CDIO工程教育模式的教學(xué)理論基礎(chǔ)研究

摘 ? ?要： 自CDIO模式創(chuàng)立以來，世界范圍內(nèi)使用CDIO模式的高校不斷增多，并被廣泛應(yīng)用于理、工、農(nóng)、醫(yī)、文等諸多學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)實踐。本文從CDIO模式發(fā)展歷程出發(fā)，在剖析教學(xué)理論發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，分析了CDIO工程教育模式的教學(xué)理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： CDIO模式 ? ?CDIO教學(xué) ? ?工科教學(xué) ? ?教學(xué)理論

一、研究背景

麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所院校在克努特·愛麗絲布·瓦倫堡基金會（The Knut and Alice Wallenberg Foundation）的資助下，于2007年匯總各校時間經(jīng)驗適時出版了第一版《重新認識工程教育：國際CDIO培養(yǎng)模式與方法（Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach）》。隨后，愛德華·F·克勞雷（Edward F.Crawley）等人針對工程師的創(chuàng)業(yè)方面的挑戰(zhàn)，將原有《1.0版CDIO教學(xué)大綱》擴充為《CDIO-LE（Leadership&Entrepreneurship）教學(xué)大綱》[1]。2011年6月，克勞雷團隊進一步將現(xiàn)代工程師所面臨的核心挑戰(zhàn)界定為可持續(xù)性、全球化、創(chuàng)新、領(lǐng)導(dǎo)力與創(chuàng)業(yè)精神等，并發(fā)布了新版的CDIO教學(xué)大綱——《2.0版CDIO大綱（CDIO Syllabus v2.0）》[2]。在國際CDIO工程教育模式推行十周年之際，克勞雷等主要CDIO研究人員對十余年的工程教育經(jīng)驗進行了總結(jié)，出版了第二版本的《重新認識工程教育：國際CDIO培養(yǎng)模式與方法》一書。

國內(nèi)CDIO模式改革緊隨國際CDIO改革步伐之后。2005年，汕頭大學(xué)在國內(nèi)率先將CDIO引入中國，并結(jié)合自身辦學(xué)定位實施了基于EIP-CDIO的工程教育系統(tǒng)性改革，目前實施該項改革的專業(yè)已經(jīng)涵蓋該校機械、土木、電子等多個專業(yè)。此外，燕山大學(xué)、江南大學(xué)、成都信息工程學(xué)院等高校也加入到這場聲勢浩大的工程教育改革浪潮之中來[3]。2008年4月，教育部高等教育司發(fā)文成立“CDIO工程教育模式研究與實踐課題組（以下簡稱“試點工作組”）”。 自2011年起，試點工作組定期圍繞CDIO改革中遇到的重難點議題舉行工作會議[4]。2016年1月8日，試點工作組經(jīng)研究決定在教育部原試點工作組基礎(chǔ)之上成立“CDIO工程教育聯(lián)盟”[5]。

二、教學(xué)理論發(fā)展歷程回眸

（一） 經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論

經(jīng)驗學(xué)習(xí)源于西方經(jīng)驗哲學(xué)的發(fā)展。古希臘、古羅馬時期的經(jīng)驗哲學(xué)將經(jīng)驗視為與理性對立的事物，是實踐的、變化的、非理智的;中世紀經(jīng)院哲學(xué)吸納自然科學(xué)研究成果，將經(jīng)驗視為人類認知的途徑，人類只有經(jīng)由經(jīng)驗的感覺才能達到理性認識;自然主義者讓-雅克·盧梭（Jean-Jacques Rousseau）提出了利用經(jīng)驗進行教學(xué)的理念，他提倡教師應(yīng)從兒童實際生活出發(fā)著力豐富兒童感覺經(jīng)驗而不是一味地向兒童灌輸知識和道德[6];民主主義者約翰·杜威（John Dewey）認為學(xué)習(xí)的本質(zhì)是經(jīng)驗與反思，教育應(yīng)遵循通過個人經(jīng)驗進行學(xué)習(xí)的原則。

依據(jù)主要經(jīng)驗學(xué)習(xí)論者所屬流派不同，可將經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論發(fā)展歷程劃分為實用主義階段、人本主義階段。實用主義階段經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論的代表人物是杜威，他認為由于學(xué)生的經(jīng)驗是逐漸累積起來的，是寓于日常生活以及學(xué)習(xí)教材之中的[7]，因此學(xué)校的教學(xué)科目不應(yīng)是零碎經(jīng)驗的大雜燴，而應(yīng)是有組織的[8]。人本主義階段經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論的代表人物是卡爾·羅杰斯，他將情感納入到經(jīng)驗這一概念體系之中，并認為經(jīng)驗是開放的，個體應(yīng)毫無拘束地體驗所有的情感和經(jīng)驗[9]。

