CDIO模式下嵌入式項目的應用研究

唐義鋒 張蓉蓉 趙俊生 彭敢

摘要：本文介紹了CDIO工程教育模式的由來，分析了CDIO模式的內(nèi)涵，討論了該模式在我國應用研究中存在的不足，進而以電氣自動化技術(shù)專業(yè)為例，研究課程體系架構(gòu)及其集成化方法，基于CDIO理念構(gòu)建出電氣專業(yè)“211”課程體系。探索出基于項目主動學習為核心的教學方法及項目設(shè)計方法，提出并采用兩層項目架構(gòu)的嵌入式項目設(shè)計，通過校企合作進行教學改革與資源建設(shè)，形成一套穩(wěn)定的校企合作機制，提高了該模式的實施效果。

關(guān)鍵詞：CDIO 嵌入式項目 課程體系 團隊合作

0 引言

CDIO工程教育模式是從2000年以來國際工程教育改革的最新成果。該模式由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學經(jīng)過四年的聯(lián)合研究所創(chuàng)立，其目的是通過強化工程實踐訓練，促進學生知識體系的形成，加強綜合能力的培養(yǎng)。因此，該模式的教學內(nèi)容強調(diào)綜合與集成，即在實踐項目的驅(qū)動下，使學生在解決問題中，實現(xiàn)自然科學與人文社會科學相結(jié)合，工程與經(jīng)濟管理相結(jié)合，提高學生的綜合素質(zhì)。[1]這一模式推出得到了我國教育部及很多高校的重視，并在汕大等本科院校進行第一批改革試點，后來也有部分高職院校加入試點行列，他們在課程建設(shè)、培養(yǎng)模式等方面做了不少探索和實踐。由于該模式對如何漸進地培養(yǎng)和系統(tǒng)地評估學生的CDIO工程能力沒有強細的描述，學生工程能力增長過程缺乏具體定義，各試點高校采用了不同的實施方案。

1 CDIO的作用與內(nèi)涵

CDIO工程教育模式是一種面向工程項目（產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)）的全生命周期（構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行）培養(yǎng)學生的工程教育方法，是一種基于工程項目的教學，是一種基于行動導向的“做中學”教育模式，他將1個愿景、1個包含4個層面的教學大綱和12條標準落實到專業(yè)人才培養(yǎng)全過程，并將其細分到核心課程訓練項目中，形成可執(zhí)行的運行機制。[2]因此，CDIO本質(zhì)上是一種項目化教學，而其與傳統(tǒng)的項目教學不同之處主要表現(xiàn)為：第1個標準將工程項目生命全周期引入到工程教育中來作為環(huán)境；第2個標準建立了由通過教學使學生所有能力、素質(zhì)、知識和技能所組成的全面、明確、具體、合理的教學大綱；第3個標準即采用“集成化課程體系設(shè)計”來進行整體實施。[2]他通過工程項目的全生命周期（構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行）等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生在CDIO過程中，通過項目式教學活動，使其具有高效學習、掌握和運用理論知識，形成分析問題、解決問題的能力和技能，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識，使其主動學習、積極探究，涌躍參與技術(shù)開發(fā)、技能競賽等各類社會實踐活動。同時在職場文化特征的熏陶下，養(yǎng)成職場需要的綜合素質(zhì)。

2 課程體系架構(gòu)及其集成化

目前在CDIO教學改革中，主要采用兩種課程集成架構(gòu)，其一是以學科為主干，通過用項目將學科知識聯(lián)系起來，形成有機的整體，多數(shù)本科院校采用此方案；另一種則是以項目為主干，用學科知識將項目聯(lián)系起來，形成有機的整體。他們都是集成化課程體系模式，都可以做為標準3的范式，后者在高職院校用的較多，即以姜大源組織倡導的工作過程系統(tǒng)化的教學模式。他將本專業(yè)培養(yǎng)人才在職場上的工作抽象成若干典型工作過程，以此為主干，學生從入學開始，就按照典型工作過程開展學習和實踐，由淺入深，展開教學。

根據(jù)CDIO理念，本校電氣自動化技術(shù)專業(yè)采用“211”課程體系作為專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系架構(gòu)，對課程進行集成化設(shè)計。所謂“211”課程體系，即采用項目化引領(lǐng)，打好兩個基礎(chǔ)，強化一個中心，瞄準一個方向。具體為：以基于單片機為核心的智能化控制領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)應用能力建設(shè)為基礎(chǔ)，使相關(guān)課程訓練項目互為支撐，通過訓練，最終形成一個能進行智能化產(chǎn)品開發(fā)的平臺；以維修電工高級工能力訓練為基礎(chǔ)，將電工技能訓練、電氣控制技術(shù)與PLC、變頻、觸摸屏應用技術(shù)等課程的項目進行有機融合，以校企共建設(shè)為支撐，形成強電應用研究平臺；以企業(yè)文化、職場文化、管理、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)及素質(zhì)拓展為中心，提升學生的綜合能力和核心競爭力；描準該專業(yè)領(lǐng)域的一個應用方向進行專業(yè)技能訓練，即對電氣自動化專業(yè)進行智能技術(shù)產(chǎn)品CDIO實施，最終達到目標要求。[4][5]

