CDIO大綱與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)分析

CDIO大綱與實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)分析汕頭大學(xué)沈民奮教授mfshen@2009-3-29三個(gè)核心問題當(dāng)代社會(huì)需要培養(yǎng)什么樣的工科畢業(yè)生？工科畢業(yè)生應(yīng)掌握怎樣的知識(Knowledge,Skill,Attitude)、能力和態(tài)度？其水平應(yīng)達(dá)到什么樣的程度？換句話說，工程教育所希望得到的教學(xué)效果(LearningOutcome)是什么呢？由此提出CDIO教學(xué)大綱（Syllabus）。工程師必須具備廣泛的個(gè)人能力、人際溝通能力以及產(chǎn)品、過程及系統(tǒng)的構(gòu)建能力，這些能力保證學(xué)生在實(shí)際的社會(huì)和企業(yè)背景環(huán)境(Context)下的團(tuán)隊(duì)工作中發(fā)揮重要作用。CDIO工程教育模式（Initiative）為我們提供了一種新的教育方法，有助于解決工程教育普遍存在的問題，并可滿足學(xué)生和社會(huì)的需求。其特點(diǎn)是：第一次全面描述了現(xiàn)代工程師所需的知識、能力及態(tài)度的完整內(nèi)容，即我們希望獲得的教學(xué)效果。CDIO教學(xué)大綱的發(fā)展過程：1教學(xué)大綱（Syllabus）——工程教育所需的重要文件，也是對教學(xué)效果（LearningOutcome）的全面描述。2制定過程——通過列出一整套工科畢業(yè)生應(yīng)具備的各種知識、能力與態(tài)度，由此獲得現(xiàn)代工程教育改革的解決方案。3主要特點(diǎn)——這些知識和能力的主題內(nèi)容(Topics)具有通用化的特點(diǎn)，可用于各個(gè)工程領(lǐng)域；而且非常詳細(xì)，可為制定課程計(jì)劃和評估教學(xué)效果真正發(fā)揮作用。需要合理而詳細(xì)的教學(xué)大綱以上列出的能力需求，是一個(gè)工程師所需的品質(zhì)，但仍不夠合理和詳細(xì)?；诖耍枰匦聦ΜF(xiàn)有的需求進(jìn)行規(guī)范，由此創(chuàng)立CDIO培養(yǎng)模式（Initiative）。目的是重新對工程教育的現(xiàn)有能力需求進(jìn)行系統(tǒng)的論述，結(jié)論是：每個(gè)工科畢業(yè)生都應(yīng)具備——在團(tuán)隊(duì)合作的現(xiàn)代工程環(huán)境背景中，能夠構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行復(fù)雜的具有附加值的工程產(chǎn)品、過程及系統(tǒng)。換句話說：需要把構(gòu)思－設(shè)計(jì)－實(shí)現(xiàn)－運(yùn)行（CDIO）作為工程教育的環(huán)境背景（Context,notContent），由此獲得一系列詳細(xì)而合理的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)效果。1---CDIO教學(xué)大綱，就是要建立一個(gè)清晰、完整、系統(tǒng)和詳細(xì)的工程教育目標(biāo)，使工科老師能夠理解并予以實(shí)現(xiàn)，這些目標(biāo)已成為我們合理設(shè)計(jì)課程計(jì)劃和進(jìn)行評估的重要基礎(chǔ)。2---根據(jù)工程師的職能而制定的CDIO大綱，實(shí)際上并沒有弱化工程科學(xué)或工程研究的作用。恰恰相反，工程科學(xué)已成為工程教育的重要基礎(chǔ)，而且工程研究還為工程教育帶來了新的知識。這一點(diǎn)在MIT表現(xiàn)得非常突出。3----無論學(xué)生最后成為工程師還是工程研究人員，都必須讓他們在學(xué)校的4年里經(jīng)歷系統(tǒng)及產(chǎn)品的CDIO全過程實(shí)踐，這對于增強(qiáng)他們的工作閱歷和背景是極為重要的。

