CDIO教育教學(xué)模式在工程設(shè)計類專業(yè)的應(yīng)用研究*

葉振合，李 鑫，宋現(xiàn)允，劉紅英，李久熙

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北秦皇島066000；2.河北科技師范學(xué)院，河北秦皇島066000)

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）[1]。它以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，為學(xué)生提供理論知識、實(shí)踐技能課程之間有機(jī)關(guān)聯(lián)的教學(xué)情景、實(shí)踐流程和操作方法，是以鼓勵學(xué)生以理論知識為基礎(chǔ)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐知識的拓展、創(chuàng)新、解決實(shí)際問題的一體化知識架構(gòu)體系。CDIO工程教育模式引入我國已有十余年的時間，在這一過程中，對于我國工程設(shè)計類專業(yè)在其教育理念、方法、模式等教育與教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其是實(shí)踐性教學(xué)體系上產(chǎn)生了巨大的作用和深遠(yuǎn)的影響。

一、工程類本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

一般而言，工程類科學(xué)是指如機(jī)械、建筑、水利、汽車等研究應(yīng)用技術(shù)和工藝的學(xué)問。工程類科學(xué)是應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的原理，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐所積累的技術(shù)經(jīng)驗而發(fā)展起來的學(xué)科。工科的培養(yǎng)目標(biāo)是在相應(yīng)的工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、勘探、設(shè)計、施工、原材料的選擇研究和管理等方面工作的高級工程技術(shù)人才[2]。從上面的表述可以看出，工程類專業(yè)的共性就是以基礎(chǔ)學(xué)科為支持，緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐來實(shí)現(xiàn)的學(xué)科，強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用型與實(shí)踐性。專業(yè)負(fù)責(zé)人和專業(yè)輔導(dǎo)員通過對工程類畢業(yè)生的回訪，采集用人單位547份反饋意見顯示（復(fù)選，見圖1）：用人單位最為看重的是人才的實(shí)踐能力和專業(yè)能力。這就要求高校和研究機(jī)構(gòu)在培養(yǎng)人才時，要時時以應(yīng)用型與實(shí)踐性為指導(dǎo)方向，緊密結(jié)合市場需求的人才尺度，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)系統(tǒng)的培養(yǎng)。[3]

圖1 畢業(yè)生反饋意見結(jié)果

二、CDIO教育教學(xué)模式的現(xiàn)存問題

筆者經(jīng)過近5年對工業(yè)設(shè)計、車輛工程、能源與動力、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計（建筑設(shè)計工程環(huán)節(jié)）等專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)行調(diào)研信息的整理和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計顯示，雖然CDIO教育模式在我國高校工程設(shè)計類專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中遍地開花并不斷發(fā)展，但同時也具有以下主要的教育和實(shí)施的誤區(qū)，體現(xiàn)在：

（一）師資問題

高校教師的來源主要是各大高校、研究所培養(yǎng)的學(xué)術(shù)性人才，在其專業(yè)理論方面具有較高的學(xué)術(shù)造詣，常常能發(fā)表理論性較為深厚內(nèi)涵的文章，但與此同時，由于對實(shí)踐性環(huán)節(jié)的輕視或者不具備其實(shí)踐能力，對專業(yè)市場化也就是與產(chǎn)業(yè)界互動甚少，形成了專業(yè)在工程教育上自閉化、封閉性的單一教育系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從而導(dǎo)致教授出來的學(xué)生在工程設(shè)計、制造、施工、創(chuàng)新等能力方面的欠缺。

（二）教育模式的固化

把CDIO工程教育實(shí)踐教學(xué)項目機(jī)械地疊加在基于學(xué)科的專業(yè)知識教育之上，學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)不斷加重，理論教學(xué)與能力培養(yǎng)之間的“緊張關(guān)系”仍然無法消除[4]。另一方面，使得項目和課程之間的銜接和融合不能有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致培養(yǎng)目標(biāo)明確但不精確、實(shí)踐環(huán)節(jié)疊加但效果不明顯、知識容量增大但知識掌握不系統(tǒng)，不能使學(xué)生在很好的掌握工程知識的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)性的具備項目產(chǎn)品開發(fā)和運(yùn)行能力的工程師素質(zhì)。

