基于CDIO理念的“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式構建與實踐

宋殿義 茍亞軍 龔佑興 張煒 王佳豪 葉童

摘? 要：根據國家培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才的需求，探索了如何將大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃與課程計劃、課程建設、課程教學和實踐教學等有機結合的問題。將“創(chuàng)新性計劃”與系列研究型課程聯動，構建了基于CDIO理念的“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”一體化課程計劃，實現了研究型課程和本科畢業(yè)設計（論文）與“創(chuàng)新性計劃”的深度融合。初步實踐表明，“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式是培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力的有效途徑。

關鍵詞：創(chuàng)新性計劃;CDIO;研究型教學

中圖分類號：G640? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）03-0034-04

Abstract： In order to meet the demanding of training high-level innovative talents， the methods that undergraduates training programs of innovation and entrepreneurship organically combined with curriculum plans， curriculum construction， course teaching and practice teaching etc. are researched. "Innovation Experiment Program" and the series of research courses are tightly integrated， and the integral course plan of "Research Course + Innovation Experiment Program" based on CDIO is built. In addition， research courses， undergraduate design（thesis） and "Innovation Experiment Program" are deeply merged， so that the teaching model of "Research Course + Innovation Experiment Program" is established. Finally， the preliminary practice in the undergraduate teaching of National University of Defense Technology shows that the mode of "Research Course + Innovation Experiment Program" can cultivate innovative ability of college students effectively.

Keywords： Innovation Experiment Program; CDIO; research teaching

當前，我國正在實施建設創(chuàng)新型國家的重大戰(zhàn)略，培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才已經成為我國高等教育的重要目標，而傳統的教育理念和培養(yǎng)模式已不適應這一目標的要求?！督逃筷P于做好“本科教學工程”國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃實施工作的通知》（教高函〔2012〕5號）已明確將國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃定位為，轉變教育觀念、改革人才培養(yǎng)模式、提高學生創(chuàng)新能力的重要途徑，并要求將其融入到人才培養(yǎng)的全過程。因此，必須深入系統研究大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃（以下簡稱為“創(chuàng)新性計劃”，包括國家級、省級和校級計劃等）如何有機融入課程計劃、課程建設、課程教學和實踐教學的問題。

CDIO工程教育模式是21世紀國際工程教育改革的最新成果[1]。CDIO代表（Conceive、Design、Implement和Operate），相當于產品的構思、設計、實施和運行。CDIO模式建立一體化的相互支撐和有機聯系的課程體系，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程[2]。它是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達[3]。CDIO模式不僅注重打牢學生的工程技術基礎，而且注重學生工程實踐能力和綜合素質的全面培養(yǎng)。CDIO工程教育模式的可操作性較強，《CDIO教學大綱》和《CDIO標準》為工程技術人才培養(yǎng)提供了具體的實施指引。自2005年以來，國內高校不斷就CDIO中國化的問題進行研究和實踐，在工程教育的人才培養(yǎng)模式改革、課程體系建設和課程建設等方面已取得一些成果[4-6]。研究與實踐表明，C

DIO可以為開展探究式教學提供全方位支撐，探究式教學模式能夠在CDIO工程教育改革中發(fā)揮獨特作用[7]。

為了探索培養(yǎng)高水平工程創(chuàng)新人才的新途徑，本文將“創(chuàng)新性計劃”融入課程教學和教學計劃，借鑒CDIO工程教育模式，構建了“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式，并進行教學實踐，總結了教學經驗，提出了相關建議。

一、“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式的構思

“培養(yǎng)什么人”和“如何培養(yǎng)人”是任何教育都必須面對的兩個根本問題。“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式是一種培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教育模式，旨在為實現“將本科生培養(yǎng)成為適應創(chuàng)新型國家建設需要的創(chuàng)新人才”目標提供一種有效途徑。創(chuàng)新人才一般應具備以下素質[8-9]：一是創(chuàng)新意識，即追求創(chuàng)新、以創(chuàng)新為榮的觀念和意識;二是創(chuàng)新思維，即活躍的靈感、創(chuàng)造性的想象和積極的求異精神等;三是創(chuàng)新技能，即能運用創(chuàng)新技法進行創(chuàng)新實踐;四是創(chuàng)新激情和創(chuàng)新人格。

