CDIO高等工程教育分析范文
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1.CDIO的內涵
CDIO代表著構思(Conceive)、設計(De-sign)、實施(Implement)與運行(Operate),它作為當前高等工程教育的一種人才培養理念,其名稱的靈感來源于產品/系統的生命周期過程,[1]體現了現代工業產品從構思研發到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程。基于當前工程教育中存在的重理論輕實踐的現狀,CDIO高等工程教育模式以構思、設計、實施及運作全過程為載體來培養學生的工程能力,該能力不僅包含個人的學術知識,還包含學生的終生學習能力、團隊交流能力和大系統掌控能力。①
2.CDIO的特點
CDIO在當前得到了國際高等工程教育的共識,這種人才培養模式的理念主要體現在以下四個方面:
(1)具有國際先進性。為了應對全球化帶來的機遇和挑戰,CDIO國際組織動用大量的教育專家制定了一整套全面的、以能力培養為目標的實施計劃和教學大綱,[2]以國際化的教育理念和框架培養具有國際競爭力的人才。
(2)具有實踐可操作性。在CDIO的教育理念中,各層次素質的培養是融于總體培養框架之內,以團隊項目為紐帶綜合地進行培養和發展,這不同于以往按單門課程的要求簡單地進行整合。CDIO的教學大綱要求學生掌握基礎知識技能、系統項目工程能力、適應團隊合作以及系統開發環境的能力,這與培養世界工程師的目標是相一致的。由于該新模式中部分教學大綱的編制直接與波音公司對工程師素質要求和ABET/EC2000的要求相對應,所以CDIO工程教育模式的實踐將會取得顯著的效果,具有較強的可操作性。
(3)具有全面系統性。最能反映這一特點的是CDIO教學大綱,它是以能力培養為目標,列出了現代工程師所必備的各個層次的素質要求。這種能力培養涵概了四大類,它們分別為理論知識、個人的職業技能和職業道德、人際交流以及項目的構思、設計、實現和運作能力,其中這四類能力又可具體化為17組能力,再細化為73條技能,力求以科學的培養模式全面系統地提高學生的綜合素質。汕頭大學工學院所有專業2006年的培養計劃是根據CDIO教學大綱制定的,是將核心課程的教育同專業與系統的整體認識統一起來,結合學生的自我更新能力、人際交流能力以及大系統的掌握、運行和調控能力對其進行系統培養。
(4)具有普遍適應性。CDIO的具體目標就是為工程教育創造出一個合理、完整的、通用的、可概括性的教學目標,重點將個人的、社會的和系統的制造技術和基本原理相結合,使之適合工程學的所有領域。[1]汕頭大學工學院CDIO改革就是面向于學院的所有專業。
二、汕頭大學工學院CDIO改革
1.改革的背景
我國現行的工程教育模式脫胎于前蘇聯的專業教育,該模式與現代工業實踐對高級工程人才的要求不相適應,其存在的問題主要有以下幾點:一是教育學術化。近二十年來,隨著我國改革開放的不斷深入及產業模式的不斷升級,社會對工程技術人才的需求日益加劇,特別是具有很強實踐能力的工程技術人才。但是,當前工程教育卻把自己委身于科學教育,走學術化的道路。在課程設置上技術性和實踐性的內容繼續削減,而學術性和理論性的內容不斷增加。二是重理論輕實踐。學科教育與工業實踐脫節是我國當前高等教育面臨的一個重大問題,有報告顯示,我國2005年畢業的約60萬工程類畢業生中不足10%的人能適應國際化公司的工作,[3]產生這種現象的原因之一在于我國當前的工程教育重理論輕實踐,學生接受到項目和團隊工作的實際訓練較少。與之相比,歐美等國的學生在校期間通過團隊方式解決實際問題的機會較多。[2]三是專業設置口徑窄。長期以來,專業的定向型培養體制及學生重授課輕自學的思想造成了學生的知識面窄,專業口徑狹窄使得學生的學習能力、自主性和創造性難以得到充分的發揮,培養出來的學生缺乏很強的適應性和競爭力。四是工程教育缺乏系統規劃。作為高等教育中的一大門類,“工程”是一個范圍廣闊的主修領域,除了提供以傳統的土、機、電、化、管(工業工程)及其衍生的若干工程分支領域為對象的工程教育計劃,還提供計算機科學、生物技術、環境科學等相關新興學科的教育計劃。現行的工程教育不僅要加強管理、系統思維和團隊協同合作與交流、職業道德和法律、創造性工作和工程設計等能力培養方面的規劃統籌,還要把工程教育置身于全球經濟背景中進行系統規劃。
