新工科背景下基于CDIO工程教育理念的應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)研究

孟艷艷 賈長洪 劉萌

摘? 要：文章系統(tǒng)分析了應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式普遍存在的問題，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，借鑒

CDIO工程教育理念，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展對工程人才的需求出發(fā)，提出了“1.5+1.5+0.5+0.5”的工科人才培養(yǎng)模式。從教育理念、教育模式、校企合作等方面新工科工程人才培養(yǎng)模式進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校;新工科;CDIO教學(xué)理論;應(yīng)用型工程人才;工程項目化教學(xué)

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）03-0152-04

Abstract： This paper systematically analyzes the common problems in the talent training mode of engineering major in the application-oriented undergraduate colleges. Combined with the goal of new engineering talent training， drawing on the concept of CDIO engineering education， starting from the demand of industrial development for engineering talents， it puts forward "one point five + one point five + zero point five + zero point five" training mode of engineering talents. This paper expounds the training mode of new engineering talents from the aspects of education concept， education mode， talent training objective， curriculum system， teaching resources， talent evaluation system， "school enterprise characteristic class"， etc.

Keywords： applied undergraduate colleges; new engineering; CDIO teaching theory; applied engineering talents; project-based engineering teaching

當(dāng)前，我國正深入實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和新舊動能轉(zhuǎn)換。在新經(jīng)濟的培育和轉(zhuǎn)型過程中，新興產(chǎn)業(yè)企業(yè)面臨的主要問題之一就是符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用型工程人才供應(yīng)嚴(yán)重不足[1]。2017年教育部分別召開了綜合性高校和工科優(yōu)勢高校的新工科建設(shè)研究討論會，提出了新工科建設(shè)的戰(zhàn)略規(guī)劃，并陸續(xù)發(fā)布了“復(fù)旦共識”[1]、“天大行動”[2]和“北京指南”[3]，進(jìn)一步明確了新工科建設(shè)的內(nèi)涵及行動指導(dǎo)思想，為應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)指明了方向。CDIO教育模式是一種以工程項目設(shè)計為導(dǎo)向、工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的最新成果[4]。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。因此，在新工科背景下，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，并借鑒CDIO教育理念，創(chuàng)新和改革實踐課程教學(xué)模式，對電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系進(jìn)行頂層設(shè)計，構(gòu)建了“核心素養(yǎng)、項目驅(qū)動、產(chǎn)教融合、工程環(huán)境”四位一體的人才培養(yǎng)體系。

一、應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

（一）人才培養(yǎng)模式存在問題

首先，應(yīng)用型本科院校的工科人才培養(yǎng)同質(zhì)化非常嚴(yán)重，主要通過學(xué)習(xí)國內(nèi)“985”、“211”重點院校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式和課程體系來進(jìn)行專業(yè)建設(shè)，導(dǎo)致人才培養(yǎng)專注于知識學(xué)習(xí)，缺乏分析和解決問題的能力，尤其缺乏應(yīng)用知識的能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，比如工程能力。

（二）教學(xué)模式存在問題

教學(xué)方法單一，多以理論講授和示范演示為主，多樣化的實踐教學(xué)手段應(yīng)用較少，導(dǎo)致學(xué)生專業(yè)興趣和創(chuàng)新動力不足，并且在專業(yè)課程學(xué)習(xí)過程中很容易出現(xiàn)畏難情緒、放棄學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)多以單個課程實驗或模仿性操作為主，綜合實踐和項目化教學(xué)偏少，各課程知識點孤立，課程之間缺乏連貫性和統(tǒng)一性。

