基于CDIO教学理念在预防医学实验教学中的探索研究

董倩 曹子鹏 邹远康 杜可军 赵芳 沈学锋 骆文静

预防医学的最新发展模式为生物-心理-社会医学模式[1-2]，具有综合性、实践性、前瞻性的特点。其中，实验教学是当代大学生深刻掌握理论知识，培养实践技能以及提高个人综合能力最有效的途径和方法。目前预防医学教学实验主要以验证性实验为主导，实验课重在对传统技术方法的简单模仿，学生主观能动性差，实验内容枯燥，实验效果评价及教学质量不佳。CDIO[构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）、运作（operate）]教育理念着重培养学生的创新能力和实践能力，笔者基于CDIO 教育理念，结合预防医学实验需求，从实验教学目标、理论知识体系、实验教学内容、考核体系四个方面对预防医学实验教学改革进行了初步的探讨。

1 预防医学实验教学的现状

1.1 无法实现实验教学目标

预防医学是一门具有综合性、复杂性和实践性特点的学科，实验教学对提升学生的实践能力和综合素质具有重要意义。传统的预防医学实验教学方式仍以验证性的试验为主，在实验教学前，大部分学生不会通过多种方法和途径来了解实验教学的相关理论知识和内容。在实验教学过程中，学生根据实验讲义机械化地开展一系列实验操作，大部分学生只关注本节实验课的结果是否失败，学生在实验教学结束后不会有效、及时地解决实验中存在的问题。在整个教学实验过程中，学生主观能动性差，无法真正熟悉实验背景、理解掌握实验原理、思考分析实验过程中遇到的问题，不能真正提升提高个人的实践能力，不能够实现培养学生创新能力的目标[3]。

1.2 实验教学内容创新不足

由于预防医学课时的限制，实验教学课时分配有限，且大部分学校沿用的是传统的实验教学内容，学生因缺乏机会和实验平台不能自主选取实验内容、自主设计实验方法进行创新。预防医学是一门综合性很强的学科，在环境、健康及重大疾病防治等诸多领域占有重要地位[4]。单一的理论教学已经无法满足学生应对现代预防医学发展的需求，学生应通过多种渠道和方法拓宽自己的知识储备，根据自身能力来设计具有思考性、趣味性的实验。学校应最大程度地让学生发挥主观能动性，将其贯穿实验教学准备阶段，实验教学实施阶段、实验教学总结分析阶段整个环节，提升学生的实践能力、创新能力和综合素质。

1.3 实验教学效果不理想

实验教学有助于帮助学生深入理解预防医学理论知识。传统的实验教学模式为以“教师主动输出、学生被动接受”为主。学生只是配角，接受并完成实验教学任务。学生在实验设计方面没有发言权，也从未参与实验准备阶段。在实验教学中，学生只是机械重复实验讲义步骤，重点关注能不能做出实验结果，但是不能自主探索和分析实验过程中遇到的问题。学生过度关心操作结果，无法很好地完成实验报告等，而忽略了实验教学中应该掌握的基本原理和方法。

2 CDIO 教育理念

2.1 CDIO 教育理念的发展

CDIO 教育理念是2000 年由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4 所世界知名大学经过长达4 年的共同研究分析创建的新型工程教育理念。2005 年最初由汕头大学工学院发起学习研讨CDIO 工程教育模式，2006 年汕头大学成为首个国内高校的CDIO 成员，同时汕头大学强调改革工程教育模式的方向为以设计为导向的EIPCDIO[职业道德（ethics）、诚信（integrity）、专业-理想-构思（profession-alism-conceive）、设计（design）、实现（implement）、运作（operate）]培养模式改革，目的是通过分析目前现状找出问题，改革的同时强调职业道德的重要性[5]。在随后召开的中国高等工程教育改革论坛和CDIO 国际合作组织会议两个大型会议中，包括中国香港大学、清华大学在内的40 所高校体对CDIO工程教育热点问题展开激烈讨论，2008 年教育部和汕头大学联合举办的CDIO 工程教育试点会议召开确定了第一批18 所CDIO 试点高校名单，自2009 年开始，国内“CDIO 试点工作组”形成常态化活动，CDIO 试点平台日趋完善。2016 年汕头大学还成立了“CDIO 工程教育联盟”，全国多所“211 高校”“985 高校”和多所普通高校都积极加入CDIO 合作组织，并且定期开展“CDIO 工程教育联盟”会议，来自国内的“985”“211”等100 余所国内高校和单位的600 余名专家学者和代表参加会议。如CDIO-OBE 模式[6-7]探讨的是强调以学习产出（outcomes-based education）为导向的教育理念联合构思（conceive-design implement-operate，CDIO）教学模式的应用；CDIO-PBL 模式[8-9]指以问题为教学导向（problem-based learning，PBL）联合构思-设计-实施-运作（conceive-design implement-operate，CDIO）教学模式的应用；EIP-CDIO 模式[10]指以道德（ethics）、讲诚信（integrity）、职业化（professionalism）为基础，联合构思-设计-实施-运作（conceive-design implementoperat，CDIO）的教学模式，CDIO-M OOC 模式[11]是基于线上平台资源MOOC，联合构思-设计-实施-运作（conceive-design implement-operate，CDIO）的教学模式。

