基于CDIO的電子信息類創(chuàng)新模組研究與構(gòu)建

陳飛 王旭 孫娟

摘要：為應(yīng)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新性工程人才的需求，“做中學(xué)”成為工程教育改革的戰(zhàn)略之一。文章將“CDIO”教育模式融入電子信息類專業(yè)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革，通過構(gòu)建“四橫一縱”的層次化創(chuàng)新模組架構(gòu)，在教學(xué)實(shí)施和認(rèn)知提升兩個(gè)維度上同步實(shí)施“CDIO”方法，形成一種“多層遞進(jìn)”的人才培養(yǎng)模式，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的連貫性提升。

關(guān)鍵詞：CDIO; 創(chuàng)新模組; 教學(xué)改革; 課程體系

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）22-0118-02

1 引言

美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)從2000年起組成的跨國研究組，向Knutand Alice Wallenberg基金會(huì)申請(qǐng)了近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究創(chuàng)建了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO國際合作組織。CDIO模式在世界上幾十所大學(xué)操作實(shí)施，得到產(chǎn)業(yè)界高度評(píng)價(jià)[1]。

近年來，為全面落實(shí)教育部關(guān)于實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的精神，國內(nèi)多所高等工程技術(shù)大學(xué)已經(jīng)開始著手開始嘗試進(jìn)行CDIO的工程教育改革。2016年中國CDIO工程教育聯(lián)盟成立，首批加入聯(lián)盟成員高校104所，在廣泛推動(dòng)中國工程教育改革和提高教育質(zhì)量方面取得良好成效[2]。

如圖1所示，CDIO教育模式的愿景是為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育[3]。

需要注意的是，CDIO是工程教學(xué)的普適模式，對(duì)應(yīng)具體的教學(xué)還應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。在電子信息類專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)過程中，還應(yīng)該注意層次性與連貫性的結(jié)合。層次性是指，在電子信息類學(xué)科知識(shí)和能力體系下，創(chuàng)新能力的提升不是線性的，往往需要在某個(gè)層次上進(jìn)行積累，才能躍升至下一個(gè)層次[4];連貫性是指，不同層次的創(chuàng)新能力作為整體，對(duì)應(yīng)于不同的認(rèn)知層次，在邏輯上具有連貫性[5]。因此，本文以電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)環(huán)境和知識(shí)、能力需求結(jié)構(gòu)為例，提出一種基于CDIO的多層創(chuàng)新模組，具有“多層遞進(jìn)”的特點(diǎn)和內(nèi)涵，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的連貫性提升。

2 基于CDIO的多層創(chuàng)新模組

2.1 理論模型

針對(duì)電子信息類專業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，構(gòu)建四個(gè)“層次化”的創(chuàng)新模組，對(duì)應(yīng)學(xué)生在不同階段的創(chuàng)新實(shí)踐能力和知識(shí)、能力需求結(jié)構(gòu)。理論模型如圖2所示。

CDIO模式強(qiáng)調(diào)以“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期為載體組織教學(xué)活動(dòng)，這里的四層創(chuàng)新模組，從縱向上來看，在認(rèn)知層次上滿足CDIO模式的內(nèi)在邏輯，符合“連貫化”的能力提升過程。

第一模組“快速布署”，以興趣引導(dǎo)、創(chuàng)意激發(fā)為主，引導(dǎo)學(xué)生激發(fā)和構(gòu)建自己的創(chuàng)新愿景，在認(rèn)知層次上對(duì)應(yīng)CDIO模式的“構(gòu)思”。

第二模組“基礎(chǔ)鞏固”，開展對(duì)結(jié)構(gòu)原理、產(chǎn)品要素、底層器件等基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生面對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中從硬件到軟件，從器件到系統(tǒng)的完整要素，從而將創(chuàng)新的愿景映射到具體的系統(tǒng)框圖，展開原型設(shè)計(jì)，在認(rèn)知層次上對(duì)應(yīng)的是“設(shè)計(jì)”。

第三模組“場景應(yīng)用”，學(xué)生大大拓展、提升專業(yè)能力，將展示性質(zhì)的原型設(shè)計(jì)，提升到經(jīng)過可行分析、技術(shù)論證，尋求一定應(yīng)用價(jià)值的場景落地，在認(rèn)知層次上對(duì)應(yīng)“實(shí)施”。

第四模組“實(shí)踐運(yùn)營”，學(xué)生以企業(yè)真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境為土壤，將創(chuàng)新思維融入工程素養(yǎng)，在認(rèn)知層次上對(duì)應(yīng)“運(yùn)作”。

從橫向上來看，在每一個(gè)單層創(chuàng)新模組的構(gòu)建上，都通過“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作”的項(xiàng)目運(yùn)行模式，將項(xiàng)目、學(xué)科競賽、課程教學(xué)、硬件平臺(tái)等教學(xué)內(nèi)容和要素，以“一體化”的教學(xué)設(shè)計(jì)融合在一起，以滿足對(duì)應(yīng)層次的創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)。

