CDIO大纲与实施标准分析

CDIO大纲与实施标准分析汕头大学沈民奋教授mfshen@2009-3-29三个核心问题当代社会需要培养什么样的工科毕业生？工科毕业生应掌握怎样的知识(Knowledge,Skill,Attitude)、能力和态度？其水平应达到什么样的程度？换句话说，工程教育所希望得到的教学效果(LearningOutcome)是什么呢？由此提出CDIO教学大纲（Syllabus）。工程师必须具备广泛的个人能力、人际沟通能力以及产品、过程及系统的构建能力，这些能力保证学生在实际的社会和企业背景环境(Context)下的团队工作中发挥重要作用。CDIO工程教育模式（Initiative）为我们提供了一种新的教育方法，有助于解决工程教育普遍存在的问题，并可满足学生和社会的需求。其特点是：第一次全面描述了现代工程师所需的知识、能力及态度的完整内容，即我们希望获得的教学效果。CDIO教学大纲的发展过程：1教学大纲（Syllabus）——工程教育所需的重要文件，也是对教学效果（LearningOutcome）的全面描述。2制定过程——通过列出一整套工科毕业生应具备的各种知识、能力与态度，由此获得现代工程教育改革的解决方案。3主要特点——这些知识和能力的主题内容(Topics)具有通用化的特点，可用于各个工程领域；而且非常详细，可为制定课程计划和评估教学效果真正发挥作用。需要合理而详细的教学大纲以上列出的能力需求，是一个工程师所需的品质，但仍不够合理和详细。基于此，需要重新对现有的需求进行规范，由此创立CDIO培养模式（Initiative）。目的是重新对工程教育的现有能力需求进行系统的论述，结论是：每个工科毕业生都应具备——在团队合作的现代工程环境背景中，能够构思、设计、实现和运行复杂的具有附加值的工程产品、过程及系统。换句话说：需要把构思－设计－实现－运行（CDIO）作为工程教育的环境背景（Context,notContent），由此获得一系列详细而合理的教学目标和教学效果。1---CDIO教学大纲，就是要建立一个清晰、完整、系统和详细的工程教育目标，使工科老师能够理解并予以实现，这些目标已成为我们合理设计课程计划和进行评估的重要基础。2---根据工程师的职能而制定的CDIO大纲，实际上并没有弱化工程科学或工程研究的作用。恰恰相反，工程科学已成为工程教育的重要基础，而且工程研究还为工程教育带来了新的知识。这一点在MIT表现得非常突出。3----无论学生最后成为工程师还是工程研究人员，都必须让他们在学校的4年里经历系统及产品的CDIO全过程实践，这对于增强他们的工作阅历和背景是极为重要的。

教学大纲除了对技术学科知识（第1部分）的教学效果进行说明外，还特别强调个人能力(Personal)、人际协调能力(Interpersonal)、产品、过程及系统构建能力等方面的教学效果。个人的学习效果（第2部分）主要集中在学生个人的认知与感情的发展上，包括工程推理和解决问题能力、实验能力与知识探索能力、系统思维能力、创造性思维能力、批判性思维能力以及职业道德等方面。人际协调能力的学习效果（第3部分）主要集中在个人与团体之间的互动(Interact)上，如团队工作能力、领导能力和沟通能力等。产品、过程和系统的构建能力(BuildingSkill)（第4部分）则强调在企业、商业和社会环境中，对产品、过程和系统进行构思、设计、实现与运行的能力。

CDIO教学大纲的内容和结构目标：1.建立一个基本原理清晰的结构。2.获得一个合理的高级目标集。3.提供清晰、完整和系统的主题集，可以实现和评估。大纲的出发点是：工程师为改善人类生活而构建产品、过程和系统。为使学生更好地进入当代工程职业领域，必须具备一个工程师的基本功能——应能够在现代的团队环境中去构思-设计-实现-运作复杂的且具有附加值的工程产品、过程和系统。另外，还期望他们成为具有独立思考能力的成熟的个体。图中给出了大纲的第一层中“1技术知识和推理”下面的第二层具体内容及其关系。现代工程基于“基础科学知识(1.1)”。“核心工程基础知识(1.2)”则是基于核心科学的，“高级工程基础知识(1.3)”使学生拥有实际工作所必备的能力。把技术知识和推理能力放在教学大纲的最前面，目的是提醒人们——技术基础知识的深层应用是工程教育的基本目标。教学大纲中保留了包括工科毕业生所需的所有知识、能力和态度这三部分的内容。另外，大纲尽量对所有的专业使用明确的术语，以便在不同的工程领域的具体应用时，可对这些术语进行转译和解释。CDIO教学大纲：技术知识和推理的第2层关系1.3高级工程基础知识1.2核心工程基础知识1.1基础科学知识

