尹向東　王　娜

CDIO理念下高校實驗實訓(xùn)教學(xué)模式改革初探

尹向東王娜

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

文章探討了采用國際流行的CDIO理念來改革高校實驗實訓(xùn)中心的教學(xué)模式，給同學(xué)們提供優(yōu)秀的實驗實訓(xùn)平臺，使我們培養(yǎng)出來的人才能夠很好地去適應(yīng)社會、企業(yè)和市場。

CDIO；實驗實訓(xùn)中心；教學(xué)模式改革

1　引　言

CDIO是構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(design)、實施(implement)、運作(operate)四個階段的簡稱，它是本世紀(jì)初全球眾多高校提出來，其中以美國MIT(麻省理工學(xué)院)為首，其主旨倡導(dǎo)的就是對當(dāng)代大學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)以及如何實施的框架[1]。CDIO以具體的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程為藍(lán)本，在教育過程中將這些生產(chǎn)過程情境具體實施，目的是培養(yǎng)學(xué)生過硬的工程能力，一方面培養(yǎng)學(xué)生掌握基礎(chǔ)的理論知識和專業(yè)知識，另一方面培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作的能力以及開創(chuàng)性思維能力，從而成為高質(zhì)量的工程技術(shù)人才[2]。

CDIO包括了三個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)[3]。它的大綱分為3級，有70條規(guī)程，400多款條目，這些條目以逐級細(xì)化的方式表達(dá)了當(dāng)代各行業(yè)工程師所必須具備的四方面能力：工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和整個CDIO全過程能力[4]。CDIO進(jìn)行工程教育改革，它的12條標(biāo)準(zhǔn)對整個模式的實施和檢驗進(jìn)行了系統(tǒng)的、全面的指引，具有更加明確的方向性、系統(tǒng)性，對學(xué)生和教師都具有重要指導(dǎo)意義，代表了新世紀(jì)高校工程教育的發(fā)展趨勢[5]。

目前，很多高校特別是新升本科的地方性本科院校為了通過教育部的本科評估，各院系為了硬件指標(biāo)達(dá)標(biāo)，匆忙建設(shè)了很多實驗室，由于缺乏全局性的提議布局，很多實驗室是類似的，甚至有些實驗室是相同的。每個院系都建立了自己的機(jī)房、微格教室，這樣造成設(shè)備的重復(fù)建設(shè)，浪費國家或?qū)W校大量的財力。另外，這些實驗室建設(shè)完成以后使用率偏低，再一次造成資源浪費。因此，許多高校專門進(jìn)行了實驗實訓(xùn)教學(xué)模式改革，將這些實驗室集中起來，一方面方便統(tǒng)一進(jìn)行管理，另一方面，用于解決當(dāng)前學(xué)校大學(xué)生工程訓(xùn)練素養(yǎng)較低的現(xiàn)狀。如何把這些實驗室科學(xué)管理起來，使其發(fā)揮最好的效益，是擺在高校管理工作者面前的一道難題。下面，筆者以所在單位湖南科技學(xué)院為例，探討如何在CDIO理念下進(jìn)行高校實驗實訓(xùn)教學(xué)模式改革。

2　CDIO理念下實驗實訓(xùn)教學(xué)模式改革

以CDIO的理念來進(jìn)行高校實驗實訓(xùn)教學(xué)模式改革，首先要用CDIO的理念來改革實驗教學(xué)模式，傳統(tǒng)的高校實驗教學(xué)模式都是圍繞基礎(chǔ)理論教學(xué)來開展的，或者說是為了理論教學(xué)服務(wù)的，教師在課堂上講授了一個理論知識點，為了驗證這個理論知識點，就需要在實驗課上開設(shè)相關(guān)的實驗項目，通過學(xué)生做這個實驗，或者觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗結(jié)果來佐證理論知識點，其結(jié)果最終還是使學(xué)生更好地掌握了理論知識點，卻忽略了對學(xué)生工程應(yīng)用能力的鍛煉。CDIO的理念是完全打破上述傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，用工程的思維，以產(chǎn)品為中心來開展實驗教學(xué)：

2.1整體構(gòu)思能力的培養(yǎng)

CDIO的一個重要內(nèi)容就是“構(gòu)思”(conceive)，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中完全沒有這一階段，只是在實驗課前要求學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，這里的預(yù)習(xí)指的是提前對實驗內(nèi)容的熟悉，包括復(fù)習(xí)課堂理論知識，學(xué)習(xí)實驗課程中將要用到的一些基本實驗工具的操作，了解實驗中所要注意的一些安全規(guī)范，學(xué)生并沒有自己的思考，更談不上“構(gòu)思”了。

