CDIO工程教育模式的教学理论基础研究

1、    cdio工程教育模式的教学理论基础研究    摘    要： 自cdio模式创立以来，世界范围内使用cdio模式的高校不断增多，并被广泛应用于理、工、农、医、文等诸多学科领域的教学实践。本文从cdio模式发展历程出发，在剖析教学理论发展历程的基础上，分析了cdio工程教育模式的教学理论基础。关键词： cdio模式    cdio教学    工科教学    教学理论一、研究背景麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所院校在克努特·爱丽丝布·瓦伦堡基金会（t

2、he knut and alice wallenberg foundation）的资助下，于2007年汇总各校时间经验适时出版了第一版重新认识工程教育：国际cdio培养模式与方法（rethinking engineering education： the cdio approach）。随后，爱德华·f·克劳雷（edward f.crawley）等人针对工程师的创业方面的挑战，将原有1.0版cdio教学大纲扩充为cdio-le（leadership&entrepreneurship）教学大纲1。2011年6月，克劳雷团队进一步将现代工程师所面临的核心挑战界定为可持续性

3、、全球化、创新、领导力与创业精神等，并发布了新版的cdio教学大纲2.0版cdio大纲（cdio syllabus v2.0）2。在国际cdio工程教育模式推行十周年之际，克劳雷等主要cdio研究人员对十余年的工程教育经验进行了总结，出版了第二版本的重新认识工程教育：国际cdio培养模式与方法一书。国内cdio模式改革紧随国际cdio改革步伐之后。2005年，汕头大学在国内率先将cdio引入中国，并结合自身办学定位实施了基于eip-cdio的工程教育系统性改革，目前实施该项改革的专业已经涵盖该校机械、土木、电子等多个专业。此外，燕山大学、江南大学、成都信息工程学院等高校也加入到这场声势浩大的工

4、程教育改革浪潮之中来3。2008年4月，教育部高等教育司发文成立“cdio工程教育模式研究与实践课题组（以下简称“试点工作组”）”。 自2011年起，试点工作组定期围绕cdio改革中遇到的重难点议题举行工作会议4。2016年1月8日，试点工作组经研究决定在教育部原试点工作组基础之上成立“cdio工程教育联盟”5。二、教学理论发展历程回眸（一） 经验学习理论经验学习源于西方经验哲学的发展。古希腊、古罗马时期的经验哲学将经验视为与理性对立的事物，是实践的、变化的、非理智的;中世纪经院哲学吸纳自然科学研究成果，将经验视为人类认知的途径，人类只有经由经验的感觉才能达到理性认识;自然主义者让-雅克

5、83;卢梭（jean-jacques rousseau）提出了利用经验进行教学的理念，他提倡教师应从儿童实际生活出发着力丰富儿童感觉经验而不是一味地向儿童灌输知识和道德6;民主主义者约翰·杜威（john dewey）认为学习的本质是经验与反思，教育应遵循通过个人经验进行学习的原则。依据主要经验学习论者所属流派不同，可将经验学习理论发展历程划分为实用主义阶段、人本主义阶段。实用主义阶段经验学习理论的代表人物是杜威，他认为由于学生的经验是逐渐累积起来的，是寓于日常生活以及学习教材之中的7，因此学校的教学科目不应是零碎经验的大杂烩，而应是有组织的8。人本主义阶段经验学习理论的代表人物是卡尔

6、·罗杰斯，他将情感纳入到经验这一概念体系之中，并认为经验是开放的，个体应毫无拘束地体验所有的情感和经验9。（二）建构主义教学观建构主义学习观认为学习者的学习活动是在特定社会文化背景开展的，其本质是学习者获取知识的过程10。尽管学习者的学习活动需要借助其他人（包括教师、行业专家、同伴等）的帮助，也需要充分利用必要的学习资料。但无论是作为知识载体的出版物还是作为知识传授主体的教师都不是学习者学习知识的最终媒介，学习者的意义建构才是学习者获得知识的终极路径。建构主义学习理论的核心概念是学习环境，这一环境有四大组成要素，即“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”。既然学习者的学习是在既定社

7、会文化背景（即情境）下进行的，那么学习者的学习效果将取决于这一背景是否有利于促进学生对所学内容的意义建构。因此，教师的主要任务之一即是创设有利于学生实现其意义建构的真实情境。（三）情境教学理论情境教学（contextual learning）理论的情境与建构主义之情境既相互联系，又有所区别。其联系在于两种学习理论都主张教师应为学习者创设有利于意义建构的情境，其区别则源于情境教学理论是源于情境教学流派对传统学徒制的深入探究。情境教学里的“情境”概念之时纳入了迈克尔·波兰尼（michael polanyi）的“默会知识（tacit knowledge）”这一概念，学习者学习环境的创设必须

8、遵循情境性原则11，即考虑重要知识的默会本质不能通过语言或文字表达并传递给他人的属性12。“默会知识”的引入进一步明确了真实情境在学习者学习活动中的重要性，学习者不能通过被动理解仅凭语言表达的默会知识，而只能置身于有利于默会知识习得的情境才能习得这部分知识。总的来说，情境教学所谓之情境应同时具备真实性、合作性、反思性、清晰性、整体评价等特点。通过对华东师范大学高文教授对情境教学理论的研究进行总结，可以发现情境教学之情境主要有以下五个方面的特点：真实的情境，即能够反映知识在实践中应用方式的情境，这一情境是真实的活动;促进合作建构的情境，即这一情境应支持知识的合作建构;促进反思的情境，以便于形成抽