3 基于項目主動學習為核心的教學方法改革，嵌入式項目設(shè)計

汕頭大學EIP－CDIO模式改革具有代表性，在其一體化課程體系中，通過三個層級項目安排，集成“基于項目／問題的學習”和“探究式學習”的一體化主動學習方法，以思維能力和創(chuàng)新能力為核心，使知識和能力的獲取方式由被動接受向主動轉(zhuǎn)變。其機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)采用整體、課程群、課程為項目知識集的三層項目編排方案。[3]并將一級整體項目分四個階段進行安排與控制。因此，其在一二層設(shè)計中，著眼于大項目，多學科、長時間，第三層中，也以學期為跨度進行組織。該方案采用漸進的方式運行，但鑒于時間跨度大、學科多、可變因素多等諸多因素，在高職學生中實施，最終效果很難控制。

本研究的電氣自動化專業(yè)的課程體系為兩個層次的架構(gòu)，第一層為整體式設(shè)計的通過全培養(yǎng)過程完成的大項目，并將其按集成化課程結(jié)構(gòu)，分成幾個核模塊；第二層為嵌入層，以課程中核心知識點的實際應用精選出教學項目。無論在哪一個層，均采用基于項目的學習，以團隊運作項目為核心，將學習知識、培養(yǎng)綜合應用知識能力、增長技能和素質(zhì)融為一體。重點鍛煉團隊精神、項目組織、管理等CDIO能力。

在第一層項目中，大體可將其分為四個實施階段；第一階段從一年級第一學期開始，重在組隊、選題與初步調(diào)研論證，配合系部實施的導師制，指導學生組建項目團隊，成立團隊機構(gòu)。第二階段依據(jù)逐步學習的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提出多個總體設(shè)計方案，并比較優(yōu)缺點，初步選擇一個較為合適的總體設(shè)計方案。第三階段為模塊化實施階段，進入嵌入式項目的實施過程，通過進一步掌握專業(yè)知識與技能，進行總項目對應模塊的設(shè)計，進一步完善系統(tǒng)總體設(shè)計方案，并開始進行機械零部件設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計等過程。第四階段設(shè)計、改進完善，加工、制造、安裝以及綜合調(diào)試，到此便完成了一個完整的團隊設(shè)計項目。學生在解決問題的過程中，主動探究相關(guān)知識，主動應用所學的專業(yè)知識，主動應用探究式學習和經(jīng)驗學習方法，培養(yǎng)了人際交往能力、團隊合作能力和職業(yè)能力等。第二層為嵌入層，即以課程中知識點的典型應用為項目單元，在團隊的運行下，采用短頻快的方式進行項目技術(shù)層面的實施，使學生形成多方案設(shè)計與論證能力，提高學生的成功感，指導其將課程內(nèi)的一些關(guān)鍵知識點應用到上一層項目中，使其逐步具備協(xié)同完成復雜項目的實施能力。

4 教學資源建設(shè)

通過校企合作開發(fā)課程項目內(nèi)容，進行課程教學項目化實施，做到以專業(yè)理論教學為基礎(chǔ)，強化工程實踐，提高學生的工程應用能力。建設(shè)并不斷完善由課堂教學、教學網(wǎng)站和不同層次實踐內(nèi)容構(gòu)成的完備的教學資源庫。通過這些教學和實踐環(huán)節(jié)建設(shè)，保障學生能快速有效的自主學習、獲取信息等資源，進行項目分析與處理，訓練其創(chuàng)新意識、動手能力、溝通與表達能力和團隊合作精神。

5 結(jié)論

經(jīng)過對CDIO內(nèi)涵及實施方案的研究，提出CDIO課程項目的嵌入式開發(fā)方案，解決學以致用，激勵創(chuàng)新與素質(zhì)提升的教學載體問題；同時提高了師資的工程能力和教學水平，以校企共建、共享、共育為基礎(chǔ)，進行項目創(chuàng)新，以企業(yè)進校園、教室進車間的運行方法，使課程以車間為基礎(chǔ)，實施CDIO教學，以達到校、企、生協(xié)同創(chuàng)新的目的。通過CDIO課程項目化資源開發(fā)、教學環(huán)境建設(shè)、項目化實踐載體的研發(fā)與教學實踐等方面的校企深層次合作，從而進入學生得益，企業(yè)得利，社會得益，校、企、生協(xié)調(diào)發(fā)展的正向循環(huán)軌道。幾年來在炎黃職業(yè)技術(shù)學院和江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學院校企合作中，形成了一本CDIO理念下嵌入式項目化教材——維修電工實訓教材，與淮鋼特鋼股份及江蘇瑞特電子設(shè)備有限公司投入共建了高級維修電工實訓室。校校、校企聯(lián)合對電氣自動化專業(yè)學生進行改革試點，結(jié)果證明該模式更能適應高職學生的培養(yǎng)，也可為文科類專業(yè)的人才培養(yǎng)提供借鑒。

參考文獻：

[1]查建中，徐文勝等.從能力大綱到集成化課程體系設(shè)計的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2013.2.

[2]顧佩華，包能勝.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012.3.

[3]顧佩華等.從CDIO到EIP-CDIO：汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008.1.

[4]張曉紅，唐義鋒.工學結(jié)合、產(chǎn)學合作高職人才培養(yǎng)模式的實踐探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012年第11卷第21期.

[5]唐義鋒.校企合作培養(yǎng)高職學生職業(yè)素質(zhì)的研究與實踐[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2010.12.

基金項目：

江蘇省教育廳基金項目，CDIO理念在高職項目化教學改革中的研究與應用——以電氣自動化專業(yè)為例（校際聯(lián)合）編號：2013JSJG430。