基于CDIO工程教育模式的物理類專業(yè)培養(yǎng)方案構(gòu)思

遲慶國

摘要：隨著社會發(fā)展，科技競爭愈演愈烈，人才是推動科技發(fā)展的關(guān)鍵性要素，因此，培養(yǎng)社會與國家需要的高素質(zhì)工程師人才成為當務之急。由麻省理工學院等提出的CDIO工程教育模式正符合這種人才的培養(yǎng)，在回顧國際工程教育改革背景以及分析哈爾濱理工大學物理類專業(yè)教育方案的基礎(chǔ)下，從哈爾濱理工大學工程教育與人才培養(yǎng)模式改革出發(fā)，以課堂教學及考核制度為基礎(chǔ)，以課外科研訓練、科技競賽等項目為延伸，提出了一種基于CDIO工程教育模式的物理類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。

關(guān)鍵詞：物理類專業(yè)；工程教育；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A

1 CDIO模式概述以及應用情況

1.1 CDIO教育模式概述

20世界80、90年代，高校工程專業(yè)所培養(yǎng)的畢業(yè)生難以適應現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)的需要，使工業(yè)界逐漸意識到高等教育脫離實踐這一問題，直接教育已經(jīng)遠遠滿足不了現(xiàn)今社會教育的發(fā)展需要。迫于這種形勢，2001年由美國麻省理工學院聯(lián)合其他三所著名高校，共同開發(fā)的一種全新工程教育理念和實施體系CDIO（conceive、design、implement、operate）。CDIO教育模式旨在培養(yǎng)具有知識體系健全、雙基扎實、工程業(yè)務水平高以及道德高尚的“新一代”卓越工程師。

1.2 CDIO教育模式的應用情況

在國外，根據(jù)不同學科領(lǐng)域的要求，cDIO工程教育模式已被廣泛應用且形成了一些特色CDIO教育模式。CDIO工程教育模式首先應用于麻省理工學院等4所高校的機械系、電氣系。緊接著得到其他發(fā)達國家的認可，并且根據(jù)自己的情況開發(fā)出適合自己的具有特色的CDIO工程教育模式，以培養(yǎng)科學基礎(chǔ)知識扎實，工程能力過硬的現(xiàn)代工程師，提高國家科技競爭能力。

在國內(nèi)，CDIO工程教育模式也得到了廣泛的應用，2001年由北京交通大學主辦，清華大學、北京航空航天大學、汕頭大學、北京石油化工學院等高校協(xié)辦的“2011北京CDIO區(qū)域性國際會議”稱中國共57所高校開展CDIO工程教育模式試點工作，且已取得較好的成果。例如：汕頭大學已根據(jù)自身教學情況以及資源，提出一種以工程設(shè)計為導向，以培養(yǎng)個人能力、團隊能力和系統(tǒng)調(diào)控能力為主要目標的EIP-CDIO（ethics、integrity、profession-alism-con—eeive、design、implement、operate）工程教育理念。汕頭大學這種教育模式并不是發(fā)達國家CDIO教學模式的復制，而是吸取原有CDIO教育模式的經(jīng)驗精華之后，創(chuàng)立的屬于汕頭大學自己的工程師人才培養(yǎng)的教育模式，具有自己的特色，更符合自身教育教學實踐情況。

同時，CDIO工程教育模式也被應用于具體專業(yè)，例如：大連東軟信息學院基于TOPCARES-CDIO工程教育理念，對專業(yè)設(shè)置驅(qū)動因素和影響因素進行分析，綜合比較已有專業(yè)設(shè)置模型，應用魚骨圖的設(shè)計結(jié)構(gòu)，引入模塊化理念，突破固定維度限制，設(shè)計出魚骨型專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)置模型。

回顧國際工程教育改革背景，從哈爾濱理工大學工程教育與人才培養(yǎng)模式改革出發(fā)，結(jié)合校情，基于我校的物理專業(yè)的現(xiàn)況，以國外先進的CDIO教育模式為指導，借鑒國內(nèi)的CDIO實踐措施，建立起自己的CDIO工程教育模式勢在必行。

2 哈爾濱理工大學物理類專業(yè)現(xiàn)階段的教育教學情況分析

第一、在哈爾濱理工大學物理類教學中，過分強調(diào)教師的教學量，進而忽視了其科研與辦學的能力，這樣就阻礙了大學在教學質(zhì)量、科研成果和學校規(guī)劃方面的發(fā)展。第二、學校的發(fā)展未能與社會同步，學校培養(yǎng)的人才不能滿足社會的需求，更不能適應社會的發(fā)展。在校四年學習過程中，過多的學習科學理論知識，而忽略了實踐環(huán)節(jié)，致使培養(yǎng)出來的學生缺乏工程實踐能力以及創(chuàng)新能力；而這與社會需求的高素質(zhì)的工程性人才是相悖的。第三、過分強調(diào)自然科學知識的學習，而忽略了人文科學的重要作用，致使培養(yǎng)來的學生丟失了傳統(tǒng)文化，喪失倫理道德，成為“有才無德”之人，危害他人、危害社會。

