CDIO工程教育認(rèn)證下的多維度人才培養(yǎng)模式改革初探

張德偉 朱孔偉 沈培鋒

【摘要】在CDIO工程教育認(rèn)證的大背景下，為解決高等工科教育中重理論輕實(shí)踐、學(xué)生“學(xué)與不學(xué)”區(qū)別不大的現(xiàn)狀、學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新意識和功利性較強(qiáng)等問題，根據(jù)本校通信工程專業(yè)的自身情況和學(xué)生特點(diǎn)，從依托省級一流本科課程《單片機(jī)原理及應(yīng)用》“趣味課堂”模式改革、踐行思政育人、探索“一分表現(xiàn)一分所得”的激勵(lì)性過程評價(jià)機(jī)制、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、專業(yè)教師需要解決的自身課程和教學(xué)改革的幾個(gè)重點(diǎn)問題、負(fù)反饋糾錯(cuò)機(jī)制和拔尖人才培養(yǎng)等七個(gè)方面進(jìn)行了多維度人才培養(yǎng)模式改革初探論述，努力實(shí)現(xiàn)高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

【關(guān)鍵詞】工程教育認(rèn)證? 趣味課堂? 激勵(lì)性過程評價(jià)體系? 思政育人? 負(fù)反饋機(jī)制

【基金項(xiàng)目】本文系2019年山東省級一流本科課程《單片機(jī)原理及應(yīng)用》（2019SYLKC015）和臨沂大學(xué)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》學(xué)生學(xué)習(xí)評價(jià)改革項(xiàng)目（PJKC1943）的研究成果。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）12-0188-04

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。2008年，我國教育部高等教育司發(fā)文成立“CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐課題組”;2016年，在教育部原“CDIO工程教育改革試點(diǎn)工作組”基礎(chǔ)上成立“CDIO工程教育聯(lián)盟”。 [1]

我國高等工科教育的迫切任務(wù)是盡快培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師，然而我國工科的教育實(shí)踐中還存在不少問題，如重理論輕實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、重視知識學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng)等問題。[1]截至2018年，中國通過工程教育認(rèn)證的高等學(xué)校有227所，大部分為雙一流高校，專業(yè)主要分布于機(jī)械、化工、電子信息等21個(gè)工科專業(yè)類，但相比中國1243所本科高校的總量來說，通過工程認(rèn)證的比例還比較低（18.3%）。

鑒于目前工程教育認(rèn)證的大勢所趨，結(jié)合本校通信工程專業(yè)的自身特色和學(xué)生特點(diǎn)，進(jìn)行了以下多維度人才培養(yǎng)模式改革初探，取得了較為理想的育人效果。

一、依托山東省省級一流本科課程《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 “趣味課堂”教學(xué)模式改革，上下貫通課程群網(wǎng)絡(luò)，以點(diǎn)帶面

鑒于《單片機(jī)原理及應(yīng)用》在通信工程專業(yè)培養(yǎng)體系中的重要地位，為改變本門課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，在新工科成果導(dǎo)向教育（OBE）理念的指導(dǎo)下，在教學(xué)實(shí)踐中探索出《單片機(jī)原理及應(yīng)用》“四個(gè)層次，層層遞進(jìn)”的趣味課堂教學(xué)模式。該模式的主要特點(diǎn)是每個(gè)單元均采用“實(shí)驗(yàn)箱現(xiàn)場調(diào)試+C51編程提升+硬件知識增強(qiáng)”的融合式教學(xué)方法展開教學(xué)，保證每個(gè)教學(xué)單元都有“趣味實(shí)驗(yàn)”配套。從單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分開始;經(jīng)過循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外圍擴(kuò)展模塊;到基于Altium Designer軟件的PCB制版硬件設(shè)計(jì)，直至學(xué)生完成軟硬件作品的完整設(shè)計(jì)。[2] 經(jīng)過連續(xù)6屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，表明該模式能大幅提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新動手能力。

本教學(xué)改革已得到學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目基金資助。筆者主持的通信工程專業(yè)核心課程《單片機(jī)原理及應(yīng)用》也于2020年1月剛剛獲批“山東省省級一流本科課程”。