2.2 CDIO 教育理念的内涵

CDIO 由构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）、运作（operate）组成，具有系统性、时效性、科学性等特点[12]。虽然CDIO 教育理念早已自我革新升级、模式多样，但其构建的框架是针对学生的教育，强调从构思、设计、实现和运作的全过程中去实现创新人才的培养。CDIO 理念的核心是以“学生为导向、学生为中心、基于学习结果”的教育模式，对学生专业能力、个人实践能力、综合素质能力等都提出了更高的要求。总之，CDIO 教育理念能最大限度地发挥学生的主观能动性，有助于提升学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，对培养创新人才具有积极推进作用。

2.3 CDIO 理念在国内高校医学教育领域的应用

国内CDIO 理念早已由最初仅适用于工程教育领域拓展到多个高等教育领域，如文学、经济管理、艺术、会计、医学等[13]。在2010 年，蔡妍娜等[14]首次提出将CDIO 模式中设计项目与情景、协作学习的方法应用于国内高等医学教育的改革，符合现代医学人才培养的规律，值得研究与实践。随之学者展开了基于CDIO 理念用于不同医学专业领域的研究，包括中医学、医学信息学、医学英语、口腔医学、临床医学各个领域。2012 年赵文光等[15]提出进一步完善计算机专业知识体系结构，形成以CCCC[构思（creative），团队（club），协作（cooper），案例（case）]-CDIO 为核心的医学信息实践教学模式，并使其符合新的医学信息教学规范。2019 年，王春风等[16]提出，KSP-CDIO 模式强调以知识（knowledge）、能力（skill）、职业素养（professionalism）为导向联合构思-设计-实施-运作（conceive-design implement-operate，CDIO）应用一体化协调发展实用型人才培养教学模式。2021 年钱永军等[17]提出在外科教学中应用基于团队的学习（team-based learning，TBL）联合CDIO（conceivedesign implement-operate，CDIO）教学模式用，发现应用TBL-CDIO 教学模式的学生考核成绩、教学互动、总评成绩、教学模式等与只采用TBL 教学方法的学生相比，差异有统计学意义（P＜0.05），证明TBL-CDIO 教学模式有利于提高外科临床教学质量。同年，班戈等[18]结合生物医学工程专业的学科特色，设计了CDIR、CDIO、S-CDIO 三级梯度教学模式，其中一级梯度CDIR（R 指rethink，反思），即“构思-设计-实现-反思”实践教学模式，二级梯度CDIO 指构思-设计-实施-运作（conceive-design implement-operate，CDIO）的教育模式，三级梯度S-CDIO 教育模式符合医学工程类专业的培养需求，同时对其他医学专业教育教学改革模式也具有借鉴和指导意义。陈敏等[19]通过分析比较研究活跃课堂气氛、激发学习兴趣和自主学习能力、培养创新意识和团队合作能力、语言表达能力、培养临床思维及提升护理实践能力等，结果发现使用基于“构思-设计-实现-运作（CDIO）”教育理念的《内科护理学》课程教学模式在多方面的教学效果评价均优于对照组（P＜0.05）。

3 以CDIO 教学理念指导预防医学实验教学的改革

传统预防医学实验教学面临的巨大困境是培养专业知识过硬、实践能力过硬和综合素质过硬的新型创新人才。预防医学实验教学的深化改革亟待引进CDIO 教育理念。笔者基于预防医学实验教学需求，从实验教学目标、实验教学理论知识、实验内容、考核评价体系四个方面内容对预防医学实验教学改革进行了初步探讨。

3.1 指导实验教学目标的确立

预防医学实验教学的改革必须坚持以“理论结合实践”的基本原则，建立基于CDIO 教育理念为指导的实验教学模式。CDIO 教育理念具有系统性、科学性、全局性的特点。在学校层面，空军军医大学结合实验教学目标与本校办学理念和宗旨，明确本校预防医学生的培养目标，细化实验教学的培养目标。在教师层面，教师的本职工作是教书育人。基于CDIO 教育理念，教师不仅要完实验教学任务，要更进一步去了解实验教学存在的背景，了解本节教学甚至是整个实验教学所要达到的目标，与其他学科之间的关系，以及对学生毕业以后就业的指导等问题。在学生层面，实验教学过程中学生不能一味根据讲义步骤，机械化进行实验，而应该明确本节实验教学的学习目标，有目的、有准备、有问题地积极、主动参与实验教学活动。简而言之，CDIO 教育理念从系统性、科学性、全局性确立了预防医学实验教学目标。

