CDIO模式下学生自主学习能力培养教学素材构建

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  [摘 要] CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,目前国内众多高校引入了CDIO工程教育模式,而与之相适应的教学素材构建研究已是当务之急。本文旨在探索如何构建CDIO模式下的学生自主学习能力培养教学素材,使其满足CDIO培养大纲的要求。本文详细阐述了CDIO模式下的教学素材构建模型与思路并给出了相应的理论支撑。
  [关键词] CDIO;工程教育;模式; 自主学习;能力培养; 教学素材;构建
  doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 07. 063
  [中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194(2014)07- 0102- 03
  CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate) ,它以从产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO 的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念,更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。目前,国内外众多的著名大学加入了CDIO组织,其参与院系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲,取得了良好效果,按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。
  教学素材是体现教学内容和教学方法的知识载体,是进行教学的基本工具,是课程建设的基础,应体现教学模式改革的重要特征,要为专业人才培养目标服务。基于CDIO工程教育模式的教学素材应体现CDIO工程教育的理念及精髓,着眼于学生自主学习能力的培养。在CDIO工程教育蓬勃发展的今天,进行CDIO模式下的教学素材改革研究是非常迫切和有必要的。
  1 CDIO培养大纲对教学模式与课程体系的要求
  CDIO培养大纲将工程专业毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这4个层面达到预定目标。CDIO工程教育人才培养模式的重点就是“基于项目的学习”,即在完整的项目中组织学生“做中学”或“学中做”,将理论教学内容与实训教学内容有机融合,打破传统的教学思维模式,把课程内容与实训内容组合成一个个教学项目,这种由工作任务驱动的教学模式可使理论知识的学习与实际操作的训练紧密结合,使教学内容具有更好的针对性,使教学过程具有更强的实效性和实战性。
  目前CDIO本土化开展较好的大连东软信息学院,搭建了五级项目化的课程体系:一级项目为综合项目,主要是学生毕业前对4年学习成果的展示;二级项目叫课程群项目,是指基于多个课程、包含一组相关核心课程能力要求的课程群项目;三级项目叫课程项目,是指某门课程讲授完成后的知识串联项目,考查该课程整体的掌握程度;四级项目叫单元组项目,是指基于1门课程的两个以上单元能力要求、为强化课程能力目标而设计的单元组项目;五级项目叫单元项目,每堂课之后,学生要根据所学进行的拓展项目训练。
  CDIO课程体系的构建应具备“系统化和模块化的课程、项目制的主线、学段制的实施、情境化的教学”等特征。CDIO课程体系的实施应包括:推行项目教学法以确保工学结合模式的实施;创建实训基地以营造真实的教学情境;按照实际的工作任务组织课程以形成围绕工作需求的训练项目;采用小组合作方式以提高学生团队合作能力;重视教学资源建设以培养学生的自主学习能力。
  2 CDIO模式下教学素材的构造理念
  按照CDIO培养大纲对教学模式与课程体系的要求,基于CDIO工程教育模式的教材应体现如下理念:
  (1) 知识采用建构主义学习。建构主义学习理论认为学习的过程是学习者主动建构知识的过程。CDIO模式下的教学素材可运用建构主义学习,采取发现学习的教学方式,提供一种探索情境,从而激发学习者的学习动机和兴趣,主动地参加到学习中去,做出假设,推测关系,应用自己的能力,对新知识进行分析、检验和批判,以解决新问题或发现新事物。