然而，CDIO工程教育模式要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的教育模式，它擁有一套完備的教學框架，有自己的教學的大綱以及教學宗旨。首先，以德為本，培養(yǎng)具有高尚職業(yè)道德的人；其次，以學生自學為主，幫助學生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識以及精湛的技藝，幫助學生開拓自己的創(chuàng)新能力以及認識自己潛在的價值；在此基礎(chǔ)上，在人才培養(yǎng)中將教育過程與實際工程領(lǐng)域具體情境結(jié)合，培養(yǎng)“德才兼?zhèn)洹钡男乱淮咚焦こ處?。因此，我校物理類專業(yè)可依據(jù)經(jīng)典CDIO工程教育模式，構(gòu)思適合自身情況的教育模式以及培養(yǎng)方案，以彌補現(xiàn)階段教育教學中的不足，提高教學質(zhì)量，促進學科發(fā)展，適應社會發(fā)展。

3 構(gòu)思基于CDIO模式的物理類專業(yè)教學培養(yǎng)方案

3.1科學理論基礎(chǔ)的學習以及考核制度

根據(jù)大學生教學大綱指示，為完成大學生自學能力的培養(yǎng)任務，有關(guān)學生科學基礎(chǔ)知識的學習當實施以“學生自主學習為主，老師答疑解惑為輔”的主觀能動性學習模式。

第一階段：首先由教師對相關(guān)學科的知識點進行歸納、總結(jié)，并制定學習計劃，然后將學習知識點以及學習計劃分發(fā)到學生手中，由學生自行完成基礎(chǔ)知識的學習過程（記憶、理解），最后由教師編輯題庫，對學生進行基礎(chǔ)知識的考核，考核結(jié)果分為優(yōu)、良、中，不合格4個級別，不合格者則不得進入下一學習階段。

第二階段：首先由教師劃分制定不同的知識模塊，完成由同學選擇自己喜愛的知識模塊進行系統(tǒng)研究，挖掘知識深度，再由同學針對已學習的知識模塊進行答辯，展示自己的學習成果，重點講述自己對知識點的理解以及相關(guān)知識的聯(lián)系性，最后由老師對其的答辯進行點評，提出今后的學習研究重點，并且給予答辯評價，并且此過程為循環(huán)過程，要求每個同學依次掌握不同的模塊。

第三階段：基于第一以及第二階段的學習成果，教師評定出學生的學習成績（優(yōu)、良、不合格3個級別），成績?yōu)閮?yōu)、良者方可參加相關(guān)的科技競賽、科研項目，并且科技競賽與科研項目的成績可以轉(zhuǎn)換成一定的學分，對于在科技競賽以及科研項目中表現(xiàn)突出的同學，學?？梢詫ζ溥M行精英式培養(yǎng)，作為學校、社會以及國家的儲備人才，為進一步培養(yǎng)優(yōu)秀人才，奠定基礎(chǔ)。

第四階段：僅僅經(jīng)過以上3個階段的培養(yǎng)，只能在專業(yè)技術(shù)方面對一個人有一定的提高；然而，這并不能使一個人在德行方面有所提高或蛻變。因此，對于基于CDIO模式物理專業(yè)人才的培養(yǎng)還需要新階段的鍛煉與培養(yǎng)，并且這個階段勢在必行。基于本校的特殊情況，應采取以下方案，來對學生的德行方面進行一個積極的考量與培養(yǎng)：首先由學生在年終進行自我評價，尤其是德行方面的表現(xiàn)進行逐一評價；接下來有輔導員、班主任以及一名任課老師給出相關(guān)的綜合評價，最后由專家評論組對學生的德行給予中肯符合實際的評價。同時，將這次的評價結(jié)果告知學生，以便學生明確以后努力的方向，彌補不足，完善自己。

3.2科學理論學習與科技競賽相結(jié)合

在夯實基礎(chǔ)知識與基礎(chǔ)能力之后，教師組織學生參加一些對理論分析、計算能力要求比較高的競賽，比如：哈爾濱理工大學學術(shù)物理競賽，全國大學生“高教杯”數(shù)學建模競賽等。通過這類比賽來培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，更重要的是在比賽過程中，可以將學習的數(shù)學、物理、化學等理論知識應用其中，使同學們對課本中的理論知識有一個新的認識。并且通過競賽可以帶動、檢驗基礎(chǔ)知識的學習，讓同學體驗到用知識解決實際問題、解釋現(xiàn)象的快樂，這樣能夠更好地激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的學術(shù)修養(yǎng)。

在我校近期舉行的《哈爾濱理工大學首屆物理學術(shù)競賽》中，參賽隊員在比賽過程中得到鍛煉，掌握設(shè)計出一套適合自己的解決問題的方法，如圖1所示。

最后，由教師結(jié)合比賽過程中學生的表現(xiàn)以及學生的比賽結(jié)果基于一定的評價分別為（優(yōu)、良、中、差）。此評價結(jié)果計入學生的期末總評成績。