（三）教學(xué)資源不足

滿足工程教育的實驗實訓(xùn)場地和硬件設(shè)施不足。應(yīng)用型工科專業(yè)的學(xué)習(xí)，需要在真刀真槍中練習(xí)，不能僅僅停留在書本理論上，因此優(yōu)質(zhì)的實訓(xùn)環(huán)境和實訓(xùn)平臺是必不可少的。但是隨著高校擴招，學(xué)生人數(shù)增多，大多數(shù)應(yīng)用型本科學(xué)校的專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)不到位，實驗室和實驗設(shè)備不充足。工程項目化教學(xué)資源欠缺。應(yīng)用型本科院校對實踐教學(xué)的重視程度還不夠，實踐教學(xué)學(xué)時偏少，而且專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容單一，實踐項目為驗證性、仿真性、實驗性居多，教師們?nèi)鄙僬鎸嵠髽I(yè)工程項目化教材、教具等教學(xué)資源。

（四）教師缺乏產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗和工程背景

教師缺乏工程項目經(jīng)驗。應(yīng)用型本科院校的工程人才培養(yǎng)要求教師不僅要有扎實的專業(yè)知識，還要有過硬的工程實踐能力。我國應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)的教師很多是從學(xué)校直接到學(xué)校，缺乏企業(yè)工程項目背景和經(jīng)驗，無法承擔(dān)應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的重任。又由于評價體系所限，很多教師專注于科研，大多也不愿到企業(yè)掛職再學(xué)習(xí)，缺少參與真實工程項目的機會，工程實踐能力一直得不到好的培養(yǎng)。因此，“雙師型”教師嚴(yán)重缺乏，這在一定程度上制約了高質(zhì)量應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

（五）工程人才能力評價體系存在問題

很多應(yīng)用型本科院校的人才評價體系存在以下問題：第一，人才能力評價體系內(nèi)容太單一，沿用傳統(tǒng)的考試考核方式，不能很好的評價學(xué)生的綜合素質(zhì)、工程實踐能力、創(chuàng)新能力;第二，雖然設(shè)置了比較完善的人才能力評價體系，但是落地執(zhí)行不徹底，考試環(huán)節(jié)比較重視，其他環(huán)節(jié)存在走過場嚴(yán)重。

二、應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)模式的設(shè)計

要解決上述應(yīng)用型本科院校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的問題，需要對現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式進(jìn)行改革，結(jié)合新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，并借鑒CDIO教育理念，以大學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿整個教學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)企業(yè)需求與人才培養(yǎng)之間的匹配。針對產(chǎn)業(yè)需求來設(shè)定人才培養(yǎng)的目標(biāo)，以校企深度融合為基礎(chǔ)，從夯實專業(yè)基礎(chǔ)、強化專業(yè)實踐技能和創(chuàng)新能力著手，以大學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)為本位，以校企合作“特色班”為教學(xué)載體，提出了“1.5+1.5+0.5+0.5”式的應(yīng)用型本科院校新工科人才培養(yǎng)模式。

（一）教學(xué)理念的設(shè)計

在應(yīng)用型本科院校新工科的教學(xué)設(shè)計中，我們采用杜威的“做中學(xué)”理論和構(gòu)建主義理論為基礎(chǔ)，并采用“基于項目的學(xué)習(xí)（Project-based Learning）”為教學(xué)方式。杜威把教育教學(xué)活動看成是“做的過程”，并提出了“從做中學(xué)、從經(jīng)驗中學(xué)”的思想，“做中學(xué)”的思想主要突出在教學(xué)過程中保護(hù)學(xué)生的創(chuàng)造力，通過實踐的教學(xué)內(nèi)容激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中應(yīng)設(shè)計將經(jīng)驗、活動、學(xué)生作為中心環(huán)節(jié)的教學(xué)活動。教育者要多角度、多層次的對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評價，不僅要對學(xué)生所學(xué)的知識進(jìn)行評價，還應(yīng)當(dāng)評價學(xué)生能力的發(fā)展情況[6]。

