，从企业生产中来，从生活问题中来，贴近工程实际，基于学生能力来设定情境，使学生能够自主设定有效方案，由易及难在探究学习中真正解决问题。

2.明确学生能力培养目标。在CDIO教学模式强调工程实践过程的基础上，从调动学生的内在需求出发，围绕项目组织教学设计，根据学生的“最近发展区”设定可逐步达成的学习目标，激发学生积极性，实现知识与能力目标的多元达成。贯穿问题解决过程，前期培养学生的调研分析能力，以及根据分析结论进行方案设计的能力，中期培养学生有效制定流程规划模块的能力，以及实践实施的能力。遇到问题时，学生能进行合作研讨，辨析关键点，针对性地创新实践并予以解决[5]。后期能够勇于担责，对团队的项目负责到底，互为补充，乐于分享，培养其职业素养。学生在学习知识，同时培养能力，符合新工科人才培养目标。

（二）完善课程内容，加强学科融合

在电子信息大类专业的教学中，贯穿CDIO教育模式，突出能力培养，将对现代工程人才的知识技能等需求融合进课程内容中，明确主干课程的知识重点以及能力目标，主要分成平台基础、专业方向和综合实践3个阶段，每个阶段各有侧重，每门课程相互联系，构建一套完整的培养学生人文素养、学科基础能力、协作能力、实践能力等职业岗位核心素养的课程系统，如图1所示。

完善课程内容，建设微课及精品课程资源，邀请企业专家共同设计项目专题，实现对核心课程的在线资源及前沿知识补充，满足学生在理论和实践中接触新技术、解决真问题的学习需要。改变传统的纯学科教育，在工程项目的实践中融合多学科要素，使学生从复制型验证学习转变为创新型研究学习。例如常见的流水灯项目，以单片机应用技术为主，由学生分组，根据数理知识选择元器件、根据电路知识设计制版、根据编程知识实现功能，完成设计制作后还可以分享改进。将多科知识融入实际工程，培养学生的工程素养。

（三）优选教学方法，组建学习共同体

1.丰富课堂教学方法。根据教学内容调整教学方法，利用学校省级实训基地条件和现代信息技术，构建学生主体的高效课堂。在大多数专业课程中开展项目式教学，在实训环境下将理论学习融进实践实训;对公式推导应用型知识采用课堂讲授、案例演示的方法;通过仿真虚拟开展专业设备要求较高的课程，解决设备不足问题;对信号分析类知识采用flash演示等教学方法;利用信息化资源的时空自由性，开展线上线下混合教学，随时复习反馈、持续学习;利用教学平台的签到、讨论等互动功能，掌握课程进度，实现对不同能力层次学生情况的动态跟踪[6]。根据学生学习兴趣来调动其积极性，培养学生的自主学习能力，在实践中学习理论并习得技能，提高教学质量。

2.构建学习共同体。重视协作能力的发展，为解决学生面对问题时自主动力不足，根据学生历年学习数据，引导学生在课堂及网络平台同时构建学习共同体[7]，组成学习小组。共同体成员之间既是学习同伴也是竞争对手，共同参与项目方案探讨，及时分享获取的技术信息，完成项目任务，交流活动经验，从而使每个学生个体避免重复失误，在碰到问题时能得到有效帮助。教师通过课堂关注及平台数据，能得到更全面的过程反馈，充分认识到学生之间的差异，引导学生在自我能力基础上都得到发展，真正达到教学公平。学生通过合作与竞争，互相督促、共同提高，在合作分工中获得自我价值认可，同时在交流分享中锻炼沟通能力、提高自信，在良好的学习氛围中激发兴趣，定期的师生互动保证了学习指导和技术支持，学习逐渐内化成学生自然的自主行为。

（四）改进评价手段，兼顾过程考核

1.匹配项目过程的课程考核。依项目过程展开课程内容，在学生逐层完成任务、解决问题的实践过程中达成能力目标，在信息化教学手段辅助下，记录出勤率、学习时段、作业时长等学习管理数据，高效获得阶段性学习成果及练习测试分析数据，改变单纯以考试成绩来考核课程的方式，把项目方案、实施进度、问题处理、完成质量都计入考核体系中[8]，把握教学状态、做好指导与督学;对分值的构成除了教师评价外，加入个人自评、小组内成员互评和组间互评，对学生能力做好全面跟踪、综合评价;除专业知识的掌握情况外，更注重能力素养，例如项目完成质量的考核要结合成果展示的陈述沟通及逻辑思辨表现，形成知识技能兼顾能力素养、成果考查兼顾过程评价的完整考核体系。

2.以竞赛、考证补充考核评价。COIO教育模式下学生形成过程思维，能针对实际问题合理制定计划、处理解决，除课内项目实践过程外，同时关注到学生的能力迁移。学科专业竞赛以及科技创新大赛均以行业前沿热点为题，考查学生职业素养，是成熟的实践平台，以技能节和科技节为载体，通过竞技与交流，能直观检验学生专业知识体系的把握程度和项目实践能力。对接行企需求的职业资格证书的课程，在成果评价环节，以职业资格认证代替课程考核，更符合人才培养目标。

三、应用成效

结合企业工程经验，在学校2016-2017级电子信息工程专业和物联网应用技术专业中，以《单片机应用技术》和《ARM嵌入式技术》两门主干课程为研究案例进行CDIO教学模式的创新实践。建设课程博客和平台资源，根据能力目标制定基于工程的任务书，引入开放的考核任务。教师授课形式丰富，灵活利用微课等资源提升教学效果，以学习共同体为基础对学生分层评定，形成了不断吸纳新技术的跨学科思维，在期末教学测评中学生满意度较高。学生课堂积极性高，教学资源库访问度高达100%，更乐于分享和表达，能顺利合作完成任务目标，有六成同学主动报名参加学校科技节活动锻炼自己，表现优异的自主项目经过教师辅导，已成功晋级江苏省青少年科技创新大赛决赛，学生综合应用能力提升明显。

四、结语

新工科背景下，进行CDIO教学模式的创新改革，探讨电子信息大类专业课程的教学模式改革实践，以项目为主线，从能力培养、课程内容、教学方法、评价考核等多角度着手创新，让学生融合所学知识技能解决生活实际问题，较好的提升了学生的工程实践能力和综合创新能力，满足了社会对工程技术人才的新需求。

参考文献

[1]  教育部高等教育司.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html，2017-2-20.

[2]  宾志燕，李炜，周坚和.新工科背景下基于CDIO理念的实践课程教学改革研究[J].计算机时代，2019（01）：99-101.

[3]  孙阳，赵睿.“新工科”建设背景下“通信原理”课程教学改革探讨[J].中国林业教育，2019，37（01）：67-69.

[4]  李红梅. 新媒体影响学生学习方式的作用机制研究[D].西南大学，2016.

[5]  卢晶琦，师向群，孟庆元.新工科分层自主学习的教学设计与实践——以《移动通信》课程为例[J].中国教育信息化，2019（01）：80-82.

[6]  周燦.“信”课堂信息化教学创新模式实践研究[J].江苏教育研究，2019（Z6）：82-85.

[7]  袁桂芳.新工科背景下基于CDIO模式的电工实训教学改革研究[J].湖南邮电职业技术学院学报，2019，18（04）：106-108.

[8]  江天仿.基于CDIO的翻转课堂教学评价体系构建与应用——以程序设计课程为例[J].河北职业教育，2020，4（01）：97-101.