2.改革內容
基于我國高等工程教育存在的問題和CDIO模式的優越性,我國建設創新型國家對人才的需求,以及汕頭大學的國際化的路線方針政策。2005年,汕頭大學工學院開始進行CDIO試點課程改革,并在2006級學生中開始全面實施CDIO改革,其改革的主要內容有:
(1)制定了以設計為導向的CDIO培養方案設計是工程實踐的精髓,功能、技術、經濟以及環境、社會乃至歷史的要求和約束均在設計過程中得到反映和體現。通過設計過程,學生可將所學知識和所需知識有機地融合在一起,綜合全面地完善自己。①汕頭大學工學院現有計算機科學與技術、電子信息工程、通信工程、機械設計制造以及自動化和土木工程專業五個專業。在CDIO改革中,每個專業都必須有精心規劃的構思、設計、實施及運行項目為導引,讓學生產生對核心專業課程學習的興趣,進而對本專業形成一個清醒的全面認識。每個專業培養計劃以魚骨圖的形式表達,以計算機科學與技術專業為例。②CDIO項目按照規模和范圍可以劃分為三級:一級為包含本專業主要核心課程和能力要求的項目;二級為包含一組相關核心課程和能力要求的項目;三級為單門課程內為增強課程能力與理解而設的項目。其中三級項目的設立與否及其設立形式根據各門課程的大綱需要來確定。每個專業至少有兩次一級項目,一次在一、二年級時設立,它以介紹本專業的核心內容和調動學生的學習興趣為目,另一次在畢業前夕設立,它以畢業實習和畢業設計為目的,其中每個一級項目均作為一門課程單獨計分;二級項目一般為三至五個,這些項目通常作為載體,用來加強本專業相關核心課程的學習與應用。
(2)建立了模塊化課程體系按照CDIO教學大綱的能力要求,并參考MIT等院校課程設置,再進一步結合學校培養應用型人才的定位,工學院各系建立了符合國際工程師認證的、以“通識課程、基礎課程、專業課程、特色課程”有機結合的模塊化課程體系。在該課程體系中,通識課程模塊包括學校通識科學課程和工學通識課程,汕頭大學要求各專業的學生在畢業前需順利修完至少12個學分的通識教育課程,該課程包括數學與自然科學、哲學與社會科學以及語言、文學和藝術三類,各位學生可以根據自己的興趣選修。專業課程模塊包括專業基礎課程和專業課程。除了通識課程和專業課程模塊,該課程體系還包括特色課程模塊即選修實踐環節,它由很多的設計項目組成。這個模塊通常以設計實施綜合項目為載體,結合本專業核心課程的教學,讓學生帶著解決工程問題的追求進行課程學習,在團隊合作的環境下,使學生的個人能力、人際交往能力、CDIO系統組織及開發能力全面得到訓練和提高。例如,計算機科學與技術專業的一個設計項目為《軟件算法綜合設計》,它是以一組核心課程諸如包含程序設計與基礎、匯編、離散數學及數據結構的學習為基礎,再將其置于一個設計項目中。這種理論分析與實際應用相結合的教學方式,一方面培養了學生的專業理論應用能力,讓學生學會如何把所學的專業知識同實際工程應用緊密聯系。另一方面通過動手設計和實驗,學生對典型工業產品的結構、設計和制造過程有一個基本的、完整的體驗和認識,這不僅培養了學生的實踐能力,還使學生的工程意識和組織能力得以增強。
(3)大類招生和大類培養針對我國高等工程教育領域存在的專業設置口徑窄分科細問題,汕頭大學工學院大膽地進行改革,實行大類招生和大類培養,厚基礎寬口徑地培養人才。工學院按工程類招生,學生在入學時不分專業,在低年級階段共同學習公共基礎課和工程類專業基礎課,在高年級階段根據個人的特長和興趣進行專業分配和培養。學習期間,學院還鼓勵學生輔修商學、法學相關專業的課程,以拓寬學生在管理和法律方面的知識面,這有助于學生領導才能的培養。(4)EIP-CDIO培養模式結合我國工程教育的實際,工學院創造性地提出了EIP-CDIO培養模式。