劉開偉，孫道勝，丁 益，吳修勝，王愛國，徐海燕

（安徽建筑大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥230022）

當(dāng)今全球化和技術(shù)革新驅(qū)使工程實(shí)踐在社會發(fā)展中起著越發(fā)重要的角色，最新的全球競爭力報告顯示中國排在第28位[1]，在新興市場中具有較強(qiáng)的競爭力，但是其中一級指標(biāo)高等教育和技術(shù)培訓(xùn)仍略靠后，說明我國高等教育和技術(shù)培訓(xùn)與發(fā)達(dá)國家相比還有一定距離。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，世界已經(jīng)迎來第四次工業(yè)革命。工程科技人才便成為其中的關(guān)鍵，決定著新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量的高低。為了著力解決當(dāng)前工程教育“工程性”和“創(chuàng)新性”不足的問題，在進(jìn)入新世紀(jì)之初國內(nèi)很多工科院校采用CDIO工程教育模式并取得了較為明顯的成效。為進(jìn)一步提升我國教育國際競爭服務(wù)，我國于2016年正式加入《華盛頓協(xié)議》，希望達(dá)到工程教育學(xué)位國際互認(rèn)[2]。

安徽建筑大學(xué)無機(jī)非金屬材料專業(yè)入選教育部的“卓越工程師計(jì)劃”并試點(diǎn)采用CDIO教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，同時該專業(yè)在2016年6月通過了國家工程教育認(rèn)證的考察評估。因此基于安徽建筑大學(xué)無機(jī)非金屬材料專業(yè)對比CDIO和工程教育專業(yè)認(rèn)證在教育理念、培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)過程和評價方式方面的要求，分析CDIO模式在專業(yè)課程教學(xué)中教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程及其對工程教育專業(yè)認(rèn)證評估的作用。

1 CDIO與工程教育專業(yè)認(rèn)證的比較

CDIO工程教育理念是MIT和瑞典皇家工學(xué)院等大學(xué)在奈特基金支持下于2015年創(chuàng)立[3]，它是以學(xué)生為主體，讓學(xué)生能夠從產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的全周期中主動參與并進(jìn)行的學(xué)習(xí)方式，且設(shè)立相應(yīng)的能力細(xì)則評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐項(xiàng)評價。國際工程教育認(rèn)證則是對學(xué)生畢業(yè)5年的目標(biāo)提出要求，通過對結(jié)果的評價來評估是否達(dá)到工程教育的要求[4]。筆者將兩者在發(fā)展愿景和理念、目標(biāo)、實(shí)施、評價和改進(jìn)體制這4個方面作對比，如表1所示。通過對比可以發(fā)現(xiàn)：（1）兩者在發(fā)展愿景方面基本一致，均吸納了基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的OBE模式的工程教育思想，都是以學(xué)生為教學(xué)主體，希望能夠培養(yǎng)出滿足產(chǎn)業(yè)需要、處理實(shí)際工程問題的工程師。（2）在培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)施過程上，CDIO在真實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與運(yùn)行的基礎(chǔ)上制定各項(xiàng)能力的要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行推進(jìn)，而工程教育認(rèn)證則是一種認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，是以認(rèn)可的畢業(yè)要求為標(biāo)準(zhǔn)，反向?qū)嵤┙虒W(xué)全過程，并通過反饋形成持續(xù)改性的體系。（3）在評價環(huán)節(jié)，CDIO是將需要的能力細(xì)化評價，如掌握理論知識、個人與團(tuán)隊(duì)的合作、理解產(chǎn)品與社會關(guān)系等。而工程教育專業(yè)認(rèn)證是描述了學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)該掌握的素養(yǎng)，通過畢業(yè)要求來分析是否達(dá)成。實(shí)際上，CDIO模式下能力大綱要求與專業(yè)認(rèn)證中“畢業(yè)要求”是一致的[5-6]，不同的是CDIO在細(xì)節(jié)描述上更趨于量化并可以個性設(shè)定，而專業(yè)認(rèn)證則是通過與標(biāo)準(zhǔn)比較后得出達(dá)成或者不達(dá)成的結(jié)果，然后得到認(rèn)證結(jié)果為合格或不合格，是一種底線質(zhì)量要求。