為了改變這樣的現(xiàn)狀，我們需要讓學(xué)生去構(gòu)思，那就要給學(xué)生布置一個明確的產(chǎn)品任務(wù)，而實驗方法和形式卻是相對靈活的。學(xué)生為了完成這個產(chǎn)品，他可以用到不同的方法，使用不同的實驗室，不同的軟件，不同的硬件，他們可以與不同的同學(xué)組成若干的項目小組，這些小組的人員是可以交叉的，在不同的小組里面擔(dān)任不同的角色。因為整個實驗過程是開放的，老師只是提出最初的實驗要求和目標(biāo)，實驗過程中起到輔助教學(xué)和監(jiān)督的作用，因此，同學(xué)們?yōu)榱藢崿F(xiàn)這個目標(biāo)，必須要進(jìn)行構(gòu)思，構(gòu)思的過程包括為了完成這個產(chǎn)品，應(yīng)該選用什么實驗室，應(yīng)該選用什么軟件來進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，在實驗的過程中可能用到那些硬件設(shè)備，需要哪些實驗教材，邀請哪些同學(xué)來組成項目小組共同完成這個項目。當(dāng)然這只是整個項目實現(xiàn)過程中初步的構(gòu)思，在實驗進(jìn)行過程中很多環(huán)節(jié)還需要進(jìn)一步的構(gòu)思，每個階段都可能會碰到一些新的問題，為了解決這些問題，都需要進(jìn)行構(gòu)思，找到解決問題的方法。一些問題可能是的最初的構(gòu)思發(fā)生變化，甚至?xí)炎畛醯臉?gòu)思推倒重來，這樣就構(gòu)成了學(xué)生在CDIO訓(xùn)練過程中“構(gòu)思”的這個重要鍛煉階段。

2.2 詳細(xì)設(shè)計能力的培養(yǎng)

在經(jīng)過初步系統(tǒng)的整體構(gòu)思后，接下來要進(jìn)行的就是系統(tǒng)設(shè)計(design)的過程，在構(gòu)思中，學(xué)生已經(jīng)選擇好了相應(yīng)的實驗室軟硬件設(shè)備，在設(shè)計階段，所要做的工作就是利用這些軟硬件資源來開展設(shè)計工作。

事實上，構(gòu)思并不是只是一階段的工作，而是融會貫通在各個階段中，尤其在設(shè)計階段，為了實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)的目標(biāo)，學(xué)生要在初步構(gòu)思的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的設(shè)計。設(shè)計階段大致可以分為兩個階段：概要設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段。其中第一階段為概要設(shè)計階段，這一階段可以看作設(shè)計階段的構(gòu)思部分，主要是從產(chǎn)品的需求開始，分析產(chǎn)品要達(dá)到的目標(biāo)，需要實現(xiàn)哪些功能，這些功能由哪些基本要素構(gòu)成，對這些要素進(jìn)行屬性分析，寫出具體的需求說明書。第二階段是詳細(xì)設(shè)計階段，這一階段要對概要設(shè)計階段要達(dá)成的功能進(jìn)行分解，就是要將功能模塊化，每一個功能對應(yīng)相應(yīng)的模塊，每個模塊要實現(xiàn)哪些功能，這些模塊之間存在哪些關(guān)系，如果模塊可以分層，還要進(jìn)行層次化管理，另外，就是對模塊進(jìn)行必要的約束，畫出詳細(xì)的功能流程圖。每一個模塊內(nèi)部可能還會包括子模塊，子模塊完成對應(yīng)的子功能，這些子模塊最好是相對獨立的，可以被其他模塊使用，這樣可以節(jié)約設(shè)計成本，為將來的實現(xiàn)過程打下良好的基礎(chǔ)。

2.3 精密的實施能力培養(yǎng)

在完成設(shè)計后，下一步就是要具體實施(implement)了，這對現(xiàn)在的高校實驗實訓(xùn)中心提出了新的要求，實驗實訓(xùn)中心不僅僅局限于是一個實驗場所，更要成為一個產(chǎn)品生產(chǎn)基地，學(xué)生可以在實驗實訓(xùn)教學(xué)過程中完成自己設(shè)計的產(chǎn)品的制作過程。

