基于電子信息化特色的專業課程CDIO教學模式改革研究

來源:用戶上傳      作者:劉春來

　　摘要：本文在總結CDIO模式教學成果的基礎上，結合杭州電子科技大學管理學院工業工程專業開設的工程經濟學課程，提出了CDIO理念在本課程中的改革框架。充分發揮學?！半娮有畔⒒碧厣?，以“工程項目實踐背景”為引導，綜合采用多種教學方法，基于構思、設計、實現和運作層層遞進的方式，實現了工程經濟學課程的CDIO過程。本課程的改革措施對同類相關課程具有良好的借鑒意義。
　　關鍵詞：CDIO；課程大綱；教學改革
　　中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　2017年，教育部發布相關通知（教高司函[2017]6號），明確提出開展新工科研究和實踐以及新工科人才培養的要求，隨后公布了認定的首批612個“新工科”研究與實踐項目名單，高校新工科建設已經進入實施階段[1，2]。新工科建設其核心在于改變傳統的人才培養模式，構建一種基于開放合作的協同機制，培養具有較強創新意識、創新思維和創新能力的科技創新人才和技術開發人才。2019年4月，教育部辦公廳正式發布《關于實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知》，計劃在2019-2021年，打造10000個左右國家級一流本科點和10000個左右省級一流本科點。在這一背景下，切實需要探索實踐融合發展、多元發展、協同發展新路，加快培養創新型、復合應用型、實用技能型新工科人才，高標準建設好“金?！薄敖鹫n”和“高地”。
　　CDIO工程教育理念已有近20年的發展和應用，是由以美國工程院院士Ed.Crawley教授為首的麻省理工學院團隊和瑞典皇家工學院等4所大學組成的跨國研究團隊所創立的“做中學”和基于項目的教育和學習的新型高等工程教育模式[3]。在中國工程教育發生大變革和邁向國際化的背景下，CDIO工程教育聯盟成立，目前共有一百多所高校自愿加入“CDIO工程教育聯盟”。在世界范圍內，也已發布了第二版的CDIO教W大綱―――theCDIOSyllabusV2.0[4]。
　　基于CDIO工程教育理念，各大高校結合本校實際情況進行了再次革新-融合-創新，提出了各具特色的人才培養模式，極大地促進了CDIO工程教育理念的中國化，形成了基于CDIO教育理念的財經類高校工程人才培養模式、計算機類專業人才培養模式、工程類高校教育模式改革等。同時，一些高校針對所開設的具體課程也進行了相應的改革和有益的探索，如針對在線教學中存在的問題，從教學組織方式、互動方式、考核方式等多個方面提出了將CDIO教育模式與在線教育相結合的建議與措施；南京農業大學工學院工業工程專業生產系統建模與仿真課程，提出了CDIO在本課程中的改革框架[3]；基于能力本位和CDIO相結合的模式進行應用型本科實踐類課程教學改革[5]，武漢大學能源動力類專業基于CDIO教育模式進行了課程體系創新與改革[6]等。
　　當前，國內眾多高校正在積極推進“新工科”改革，探索“新工科”建設的新理念、新標準、新模式、新方法、新技術、新文化，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才。因此，研究如何將CDIO工程教育理念引入到具體課程中，對于新工科改革的推進、創新型專業人才的培養質量的提升意義重大，也具有良好的示范作用。
　　1專業課程改革總體框架
　　借鑒汕頭大學提出的“EIP―CDIO工程教育模式”以及制定的整個專業層面的綜合性CDIO課程計劃及課程大綱，基于CDIO模式設定了課程改革的總體目標為：更深入地掌握專業基礎知識；精通工程項目建設、運營和實施的經濟分析和評價方法；理解技術發展對社會的重要性和戰略影響。在課程大綱制定過程中，對這三個總體目標進行細化，建立相應的二級指標（分目標），以增加實施課程大綱的可操作性。同時，建立健全完善的符合CDIO教學大綱的學科知識體系，并逐步形成完整的學科知識群，也是CDIO課程改革的核心目標。
　　2專業課程CDIO教學改革過程
　　2.1工程經濟學課程教學改革的必要性和有效性
　　在以往習慣的灌輸式教學，課程過度強調教師課堂上的講授（一言堂）和學生課下的死記硬背（囫圇吞棗），課程所講授的內容也多是限定在教材的表面知識，深入度和難度不足；課程評價過分強調期末考試一張卷子，不利于學生綜合能力的培養。數字經濟新時代“新工科”建設不應僅僅是培養傳統的應用型人員或學術型人員，而應更加注重對學生解決實際問題的創新實踐能力和學科交叉融合能力的培養。為了達成這一目標，就需要對人才培養過程中的教學全過程（尤其是專業課程）進行全新的改革，急需重構一門門“脫胎換骨”的符合時代特色需求的高質量課程。
　　《工程經濟學》為我校計算機科學與技術、自動化、工業工程等多個專業的通識必修課，該門課程所學的內容在學生就業、繼續教育、科學研究等方面都具有重要的作用。該課程理論知識要求高、學科交叉明顯，要求學生具有較高的問題分析的綜合能力和實踐創新能力。但在實際教學過程中，由于存在教學手段死板、課程資料不足、考核方式簡單等問題，導致教學效果和教學質量不理想、考核管理單一等問題，嚴重影響學生對工程經濟學課程知識的掌握，不符合相關社會工業類產業（尤其是數字化產業）的需求。工程經濟學的重要特點是系統性和操作性，系統性的特點決定了必須要有科學合理的決策過程，操作性的特點決定了必須要落實到實踐和實現。
　　在國家大力推進“新工科”建設的背景下，本文以杭州電子科技大學計算機科學與技術、自動化和工業工程等專業為例，結合信息類、工業類企業的實際需求，以工程經濟學課程作為研究對象，通過對企業需求調查研究，明確課程改革方向與要求，大力開展雙語教學；對實際教材、教學內容、教學方式、課程考核現狀進行分析與提煉，揭示現存問題與不足，確定改革內容與方案；通過實踐教學過程實現課程改革的理論預期目標，以期全面提升學生出獨立分析和解決問題能力。