基于項目的學(xué)習(xí)它脫離了以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)課堂，強調(diào)以學(xué)生為中心，并且與現(xiàn)實生活中的問題相融合。首先，驅(qū)動型的問題是項目學(xué)習(xí)的關(guān)鍵所在，問題必須明確而且有意義。再次，學(xué)生是主體，教師只是作為引導(dǎo)者幫助他們創(chuàng)造情境、提供材料以及參與整個過程中的評價;最后，項目來自學(xué)生的實際生活，學(xué)生在學(xué)習(xí)中可以應(yīng)對來自現(xiàn)實世界的挑戰(zhàn)，運用所學(xué)知識解決生活問題[6]。

（二）教學(xué)模式的設(shè)計

我們設(shè)計了“1.5+1.5+0.5+0.5”式的應(yīng)用型本科院校新工科人才培養(yǎng)模式，并以校企合作“特色班”為教學(xué)載體。第一階段，1.5學(xué)年的通識課和專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，采用案例式教學(xué)的方式，保證學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，由校內(nèi)教師授課完成教學(xué);第二階段，1.5學(xué)年的專業(yè)課程學(xué)習(xí)（模擬項目實施階段），采用“項目化”和“任務(wù)驅(qū)動”[7]結(jié)合的教學(xué)方式。將企業(yè)工程項目分解為子項目模塊，分別完成不同的子項目，最后進(jìn)行項目集成。每個子項目模塊對應(yīng)1-2門專業(yè)核心課程，每個子項目的完成過程分為三個步驟，首先是進(jìn)行項目分析，其次是學(xué)習(xí)項目所需知識，最后是完成項目。“教學(xué)做”為一體的教學(xué)設(shè)計，保證學(xué)生具備扎實的專業(yè)知識和專業(yè)技能，由學(xué)校教師和企業(yè)工程師共同完成教學(xué);第三階段，0.5學(xué)年的專業(yè)實訓(xùn)，完成真實的企業(yè)研發(fā)或生產(chǎn)項目，從項目的調(diào)研到項目實施嚴(yán)格按照企業(yè)工程項目的標(biāo)準(zhǔn)流程實施，以學(xué)生為主、老師輔助的方式進(jìn)行，著重訓(xùn)練學(xué)生的職業(yè)技能、綜合職業(yè)素質(zhì)、工程能力，學(xué)校教師和企業(yè)工程師共同完成教學(xué);第四階段是0.5學(xué)年的企業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生進(jìn)入與本專業(yè)匹配的企業(yè)及崗位進(jìn)行實際實戰(zhàn)磨練。

這種人才培養(yǎng)模式的實施載體是校企合作特色班[8]，將企業(yè)的產(chǎn)業(yè)資源、行業(yè)經(jīng)驗、研發(fā)技術(shù)、工程項目、實習(xí)崗位等發(fā)展要素植入特色班，并依托高校的師資、教學(xué)場地、實驗實訓(xùn)場地以及豐富的社會資源，完成人才培養(yǎng)。高校在特色班中主要負(fù)責(zé)提供學(xué)生日常管理、通識課和專業(yè)基礎(chǔ)課授課、提供教學(xué)場地和實驗實訓(xùn)場地等服務(wù)。企業(yè)提供實習(xí)、適用于教學(xué)的工程項目、與項目化教學(xué)配套的教學(xué)設(shè)備、綜合素質(zhì)比較高的工程師等服務(wù)。高校和企業(yè)共同負(fù)責(zé)專業(yè)實踐和實訓(xùn)課程教學(xué)、項目化人才培養(yǎng)模式探索、人才培養(yǎng)方案制定、項目化教學(xué)實驗室和實訓(xùn)基地建設(shè)等。

（三）人才培養(yǎng)方案設(shè)計

下面以電子信息工程專業(yè)為例，采用北京紫藤智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司的“智能溫室大棚控制系統(tǒng)”為教學(xué)項目，來細(xì)化新工科人才培養(yǎng)模式。