下图给出了“2.个人能力、职业技能和职业道德”与“3.人际协调能力”的第二层内容及关系：2.4个人能力和态度2.5职业能力和职业道德3.1多学科团队协作3.2沟通3.3外语交流2.1工程推理和问题解决2.2实验与知识发现2.3系统思维

在企业和商业环境中(4.2)，工程师必需懂得有效进行产品、过程和系统的创建与运作。在任何类型和规模的企业中，工程师需要具备能够理解企业文化和发展战略的能力，并且懂得以一名企业家的方式发挥作用。同样，企业也是在一个更大的外部与社会环境中(4.1)生存。这方面的知识和能力包括对社会与工程之间关系的认识，以及对广泛的历史、文化和全球情况的了解。大纲的构思、设计、实现和运作

4.1社会背景4.34.44.54.6CDIO4.2企业背景CDIO教学大纲的发展过程和整合下图说明了CDIO大纲的开发及其一体化过程。反映从需求到目标到CDIO教学大纲到制定课程大纲到专业目标、以及将专业目标整合到课程计划的全过程。

社会需求能够构思、设计、实现、运作复杂的产品和系统的工程师培养目标·深厚的基础知识·引入新产品和新系统的创新·理解研究和技术发展的价值CDIO大纲1.技术知识2.个人技能3.人际交往能力4.企业和社会背景下的CDIO课程·结构·次序·教学计划到课程课程设计·课程指定的教学成果与教学计划结合·学习评估方法和学习成果相结合

关于CDIO的标准

2004年1月，CDIO培养模式提出12条标准，作为教学改革和评估、设立世界通行的实施CDIO的基准和目标，以及制定可持续改进的要求。

CDIO的12条标准，重点考察：

1专业培养理念(标准1*)

2课程计划的制定(标准2*、3*、4)

3设计－实现经验和实践场所(标准5*、6)

4教与学的新方法(标准7*、8)

5教师的提高(标准9*、10)

6考核与评估(11*、12)

在这12条标准中，有7条是最基本的，(用*号表示)，体现了CDIO与其他教育模式的不同。另外5条标准反映了工程教育的最佳实践，作为补充标准。标准1－背景环境采用一种基本原理，将产品、过程和系统生命周期的开发与运用－（CDIO）－作为工程教育的背景环境。工程教育的背景环境：文化框架，或环境，在那里可以教授、实践和学习技术知识和其他能力。当一个专业的教师都明确同意、专业领导支持并维持这个改革计划，可认为这个专业已经采用了CDIO的原则。标准2－学习效果具有具体而详细的学习效果——与专业目标一致，并得到利益相关者验证的个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力以及学科知识。要求把知识、能力和态度作为工程教育的结果，学习效果应编入CDIO教学大纲。学习效果具体说明当工科学生完成专业计划时，应掌握什么和能做什么。教学大纲除了应对技术学科知识（第一部分）的教学效果进行说明外，还特别强调个人、人际交往能力以及产品、过程和系统建造能力等方面的教学效果。标准3一体化课程计划是一个由相互支持的专业课程和明确集成个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力为一体的方案所设计出的课程计划。 当专业课程的有关内容和学习效果之间具有明确的联系时，要求它们是相互支撑的。一体化课程计划使我们知道如何将个人与人际交往能力，以及与具有多学科联系的产品、过程和系统建造能力进行整合。标准4－工程导论工程导论课程提供产品、过程和系统建造中工程实践所需的框架，并且引出必要的个人和人际交往能力。 导论性课程通常是教学计划中规定要修的第一门课程，它为工程实践提供了一个框架。这个框架概括了一个工程师的任务与责任，并且概括了如何利用学科知识去执行这些任务，以及学生以个人或团队的形式通过参与解决问题和简单设计练习的方式去参与工程实践。这种课程也包括个人与人际交往的知识、能力和态度，这在培养计划的开始时期是很需要的，它为学生掌握更高级的产品、过程和系统建造经验作了准备。标准5－设计—实现的经验 在课程计划中应有两个或更多的设计—实现经验，其中一个为初级的，一个为高级的。在设计课程计划时，必须根据范围大小和复杂程度从低层到高层建立起一系列设计—实现的经验。通过这样的实践环节，反复强化学生对产品、过程和系统开发的理解。重要的是，合理构建和有序安排设计—实现的经验将有效巩固学生的基础知识。第一个设计—实现的经验应是一个有助于学生理解的具体经验过程，学生可通过这一过程，在今后更为正规的综合课程作业中理解和应用有关的理论和抽象的概念。第二个设计—实现的经验应能让学生把前面所学到的技术知识予以应用，并让学生具体了解下一个学习环节。这种周期性模式就是标准5所规定的“两个或更多的设计—实现的经验”。如：第一年的设计—实现的经验可通过问题来引导学生，让学生了解需要什么样的主要学科理论才能解决问题；而在第二年的课程里就可以安排学生学习这些学科理论；第三或第四年的设计—实现经验则要求学生把理论知识应用到实践中去。