教學(xué)大綱除了對技術(shù)學(xué)科知識（第1部分）的教學(xué)效果進(jìn)行說明外，還特別強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力(Personal)、人際協(xié)調(diào)能力(Interpersonal)、產(chǎn)品、過程及系統(tǒng)構(gòu)建能力等方面的教學(xué)效果。個(gè)人的學(xué)習(xí)效果（第2部分）主要集中在學(xué)生個(gè)人的認(rèn)知與感情的發(fā)展上，包括工程推理和解決問題能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc知識探索能力、系統(tǒng)思維能力、創(chuàng)造性思維能力、批判性思維能力以及職業(yè)道德等方面。人際協(xié)調(diào)能力的學(xué)習(xí)效果（第3部分）主要集中在個(gè)人與團(tuán)體之間的互動(dòng)(Interact)上，如團(tuán)隊(duì)工作能力、領(lǐng)導(dǎo)能力和溝通能力等。產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)建能力(BuildingSkill)（第4部分）則強(qiáng)調(diào)在企業(yè)、商業(yè)和社會(huì)環(huán)境中，對產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行的能力。

CDIO教學(xué)大綱的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)目標(biāo)：1.建立一個(gè)基本原理清晰的結(jié)構(gòu)。2.獲得一個(gè)合理的高級目標(biāo)集。3.提供清晰、完整和系統(tǒng)的主題集，可以實(shí)現(xiàn)和評估。大綱的出發(fā)點(diǎn)是：工程師為改善人類生活而構(gòu)建產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)。為使學(xué)生更好地進(jìn)入當(dāng)代工程職業(yè)領(lǐng)域，必須具備一個(gè)工程師的基本功能——應(yīng)能夠在現(xiàn)代的團(tuán)隊(duì)環(huán)境中去構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作復(fù)雜的且具有附加值的工程產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)。另外，還期望他們成為具有獨(dú)立思考能力的成熟的個(gè)體。圖中給出了大綱的第一層中“1技術(shù)知識和推理”下面的第二層具體內(nèi)容及其關(guān)系。現(xiàn)代工程基于“基礎(chǔ)科學(xué)知識(1.1)”?！昂诵墓こ袒A(chǔ)知識(1.2)”則是基于核心科學(xué)的，“高級工程基礎(chǔ)知識(1.3)”使學(xué)生擁有實(shí)際工作所必備的能力。把技術(shù)知識和推理能力放在教學(xué)大綱的最前面，目的是提醒人們——技術(shù)基礎(chǔ)知識的深層應(yīng)用是工程教育的基本目標(biāo)。教學(xué)大綱中保留了包括工科畢業(yè)生所需的所有知識、能力和態(tài)度這三部分的內(nèi)容。另外，大綱盡量對所有的專業(yè)使用明確的術(shù)語，以便在不同的工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用時(shí)，可對這些術(shù)語進(jìn)行轉(zhuǎn)譯和解釋。CDIO教學(xué)大綱：技術(shù)知識和推理的第2層關(guān)系1.3高級工程基礎(chǔ)知識1.2核心工程基礎(chǔ)知識1.1基礎(chǔ)科學(xué)知識

下圖給出了“2.個(gè)人能力、職業(yè)技能和職業(yè)道德”與“3.人際協(xié)調(diào)能力”的第二層內(nèi)容及關(guān)系：2.4個(gè)人能力和態(tài)度2.5職業(yè)能力和職業(yè)道德3.1多學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)作3.2溝通3.3外語交流2.1工程推理和問題解決2.2實(shí)驗(yàn)與知識發(fā)現(xiàn)2.3系統(tǒng)思維