三、CDIO教育教學(xué)模式在工程設(shè)計類專業(yè)的探索

（一）CDIO工程模型體系

CDIO工程模型體系，是指把實(shí)踐項目從構(gòu)思-設(shè)計-實(shí)施-運(yùn)行作為產(chǎn)品研發(fā)、市場分析、項目維護(hù)以及運(yùn)行反饋到產(chǎn)品整體模型的系統(tǒng)工程架構(gòu)，具體內(nèi)容見表1。

CDIO工程模型體系體現(xiàn)了在架構(gòu)工程能力的背景下（制定工程設(shè)計類四個模型系統(tǒng)的要求和條件設(shè)置），在真實(shí)工程情境中，向?qū)W生一邊傳授工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，一邊通過構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施和運(yùn)作促其動手實(shí)踐能力的發(fā)展，進(jìn)而使工程設(shè)計類專業(yè)更好的滿足企業(yè)和市場的需要。

（二）建立教學(xué)評價體系

根據(jù)以上產(chǎn)品系統(tǒng)的體系，需要調(diào)整新的課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)、成果評價等教學(xué)培養(yǎng)計劃和制定以能力為核心構(gòu)建實(shí)踐技能培養(yǎng)方案和實(shí)施路徑，尤其是建立CDIO教學(xué)理念的標(biāo)準(zhǔn)原則，指導(dǎo)和評價其教學(xué)完善程度。具體內(nèi)容見表2。

通過CDIO教學(xué)理念的標(biāo)準(zhǔn)原則與評價體系的構(gòu)建，可以清楚的對工程專業(yè)的課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行精確的量化和測評，為CDIO教育教學(xué)模式在工程設(shè)計類專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用提供清晰的評價體系，對于項目化學(xué)習(xí)的教學(xué)效果，更好的具備數(shù)據(jù)支持和條理化細(xì)則評價。

表1 CDIO產(chǎn)品系統(tǒng)模型架構(gòu)圖

（三）具體實(shí)施案例路徑

根據(jù)CDIO工程模型體系和教學(xué)評價體系標(biāo)準(zhǔn)，通過對工業(yè)設(shè)計專業(yè)（其他工程設(shè)計專業(yè)以此類推）作為代表進(jìn)行具體實(shí)施的路徑如下：

1.CDIO工程設(shè)計專業(yè)的環(huán)境背景分析

筆者通過對河北農(nóng)業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè)二、三年級課程-設(shè)計制圖、產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計課程為例，結(jié)合深圳居爾特科技有限公司燈具創(chuàng)意設(shè)計實(shí)務(wù)案例進(jìn)行CDIO項目制的教學(xué)模式應(yīng)用。項目背景：深圳居爾特科技有限公司是一家主要從事分銷、設(shè)計、制造高端數(shù)碼電子產(chǎn)品及創(chuàng)意類的科技型公司，除了分銷的產(chǎn)品外，其公司本身設(shè)計、開發(fā)、制造的創(chuàng)意產(chǎn)品都具有全套的知識產(chǎn)權(quán)。此次委托的燈具設(shè)計任務(wù)具有典型的CDIO工業(yè)設(shè)計要求，主要體現(xiàn)在：具有較強(qiáng)的產(chǎn)品使用創(chuàng)意性（構(gòu)思）、產(chǎn)品外觀造型的親和力（設(shè)計）、產(chǎn)品制造工藝簡單化（實(shí)現(xiàn)）、產(chǎn)品包裝宣傳（運(yùn)作）時效性等一系列的特征。

2.CDIO教學(xué)實(shí)際應(yīng)用

（1）師資的篩選

為了滿足設(shè)計項目的要求和探索CDIO改革應(yīng)用實(shí)施的有效性，專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊專門抽調(diào)具有一定設(shè)計實(shí)踐的青年教師組成項目骨干力量，并認(rèn)真研究居爾特公司要求的設(shè)計任務(wù)，分析公司此產(chǎn)品的戰(zhàn)略要求、競爭對手的產(chǎn)品架構(gòu)、市場需求情況、設(shè)計形態(tài)模式、制造工藝流程以及產(chǎn)品包裝等系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)計制圖、產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計課程以此指導(dǎo)、監(jiān)督、完成后續(xù)的設(shè)計要求和課程知識體系。