要實現(xiàn)具體的產(chǎn)品，首先學(xué)生要學(xué)會基本的實驗室基本工具的操作方法，這個不同的學(xué)科有著不同的要求。比如信息類的學(xué)生要掌握基本的計算機(jī)操作，要掌握至少一門計算機(jī)編程語言，另外還有相關(guān)的計算機(jī)課程如計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、算法基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理等等。這就不再像傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，讓學(xué)生去學(xué)習(xí)這些課程的驅(qū)動力僅僅是考試和學(xué)分，學(xué)生在實現(xiàn)產(chǎn)品的過程中遇到了問題，需要這些課程的知識的時候，他們會主動地加強(qiáng)這些課程的學(xué)習(xí)，甚至?xí)W(xué)的比教學(xué)大綱要求更為深入，這樣就真正能夠做到從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變了。其次，產(chǎn)品實現(xiàn)的過程可以充分鍛煉學(xué)生們團(tuán)隊協(xié)作的能力，要做好一件產(chǎn)品，需要很多的原材料，也需要不同的操作技能，不同的學(xué)生各有所長，為了實現(xiàn)一件作品，他們可以各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢，共同來實現(xiàn)目標(biāo)。

2.4 社會化的運作能力培養(yǎng)

產(chǎn)品在完成制作實現(xiàn)以后，如何來進(jìn)行實際使用呢？這就需要學(xué)生鍛煉自己社會運作(operate)能力了，學(xué)生所處的環(huán)境是校園，這本身就是一個小社會，可以滿足部分產(chǎn)品的需求，比如學(xué)生制作完成了一個微信平臺應(yīng)用軟件的開發(fā)項目，他就可以在學(xué)校及周邊去推銷他的微信平臺，讓學(xué)校的一些部門，校園周邊的小商鋪來使用。在這個過程中，學(xué)生要學(xué)會如何為自己的產(chǎn)品定位，產(chǎn)品不僅僅只是在實驗室里面用于檢驗課程內(nèi)容或測試算法，它必須要滿足實際的用戶需求；在產(chǎn)品設(shè)計方面可能不需要過分追求成熟的理論或者完美的算法，而是要充分與用戶交流，讓產(chǎn)品的功能更加全面；在實驗室中，我們可能會更多地去比較同類產(chǎn)品中誰的效率更高，而實際中可能更多的要考慮產(chǎn)品的成本，在用戶使用過程中，穩(wěn)定性要求可能比速度要求更重要。

在社會運作的環(huán)節(jié)，對于學(xué)生來講就不僅僅是專業(yè)技術(shù)能力的培養(yǎng)了，如何融入到除去同學(xué)老師以外的社會關(guān)系中去，要求他們?nèi)ソ?jīng)營一定人際關(guān)系，學(xué)會如何與人相處，以及如何理財。適應(yīng)了學(xué)校這個小社會，學(xué)生在面對更大的社會關(guān)系時就不會無所適從。

3　總　結(jié)

現(xiàn)在的高校與社會、企業(yè)、市場緊密相關(guān)，不再是孤立的象牙塔，這樣就要求我們培養(yǎng)出來的人才能夠很好地去適應(yīng)社會、企業(yè)和市場。這就要求我們高校的實驗實訓(xùn)教學(xué)擔(dān)負(fù)起這個培養(yǎng)的重任，給同學(xué)們提供優(yōu)秀的平臺，采用國際流行的CDIO理念來改革我們的教學(xué)模式，是一條實現(xiàn)上述目標(biāo)的有效途徑。

[1]李金泉,尤小梅,趙滿平.以“CDIO”理念為指導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2014,(12):125.

[2]李文,黃文,等.CDIO理念的計科專業(yè)“卓越計劃”人才培養(yǎng)方案改革與探討[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2014,(13):74-75.

[3]李文,黃文,等.CDIO理念下硬件課程體系改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2014,(7):161-164.

[4]李文,黃文,等.IACI-CDIO理念下項目驅(qū)動的數(shù)字邏輯實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2014,(6):161- 164.

[5]張輝.CDIO教育理念下計算機(jī)實驗教學(xué)模式[J].實驗室研究與探索,2011,(9):110-113.

（責(zé)任編校：何俊華）

2017－06－21

湖南省高等教育教學(xué)改革項目（湘教通[2013]223號）；湖南科技學(xué)院計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)重點建設(shè)學(xué)科資助。

尹向東（1976－），男，湖南永州人，教授，碩士，研究方向為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和算法。

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1673-2219（2017）10-0106-02