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》作為通信工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，在通信工程專業(yè)的專業(yè)培養(yǎng)體系中占據(jù)著非常重要的地位。本課程在《C語言程序設(shè)計(jì)》《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，主要學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)開發(fā)的全部流程，包括軟件代碼編寫、硬件電路設(shè)計(jì)和PCB制版設(shè)計(jì)，對于培養(yǎng)學(xué)生在通信及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)從事電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的軟/硬件研發(fā)、獨(dú)立思考、創(chuàng)新探究能力起著非常重要的作用。本課程在通信工程專業(yè)的課程體系中起著重要的承上啟下的核心紐帶作用，串聯(lián)起上下打通的課程群網(wǎng)絡(luò)。向上打通《電路原理》《模擬電子技術(shù)》《數(shù)字電子技術(shù)》和《C語言程序設(shè)計(jì)》，向下打通《傳感器技術(shù)應(yīng)用》《MATLAB 仿真》《無線傳感網(wǎng)絡(luò)》和《嵌入式系統(tǒng)》等課程。

二、育人和教書并重，從思想根源入手解決學(xué)生厭學(xué)問題

重視課堂思政，積極考勤，缺勤的同學(xué)通知到人，談心、找原因，從思想根源上找出厭學(xué)原因，不讓一個(gè)學(xué)生掉隊(duì)，本科教學(xué)不能只做精英教育，是要讓每個(gè)本科學(xué)生都達(dá)標(biāo)。而且配合課堂教學(xué)模式改革和學(xué)生學(xué)習(xí)評價(jià)體系改革后，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)興趣發(fā)生了顯著的變化，改變了學(xué)生被動式學(xué)習(xí)，每個(gè)學(xué)習(xí)單元要求當(dāng)堂完成，現(xiàn)場驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場打出課堂表現(xiàn)分，引入競爭機(jī)制，營造你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了創(chuàng)新動手能力。學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)和任務(wù)驅(qū)動下自主學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)出他們的主觀能動性和創(chuàng)新能力，挖掘他們的好奇心，每一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)子都可以通過自己編程、接線、下載調(diào)試來驗(yàn)證是否正確，每節(jié)課都能提升自信和獲得成就感，使學(xué)生的學(xué)習(xí)真正實(shí)現(xiàn)由“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變，學(xué)風(fēng)得到實(shí)質(zhì)性好轉(zhuǎn)。

還特別重視考場思政，在學(xué)生的所有考試中堅(jiān)持做好開考前的考場思政，把作弊危害性和嚴(yán)重性強(qiáng)調(diào)在先，通過社會上其他國家考試“作弊入刑”的鮮活例子給學(xué)生敲響警鐘，使學(xué)生自覺不敢觸碰作弊這一底線，不敢越雷池半步。作弊沒了指望，學(xué)生只能平時(shí)下功夫，學(xué)好每門課程，學(xué)風(fēng)也就水到渠成地改善了。

三、探索靈活、公平合理、“一分表現(xiàn)一分所得”的激勵(lì)性過程評價(jià)體系

現(xiàn)在工程認(rèn)證過程中普遍問題是缺乏基于過程的評分標(biāo)準(zhǔn)——影響對學(xué)習(xí)過程的“導(dǎo)向性”， 導(dǎo)致“學(xué)”與“不學(xué)”、“做”與“不做”區(qū)別不大，從而限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。[3]以往工程認(rèn)證缺失的主要就是記錄證明材料，造假的，專家一眼就能看出。

在我們的平時(shí)課程建設(shè)中，一直注意加強(qiáng)過程監(jiān)控，平時(shí)課堂中小的作品設(shè)計(jì)就采用當(dāng)堂驗(yàn)收，每個(gè)小組成員要講解演示，根據(jù)每人不同表現(xiàn)打出有區(qū)分度的課堂表現(xiàn)成績。用時(shí)越短，等級越高，形成一種你追我趕、互幫促學(xué)的良性競爭機(jī)制，課堂氣氛活躍高效，教學(xué)效果極佳。

針對學(xué)生遲到現(xiàn)象，實(shí)施了“早到前十名”和“晚到后十名”納入平時(shí)課堂紀(jì)律表現(xiàn)的策略，實(shí)行三次以后，遲到現(xiàn)象和辦事拖拖拉拉的作風(fēng)基本杜絕。