表1 CDIO和工程教育認(rèn)證的對比分析

2 工程教育專業(yè)認(rèn)證中引入CDIO教學(xué)模式

2.1 面向?qū)I(yè)認(rèn)證的專業(yè)課程優(yōu)化

安徽建筑大學(xué)無機(jī)非金屬材料專業(yè)根據(jù)專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)要求構(gòu)建了專業(yè)教學(xué)體系，按縱向?qū)⒄n程分為通識教育、大類學(xué)科基礎(chǔ)和專業(yè)課程3個方面。通識教育讓學(xué)生掌握必需的、扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識；大類學(xué)科基礎(chǔ)則增強(qiáng)學(xué)生在大材料宏觀方向的知識儲備，如功能無機(jī)材料、傳統(tǒng)無機(jī)材料等；專業(yè)課程則培養(yǎng)學(xué)生能夠運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識分析并解決建筑材料在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。本專業(yè)針對工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求，梳理了與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的專業(yè)課程，開展了CDIO項(xiàng)目式教學(xué)改革，對專業(yè)課程進(jìn)行了整合與優(yōu)化。如本專業(yè)開設(shè)了“材料科學(xué)與工程綜合實(shí)踐”“水泥基材料設(shè)計(jì)”“建筑節(jié)能體系設(shè)計(jì)”和“材料工程設(shè)計(jì)”這4個CDIO項(xiàng)目來優(yōu)化專業(yè)課程體系。這4個CDIO項(xiàng)目穿插于大三和大四兩年時間內(nèi)，第一個CDIO項(xiàng)目整合了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《材料物理性能》《材料研究方法》課程學(xué)習(xí)；第二個和第三個CDIO項(xiàng)目學(xué)生二選一，整合了《膠凝材料與混凝土學(xué)》《材料工程基礎(chǔ)》《現(xiàn)代混凝土技術(shù)》的學(xué)習(xí)，最后一個CDIO項(xiàng)目則串聯(lián)《無機(jī)非金屬材料工學(xué)》《無機(jī)材料生產(chǎn)設(shè)備》《材料工廠設(shè)計(jì)概論》的學(xué)習(xí)。

2.2 專業(yè)認(rèn)證下CDIO教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

CDIO教學(xué)模式是以學(xué)生為中心、使學(xué)生參與產(chǎn)品整個生命周期的一個教學(xué)過程[7]。本文以其中一個CDIO項(xiàng)目做簡單分析。在大三上學(xué)期的專業(yè)課程學(xué)習(xí)中學(xué)生會覺得學(xué)習(xí)內(nèi)容極為抽象，容易感覺到枯燥。為了避免枯燥的理論學(xué)習(xí)，《材料科學(xué)與工程綜合實(shí)踐》CDIO項(xiàng)目被提出引入教學(xué)。該項(xiàng)目大體分為4個階段，如圖1所示。將班級的學(xué)生劃分成小組參與CDIO項(xiàng)目的運(yùn)行，約以6人為一組，然后選擇一名導(dǎo)師完成一種功能材料的設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目過程中學(xué)生變成主體，學(xué)生自行選擇組長并進(jìn)行項(xiàng)目的協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌安排，老師則是在他們遇到問題時進(jìn)行交流和指導(dǎo)。讓學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動下，以團(tuán)隊(duì)合作的方式借助CDIO項(xiàng)目平臺整合《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《材料物理性能》和《材料研究方法》等課程講述的知識，讓學(xué)生“學(xué)中做”和“做中學(xué)”，進(jìn)行主動的探索和創(chuàng)作。

圖1 《材料科學(xué)與工程綜合實(shí)踐》CDIO項(xiàng)目周期

（1）調(diào)研階段（1～3周）。要求學(xué)生能夠運(yùn)用現(xiàn)代工具自主檢索和查閱文獻(xiàn)，對文獻(xiàn)進(jìn)行比較和分析，同時可走訪周邊相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研和分析。要求學(xué)生提交前期調(diào)研報告，由指導(dǎo)老師檢查每個小組的項(xiàng)目調(diào)研報告。

（2）材料設(shè)計(jì)階段（2～4周）。要求學(xué)生根據(jù)調(diào)研報告的結(jié)果，在小組反復(fù)討論后完成材料的配方設(shè)計(jì)和工藝方案，并討論方案的可行性。此階段學(xué)生需要提交方案的可行性論證報告。

（3）材料制備及性能測試階段（6～8周）。該階段要求學(xué)生合理選擇相關(guān)的設(shè)備，在安全規(guī)程下操作設(shè)備、制備材料，并對制備材料的性能進(jìn)行檢測。如遇到問題，在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部開展交流，進(jìn)行反向解決問題。

（4）成果展示/運(yùn)用階段（2周）。當(dāng)項(xiàng)目由指導(dǎo)老師驗(yàn)收完后，學(xué)生根據(jù)內(nèi)部驗(yàn)收的結(jié)果，改進(jìn)完成最后的樣品，所有小組進(jìn)行展示和評比。。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中安排兩種形式交流環(huán)節(jié)，一種是所有小組不定期交流討論，由學(xué)生組織安排；另一種是指導(dǎo)教師和學(xué)生一起討論交流項(xiàng)目過程中的問題。

2.3 CDIO學(xué)習(xí)成果評價與畢業(yè)要求達(dá)成度的關(guān)系

在項(xiàng)目實(shí)施階段，按照專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求，結(jié)合自身專業(yè)的特點(diǎn)，根據(jù)能力達(dá)成程度對CDIO項(xiàng)目成績進(jìn)行評價，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績評價由以下4個部分組成：