解決了“培養(yǎng)什么人”的問題之后，關鍵是“如何培養(yǎng)人”，即如何進行創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐，以實現其培養(yǎng)目標。在實現培養(yǎng)目標方面，需要依據CDIO標準構建一體化課程計劃，實現知識、能力和素質的全面培養(yǎng)，使學生獲得一體化學習經驗，同時需要建立以培養(yǎng)目標為基礎的評估與改進制度（持續(xù)改進）[2]。

（一）構建一體化課程計劃

CDIO模式的核心是一體化課程計劃。CDIO一體化課程計劃一般包括一門導論性課程、各種學科課程、專業(yè)課程和與能力學習效果高度交叉的總結性“設計-實現”實踐項目。其中，導論性課程不僅要使學生對工程實踐和工程師的角色有一個初步的了解，而且要激發(fā)學生對學習工程的興趣;“設計-實現”實踐項目為總結性學習環(huán)節(jié)，也稱為“壓頂石”課程。

“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式依托“創(chuàng)新性計劃”平臺構建一體化課程計劃，將“創(chuàng)新性計劃”與課程學習和畢業(yè)設計（論文）深度融合，以實現知識學習和能力素質培養(yǎng)的雙重效應（一體化培養(yǎng)）。圖1給出了“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”一體化課程計劃的魚骨圖，其中新生研討課、導論課、專題研討課、專業(yè)基礎課及專業(yè)課應采用研究型課程大綱和探究式教學方法實施教學。根據專業(yè)特點，可按“新生研討課/導論課+專業(yè)基礎課/專題研討課+專業(yè)課+創(chuàng)新性計劃+畢業(yè)設計（論文）”或“專業(yè)基礎課/專題研討課+專業(yè)課+創(chuàng)新性計劃+畢業(yè)設計（論文）”[10]兩種模式構建一體化課程計劃，前者適合于大一或大二確定了專業(yè)并開設新生研討課或研究型導論課程的情況，后者適合于大一、大二不分專業(yè)的情況。

在“新生研討課/導論課+專業(yè)基礎課/專題研討課+專業(yè)課+創(chuàng)新性計劃+畢業(yè)設計（論文）”模式中，大一或大二的新生研討課或導論課教學要注重激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情，引導學生開展創(chuàng)新項目的構想（Conceive）;在相關專業(yè)基礎課或專題研討課的學習過程中，進一步引導學生進行創(chuàng)新項目的方案設計（Design），并為申報“創(chuàng)新性計劃”項目奠定基礎。而在“專業(yè)基礎課/專題研討課+專業(yè)課+創(chuàng)新性計劃+畢業(yè)設計（論文）”模式中，可以在專業(yè)基礎課或專題研討課的學習過程中形成“創(chuàng)新性計劃”項目的構思（Conceive）和方案設計（Design），并根據“創(chuàng)新性計劃”申請要求適時進行項目申請。項目立項后，結合相關專業(yè)課程的學習，實施項目研究（Implement）。項目研究成果可以在畢業(yè)設計（論文）或就業(yè)創(chuàng)業(yè)中進行應用實踐，實現項目應用（Operate）。這樣通過一體化的課程計劃可以形成“創(chuàng)新性計劃”與研究型課程之間的聯動。具體而言，可將“創(chuàng)新性計劃”項目分階段按知識體系分為若干需要專業(yè)知識支撐的子項目，并將各子項目與相關研究型課程相結合，使學生在項目研究中學習知識、探索知識、提升能力和素質。