針對當(dāng)前普遍的上課玩手機(jī)現(xiàn)象，加大監(jiān)控力度，發(fā)現(xiàn)一次，記錄警告一次，平時(shí)成績減分。所以平時(shí)的過程監(jiān)控老師開始要更辛苦一些，但一旦嚴(yán)格按指定的制度實(shí)行，學(xué)生后期就會自覺遵守了，有效消除目前最大的手機(jī)成癮問題。

最后的作品考試也要嚴(yán)格答辯調(diào)試環(huán)節(jié)，6年來一直堅(jiān)持答辯全程錄像，錄像材料完好保存在移動硬盤里，為工程認(rèn)證提供最寶貴的過程記錄材料，這個(gè)過程也恰恰是教學(xué)過程中最缺失的一項(xiàng)，造假的材料，專家一眼即能看出。雖然費(fèi)時(shí)費(fèi)力，比較繁瑣，但是過程材料每年完整地保存下來，是最好的工程認(rèn)證平時(shí)過程材料，彌足珍貴，也可以清晰地再現(xiàn)本課程的發(fā)展歷程。

具體的學(xué)生學(xué)習(xí)評價(jià)方式改革，以本人主持的省級一流課程《單片機(jī)原理及應(yīng)用》為例來說明：

（一）評價(jià)項(xiàng)目

評價(jià)項(xiàng)目包括期末作品和平時(shí)綜合表現(xiàn)，采用公平合理的過程化考核方式。期末作品要求學(xué)生完成一件軟硬件綜合設(shè)計(jì)作品，可以考查學(xué)生的C51軟件編程能力和PCB制版設(shè)計(jì)能力。平時(shí)成績采用靈活多樣的能激發(fā)學(xué)生積極性和學(xué)習(xí)潛力的多種過程化考核方式，比如課堂創(chuàng)意表現(xiàn)、期中能力測試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和學(xué)生自評互評等。期末作品成由PCB制版成績、軟件編程和提交文檔成績、系統(tǒng)調(diào)試和答辯成績和作品設(shè)計(jì)難度和創(chuàng)新性成績構(gòu)成，區(qū)分度好。

（二）評價(jià)主體

任課教師評價(jià)和學(xué)生自評、學(xué)生互評相結(jié)合，任課教師和課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師評價(jià)相結(jié)合。

積極引入學(xué)生自評，引導(dǎo)學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果有很好的客觀自我認(rèn)識和正確定位。引入學(xué)生互評，是讓每個(gè)學(xué)生都成為其他學(xué)生的監(jiān)督者，使平時(shí)表現(xiàn)成績更具真實(shí)性和公平性。

期末作品采用任課教師評價(jià)和課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師評價(jià)相結(jié)合的互評方式，期末作品答辯時(shí)全程視頻錄像，既可以作為后期教師評價(jià)的依據(jù)，又可以作為工程認(rèn)證重要的記錄（微課視頻）保存下來，值得推廣。

四、對于二本院校，工程認(rèn)證復(fù)雜工程問題的定位就是“創(chuàng)新意識培養(yǎng)”

把創(chuàng)新意識的培養(yǎng)當(dāng)成日常課堂教學(xué)和期末考試最重要的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對于作品考試來說及格的底線就是是否具有創(chuàng)新性，創(chuàng)新性可以是方方面面的，可以體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的一點(diǎn)一滴中。在創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)上，再來談復(fù)雜工程問題，鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑權(quán)威，大膽想象，突破條條框框，可以天馬行空地想，腳踏實(shí)地地做。