（二）建構(gòu)主義教學(xué)觀

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動是在特定社會文化背景開展的，其本質(zhì)是學(xué)習(xí)者獲取知識的過程[10]。盡管學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動需要借助其他人（包括教師、行業(yè)專家、同伴等）的幫助，也需要充分利用必要的學(xué)習(xí)資料。但無論是作為知識載體的出版物還是作為知識傳授主體的教師都不是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)知識的最終媒介，學(xué)習(xí)者的意義建構(gòu)才是學(xué)習(xí)者獲得知識的終極路徑。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的核心概念是學(xué)習(xí)環(huán)境，這一環(huán)境有四大組成要素，即“情境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構(gòu)”。既然學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)是在既定社會文化背景（即情境）下進行的，那么學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果將取決于這一背景是否有利于促進學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的意義建構(gòu)。因此，教師的主要任務(wù)之一即是創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生實現(xiàn)其意義建構(gòu)的真實情境。

（三）情境教學(xué)理論

情境教學(xué)（Contextual Learning）理論的情境與建構(gòu)主義之情境既相互聯(lián)系，又有所區(qū)別。其聯(lián)系在于兩種學(xué)習(xí)理論都主張教師應(yīng)為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)有利于意義建構(gòu)的情境，其區(qū)別則源于情境教學(xué)理論是源于情境教學(xué)流派對傳統(tǒng)學(xué)徒制的深入探究。情境教學(xué)里的“情境”概念之時納入了邁克爾·波蘭尼（Michael Polanyi）的“默會知識（Tacit Knowledge）”這一概念，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)必須遵循情境性原則[11]，即考慮重要知識的默會本質(zhì)——不能通過語言或文字表達并傳遞給他人的屬性[12]?！澳瑫R”的引入進一步明確了真實情境在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動中的重要性，學(xué)習(xí)者不能通過被動理解僅憑語言表達的默會知識，而只能置身于有利于默會知識習(xí)得的情境才能習(xí)得這部分知識。

總的來說，情境教學(xué)所謂之情境應(yīng)同時具備真實性、合作性、反思性、清晰性、整體評價等特點。通過對華東師范大學(xué)高文教授對情境教學(xué)理論的研究進行總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)情境教學(xué)之情境主要有以下五個方面的特點：①真實的情境，即能夠反映知識在實踐中應(yīng)用方式的情境，這一情境是真實的活動;②促進合作建構(gòu)的情境，即這一情境應(yīng)支持知識的合作建構(gòu);③促進反思的情境，以便于形成抽象概念;④清晰描述的情境，以便于學(xué)習(xí)者將默會知識轉(zhuǎn)化為清晰知識;⑤整體評價的情境，即在完成學(xué)習(xí)任務(wù)時提供整體學(xué)習(xí)評價[13]。

（四） 主動學(xué)習(xí)理論

主動學(xué)習(xí)（Active Learning）是一種有別于傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生被動聽課的教學(xué)模式，這種教學(xué)模式鼓勵學(xué)生主動地參與到學(xué)習(xí)過程之中[14]。目前，學(xué)術(shù)界對主動學(xué)習(xí)尚無統(tǒng)一界定[15]。但有一點可以確定，與傳統(tǒng)模式下教師的教和學(xué)生的學(xué)彼此分離的觀點不同，主動學(xué)習(xí)是一種學(xué)生積極參與的學(xué)習(xí)活動，她不僅包括與學(xué)習(xí)活動緊密關(guān)聯(lián)的問題分析、解決與評價，還涵蓋教師組織的針對課程內(nèi)容、觀點會問題進行的研討活動[11]。不僅如此，主動學(xué)習(xí)通常還包括以下教學(xué)方面的技巧，如游戲組織、技術(shù)應(yīng)用、團隊協(xié)作等[16]。

三、CDIO模式下的教學(xué)

新版《重新認識工程教育》明確指出CDIO模式下的教學(xué)是一種基于經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論、主動學(xué)習(xí)理論、情境教學(xué)理論的綜合性教學(xué)模式，其目的在于通過為學(xué)生提供豐富的“設(shè)計-實現(xiàn)”經(jīng)驗，幫助學(xué)生達成預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果[16]。雖然CDIO模式并未限定實施CDIO模式的教學(xué)方法，但卻明確說明了十二條用于確保實現(xiàn)CDIO模式預(yù)期愿景的有效實踐準則，即《CDIO標準》。在第二版《重新認識工程教育》出版之時，第一版本的《CDIO標準》也迎來了更新[17]。以下簡要描述《2.0版CDIO標準（CDIO Standards v2.0）》中與教學(xué)有關(guān)相關(guān)準則及其與教學(xué)理論之間的關(guān)聯(lián)：