3.2 优化实验教学理论知识体系

传统的预防医学实验教学课时配比有限，难以在有限时间内提升学生的综合实践能力。在理论教学时，教师可以通过现场简单实验教学或者播放实验操作视频的方法来增强学生对理论部分的理解，同时弥补实验教学课时配比不足的缺点，有助于提升理论和实验教学的质量。在教师层面，不同教师根据各自擅长的专业领域延伸实验教学理论内容，多维度地开拓学生的知识结构体系、启发学生主动思考，透过现象看本质。在学生层面，教师始终要将“理论联系实践”的理念贯穿于实验教学中。教师应启发学生学会自主思考问题，分析问题，解决问题。对此，教师可以计划性地定期邀请科研骨干、专家教授开展相关主题讲座，分享自身的心历路程、学术经验，启发学生的思维和思路。

在实验理论教学过程中，打破传统的“教师主动输出”模式，采用实验情景教学、问题教学方式引导学生主动思考问题。如定期安排学生进入实验室熟悉实验环境，参与实验准备工作，上课时播放提前设计的、有学生参与的实验操作视频，加深学生印象，培养学生自主发现问题、主动分析思考的能力。教师可以通过分享自己亲身经历鼓励学生、引导学生、启发学生，如何活学活用掌握的理论知识，潜移默化地影响和培养学生在实验教学中的科学素养和能力。

3.3 丰富实验教学内容体系

CDIO 教育理念中的I指实现（implement），丰富实验教学内容体系能够最大限度地激发学生的主观能动性，实现培养人才的最终目标。传统实验教学内容单一，学生的实践操作主要集中在实验教学过程中，简单地重复实验操作步骤。教师针对不同的实验内容体系，通过采用不同的实验教学设计和方法来进行实验教学。面对基础性实验教学，教师可采用案例法、提问法以及多媒体等方式紧密结合理论授课，讲解实验原理；在理论实验教学操作过程中，教师积极参与到学生实验中，及时指导学生实验操作并点评其准确与否，重点培养学生科研态度和实践操作能力。面对综合性实验教学，教师设定研究问题，将学生分为几个组，小组成员相互交流、分工合作最终共同设计出一个实验方案，并交由教师审核确定后开始实验，综合性实验教学体系主要培养学生团结合作、自主研究学习、自主思考和创新能力。面对自主设计实验，学生应研读大量国内外文献，了解整个领域发展脉络，分类总结研究成果和问题，聚焦前沿，并自主选题，通过专家教授审核决定后进行开题实验，自主设计实验最大限度地培养了学生的“构思”“设计”“实现”和“运作”的能力。

3.4 完善实验教学考核体系

CDIO 理念核心是以“学生为导向、学生为中心、基于学习结果”的教育模式，对学生专业能力、个人实践能力、综合素质能力等都提出了更高的要求[20-21]。传统实验教学考核主要以闭卷测试或日常的实验报告成绩作为考核结果，造成学生机械化重复实验步骤，甚至随意篡改实验数据以达到实验结果的正确性，这种考核方式达不到实验教学预期的效果，与实验教学培养学生科学素养和综合实践能力的目的相差甚远[22]。

预防医学实验教学考核可分为过程性考核和终结性考核两部分。形成性考核应贯穿于实验教学始终，包括实验教学前准备、实验教学时操作以及实验教学后分析三个部分，教师根据学生在整个实验教学中的参与度、贡献度以及小组成员的合作能力进行考核。所说的参与度具体表现为学生参与实验教学前的准备，如参与准备实验试剂耗材、检查仪器设备是否正常、维护实验室环境等；课中表现为学生上课出勤率，提出问题、回答问题的频数、实验态度、操作过程中示教展示以及学生间的交流沟通等；课后表现为撰写实验报告，分析讨论结果和教师的互动交流等。贡献度主要体现在实验教学过程中，学生遇到问题要敢于思考、敢于提问、敢于课上示教，以达到学习或者警示目的；分组实验过程中，学生明确分工，交流合作完成实验，根据学生在其中的贡献度打分。合作水平反应学生的团队精神，实验条件和有限的设备无法满足学生人人动手操作，绝大部分实验都要求学生分组合作完成，综合性实验最有利于培养学生团结合作能力和创新能力，学生需要明确各自的任务，查找资料、分析总结，然后经过交流沟通确定一个最终方案。终结性考核主要采取闭卷考试形式，分为实验教学理论闭卷考核和实验操作两个部分。闭卷考核学生理论知识，实验操作考核学生的具体实践操作能力。一套成熟合理的考核评价体系可以客观反映学生的综合能力，发挥实验教学的作用。

综上所述，国内高校基于CDIO 教育理念纷纷在各学科各个专业开启了教育改革模式，旨在打破传统教育方式，培养适合本学科、本专业学生的创新能力、实践能力和个人综合素质来适应岗位需求；本研究立足CDIO 教育理念，立足于预防医学学科，明确教学目标，优化理论教学体系，丰富实验教学内容体系，完善实验教学考核体系，围绕预防医学主线开展实验教学，将理论与实践紧密联系，着手培养学生的创新能力、综合实践能力和团队合作能力。