（2）項目化與CDIO工程教學(xué)內(nèi)容的契合與應(yīng)用

燈具創(chuàng)意設(shè)計雖然相對于大型機(jī)械設(shè)備是小體量的設(shè)計任務(wù)，但是作為與產(chǎn)品市場更替較為快速的產(chǎn)品類別而言，從創(chuàng)意思維、設(shè)計制圖、工藝實(shí)施、產(chǎn)品運(yùn)作都具有明顯的CDIO工程教學(xué)特征。這一項目化的實(shí)施，對于工業(yè)設(shè)計專業(yè)學(xué)生教學(xué)的實(shí)踐能力具有明顯的提升作用[5]。改變以往單一教學(xué)任務(wù)的知識框架，很好的完成了知識與工程、理論與實(shí)踐的教學(xué)效果，具體改革、延伸到的教學(xué)設(shè)計內(nèi)容，如表3所示。

通過各個控制節(jié)點(diǎn)的規(guī)范，不僅對所承擔(dān)的項目進(jìn)行了整體性、系統(tǒng)性的設(shè)計與管理，還較好的完成了燈具設(shè)計的任務(wù)，大大提高了學(xué)生對知識課程的學(xué)習(xí)熱情。在燈具創(chuàng)意設(shè)計CDIO實(shí)踐項目與相關(guān)教學(xué)內(nèi)容推進(jìn)的這一過程中，對課程體系、知識能力的架構(gòu)與評價有了更為精確、規(guī)范、系統(tǒng)的設(shè)置，很好的完成了理論知識與實(shí)踐技能的教學(xué)要求，達(dá)到了課題研究應(yīng)用的目的，教學(xué)效果良好。具體實(shí)施見表4。

3.具體落實(shí)中注意的要點(diǎn)

在整個項目契合課題落實(shí)的過程中，有幾點(diǎn)問題需要注意：

表2 CDIO教學(xué)理念的標(biāo)準(zhǔn)原則與評價

表3 燈具創(chuàng)意設(shè)計CDIO教學(xué)內(nèi)容推進(jìn)表

表4 燈具設(shè)計的CDIO工程教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用流程簡圖

項目的選擇方面需要教學(xué)組進(jìn)行精確的甄別，重點(diǎn)是圍繞專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)核心課程來實(shí)施CDIO工程教育方案，切勿奉行對所有課程實(shí)施“拿來主義”，進(jìn)行生搬硬套，必須根據(jù)專業(yè)教學(xué)計劃和工程教育項目的匹配程度，切實(shí)可行的進(jìn)行CDIO的教學(xué)與推進(jìn)。

在教學(xué)的過程中要制定詳細(xì)的實(shí)施步驟與方案，尤其是實(shí)施之初就設(shè)置好課程培養(yǎng)的CDIO教學(xué)效果評價機(jī)制，來規(guī)范、監(jiān)督和保障后續(xù)的教學(xué)效果。

在課程結(jié)束后，一定要組織學(xué)生和教師進(jìn)行總結(jié)，因為工程技術(shù)實(shí)踐技能的培養(yǎng)是一個動態(tài)的過程，尤其是和市場結(jié)合較為緊密的專業(yè)核心課程，必須總結(jié)、歸納、落實(shí)最新的專業(yè)發(fā)展實(shí)踐要求，切勿墨守常規(guī)、一成不變。

四、結(jié)語

探索出與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)施零距離對接的教學(xué)模式，目的是使學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生真正是成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需求的市場人才[6]。CDIO工程教育是一個復(fù)雜和龐大的教育系統(tǒng)，在具體的實(shí)施過程中，一方面，對于工程專業(yè)的專業(yè)設(shè)置、教學(xué)模式和實(shí)踐實(shí)施路徑都有著明確的要求和評價體系。另一方面，其發(fā)展的水平與市場要求、行業(yè)發(fā)展也息息相關(guān)，需要順應(yīng)發(fā)展的客觀要求，及時調(diào)整和平衡?？傊珻DIO工程教育的探索和應(yīng)用，對于提高我國工程設(shè)計創(chuàng)新能力，加速轉(zhuǎn)變我國工業(yè)制造領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級具有十分重要的價值，對于其他專業(yè)在“以市場為導(dǎo)向，學(xué)生為主體”的人才培養(yǎng)模式上也有著重要的意義。