标准6–工程实践场所工程实践场所和实验室能支持和鼓励学生通过动手学习产品、过程和系统的建造能力，学习学科知识和社会学习。实施CDIO的专业所提供的工程实践场所包括：教室、讲堂、会议室和工程实践场所等传统的学习空间。目的是支持学生学习产品、过程和系统的建造能力，同时也支持学生学习学科与多学科知识，提高学生的动手学习能力，学生可以从中直接进行他们自己的开发工作，工程实践场所还为学生学习社会经验提供了机会。学生可以相互学习和进行团队互动，有机会运用现代的工程工具、软件和实验室，培养他们在产品、过程和系统建造能力方面所要掌握的知识、能力和态度。这些能力在工程实践场所中能得到最好的发展，工程实践场所以学生为中心，并且易用、方便和具有互动性。

标准7－一体化学习经验一体化学习经验带动学科知识与个人和人际交往能力，产品、过程和系统建造能力的获取。一体化学习意味着学生在学习技术知识和学科知识的同时，还要学习个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力。双重目标的学习活动作为一种学习能力的手段，加深了学生对学科知识的理解。这与CDIO培养大纲相关的技术知识和学习效果是相互依赖和相互促进的。例如，在CDIO专业计划中，交流能力和技术知识是高度融合在一起的。标准8－主动学习基于主动经验学习方法的教与学。主动学习提供了一种深化学习的方法：深化学习的方法意味着学生要去理解概念，这与考试中简单的重复记忆是完全相反的。主动学习和经验学习方法直接影响学生所要采用的学习方法。当学生在学习过程中表演主动角色时，会学得更好，因为他们更愿意采用深化的学习方法，学生主动参加他们的学习，能使学过的知识和新的概念之间更好地联系起来。

标准9－提高教师的工程实践能力。采取行动，提高教师的个人、人际交往能力以及产品、过程和系统建造的能力。如果希望大学教师能够讲授融合了学科知识的个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力的课程，那么，教师必须熟练掌握这些能力。大多数工科教授是各自学科的研究和知识领域的专家，但他们在商业和工业环境中的工程实践经验却非常有限。教师需要提高他们的工程知识和能力，以便为学生提供相关案例并作为当代工程师的榜样。

标准10－提高教师的教学能力采取行动，提高教师在提供一体化学习，使用主动经验学习方法和考核学生学习等方面的能力。

如果希望教师采用新的方法进行教学和评估，那么他们需要有机会发展和提高在这些领域的能力。许多大学都有教师发展计划以及支持老师提升教学和提倡相互合作的小组。另外，如果专业计划要强调教育、学习和评估的重要性，那么，必须提供足够的资源，使教师能够发展这些能力。教师的转变不仅需要在课程计划进行变革，而且在教学和评估方法上也应该进行改变。标准