1. 人才培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計

應(yīng)用型工程人才是具有良好的思想道德品質(zhì)和積極向上的人格、具有寬厚和扎實的理論基礎(chǔ)、具有很強的運用知識解決問題的能力，能夠在某個領(lǐng)域從事試驗研究、規(guī)劃設(shè)計、加工制造、工程應(yīng)用、技術(shù)開發(fā)等工作的人才[9]。應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)是重視解決問題的能力、創(chuàng)新能力、合作能力等核心素養(yǎng)，適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)、研發(fā)的需要，理論知識要夯實并寬口徑，專業(yè)知識方面強調(diào)應(yīng)用性，教學(xué)過程重視理論和實踐結(jié)合，重視實訓(xùn)和技能訓(xùn)練，教學(xué)組織上以就業(yè)為導(dǎo)向。我們以電子信息工程專業(yè)為例說明應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)，見表1。

2. 人才培養(yǎng)過程設(shè)計

校企特色班以20-30人為宜，分為4-6個項目小組，每組約5人。項目小組是項目化學(xué)習(xí)的單位，小組內(nèi)互相合作、互相幫助、互相監(jiān)督、相互競爭。具體的人才培養(yǎng)過程如下：

基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段：本階段共三個學(xué)期，以日常班級授課的方式展開，采用案例教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，主要完成通識課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)導(dǎo)論課程的學(xué)習(xí)，專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)導(dǎo)論課程等。項目模擬實施階段：本階段為期三個學(xué)期，以學(xué)習(xí)小組為單位，教師指導(dǎo)學(xué)生完成不同任務(wù)。首先，將智慧農(nóng)業(yè)項目拆分為5個子項目，每個子項目對應(yīng)1-2門專業(yè)實踐課程或技能。每個子項目的完成分為三個階段，第一個階段是項目的認(rèn)知，明白項目的目標(biāo)、完成項目需要的專業(yè)知識和技能等;第二階段是項目的知識儲備，通過案例驅(qū)動的方式，完成專業(yè)實踐課程或技能的學(xué)習(xí);第三階段是項目的實施，教師指導(dǎo)學(xué)生完成子項目。最后，教師指導(dǎo)學(xué)生完成系統(tǒng)的集成和調(diào)試。表2說明了電子信息工程專業(yè)，基于“智能溫室大棚系統(tǒng)”的項目模擬階段的情況。項目實施階段：本階段為期一個學(xué)期，按照真實的企業(yè)工程項目開發(fā)流程，以學(xué)習(xí)小組為單位，以學(xué)生為主導(dǎo)、教師為輔助，完成工程項目的開發(fā)和實施。其中項目開發(fā)流程包括項目調(diào)研、項目規(guī)劃、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計、器材器具采購、項目軟硬件系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)、系統(tǒng)集成和工程實現(xiàn)、項目報告和總結(jié)。企業(yè)工程助教人員和學(xué)校教師共同完成教學(xué)和學(xué)生的過程性評價。

3. 人才培養(yǎng)評價體系設(shè)計

改變以往單一的評價方式，以學(xué)期為考核的基本單位，對學(xué)生進(jìn)行綜合能力考核。綜合能力分?jǐn)?shù)作為參加各類評優(yōu)的依據(jù)，也作為學(xué)生推薦就業(yè)的參考，最終計入學(xué)生個人檔案。成績考核要三方面結(jié)合：學(xué)校評價和教師評價相結(jié)合、過程評價和期末評價相結(jié)合、集體評價和個體評價相結(jié)合。綜合分?jǐn)?shù)由過程性評價成績、終結(jié)性評價成績兩部分組成，過程性評價成績占70%，期末考試占30%。過程性評價由學(xué)生自評、小組評價、教師評價三部分組成，主要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、項目完成程度、小組合作程度來評定。

4. 校企特色班運行機制設(shè)計

新工科人才培養(yǎng)是一項長期系統(tǒng)工程，學(xué)校和企業(yè)共同成立的校企合作委員會來領(lǐng)導(dǎo)特色班。校企合作委員會對校企合作的重大事項、合作方式以及合作進(jìn)度等進(jìn)行指導(dǎo)。為了保障項目化教學(xué)的開展，需從以下幾個方面保障教學(xué)：