實(shí)施課程的課堂教學(xué)模式改革后，學(xué)風(fēng)大為改善，依靠令人耳目一新的“趣味課堂”教學(xué)模式使學(xué)生真正喜歡上這門課，主動來上課，并能做到每節(jié)課快樂有成就感地學(xué)習(xí)，無形當(dāng)中也培養(yǎng)了學(xué)生的專注力和不浮躁的作風(fēng)。通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革自2014年開始，改革前后課堂教學(xué)發(fā)生了顯著的變化，改變了以往傳統(tǒng)課堂的學(xué)生被動式學(xué)習(xí)，每節(jié)課都能提升自信和獲得成就感，使學(xué)生的學(xué)習(xí)真正實(shí)現(xiàn)由“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變。實(shí)施新的教學(xué)模式改革后，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力有了很大提高，學(xué)生的創(chuàng)意點(diǎn)子越來越多的涌現(xiàn)出來，舉一反三和歸納提煉能力得到很大提升，并且貼近生活，與時(shí)俱進(jìn)，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和積極性;還有比如一些學(xué)生的創(chuàng)意作品：穿衣指數(shù)播報(bào)器;二維碼顯示系統(tǒng);臨沂大學(xué)校園風(fēng)光顯示系統(tǒng);貪吃蛇游戲系統(tǒng);排隊(duì)叫號系統(tǒng);模擬電梯系統(tǒng);酒店點(diǎn)菜系統(tǒng);LED花樣廣告屏遙控控制系統(tǒng)等等。[2]

另外，還表現(xiàn)在高質(zhì)量就業(yè)和參加各級各類大賽的獲獎(jiǎng)質(zhì)量提升。2018屆通信工程二本學(xué)生，2014年入校成績平均在490分左右，但2018年畢業(yè)生整體高質(zhì)量就業(yè)，考研率逐年提高。通信工程一名學(xué)生大三時(shí)被“今日頭條”破格錄用，現(xiàn)在正在孵化創(chuàng)業(yè);2013屆多名學(xué)生獲得2015年全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽華東賽區(qū)特等獎(jiǎng)2項(xiàng);2016屆一名畢業(yè)生獲得山東省優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文等。

五、每位專業(yè)課教師都要解決好自身課程與教學(xué)改革的幾個(gè)重點(diǎn)問題

1.如何做好立德樹人，思政育人工作

身為一名人民教師，一定要做到不忘初心，高度重視思政育人工作。育人就是要用一個(gè)心靈去啟迪另一個(gè)心靈，從每學(xué)期開講第一課開始，就要重視學(xué)生思想工作，從當(dāng)代人和身邊人的勵(lì)志故事講起，潤物細(xì)無聲地融入到專業(yè)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生不浮躁、不功利的作風(fēng)。思想做通了，學(xué)生就會由“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變，學(xué)生也就會成為課堂的主體。

2.如何解決傳統(tǒng)教學(xué)中的痛點(diǎn)和難點(diǎn)問題，即如何提高課程吸引力的問題

筆者通過多年的探索，逐漸摸索出一套《單片機(jī)原理及應(yīng)用》的“趣味課堂”教學(xué)模式，把學(xué)生的吸引力拉到課堂里，并且以每節(jié)課的成就感與手機(jī)搶眼球，從而有效消除目前普遍存在的手機(jī)成癮問題。把這種經(jīng)驗(yàn)和模式傳遞給其他專業(yè)課教師，每個(gè)教師要根據(jù)自己課程的特點(diǎn)，用心摸索適合自己課程的“趣味課堂”模式，使專業(yè)課程群建設(shè)形成“趣味課堂”的“星星之火燎原之勢”。

3.要解決適應(yīng)社會需求，符合OBE理念的教學(xué)內(nèi)容改革，比如《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這門課中增加PCB制版設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，[4]提高學(xué)生全面競爭力，增加就業(yè)機(jī)會。

4.要解決“學(xué)”與“不學(xué)”區(qū)別不大的問題，強(qiáng)化過程評價(jià)體系，引入競爭激勵(lì)機(jī)制，使學(xué)生學(xué)習(xí)潛能最大化。

5.靈活引入“雨課堂”，既可以方便高效地簽到，又能考查學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況，有利于掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況數(shù)據(jù)。在難度大、學(xué)時(shí)緊張的章節(jié)，靈活穿插“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)手段，讓學(xué)生充分利用課下自由支配時(shí)間，使學(xué)習(xí)效率最大化。

6.教師圍繞每個(gè)學(xué)習(xí)單元講解相關(guān)基礎(chǔ)原理知識，學(xué)生可以在教師的引導(dǎo)和任務(wù)驅(qū)動下自主學(xué)習(xí)，任務(wù)目標(biāo)是學(xué)生跳一跳可以達(dá)到的目標(biāo)，根據(jù)不同基礎(chǔ)的學(xué)生制定不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因材施教，讓每個(gè)學(xué)生的潛能最大化。鼓勵(lì)學(xué)生相互合作和溝通交流，并通過QQ、微信等方式加強(qiáng)和學(xué)生的課后交流，并實(shí)時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