　　2.2CDIO模式下專業課程大綱改革
　　在CDIO理念和模式下，專業課程大綱改革應建立在對人才培養目標綜合分析的基礎之上，制定相應的課程內容和知識架構，主要由構思（C）、設計（D）、實現（I）和運作（O）四個方面的內容構成。工程實踐作為工程教育的內容并不是一味地增加實踐或實地操作訓練，而是要求學生能夠把學到的理論知識應用于工程實踐項目（可以是軟項目），是一種“學中做”。所以，針對CDIO課程大綱的改革應著重體現以上四個方面的內容，同時關注“項目實踐背景”這一重要指標。
　　工程經濟學課程大綱的CDIO改革，在課程培養目標中著重培養社會責任感和工程職業道德、課程目標與畢業要求對應關系、基于“項目實踐背景”設置為實現CDIO所必需的分解預期學習效果，以及課程目標與教學內容、教學方法的對應關系。同時，詳細明確了課程目標達成途徑及學生成績評定方法、課程目標達成度定量評價方法；增加了綜合性項目實踐的比重，引導學生完成對問題解決方案的構思（C）、設計（D）、實現（I）和運作（O）全流程。另外，教學大綱中增設了實踐創新和案例研討環節，引導學生對實際工程項目問題進行深入地系統分析、建模、評價和決策。以綠色、科學、精準為導向，引導學生樹立正確的工程經濟價值觀，形成了“前瞻布局、前移指導、前置對接，后續追蹤、后續輔導、后續評價”為主線的“三前三后”全過程培養教學體系。
　　2.3教學策略選擇
　　合適的教學策略可以通過完整的項目可以將課程體系中的所有知識點有機結合起來，達到一體化教學的目的。工程經濟學課程在進行CDIO教學模式改革探索中，采取了綜合性教學策略，即根據教學內容的知識和能力需求，分別采取了不同的教學策略。工程經濟學課程中涉及較多的經濟學中的基本概念，對于這一部分，針對工科背景的W生，重點采取講授的方法，用實際生活中的現象來解釋概念，是一種探究式的學習；經濟評價指標和計算方法方面，則主要采用理論闡述與證明，確保學生可以理解其背后的經濟含義；在實踐環節的設計上，以實際生產中的案例為導向體現“工程項目實踐”的背景；在綜合能力培養方面，主要采用科研導向型學習，引導學生主動探索，從運用多學科知識的交叉融合、團隊協作等多方面培養其CDIO的科學素養。另外，在CDIO素養培養方面，結合探究式和科研教學融合的教學策略，實施項目制分工協作、完成研究報告、成果展示等方法，增加了學生的課堂參與度?？偟膩碚f，在CDIO理念的指導下，教學策略由原先的教師課堂講授向師生協作的探究式共同學習轉變。
　　2.4教學方法改革
　　主動學習是學生為構建知識和理解而進行的活動。作為CDIO模式重要的方法論之一，將主動學習引入到工程經濟學課程教學中。
　　在理論課教學方面，工程經濟學課程教學流程可以分為課前準備（基于教學網絡平臺學習課程知識點和觀看視頻）、課堂教學（答疑和案例討論與分析）和課后鞏固（預留課程作業和獲得學生反饋）三個階段。同時，大力開展線上線下相結合的教學模式，根據引導案例和預設的學習目標，學生在網絡教學平臺等自行閱讀和查閱相關資料。線下教學過程中，根據學生的反饋，將重點放在教學案例和課本知識聯系的引導以及重難點概念和計算公式的講解上，著重培養學生利用所學的科學分析方法解決實際問題的能力。
　　在基于CDIO的實踐教學方面，引入情景教學法，以個人和小組決策為切入點，共同探討現實工程決策問題。增加小組討論環節，開展部分章節的反轉課堂，培養并提升學生的專業知識、個人自身能力、團隊合作能力、建造產品和系統的能力，綜合使用“決策活動”和“案例教學”的方法。同時，基于學校的“學習通”平臺，協作與溝通可以隨時線上開展，保障了學習的延展性，實現了全天候無障礙的師生交流。
　　3專業課程評價改革
　　包括工程經濟學在內的傳統課程以往對學生的考核評價，期末考試的比重約占到總成績的70%左右，而學生平時課內外的表現和作業完成情況則占較小的比重。一張試卷或一次考試結果這樣的評價方式往往無法真實完整地反映學生的學習效果和教師的教學質量，不利于人才培養。
　　CDIO評價體系是對學生個體在CDIO教學方法中獲得的成效的具體衡量，因此，工程經濟學課程采用形成性評價與終結性評價相結合的評價方法，制定了綜合的課程考核方案。主要包括課程目標的達成程度評價（教師CDIO能力的加強）和學生成績評價（學生CDIO能力的評價）兩個方面。
　　針對課程目標達成度定量評價，在課程結束后，對每一個課程目標（含思政課程目標）進行達成度的定量評價，用以實現課程的持續改進。為此，我們開發了課程目標達成度的定量評價算法：
　?。?）使用教學活動（如課程思政實踐、課后作業、課堂練習、課堂討論、閱讀報告等）成績或期末考試部分題目得分率作為評價項目，對某個課程目標進行達成度的定量評價；
　?。?）為保證考核的全面性和可靠性，要求對每一個課程目標的評價項目選擇至少兩種；
　?。?）根據施教情況，評價項目可以由教師自行擴展，權重比例可以由教師自行設計；
　?。?）對某一個課程目標有支撐的各評價項目權重之和為1；
　?。?）使用所有學生（含不及格）的平均成績計算。
　　針對學生成績評價，基于CDIO工程教育理念，重新設計了工程經濟學課程綜合評價與評分體系。平時成績可包括（但不僅限于）課堂表現、課堂報告演講、課堂測試、課堂小組討論與實踐等項目。各部分的建議考核內容、在平時成績中的建議比例、關聯課程目標、在總成績中的占比等均明確給出，方便任課教師根據實際授課情況調整。同時，列出各考核內容的詳細評分標準，增加了平時作業、案例分析和課堂互動等在課程總成績中的比重。另外，在期末考試中，增加了綠色工程、可持續性發展等開放性題目。