（1）組內(nèi)互評20分。這部分主要為項(xiàng)目小組內(nèi)部成員匿名評價后求平均值，分為4個部分：文獻(xiàn)查閱、資料收集（25%）；信息共享及獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策（25%）；設(shè)計(jì)及分析解決問題（25%）；小組活動的組織、管理與活躍度（25%）。

（2）組間互評10分。這部分成績由其他小組匿名評價后求平均值，評分項(xiàng)目為各團(tuán)隊(duì)間的合作交流（50%）及項(xiàng)目過程評價（50%）。

（3）指導(dǎo)老師評價40分。小組指導(dǎo)老師對小組成員以下7個方面的表現(xiàn)進(jìn)行打分：文獻(xiàn)查閱（10%）、方案設(shè)計(jì)（20%）、裝置搭建（20%）、數(shù)據(jù)分析（10%）、工具/軟件的應(yīng)用（10%）、材料對社會的影響（10%）、團(tuán)隊(duì)合作與交流（20%）。

（4）答辯成績30分。答辯成績由所有指導(dǎo)教師根據(jù)每個小組4次答辯后打分求平均值構(gòu)成，計(jì)入該小組每個人的答辯成績。4次答辯評委教師評分依據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研、交流表達(dá)、自主學(xué)習(xí)（總計(jì)12.5%），材料與環(huán)境關(guān)系、方案設(shè)計(jì)、交流表達(dá)（總計(jì)25%），方案執(zhí)行、個人與團(tuán)隊(duì)關(guān)系、自主學(xué)習(xí)（總計(jì)25%），理論知識點(diǎn)、數(shù)據(jù)分析、問題分析與解決、產(chǎn)品性能（總計(jì)12.5%）。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的達(dá)成度分析中，專業(yè)課程體系對畢業(yè)要求的支撐極為重要。畢業(yè)要求主要是工程知識、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決問題的方案、研究問題、使用現(xiàn)代工具、工程與社會的關(guān)系、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊(duì)、溝通能力、項(xiàng)目管理和終生學(xué)習(xí)這12條[8]。而此時采用以學(xué)生為中心的CDIO教學(xué)模式可以整合優(yōu)化相關(guān)課程教學(xué)，將學(xué)生的能力細(xì)化和量化，可有效地支撐畢業(yè)要求達(dá)成度分析。如CDIO項(xiàng)目中的文獻(xiàn)查閱能力可以有效支撐畢業(yè)要求1、5和12；材料配方設(shè)計(jì)課支撐畢業(yè)要求2和3；方案設(shè)計(jì)支撐畢業(yè)要求3、5、9和10；理解材料與社會/環(huán)境的關(guān)系可支撐畢業(yè)要求6，7和8；信息共享和團(tuán)隊(duì)合作支撐畢業(yè)要求9、10和11；實(shí)驗(yàn)裝置的安全搭建可支撐畢業(yè)要求2，3和6；數(shù)據(jù)分析和方案調(diào)整可支撐畢業(yè)要求1，4，5和12；交流表達(dá)可支撐畢業(yè)要求10和11；軟件和工具應(yīng)用支撐畢業(yè)要求3和5；自主學(xué)習(xí)能力可支撐畢業(yè)要求12。綜上，引入以學(xué)生為中心的CDIO教學(xué)模式能夠優(yōu)化專業(yè)課程體系，對學(xué)生的各項(xiàng)能力進(jìn)行培養(yǎng)并評價，而細(xì)則能力的量化評價又十分有助于工程教育認(rèn)證過程中畢業(yè)要求達(dá)成度的分析和評價。

3 總結(jié)

總體而言，在目標(biāo)和實(shí)施上略有差異，專業(yè)認(rèn)證則是圍繞畢業(yè)要求達(dá)成，是不分專業(yè)的通用“底線”，通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證工程教育水平是否達(dá)標(biāo)，作為剛性約束為各專業(yè)提供了通識的努力方向和目標(biāo)。而CDIO偏向于整個產(chǎn)品周期過程中各項(xiàng)能力的培養(yǎng)，對能力有足夠的細(xì)化，是追求產(chǎn)業(yè)需求的逼近，通過具體自身專業(yè)目標(biāo)來制定柔性定制培養(yǎng)內(nèi)容，可以是動態(tài)拔優(yōu)的“高線”。由于兩者的愿景和理念一致，評價也只是描述上的差異。通過CDIO教學(xué)模式能夠有效優(yōu)化專業(yè)課程體系，且細(xì)化的CDIO能力指標(biāo)能夠直接支撐課程體系對畢業(yè)要求達(dá)成度的貢獻(xiàn)，對持續(xù)改進(jìn)有明顯積極的意義。因此CDIO教學(xué)模式更有利于畢業(yè)達(dá)成度的分析，兩者的結(jié)合可以更好地優(yōu)化工程領(lǐng)域人才的培養(yǎng)。