綜合起來，本模型通過四橫一縱的CDIO模式，將創(chuàng)新模組融合為一個(gè)有機(jī)整體，貫穿電子信息工程專業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)體系，體現(xiàn)了“多層遞進(jìn)”的內(nèi)涵。

2.2 課程體系和教學(xué)內(nèi)容的一體化設(shè)計(jì)與重構(gòu)

創(chuàng)新模組的構(gòu)建在橫向和縱向兩個(gè)方向上展開對(duì)教學(xué)課程和硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與重構(gòu)，形成一體化的課程計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容，如表1所示。

首先，在橫向上，以具有生成力的課程為中心，貫通相關(guān)核心課程，運(yùn)用CDIO理念，以企業(yè)項(xiàng)目和學(xué)科競賽題目為載體，將教學(xué)主體與復(fù)雜工程問題建立直接聯(lián)系，研究課程知識(shí)點(diǎn)的分解和能力定位，適配硬件平臺(tái)，使課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐架構(gòu)，能夠依據(jù)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作的模式，來識(shí)別、表達(dá)、分析實(shí)際工程問題和設(shè)計(jì)解決方案，培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，并進(jìn)行有效的課程質(zhì)量形成性評(píng)價(jià)。

其次，在縱向上，不同層次的生成力課程和核心課程彼此之間融合互通，設(shè)計(jì)、完善、明確各自的課程目標(biāo)、分工界面;硬件平臺(tái)遞進(jìn)互補(bǔ)，易實(shí)現(xiàn)技能的遷移。從而總體上服務(wù)于創(chuàng)新能力的連貫性提升。

2.3 實(shí)施方法

在不同層次模組實(shí)施CDIO時(shí)，對(duì)于“I”和“O”，根據(jù)層次的不同，采用“實(shí)驗(yàn)-執(zhí)行”“實(shí)施-制作”“實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”的三個(gè)級(jí)別理解，從而指導(dǎo)不同層面的模組，包括課程群、項(xiàng)目等的具體實(shí)施。

首先，第一層理解對(duì)應(yīng)與“快速布署”模組，此時(shí)CDIO按照 “構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-執(zhí)行”實(shí)施。該層特點(diǎn)是項(xiàng)目投入規(guī)模小，只需要個(gè)體操作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、探索、操作等工程活動(dòng)，這是初級(jí)的CDIO，只需要運(yùn)用單科知識(shí)，適合基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)和興趣導(dǎo)入等培養(yǎng)目標(biāo)。

然后，第二層理解對(duì)應(yīng)“基礎(chǔ)鞏固”和“場景應(yīng)用”模組，即： “構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)施-制作”。該層次特點(diǎn)是投入規(guī)模中等、需要團(tuán)隊(duì)配合、若干課程關(guān)聯(lián)，這是中級(jí)的CDIO，學(xué)生需要運(yùn)用若干門關(guān)聯(lián)的課程知識(shí)來理解原理，可行分析，提出方案，技術(shù)論證，適合學(xué)生創(chuàng)新能力提升的中級(jí)階段。

最后一層理解對(duì)應(yīng)“實(shí)踐運(yùn)營”模組，即：“構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”。這種理解適合投入規(guī)模大、需要大團(tuán)隊(duì)協(xié)同的工程項(xiàng)目教學(xué)。這是高級(jí)的CDIO，它對(duì)應(yīng)企業(yè)實(shí)踐的組織。社會(huì)要求工程師具備這樣綜合的知識(shí)、能力和態(tài)度。

3 結(jié)論

本文提出了一種基于CDIO的多層創(chuàng)新模組，通過四條橫向、一條縱向的創(chuàng)新模組架構(gòu)，將CDIO模式有機(jī)嵌入到整個(gè)電子信息工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)框架中，在空間與邏輯上形成一個(gè)層級(jí)有序、連貫統(tǒng)一的整體;在此基礎(chǔ)上，通過一體化的教學(xué)設(shè)計(jì)，以具有生成力的核心課程為中心，貫通相關(guān)課程，形成橫向聯(lián)合，縱向遞進(jìn)的課程體系。從微觀看，將企業(yè)項(xiàng)目、學(xué)科競賽、硬件平臺(tái)、課程知識(shí)等要素按照構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作的模式重新構(gòu)建，創(chuàng)新了教學(xué)內(nèi)容和方法，形成優(yōu)質(zhì)課程資源;從中觀看，以創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)為抓手，多門課程形成課程群組，協(xié)同互補(bǔ)，打通壁壘;從宏觀看，以點(diǎn)帶面，服務(wù)整個(gè)人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新改革。之后的重點(diǎn)是強(qiáng)化校企產(chǎn)學(xué)研合作，以CDIO模式為載體，將企業(yè)資源和工程師引入教學(xué)建設(shè)，教師參與企業(yè)實(shí)踐，優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)上的產(chǎn)業(yè)化對(duì)接。

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【通聯(lián)編輯：王力】