在企業(yè)和商業(yè)環(huán)境中(4.2)，工程師必需懂得有效進(jìn)行產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的創(chuàng)建與運(yùn)作。在任何類型和規(guī)模的企業(yè)中，工程師需要具備能夠理解企業(yè)文化和發(fā)展戰(zhàn)略的能力，并且懂得以一名企業(yè)家的方式發(fā)揮作用。同樣，企業(yè)也是在一個(gè)更大的外部與社會(huì)環(huán)境中(4.1)生存。這方面的知識和能力包括對社會(huì)與工程之間關(guān)系的認(rèn)識，以及對廣泛的歷史、文化和全球情況的了解。大綱的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作

4.1社會(huì)背景4.34.44.54.6CDIO4.2企業(yè)背景CDIO教學(xué)大綱的發(fā)展過程和整合下圖說明了CDIO大綱的開發(fā)及其一體化過程。反映從需求到目標(biāo)到CDIO教學(xué)大綱到制定課程大綱到專業(yè)目標(biāo)、以及將專業(yè)目標(biāo)整合到課程計(jì)劃的全過程。

社會(huì)需求能夠構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作復(fù)雜的產(chǎn)品和系統(tǒng)的工程師培養(yǎng)目標(biāo)·深厚的基礎(chǔ)知識·引入新產(chǎn)品和新系統(tǒng)的創(chuàng)新·理解研究和技術(shù)發(fā)展的價(jià)值CDIO大綱1.技術(shù)知識2.個(gè)人技能3.人際交往能力4.企業(yè)和社會(huì)背景下的CDIO課程·結(jié)構(gòu)·次序·教學(xué)計(jì)劃到課程課程設(shè)計(jì)·課程指定的教學(xué)成果與教學(xué)計(jì)劃結(jié)合·學(xué)習(xí)評估方法和學(xué)習(xí)成果相結(jié)合

關(guān)于CDIO的標(biāo)準(zhǔn)

2004年1月，CDIO培養(yǎng)模式提出12條標(biāo)準(zhǔn)，作為教學(xué)改革和評估、設(shè)立世界通行的實(shí)施CDIO的基準(zhǔn)和目標(biāo)，以及制定可持續(xù)改進(jìn)的要求。

CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)考察：

1專業(yè)培養(yǎng)理念(標(biāo)準(zhǔn)1*)

2課程計(jì)劃的制定(標(biāo)準(zhǔn)2*、3*、4)

3設(shè)計(jì)－實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐場所(標(biāo)準(zhǔn)5*、6)

4教與學(xué)的新方法(標(biāo)準(zhǔn)7*、8)

5教師的提高(標(biāo)準(zhǔn)9*、10)

6考核與評估(11*、12)