在“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”一體化課程計劃中，為了使畢業(yè)設計（論文）與“創(chuàng)新性計劃”深度融合，指導教師可根據學生前期“創(chuàng)新性計劃”項目的研究情況提煉出合適的畢業(yè)設計（論文）題目，指導學生對“創(chuàng)新性計劃”項目進行深入研究，并對前期研究進行總結和提升。在畢業(yè)設計（論文）實施階段，一方面，完善“創(chuàng)新性計劃”項目研究，撰寫項目研究報告，準備項目結題;另一方面，拓展或深化“創(chuàng)新性計劃”項目研究，并適時申請專利或進行應用實踐，以形成高質量的畢業(yè)設計（論文），甚至為畢業(yè)后自主創(chuàng)業(yè)奠定基礎。這樣通過“創(chuàng)新性計劃”與研究型課程和畢業(yè)設計（論文）的深度融合，可以讓學生取得一體化學習經驗，實現一體化培養(yǎng)。

（二）制訂研究型課程大綱

研究型課程是實施“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”一體化課程計劃的重要載體，課程大綱必須與一體化課程計劃相適應?！禖DIO教學大綱》為制訂研究型課程大綱提供了完整的框架，其第一層（頂層）為知識、能力和素質大綱，包括4個方面：知識基礎及工程推理能力;職業(yè)技能、工作態(tài)度（職業(yè)道德）和個人基本素質;溝通交流能力及團隊協作能力;在社會和企業(yè)環(huán)境下的CDIO。對于每門研究型課程，需結合課程的具體情況，對知識、能力和素質大綱進行細化和分解，并提出教學目標，形成課程大綱的第二層和第三層，進而制訂出具體的教學大綱[11-12]。表1給出了作者所承擔的《結構設計原理》研究型課程建設中制訂的基于CDIO的能力和知識教學大綱[10]。該課程綜合考慮學生的基礎知識學習和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，在工程結構設計基礎知識學習的基礎上，開展新結構新材料專題研究性學習，使學生樹立正確的創(chuàng)新理念，提高創(chuàng)新意識，了解結構創(chuàng)新設計的方法與途徑和相關專題的研究背景，培養(yǎng)學生的自主學習能力和結構創(chuàng)新技能，并為學生申報“創(chuàng)新性計劃”項目奠定基礎。其中“項目實踐”以小組的形式進行，讓學生以團隊合作的形式開展選題與方案研討，通過團隊合作、研討和師生交流，形成初步研究方案，為成功申報“創(chuàng)新性計劃”項目奠定良好基礎。

（三）開展探究式教學

CDIO的核心理念是“一體化”[7]，即一體化課程計劃和一體化學習經驗。探究式教學以“問題”為牽引，即學習活動是以問題為載體展開的自主學習。“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式結合了二者的優(yōu)點，該模式對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的針對性和系統性更強，學習目標更明確，學生的學習方式也將由被動的接受型轉變?yōu)橹鲃拥淖灾餍汀?/p>

“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式將“創(chuàng)新性計劃”項目作為探究式教學的核心問題，將探究式教學貫穿于人才培養(yǎng)的全過程，使探究式教學與一體化課程計劃深度融合，有利于形成探究式教學的長效機制。通過項目構想、項目方案和項目研究將一體化課程計劃與研究型課程有機結合，使知識學習與能力、素質培養(yǎng)都圍繞“創(chuàng)新性計劃”項目展開，使之成為一個有機的整體。在“創(chuàng)新性計劃”項目實施過程中，學生在教師的指導下以探究式的方法學習課程、探索知識、綜合運用知識，錘煉團隊精神，從而獲得一體化學習經驗。