EIP是指講道德(Ethics)、講正直(Integrity)和專業化(Professionalism),這與CDIO大綱第二部分第五點中關于職業行為以及道德、正直、責任感和負責任的理念是一致的。作為CDIO改革的一個創新,EIP-CDIO注重職業道德與誠信、與構思—設計—實現—運作進行有機結合,并以培養高級工程專業人才為目標。工學院除了要求每位學生選修人文、社會和藝術等課程,還必修一門《工程師的職業道德與責任》。學院舉辦了《世界工程師論壇》系列活動,通過邀請工程大師講學來傳播世界先進教育理念及先進的工程技術,開闊了學生的眼界,培養了學生的創新思維。此外,學院還通過校內學生課外科技創新基地、校外學生創業實踐基地、學生課外科研立項、學生科技節以及學生成長沙龍等活動,實現老師與學生的傾心交流,共同提高學生的人文素養和道德品質。在CDIO高等工程教育中,所有課程的實驗大都采用“提出問題———分析問題———解決問題”形式,以提高學生分析問題和解決問題的能力。
3.EIP-CDIO改革前后的比較
EIP-CDIO改革前后在學生能力培養、課程體系、教學模式、教學實踐特點[4]以及職業道德方面均存在著較大的區別。在學生能力培養上,改革之前注重學生個人專業基礎與技能的培養,而近年來除了注重培養學生個人專業基礎與技能,還注重發展學生的自學與創新能力,CDIO改革則進一步強調學生的溝通與協作能力以及適應與調控大系統能力的培養。在課程體系上,由先前的厚基礎窄口徑到近年來的厚基礎寬口徑,CDIO改革的課程設置口徑更寬,諸如土木工程系由最先僅有的建筑工程專業發展到如今的整個土木工程大系統。在教學模式上,改革之前是授課多研討少且個人設計獨立項目,CDIO改革是減少了授課時間,增加了自學和研討課時間,此外還增加了團隊設計大綜合項目。在教學實踐特點上,由以前驗證性項目多到近年來設計和綜合性項目增多,CDIO改革基于問題的綜合設計與開發項目增多。在職業道德上,CDIO加強了對工程師的職業道德教育。綜上可知,汕頭大學CDIO改革注重培養對學生個人發展能力、團隊合作能力以及適應調控大系統能力。通過增加討論課所占總課時的比重,學生的自主性增強,表達能力和自學能力也得到提升。通過增加設計項目訓練,學生的協作能力和適應調控能力得到鍛煉。此外,通過不斷拓寬專業口徑,學生的工程科學知識也進一步得到拓展。可見,EIP-COIO是以育人為中心,以設計為導向,以提升學生綜合能力為目標,始終貫穿理論聯系實際,實行整體化的一種知識教育理念。
三、CDIO改革對我國高等工程教育的借鑒意義
隨著現代科技與社會經濟的不斷發展,工程技術在現代工業和日常生活中得到越來越廣泛的應用,工程的內涵也慢慢發生著變化。麻省理工學院把“現代工程”界定為關于科學知識和技術的開發和應用,以便在物質、經濟、人才、政治、法律和文化限制內滿足社會需要的一種有創造性的專業。可以說現代工程已不是一個孤立的系統,作為科學技術活動向社會各領域的延伸,它涉及社會、經濟、市場、環境、生態甚至倫理和道德等領域。通過CDIO高等工程教育改革,汕頭大學工學院的專業結構更趨綜合化,專業設置口徑得以拓寬,課程綜合化程度得以提高,這種整體化的知識教育增強了學生的綜合能力,提高了學生的國際競爭力。因此在高等工程教育中樹立整體化知識教育觀念對提高我國高等工程教育水平具有重大意義。培養具備綜合素質的現代工程師必須“硬技術”和“軟技能”兩手都要抓,兩手都要硬。所謂“硬技術”,包括寬泛、扎實、跨學科的技術知識,科學的方法知識,系統和問題導向的思維方式。所謂“軟技能”包括實際能力、團隊合作能力、領導管理技能和行為、跨文化理解力、學習能力以及“終生學習”的習慣。[5](P251)這兩種要求與CDIO改革的目標是一致的,CDIO改革不僅注重學生基礎知識的學習,更強調學生理論應用能力、團隊合作能力以及適應調控大系統能力的培養,汕頭大學EIP-CDIO還將職業道德與誠信教育納入高等工程教育的范疇,強調培養學生良好的職業道德、人文精神、高度的責任感以及健全的人格,這對我國培養高級工程技術人員具有指導意義。