在這12條標(biāo)準(zhǔn)中，有7條是最基本的，(用*號表示)，體現(xiàn)了CDIO與其他教育模式的不同。另外5條標(biāo)準(zhǔn)反映了工程教育的最佳實(shí)踐，作為補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)1－背景環(huán)境采用一種基本原理，將產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)生命周期的開發(fā)與運(yùn)用－（CDIO）－作為工程教育的背景環(huán)境。工程教育的背景環(huán)境：文化框架，或環(huán)境，在那里可以教授、實(shí)踐和學(xué)習(xí)技術(shù)知識和其他能力。當(dāng)一個(gè)專業(yè)的教師都明確同意、專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)支持并維持這個(gè)改革計(jì)劃，可認(rèn)為這個(gè)專業(yè)已經(jīng)采用了CDIO的原則。標(biāo)準(zhǔn)2－學(xué)習(xí)效果具有具體而詳細(xì)的學(xué)習(xí)效果——與專業(yè)目標(biāo)一致，并得到利益相關(guān)者驗(yàn)證的個(gè)人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力以及學(xué)科知識。要求把知識、能力和態(tài)度作為工程教育的結(jié)果，學(xué)習(xí)效果應(yīng)編入CDIO教學(xué)大綱。學(xué)習(xí)效果具體說明當(dāng)工科學(xué)生完成專業(yè)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)掌握什么和能做什么。教學(xué)大綱除了應(yīng)對技術(shù)學(xué)科知識（第一部分）的教學(xué)效果進(jìn)行說明外，還特別強(qiáng)調(diào)個(gè)人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造能力等方面的教學(xué)效果。標(biāo)準(zhǔn)3一體化課程計(jì)劃是一個(gè)由相互支持的專業(yè)課程和明確集成個(gè)人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力為一體的方案所設(shè)計(jì)出的課程計(jì)劃。 當(dāng)專業(yè)課程的有關(guān)內(nèi)容和學(xué)習(xí)效果之間具有明確的聯(lián)系時(shí)，要求它們是相互支撐的。一體化課程計(jì)劃使我們知道如何將個(gè)人與人際交往能力，以及與具有多學(xué)科聯(lián)系的產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造能力進(jìn)行整合。標(biāo)準(zhǔn)4－工程導(dǎo)論工程導(dǎo)論課程提供產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造中工程實(shí)踐所需的框架，并且引出必要的個(gè)人和人際交往能力。 導(dǎo)論性課程通常是教學(xué)計(jì)劃中規(guī)定要修的第一門課程，它為工程實(shí)踐提供了一個(gè)框架。這個(gè)框架概括了一個(gè)工程師的任務(wù)與責(zé)任，并且概括了如何利用學(xué)科知識去執(zhí)行這些任務(wù)，以及學(xué)生以個(gè)人或團(tuán)隊(duì)的形式通過參與解決問題和簡單設(shè)計(jì)練習(xí)的方式去參與工程實(shí)踐。這種課程也包括個(gè)人與人際交往的知識、能力和態(tài)度，這在培養(yǎng)計(jì)劃的開始時(shí)期是很需要的，它為學(xué)生掌握更高級的產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造經(jīng)驗(yàn)作了準(zhǔn)備。標(biāo)準(zhǔn)5－設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn) 在課程計(jì)劃中應(yīng)有兩個(gè)或更多的設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)，其中一個(gè)為初級的，一個(gè)為高級的。在設(shè)計(jì)課程計(jì)劃時(shí)，必須根據(jù)范圍大小和復(fù)雜程度從低層到高層建立起一系列設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)。通過這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)，反復(fù)強(qiáng)化學(xué)生對產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)開發(fā)的理解。重要的是，合理構(gòu)建和有序安排設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)將有效鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識。第一個(gè)設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)是一個(gè)有助于學(xué)生理解的具體經(jīng)驗(yàn)過程，學(xué)生可通過這一過程，在今后更為正規(guī)的綜合課程作業(yè)中理解和應(yīng)用有關(guān)的理論和抽象的概念。第二個(gè)設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)能讓學(xué)生把前面所學(xué)到的技術(shù)知識予以應(yīng)用，并讓學(xué)生具體了解下一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。這種周期性模式就是標(biāo)準(zhǔn)5所規(guī)定的“兩個(gè)或更多的設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)”。如：第一年的設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)可通過問題來引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生了解需要什么樣的主要學(xué)科理論才能解決問題；而在第二年的課程里就可以安排學(xué)生學(xué)習(xí)這些學(xué)科理論；第三或第四年的設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)則要求學(xué)生把理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去。