“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式將“創(chuàng)新性計劃”項目分解為若干子項目作為單門或多門課程教學的探究問題，有利于實現課程的探究式教學，提升課程的教學效果。教師根據教學目的和內容，將“創(chuàng)新性計劃”項目分解成若干個與相關研究型課程密切相關、難度適度、邏輯合理的子項目，使課程教學與“創(chuàng)新性計劃”相結合;學生將子項目作為課程學習的出發(fā)點，深入分析需要解決的問題，最終通過自己的探索和研究解決問題、學習知識，從中體會學習的樂趣和解決問題的成就感。在此過程中，學生的學習能力和解決問題的能力得到有效鍛煉，自主探究能力被充分發(fā)掘。

二、“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式的實踐

國防科技大學十分重視本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，近年來加大了研究型教學和“創(chuàng)新性計劃”的投入，不但提供了“創(chuàng)新性計劃”項目和“長城信息杯”項目等多種創(chuàng)新實踐活動平臺，還重點建設了新生研討課和專題研討課等研究型課程。作者及所在課程團隊通過多年的研究型課程教學及“創(chuàng)新性計劃”項目指導，對“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式進行了探索和實踐。

（一）基本做法與初步成效

2010年以來，作者在所承擔的專業(yè)基礎課程和專題研討課程教學中進行了課程教學與“創(chuàng)新性計劃”聯動、“創(chuàng)新性計劃”與畢業(yè)設計（論文）聯動的實踐。基本做法是：組建課程教學團隊進行課程教學，教學過程中課程教學團隊結合課程教學內容提煉出適合學生進行創(chuàng)新實踐活動的子課題供學生選擇，在課堂上簡要介紹課題的研究背景，并鼓勵學生根據個人興趣自主提出研究課題;學生在課后自主選題、編組（3～5人一組），進行初步方案設計，團隊教師全程進行課后輔導和項目指導;最后，團隊教師組織學生在課堂上進行匯報與研討，課后進一步指導學生申報“創(chuàng)新性計劃”項目。項目獲得立項后，課程教學團隊轉化為導師團隊，指導教師根據項目內容和學生人數，將“創(chuàng)新性計劃”項目進行分解，形成子項目供項目組學生選擇。而后，指導教師根據項目完成情況擬定畢業(yè)設計（論文）題目，并指導學生完成項目研究和畢業(yè)設計（論文）。

實踐表明，“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式的教學效果顯著。參與該模式的學員，其探究能力、合作精神和創(chuàng)新能力均有明顯的提高。5年來，共獲國家級“創(chuàng)新性計劃”項目11項，省級4項，校級4項，“挑戰(zhàn)杯”項目1項、“長城信息杯”項目9項。其中，獲“長城信息杯”三等獎1項，已獲授權國家發(fā)明專利1項、實用新型專利9項。此外，以“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式進行的畢業(yè)設計（論文）優(yōu)秀率是同期學員的3倍左右。

（二）經驗與建議

1. 組建課程教學團隊實現一體化教學

課程教學團隊由多名教師組成，老中青搭配，團隊成員不但負責課程的教學，而且參與學生“創(chuàng)新性計劃”項目和畢業(yè)論文的指導，實現“教、學、研”的聯動。在研究型課程教學階段，既可分專題授課，團隊成員根據個人專長講授各自擅長的專題，也可以由課程負責人集中授課，同時教學團隊還承擔課后輔導及指導學生申報“創(chuàng)新性計劃”項目等任務。在“創(chuàng)新性計劃”項目研究和畢業(yè)設計階段，課程教學團隊轉化為導師團隊，導師團隊對學生實施集體指導，每名教師具體負責1項“創(chuàng)新性計劃”項目以及該項目組學生畢業(yè)設計（論文）的指導。通過課程教學團隊集體指導，能有效實現學生與學生之間、學生與教師之間及教師與教師之間的優(yōu)勢互補和資源共享。作者通過課程教學團隊的建設感受到，團隊成員不但牢固地樹立了先進的教育理念，而且在教學水平和專業(yè)素養(yǎng)等方面也得到較大提高。