9、象概念;清晰描述的情境，以便于学习者将默会知识转化为清晰知识;整体评价的情境，即在完成学习任务时提供整体学习评价13。 （四） 主动学习理论主动学习（active learning）是一种有别于传统教学模式下学生被动听课的教学模式，这种教学模式鼓励学生主动地参与到学习过程之中14。目前，学术界对主动学习尚无统一界定15。但有一点可以确定，与传统模式下教师的教和学生的学彼此分离的观点不同，主动学习是一种学生积极参与的学习活动，她不仅包括与学习活动紧密关联的问题分析、解决与评价，还涵盖教师组织的针对课程内容、观点会问题进行的研讨活动11。不仅如此，主动学习通常还包括以下教学方面的技巧，如游戏组织、

10、技术应用、团队协作等16。三、cdio模式下的教学新版重新认识工程教育明确指出cdio模式下的教学是一种基于经验学习理论、主动学习理论、情境教学理论的综合性教学模式，其目的在于通过为学生提供丰富的“设计-实现”经验，帮助学生达成预期学习结果16。虽然cdio模式并未限定实施cdio模式的教学方法，但却明确说明了十二条用于确保实现cdio模式预期愿景的有效实践准则，即cdio标准。在第二版重新认识工程教育出版之时，第一版本的cdio标准也迎来了更新17。以下简要描述2.0版cdio标准（cdio standards v2.0）中与教学有关相关准则及其与教学理论之间的关联：（一） 基于经验学习理论

11、的cdio教学cdio模式下的教学源于经验学习理论，并与建构主义和认知发展理论紧密相关。表1所示的cdio标准5将cdio模式下学生所需学习经验定义为有关“设计-实现”的经验。这一经验与工科毕业生未来将要担负的主要工作职责休戚相关，这是因为代表产品“构思-设计-实施-运行”流程的“设计-实现”活动涵盖现代工程师所参与的产品设计、方案实施及系统运行生命周期内的所有活动，是现代工程师的本职工作的学术性描述。表1    cdio标准516不仅如此，标准5还刻意强调学生所需的“设计-实现”经验应是有组织的，既应包含“初级经验”，又应包含“高级经验”。这意味着基于cdio的教学除应考

12、虑知识本身的内在结构以外，还应充分考虑学生的认知发展状况，作为教学活动促进者的教师应依据这些要求科学、合理地组织教学活动，进而促使学生为未来胜任工程师工作做好准备。此外，值得一提的是，上述学习经验的最终确定并不是从纯粹的理论推演而来，而是在参考已有行业标准，由教师、学生、工业界代表、校友及学者等群体组成的利益相关者共同完成。这些经验并非一成不变，当工程师所面临的工程实践环境发生改变时，上述学习经验也应随之进行适当调整。（二） 基于情境教学理论的cdio教学cdio模式下的教学主张以“构思-设计-实施-运行”为工程教育的情境而非内容18，在cdio标准1中即明确了这一要求。考虑到工科教学的实际情

13、况，创设这一情境的场所（即“设计实现”工作坊）可以安排在教室或现代化的学习实践场所（如工程实训中心），用以支持学生开展操作训练或社会实践训练方面的学习。依据情境教学之情境所应具备的特征，在这一场所中教师应采取项目教学、基于问题教学、探究式教学等教学方法努力为学生创设与真实工程实践情境相仿的学习情境。在这一过程中，教师不仅需要协助学生完成基础知识学习、获得设计实现经验，还须组织学生开展学习评价，以便于学生自觉完成反思活动。表2    cdio标准116（三）基于主动学习理论的cdio教学选择主动学习作为cdio模式下教学的理论基础的目的在于采取措施促使工程教育变得有吸引力，c

14、dio标准8明确指出cdio模式下的教学是基于主动经验学习方法。在基于cdio的教学过程中，教师应采取一切措施，帮助工科学生发现获得“设计-实现”经验的实际意义，提升其对工程职业的理解，进而帮助学生培养工程学习之兴趣。唯有在此基础之上，作为学习者的学生才会积极主动地参与到教师精心设计的学习活动中间。表3    cdio标准816参考文献：1胡兴志，丁飞己，王纪坤.从cdio教学大纲变动看cdio课程改革j.高等工程教育研究，2015，03：189-192.2crawley e f，malmqvist j，lucas w a，et al.the cdio syllabus v

15、2.0.an updated statement of goals for engineering educationcproceedings of 7th international cdio conference，copenhagen，denmark.2011.3顾佩华，包能胜，康全礼，等.cdio 在中国 （上）j.高等工程教育研究，2012，3： 24-40.4cdio中国.cdio 在中国eb/ol.http：/5胡文龙.创新时代的工程教育发展：挑战与应对2016年“cdio工程教育联盟成立会议”纪要j.高等工程教育研究，2016，02：32-33.6房慧.经验学习的反思与建构d.西

16、南大学，2010.7赵祥麟，王承绪.杜威教育名篇（大师背影书系悦读版）m.教育科学出版社，2014.8张梅.杜威的经验概念d.复旦大学，2008.9车文博.人本主义心理学m.浙江教育出版社，2003.10何克抗.建构主义革新传统教学的理论基础c.“教学技能与教学技术学术会议大会”特邀报告，1997.11j·莱夫，e·温格，著.王文静，译.情境学习：合法的边缘性参与m.华东师范大学出版社，2004.12wikipedia.tacit knowledge.eb/ol.https：//wiki/tacit_knowledge.2016-07-06.

17、13高文.情境学习的关键特征及其对多媒体教学设计的启示j.外国教育资料，1997（6）：59-62.14wikipedia.active learningeb/ol.https：//wiki/active_learning.2016-07-06.15陈雨青，杨路明.主动学习的教学策略研究j.教育与现代化，2007（2）：21-27.16david weltman.a comparision of traditional and active learning methods： an empirical investigation utilizing a linear mixed modeld.the university of texas at arlington in partial fulfillment.2007.17crawley e f，malmqvist j，stlund s，