3.3科學理論學習與科研項目相結(jié)合

在進行上述2個環(huán)節(jié)之后，接下來的環(huán)節(jié)要注重科學理論知識的實踐應用以及交叉學科知識的運用，根據(jù)哈爾濱理工大學的現(xiàn)況，采用工程項目育人還是可行的。首先由教師進行交流、討論，針對學科特點以及知識進行構(gòu)思，設(shè)計出覆蓋知識面廣、切實可行的不同類型的工程項目；接下來由同學們進行自由組隊，進行選題；然后，開展團隊合作，對工程問題提出解決方法，進行實驗驗證亦或制作出作品；最后由專家在組織答辯，學生的作品以及研究方法進行評價。

比如，我校近期開展的《哈爾濱理工大學首屆物理實驗演示儀器競賽》，這個活動激發(fā)大學生對大學物理的興趣，培養(yǎng)大學生嚴謹?shù)膶W習態(tài)度、科學的研究方法、綜合運用所學知識解決實際問題的能力和進行實驗研究的能力，并且對于改進我校的實驗演示儀器作出了貢獻。

3.4橫向?qū)W習要與縱向?qū)W習相結(jié)合

在3.1、3.2以及3.3中擬定了具體的基于CDIO模式的物理類專業(yè)教學培養(yǎng)方案以及實施方法，本節(jié)將從一個高的層次來看待CDIO工程教育模式。CDIO工程教育模式的學習不僅僅是單一方面的橫向?qū)W習與縱向?qū)W習，而是二者的有機結(jié)合?？v向?qū)W習，能夠解決一個問題的“然”與“所以然”，能夠讓學生深刻的理解一個問題的來龍去脈，但是對于與這個問題相聯(lián)系的事物卻沒有詳細的了解，從而限制了人思考的角度，沒有全局的意識；然而橫向?qū)W習，能夠擬補這一缺憾，從類比、相似以及反推的邏輯思維來闡釋同一類問題，這從通俗的層次傳授了方法論與邏輯學知識。這樣，基于橫向與縱向?qū)W習的CDIO工程教育模式，不僅僅培養(yǎng)了具有較高等技術(shù)的工程師，更是培養(yǎng)了有思想的較高素質(zhì)工程師。

3.5校內(nèi)學習與社會實踐學習相結(jié)合

綜上提出的4個方面，僅僅是依托于學校固有的教學資源，開展的培養(yǎng)提高學生能力的項目，然而這些項目卻與實際的社會生產(chǎn)創(chuàng)造需求脫軌；雖然它們能夠在某種程度上提高學生的專業(yè)、道德水平，甚至說是綜合素質(zhì)，但是離高水平一流的工程師還有一定差別，有一段距離。為了彌補這一差距，還應進行以下三方面的改進：

第一、學校除了在充分利用現(xiàn)有固定可見教學資源的基礎(chǔ)之上，還應該發(fā)揮學校各種潛在的能力，挖掘一定的社會資源，比如：在專業(yè)技能培養(yǎng)方面，應注重與科技公司，生產(chǎn)工廠等建立聯(lián)系；在社會公德、道德培養(yǎng)方面，應注重與一些敬老、養(yǎng)老院或者與志愿者相關(guān)的部門單位建立關(guān)系等。

第二、學校在挖掘這些潛在的資源之后，應將學生定期派遣到對應單位，進行短期、長期等時間不等的培養(yǎng)與教育，與這些單位共聯(lián)合，對進一步提高學生的綜合素質(zhì)作出努力。在培養(yǎng)過程中，所涉及的培養(yǎng)內(nèi)容，無需拘泥于形式，可以是實踐操作、工程技能培訓、講座、交談會、茶話會、素質(zhì)拓展以及其他的健康向上、豐富多彩的活動。

第三、在完成以上相關(guān)活動后，每位同學都需要進行答辯報告，對自己進行客觀的評價，包括表現(xiàn)突出以及不足兩方面，以及自己在整個培訓過程中自己的收獲；除此之外，學校與相關(guān)參與單位應該組成專家評審團，根據(jù)學生的表現(xiàn)，給出客觀可行的綜合評價，主要包括專業(yè)技能的提高以及道德修養(yǎng)進行點評，給學生提出合理、公正、客觀努力方向，使得學生想優(yōu)秀、甚至是杰出的工程師買進一步。

4 結(jié)語

對于本校物理類專業(yè)而言，CDIO工程教育理念機具借鑒意義，能夠促進物理類專業(yè)教育模式的改革，對培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才有著深遠意義。在調(diào)研CDIO工程教育模式在國內(nèi)、外的應用情況之后，客觀分析本校物理類專業(yè)現(xiàn)存問題，努力提出基于CDIO工程教育模式的物理類專業(yè)培養(yǎng)方案。為哈爾濱理工大學以CDIO工程教育模式為理念的相關(guān)專業(yè)提供參考，更是為CDIO工程教育模式的進一步發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

[編輯：厲艷飛]