（1）提升師資團(tuán)隊的教學(xué)和工程技能

企業(yè)與高校每年聯(lián)合開展2-3次專業(yè)師資線上線下培訓(xùn)，通過不同主題進(jìn)行專業(yè)知識、專業(yè)技能、工程實踐能力的培訓(xùn)，提升師資的專業(yè)教學(xué)水平與工程實踐能力。

（2）電子信息類專業(yè)技能認(rèn)證合作

校企雙方共同開發(fā)一套電子信息工程類專業(yè)技能認(rèn)證體系，學(xué)員通過認(rèn)證后可獲得相應(yīng)職業(yè)資格證書、就業(yè)支持服務(wù)。通過引入人才認(rèn)證，能夠更好的提升學(xué)生畢業(yè)競爭力、就業(yè)薪資、高質(zhì)量就業(yè)率。

（3）科技競賽實驗室建設(shè)

校企共建電子信息類競賽實驗室，通過競賽促進(jìn)教學(xué)改革、檢驗教學(xué)效果、增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，營造電子信息技術(shù)開發(fā)學(xué)術(shù)氛圍與學(xué)習(xí)環(huán)境，真正達(dá)到“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促改、以賽促建”的目的。

（4）教學(xué)資源建設(shè)

校企雙方共同開發(fā)電子信息工程專業(yè)教學(xué)資源，以能力培養(yǎng)為主線、以實用性為導(dǎo)向、以工學(xué)結(jié)合為途徑、以職業(yè)能力和職業(yè)道德教育為核心，不斷創(chuàng)新，開發(fā)適用于應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的項目化教學(xué)資源。

三、企業(yè)工程項目化教學(xué)的實施及效果

齊魯師范學(xué)院攜手北京紫藤智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司，從強化學(xué)生專業(yè)實踐技能和創(chuàng)新能力著手，以市場需求為導(dǎo)向，大膽地對應(yīng)用型本科院校的工科人才培養(yǎng)進(jìn)行改革，推行“1.5+1.5+0.5+0.5”式的工科人才培養(yǎng)模式?；谄髽I(yè)智慧農(nóng)業(yè)項目，校企共同推出了新工科項目化教學(xué)，分為“項目實施前+項目模擬實施+項目實施+實習(xí)”四個人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)優(yōu)秀的知識型工程人才。

這種新型人才培養(yǎng)模式夯基礎(chǔ)、強實踐、重實效。第一，注重大學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，將問題解決能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作能力等方面的培養(yǎng)融入各個教學(xué)環(huán)節(jié)。第二，理論基礎(chǔ)要夯實，確保培養(yǎng)的學(xué)生專業(yè)理論過硬，有一定的創(chuàng)新能力。第三，強化實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加大實驗實踐教學(xué)所占比例和時間，注重學(xué)生動手實踐和專業(yè)技能素質(zhì)的培養(yǎng)。第四，系統(tǒng)的工程實踐能力培養(yǎng)，以企業(yè)真實的實踐項目為基礎(chǔ)，通過模擬工程項目實施和工程項目實踐兩個環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，使學(xué)生具備工程實踐能力和綜合職業(yè)能力。

在項目實施的過程中，人才培養(yǎng)的很多方面得到了明顯的改善、成果非常顯著：第一，學(xué)生對本專業(yè)和未來的職業(yè)有了清晰的認(rèn)識;第二，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對專業(yè)的認(rèn)可程度有了很大提高;第三，學(xué)生的動手實踐能力和工程能力有了很大的提高;第四，學(xué)生的科技創(chuàng)新能力極大增強，學(xué)生參加科技創(chuàng)新大賽和科技發(fā)明的比例遠(yuǎn)高于普通班。

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