　　結語
　　針對當前工程經濟學授課內容無法與企業實際需求緊密結合，以及灌輸式教學、課程評價單一、學生創新實踐能力停滯不前等一系列問題，提出了CDIO理念在本課程中的改革框架，基于構思、設計、實現和運作層層遞進的方式，實現了工程經濟學課程的CDIO過程。這一舉措可以加深學生對于課程內相關理論和方法的理解，真正幫助學生熟練應用工程經濟學來解決工程實踐問題。
　　參考文獻： 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等．加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟．高等工程教育研究，2017，1：1-9.
　　[4]胡興志，丁飛己，王紀坤.從CDIO教學大綱變動看CDIO課程改革[J].高等工程教育研究，2015，3：189-192.
　　[5]曾華鵬，邢媛，湯莉，等.基于能力本位與CDIO的應用型本科實踐類課程改革[J].高等工程教育研究，2020，1：182-188.
　　[6]曾洪，史凱旋.基于CDIO教育模式的能源動力類專業課程創新與改革[J].高等工程教育研究，2019，s1：66-67+89.
　　基金項目：杭州電子科技大學教育教學改革研究資助項目：新工科背景下基于CDIO理念的工程經濟學課程改革與實踐研究（YBJG202121）；杭州電子科技大學圣光機聯合學院教育教學改革成果培育資助項目（SGJ2020JG013）：新工科背景下基于CDIO理念的工程經濟學課程改革與實踐研究
　　作者簡介：劉春來，男，漢族，山東青島人，工學博士，講師，研究方向：數字化管理與創新、先進加工制造系統等。


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