CDIO模式與工程教育專業(yè)認證相融合的實踐類課程教學設(shè)計

蘭爽 于貴文 馬麗心

關(guān)鍵詞： 教學設(shè)計 CDIO 模式 工程教育 模型

實踐教學是將教師傳授的課堂理論知識轉(zhuǎn)化為學生的工程能力的重要途徑，工程實踐類課程只有進行教學改革，才能適應(yīng)不斷變化的產(chǎn)業(yè)需求[1]。自2016 年6 月我國正式加入《華盛頓協(xié)議》以后，很多高校的工程類專業(yè)都在積極爭取通過工程教育專業(yè)認證（簡稱專業(yè)認證）。專業(yè)認證要求圍繞“學生的畢業(yè)能力達成”這一核心任務(wù)設(shè)置專業(yè)課程體系，并持續(xù)改進。而興起于2000 年的CDIO 工程教育模式（簡稱CDIO 模式），是近年來國際工程教育改革的新成果，由美國麻省理工學院聯(lián)合多所著名高校共同提出。CDIO 分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）。與傳統(tǒng)模式相比，CDIO模式從構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作這4 個環(huán)節(jié)以案例項目的方式引導學生學習工程，即以工程項目從研究開發(fā)到運營全過程為載體，使學生能主動實踐、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，具有更好的創(chuàng)新性、實用性以及可持續(xù)性[2-6]。

楊毅剛教授認為，專業(yè)認證的標準具有同一性，有著較強的剛性，對于不同專業(yè)，它不夠具體和細化，而CDIO 模式下的人才培養(yǎng)標準可以彌補這方面的不足，所以，可以將專業(yè)認證標準定位成工程技術(shù)人才培養(yǎng)的“ 底線標準”，將CDIO 模式作為“ 方法論”使用[7]。

目前，雖然工業(yè)工程專業(yè)尚未納入專業(yè)認證范圍，但因其具有很強的工程性和應(yīng)用性，引入先進的工程教育模式是實現(xiàn)高質(zhì)量人才培養(yǎng)的必經(jīng)之路。所以，哈爾濱商業(yè)大學工業(yè)工程專業(yè)于2019 年參照專業(yè)認證標準修訂了本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并以此為契機，對多門實踐課開展了旨在加強課程建設(shè)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的教學改革。

在上述背景下，該文把“教學設(shè)計理論”引入實踐類課程的教學改革，提出以專業(yè)認證為基準、以CDIO模式為指導，探究教學設(shè)計的邏輯和內(nèi)核。

1 教學設(shè)計的層次定位

美國教育心理學家加涅認為：“教學是以促進學習的方式影響學習者的一系列事件，而教學系統(tǒng)設(shè)計是系統(tǒng)化規(guī)劃教學系統(tǒng)的過程。”這里的教學系統(tǒng)設(shè)計，也稱為教學設(shè)計[8]。

教學設(shè)計有多種層次，例如：以“教”為中心、以“學”為中心、以“資源”為中心[9]。無論是CDIO 模式，還是專業(yè)認證標準，均以“學”為中心，課程改革則大多聚焦于教學過程的創(chuàng)新設(shè)計。

2 教學設(shè)計模型的構(gòu)建

進行教學設(shè)計時，通常把簡化了的理論形式稱為教學設(shè)計模式。教學設(shè)計一般模式的共同特征要素，包括學習需要分析、學習者分析、學習內(nèi)容分析、教學目標的確定、教學策略的制定、教學設(shè)計的評價，前兩項屬于前端分析環(huán)節(jié)[7]。

學習需要是指學生的理想學習水平與已經(jīng)具備的學習水平之間的差距，學習需要分析是一個以揭示學習需要為目的的動態(tài)調(diào)研過程。學習者分析是對學習者一般特征的分析，即對學生心理、社會特點的分析。不同年齡段的學習者，其一般特征有所不同，該文主要關(guān)注的是大學生[9]。

學習內(nèi)容分析，是對教學內(nèi)容的廣度、深度加以界定。教學目標涉及教學總目標、課程目標以及單元目標。教學策略泛指教學內(nèi)容設(shè)計、教學組織形式、教學媒體的選擇和運用[9]。教學評價依據(jù)其評價功能，劃分為形成性評價、總結(jié)性評價[8]。

該文基于教學設(shè)計的一般模式，融合CDIO 與工程教育專業(yè)認證理念，構(gòu)建了教學設(shè)計結(jié)構(gòu)模型，如圖1 所示。該模型描述了教學設(shè)計的基本思路，具有鮮明的邏輯性和系統(tǒng)性特征。

3 實踐案例

專業(yè)綜合課程設(shè)計是工業(yè)工程專業(yè)重要的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，將前文構(gòu)建的模型用于該環(huán)節(jié)的教學設(shè)計，具體過程如下。