六、科學(xué)引入負(fù)反饋機(jī)制，在人才培養(yǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)適時(shí)做好糾錯(cuò)引導(dǎo)

思想教育方面，發(fā)現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象，及時(shí)和學(xué)生談心，查找根源原因，引導(dǎo)學(xué)生從偏離的軌道上逐步回到正常的課堂學(xué)習(xí)中，解決了思想問題，學(xué)生就會由“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變，從而自覺成為課堂的主體。

專業(yè)課程方面，通過學(xué)生課堂表現(xiàn)、“雨課堂”考勤和測驗(yàn)及時(shí)把學(xué)生暴露出的問題反饋給學(xué)生，預(yù)警學(xué)生收到反饋信息及時(shí)調(diào)整狀態(tài)、查漏補(bǔ)缺，從而在最短的時(shí)間內(nèi)迎頭趕上，而不是到期末才發(fā)現(xiàn)落了一大截，到那時(shí)想追趕也有些來不及了。

總之，每位專業(yè)教師要時(shí)刻洞察學(xué)生的一舉一動，要放下身段，做學(xué)生的良師益友，任何問題都要早發(fā)現(xiàn)、早糾正，最大限度地利用好負(fù)反饋機(jī)制。

七、做好學(xué)生競賽團(tuán)隊(duì)的梯隊(duì)建設(shè)，建立專業(yè)拔尖人才培育實(shí)驗(yàn)室

我校通信工程專業(yè)學(xué)生從入校第一學(xué)期上《C語言程序設(shè)計(jì)》時(shí)，就鼓勵(lì)興趣濃厚優(yōu)秀學(xué)生加入物聯(lián)網(wǎng)培育實(shí)驗(yàn)室，以老帶新，做好梯隊(duì)傳承，平時(shí)學(xué)生沒課時(shí)就泡在實(shí)驗(yàn)室里，相互學(xué)習(xí)，日積月累，成效顯著。物聯(lián)網(wǎng)團(tuán)隊(duì)教師積極鼓勵(lì)指導(dǎo)學(xué)生盡早參加專業(yè)大賽，在實(shí)踐中磨煉，以大賽促興趣和提升綜合能力。獲獎(jiǎng)優(yōu)秀學(xué)生又能帶動實(shí)驗(yàn)室成員和本班級非參賽學(xué)生，形成通信工程整個(gè)專業(yè)欣欣向榮的學(xué)習(xí)氛圍。近年來，參加物聯(lián)網(wǎng)大賽獲獎(jiǎng)層次高，數(shù)量多，成效斐然。

八、結(jié)語

總之，在多維度人才培養(yǎng)模式探索中，逐漸培養(yǎng)學(xué)生具有了創(chuàng)新意識，團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，培養(yǎng)學(xué)生具有舉一反三和歸納提煉的能力以及專注、不浮躁、不功利的作風(fēng)。并在探索的過程中做到教學(xué)相長，持續(xù)改進(jìn)，不求功利、腳踏實(shí)地，努力實(shí)現(xiàn)高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，逐步向CDIO工程教育認(rèn)證的12條標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

參考文獻(xiàn)：

[1]CDIO百度百科詞條解釋，https：//baike.baidu.com/item/cdio[Z].

[2]張德偉，朱孔偉.新工科OBE理念下的單片機(jī)“趣味課堂”探索與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（45）：244-247.

[3]申功璋.工程教育專業(yè)認(rèn)證關(guān)鍵指標(biāo)解讀-2019-04-14[R]，2019.

[4]沈培鋒，張德偉.Altium Designer 軟件使用技巧及常見問題探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，12（35）：135-138.

作者簡介：

張德偉（1972年9月-），女，漢族，山東郯城人，碩士，副教授，研究方向物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。

朱孔偉（1971年3月-），男，漢族，山東臨沂人，博士，講師，研究方向?yàn)橹悄芸刂啤?/p>

沈培鋒（1973年8月-），男，漢族，山東龍口人，本科學(xué)歷，副教授，研究方向?yàn)殡姎饪刂啤?/p>