2. 調動學生的積極性和創(chuàng)造性進行“創(chuàng)新性計劃”項目選題

“創(chuàng)新性計劃”項目選題可采用學生自主選題和教師提供課題兩種方式。學生自主選題方式主要是教師在教學過程中，通過“創(chuàng)新性計劃”項目介紹、創(chuàng)新實例剖析與研討等方式，激發(fā)學生的創(chuàng)新靈感，發(fā)揮學生的主觀能動性，讓學生在學習過程中萌生創(chuàng)新的“想法”。教師提供課題方式是由教師介紹一些子課題的研究背景，但不給出具體方案，通過調動學生的學習主動性，開拓學生的思考空間，學生有的放矢地提出研究方案。教師在指導學生選題時應注意以與本學科專業(yè)關系密切、創(chuàng)新空間大的課題作為重點。確定選題后，學生在教師的指導下進一步完善研究方案，并根據“創(chuàng)新性計劃”項目要求撰寫申報書，大幅提高了學生項目申報的成功率，從而實現“創(chuàng)新性計劃”與研究型課程的有機結合。

3. 按照CDIO模式開展研究型課程教學

在開展研究性課程教學時，教學內容的組織和教學方法的選擇應符合CDIO模式的基本要求;教師在傳授知識的過程中更加注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，通過課內研討、課外自學、團隊協作等多種方式開展探究式學習，提升學生的綜合素質。堅持以“問題”為導向引導學生思考，按照問題的提出、問題的分析和問題的解決模式來組織學生討論和學習。在項目實踐中，引入典型案例，重點就其“創(chuàng)新點”或“構思創(chuàng)意”進行深入剖析和研討，并據此舉一反三，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和學習興趣。在教學內容方面著力實現知識體系“模塊化”，將教學內容中功能相似或原理相同的部分組合成相對獨立的知識模塊或能力模塊，“模塊”之間相對獨立，但整體上又組成彼此聯系的模塊化知識體系。通過知識體系“模塊化”，既拓展知識的應用，又避免內容的重復，便于形成教、學、做相對統一的一體化課程體系。

4. 強化畢業(yè)設計（論文）“壓頂石”作用

畢業(yè)設計（論文）為總結性學習環(huán)節(jié)，具有“壓頂石”的作用。首先，合理規(guī)劃畢業(yè)設計（論文）內容?；凇皠?chuàng)新性計劃”項目的畢業(yè)設計（論文）不但要與本專業(yè)密切相關，而且應能綜合運用所學知識，與課程學習有較好的連貫性，并起到升華所學知識、全面鍛煉學生能力的作用。其次，保證畢業(yè)設計（論文）的工作量?！把芯啃驼n程+創(chuàng)新性計劃”模式下的畢業(yè)設計（論文）要求學生在完成畢業(yè)設計（論文）期間完成“創(chuàng)新性計劃”項目的研究，以及項目結題和答辯，后續(xù)還可申請專利或進行應用實踐，內容充實，工作量飽滿。最后，讓學生得到更為深入的科學研究鍛煉。由于“創(chuàng)新性計劃”項目的立項、實施和結題等要求較為嚴格，對學生的科學研究能力鍛煉較大，在此基礎上學生開展畢業(yè)設計（論文）可進一步培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)，不但更容易形成高質量的畢業(yè)設計（論文），而且有助于學生養(yǎng)成嚴謹細致的學風。

三、結束語

針對我國建設創(chuàng)新型國家的人才培養(yǎng)新情況和新需求，以“創(chuàng)新性計劃”為平臺，以研究型課程為載體，借鑒CDIO工程教育模式，構建了培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才的“研究型課程+創(chuàng)新性計劃”模式。該模式結合了CDIO的先進理念和探究式教學的優(yōu)點，使學生的學習目標更明確，學習的積極性和主動性極大提高。經過多年的教學實踐，證明這種模式不僅可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質，而且能有效提高學生的創(chuàng)業(yè)就業(yè)能力。

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