（一） 基于經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論的CDIO教學(xué)

CDIO模式下的教學(xué)源于經(jīng)驗學(xué)習(xí)理論，并與建構(gòu)主義和認知發(fā)展理論緊密相關(guān)。表1所示的CDIO標準5將CDIO模式下學(xué)生所需學(xué)習(xí)經(jīng)驗定義為有關(guān)“設(shè)計-實現(xiàn)”的經(jīng)驗。這一經(jīng)驗與工科畢業(yè)生未來將要擔(dān)負的主要工作職責(zé)休戚相關(guān)，這是因為代表產(chǎn)品“構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行”流程的“設(shè)計-實現(xiàn)”活動涵蓋現(xiàn)代工程師所參與的產(chǎn)品設(shè)計、方案實施及系統(tǒng)運行生命周期內(nèi)的所有活動，是現(xiàn)代工程師的本職工作的學(xué)術(shù)性描述。

表1 ? ?CDIO標準5[16]

不僅如此，標準5還刻意強調(diào)學(xué)生所需的“設(shè)計-實現(xiàn)”經(jīng)驗應(yīng)是有組織的，既應(yīng)包含“初級經(jīng)驗”，又應(yīng)包含“高級經(jīng)驗”。這意味著基于CDIO的教學(xué)除應(yīng)考慮知識本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)以外，還應(yīng)充分考慮學(xué)生的認知發(fā)展狀況，作為教學(xué)活動促進者的教師應(yīng)依據(jù)這些要求科學(xué)、合理地組織教學(xué)活動，進而促使學(xué)生為未來勝任工程師工作做好準備。

此外，值得一提的是，上述學(xué)習(xí)經(jīng)驗的最終確定并不是從純粹的理論推演而來，而是在參考已有行業(yè)標準，由教師、學(xué)生、工業(yè)界代表、校友及學(xué)者等群體組成的利益相關(guān)者共同完成。這些經(jīng)驗并非一成不變，當工程師所面臨的工程實踐環(huán)境發(fā)生改變時，上述學(xué)習(xí)經(jīng)驗也應(yīng)隨之進行適當調(diào)整。

（二） 基于情境教學(xué)理論的CDIO教學(xué)

CDIO模式下的教學(xué)主張以“構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行”為工程教育的情境而非內(nèi)容[18]，在CDIO標準1中即明確了這一要求?？紤]到工科教學(xué)的實際情況，創(chuàng)設(shè)這一情境的場所（即“設(shè)計—實現(xiàn)”工作坊）可以安排在教室或現(xiàn)代化的學(xué)習(xí)實踐場所（如工程實訓(xùn)中心），用以支持學(xué)生開展操作訓(xùn)練或社會實踐訓(xùn)練方面的學(xué)習(xí)。依據(jù)情境教學(xué)之情境所應(yīng)具備的特征，在這一場所中教師應(yīng)采取項目教學(xué)、基于問題教學(xué)、探究式教學(xué)等教學(xué)方法努力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)與真實工程實踐情境相仿的學(xué)習(xí)情境。在這一過程中，教師不僅需要協(xié)助學(xué)生完成基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)、獲得設(shè)計實現(xiàn)經(jīng)驗，還須組織學(xué)生開展學(xué)習(xí)評價，以便于學(xué)生自覺完成反思活動。

表2 ? ?CDIO標準1[16]

（三）基于主動學(xué)習(xí)理論的CDIO教學(xué)

選擇主動學(xué)習(xí)作為CDIO模式下教學(xué)的理論基礎(chǔ)的目的在于采取措施促使工程教育變得有吸引力，CDIO標準8明確指出CDIO模式下的教學(xué)是基于主動經(jīng)驗學(xué)習(xí)方法。在基于CDIO的教學(xué)過程中，教師應(yīng)采取一切措施，幫助工科學(xué)生發(fā)現(xiàn)獲得“設(shè)計-實現(xiàn)”經(jīng)驗的實際意義，提升其對工程職業(yè)的理解，進而幫助學(xué)生培養(yǎng)工程學(xué)習(xí)之興趣。唯有在此基礎(chǔ)之上，作為學(xué)習(xí)者的學(xué)生才會積極主動地參與到教師精心設(shè)計的學(xué)習(xí)活動中間。

表3 ? ?CDIO標準8[16]

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基金項目：廣東省教育廳人文社科項目（項目編號：2012WYXM_0029）;教育部人文社會科學(xué)研究項目（項目編號：13YJA880035）。