3. 1 前端教學要素分析

3.1.1 學習需要分析

以專業(yè)認證標準為邏輯起點，綜合產(chǎn)業(yè)需求。分析結(jié)果表明，學生的能力差距集中體現(xiàn)在綜合應(yīng)用能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力這幾個方面。

3.1.2 學習者分析

在大學生群體一般特點基礎(chǔ)上，增加了學情分析。專業(yè)綜合課程設(shè)計的開課時間是第6 學期，故選擇大三年級學生作為調(diào)研對象。以學生現(xiàn)有的知識結(jié)構(gòu)、興趣點、學習動機、學習內(nèi)容與方式、效果、生活環(huán)境與主觀感受等因素，作為分析的切入點。分析結(jié)果表明：大三階段的學生已經(jīng)有了一些專業(yè)基礎(chǔ)知識儲備，但缺少實踐經(jīng)驗，系統(tǒng)性不強；抽象邏輯思維處于發(fā)展中；對數(shù)字媒體的興趣較濃厚；碎片化學習方式較普遍。

3. 2 教學目標與課程內(nèi)容設(shè)計

教學目標與課程內(nèi)容，具體如表1。教學目標主要從課程單元目標方面進行描述。參考CDIO 模式，將課程內(nèi)容劃分成4 個課程單元，以產(chǎn)品的全生命周期為載體，設(shè)置學習任務(wù)。學生通過完成一種工業(yè)產(chǎn)品（如減速器）及其生產(chǎn)過程的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)以及運作的全過程，親身體會實際生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)，從系統(tǒng)的角度加深對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系以及加工工藝等問題的理解，掌握產(chǎn)品生產(chǎn)的組織、計劃和過程控制的方法。

3. 3 教學策略設(shè)計

3.3.1 教學方式與方法

為了強化團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，采取分組方式，各組任務(wù)不同，同組內(nèi)各成員分工也不同。以“減速器”產(chǎn)品為例，各組負責的減速器規(guī)格不同，同組內(nèi)各成員對應(yīng)的設(shè)計產(chǎn)能不同。這種方式在促進團隊合作的同時，也避免了設(shè)計內(nèi)容的同質(zhì)化。

3.3.2 教學媒介

借助現(xiàn)代信息手段，開展有效的教學及教學過程管理。利用互聯(lián)網(wǎng)平臺為學生提供形式豐富的學習資料、發(fā)布學習任務(wù)、師生交流互動、展示設(shè)計成果。例如：在“釘釘”平臺建立課程設(shè)計資源庫，以“視頻會議”的形式進行線上指導、檢查、答辯；通過“微信”發(fā)布即時消息、答疑。

3.3.3 教材建設(shè)

教材的主要內(nèi)容包括課程設(shè)計目的與任務(wù)詳解、知識單元解析、案例、軟件工具說明。教材建設(shè)是一個動態(tài)的持續(xù)過程，要綜合多門專業(yè)課，引入先進的技術(shù)、方法和工具，融合企業(yè)的實際生產(chǎn)情境，不斷地對原有內(nèi)容進行迭代創(chuàng)新。

3.3.4 考核方式與成績評定方法

考核方式分為形成性評價、總結(jié)性評價。形成性評價在每個課程單元結(jié)束時都要進行，每個階段學生都要提交“書面匯報材料”，并參加“答辯”；總結(jié)性評價是在所有的課程單元結(jié)束之后，即課程設(shè)計完成時進行。成績由“學生自評”“生生互評”“教師評分”這3 個部分構(gòu)成，可以提高學生的積極性與參與度。

4 結(jié)語

該文提出的教學設(shè)計模型是一種解釋性結(jié)構(gòu)模型，它從邏輯、教學要素兩個維度描述了教學活動的設(shè)計思路。模型融合了CDIO 與專業(yè)認證這兩種先進的工程教育模式，實現(xiàn)了二者的優(yōu)勢互補。因為該模型以“教學設(shè)計理論”為基礎(chǔ)，源于教學設(shè)計的一般模式，所以該模型不僅適用于工程類專業(yè)的綜合性實踐教學設(shè)計，對于理論課教學或非工程類專業(yè)，也具有一定的通用性。需要注意的是，如果本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案不是基于專業(yè)認證標準制訂的，采用該模型開展教學設(shè)計時，需要對模型的前端教學要素進行修正。

目前，教學設(shè)計模型經(jīng)歷了兩屆工業(yè)工程本科教學的檢驗，學生的設(shè)計成果質(zhì)量和學習積極性均有了明顯提升。后續(xù)研究重點是模型實踐效果的深入分析以及模型的修正。