標(biāo)準(zhǔn)6–工程實(shí)踐場所工程實(shí)踐場所和實(shí)驗(yàn)室能支持和鼓勵(lì)學(xué)生通過動(dòng)手學(xué)習(xí)產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力，學(xué)習(xí)學(xué)科知識和社會(huì)學(xué)習(xí)。實(shí)施CDIO的專業(yè)所提供的工程實(shí)踐場所包括：教室、講堂、會(huì)議室和工程實(shí)踐場所等傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)空間。目的是支持學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力，同時(shí)也支持學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)科與多學(xué)科知識，提高學(xué)生的動(dòng)手學(xué)習(xí)能力，學(xué)生可以從中直接進(jìn)行他們自己的開發(fā)工作，工程實(shí)踐場所還為學(xué)生學(xué)習(xí)社會(huì)經(jīng)驗(yàn)提供了機(jī)會(huì)。學(xué)生可以相互學(xué)習(xí)和進(jìn)行團(tuán)隊(duì)互動(dòng)，有機(jī)會(huì)運(yùn)用現(xiàn)代的工程工具、軟件和實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)他們在產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造能力方面所要掌握的知識、能力和態(tài)度。這些能力在工程實(shí)踐場所中能得到最好的發(fā)展，工程實(shí)踐場所以學(xué)生為中心，并且易用、方便和具有互動(dòng)性。

標(biāo)準(zhǔn)7－一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)帶動(dòng)學(xué)科知識與個(gè)人和人際交往能力，產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造能力的獲取。一體化學(xué)習(xí)意味著學(xué)生在學(xué)習(xí)技術(shù)知識和學(xué)科知識的同時(shí)，還要學(xué)習(xí)個(gè)人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力。雙重目標(biāo)的學(xué)習(xí)活動(dòng)作為一種學(xué)習(xí)能力的手段，加深了學(xué)生對學(xué)科知識的理解。這與CDIO培養(yǎng)大綱相關(guān)的技術(shù)知識和學(xué)習(xí)效果是相互依賴和相互促進(jìn)的。例如，在CDIO專業(yè)計(jì)劃中，交流能力和技術(shù)知識是高度融合在一起的。標(biāo)準(zhǔn)8－主動(dòng)學(xué)習(xí)基于主動(dòng)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法的教與學(xué)。主動(dòng)學(xué)習(xí)提供了一種深化學(xué)習(xí)的方法：深化學(xué)習(xí)的方法意味著學(xué)生要去理解概念，這與考試中簡單的重復(fù)記憶是完全相反的。主動(dòng)學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法直接影響學(xué)生所要采用的學(xué)習(xí)方法。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表演主動(dòng)角色時(shí)，會(huì)學(xué)得更好，因?yàn)樗麄兏敢獠捎蒙罨膶W(xué)習(xí)方法，學(xué)生主動(dòng)參加他們的學(xué)習(xí)，能使學(xué)過的知識和新的概念之間更好地聯(lián)系起來。

標(biāo)準(zhǔn)9－提高教師的工程實(shí)踐能力。采取行動(dòng)，提高教師的個(gè)人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造的能力。如果希望大學(xué)教師能夠講授融合了學(xué)科知識的個(gè)人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力的課程，那么，教師必須熟練掌握這些能力。大多數(shù)工科教授是各自學(xué)科的研究和知識領(lǐng)域的專家，但他們在商業(yè)和工業(yè)環(huán)境中的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)卻非常有限。教師需要提高他們的工程知識和能力，以便為學(xué)生提供相關(guān)案例并作為當(dāng)代工程師的榜樣。

標(biāo)準(zhǔn)10－提高教師的教學(xué)能力采取行動(dòng)，提高教師在提供一體化學(xué)習(xí)，使用主動(dòng)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法和考核學(xué)生學(xué)習(xí)等方面的能力。

如果希望教師采用新的方法進(jìn)行教學(xué)和評估，那么他們需要有機(jī)會(huì)發(fā)展和提高在這些領(lǐng)域的能力。許多大學(xué)都有教師發(fā)展計(jì)劃以及支持老師提升教學(xué)和提倡相互合作的小組。另外，如果專業(yè)計(jì)劃要強(qiáng)調(diào)教育、學(xué)習(xí)和評估的重要性，那么，必須提供足夠的資源，使教師能夠發(fā)展這些能力。教師的轉(zhuǎn)變不僅需要在課程計(jì)劃進(jìn)行變革，而且在教學(xué)和評估方法上也應(yīng)該進(jìn)行改變。標(biāo)準(zhǔn)