  CDIO模式下的教学素材应构建理想的教学情境。在教学情境设计中,创设有利于学习者建构意义的情境是最重要的环节或方面,协作应该贯穿于整个学习活动过程中,交流是协作过程中最基本的方式或环节,意义的建构是教学活动的最终目标。教学应使学习在与现实情境相类似的情境中发生,以解决现实的知识问题为目标,为此教学素材中的案例要选择真实性任务,不能对其做过于简单化的处理,使其远离现实的问题情境。教学素材一方面要提供建构理解所需的基础,同时又要留给学生广阔的建构空间,让他们针对具体情境采用适当的策略。
  (2) 行动引导式教学。行为引导型教学法特别强调的是关键能力的培养,所谓关键能力,是指从事任何职业都需要的,适应不断变化、飞速发展的科学技术所需要的一种综合职业能力。行为引导型教学法的一个重要特例就是案例教学法,案例教学的宗旨不是“传授”最终真理,而是通过一个个具体案例的讨论和思考,去激发学生的创造潜能。
  CDIO模式下的教学素材应构建符合行为引导型教学法的案例。一个出色的案例是进行知识探讨的支撑点,是关于某种复杂情境的记录,它一般是在让学生理解这个情境之前,首先将其分解成若干成分,然后再将其整合在一起。
  (3) 企业规范与工程思维。CDIO模式下的教学素材最好由高校教师联合合作企业的技术人员共同构建,教学素材应贴近生产实际,内容与行业技术发展保持同步,配合校企合作教学模式的改革,整合理论知识与实践经验,体现工程思维,融合学科体系和职业资质证书标准,吸收行业企业的新技术、新工艺、新方法,融入企业规范,增强教学素材与人才培养目标的适应性,体现教学素材的模块化、活页式和直观性。   3 CDIO模式下教学素材的构建思路
  计算机软件类专业的教学素材包括教材、教学案例包、实训案例包、工程案例包以及案例文档等。
  3.1 基于CDIO模式的教材构建思路
  基于CDIO模式的教材的章节架构可按“能力目标 教学策略与学习者指南 知识点 授课案例 知识拓展 单元实训 单元测试”的结构进行设计。下面将以“节”为架构单位来描述CDIO模式下教材的构建思路。
  3.1.1 “能力目标”节
  该节给出符合CDIO培养大纲要求、体现本章节知识要点的学习目标,并据此制定学习效果评价标准与方案。“能力目标”具体应该包括:基础知识目标、核心工程基础知识目标、高级工程知识扩展目标以及工程能力培养目标。其中,“基础知识目标”的内容可在后续的“知识点”节中体现,“核心工程基础知识目标”的内容可在后续的“案例”节中体现,“高级工程知识扩展目标”的内容可在后续的“知识拓展”节中体现,“工程能力培养目标”的内容可在后续的“单元实训”节中体现。
  3.1.2 “教学策略与学习者指南”节
  该节的设计目的在于“体现CDIO工程教育模式的精髓、为教师和学生构建一种新型的、高效率的课堂教学模式和学习方案”。该节将由实施教学过程的教学思想、方法模式、技术手段概述等3方面内容集成,展现教学过程实施的整体方案,制定教师与学生应遵守的教学行为准则与模式。
  3.1.3 “知识点”节
  各章的“知识点”节应做到言简意赅,覆盖本课程基础知识要点;其知识结构应适用于采用该课程的各专业,具有一定的通用性;该节是课堂教学中的必授内容,应满足“能力目标”节中关于基础知识目标的所有要求;若限于全书篇幅,该节的编写可摒弃传统教材“知识点 举例”的模式,给出“够用”的知识要点即可。
  3.1.4 “授课案例”节
  该节用于给出该章知识要点的应用实例,体现核心工程基础知识目标。授课案例编写采用“案例分析 解决方案 思考与讨论”的架构,以实现“提出问题、分析问题、解决问题、归纳整理”的目标。其中,“案例分析”是通过对某一教学情境的描述,引导学习者对这个特殊情境进行讨论的一种校本研究方法,它重在突出知识重点,形成问题解决思路;“解决方案”给出实现目标所必须的基本流程与具体步骤,便于初学者以实践的方式快速掌握知识要点;“思考与讨论”的目的在于引入“研究型学习”模式,引导学习者采用探索法、发现法去建构知识,培养创新思维以实现思维拓展并逐步形成受益终生的学习方法,同时,该部分内容可作为学生作业,是研究型学习的重要构成,体现了“教、学、做一体”的教学思路。特别需要说明的是:
  (1) “授课案例”节仅仅是讲解了某个具体的知识点,但若把该章的所有案例串联起来,前后关联、由简入繁、层层推进,最终形成囊括该章所有知识要点的完整项目,将有助于学习者形成全局观念,提升学习者的学习能力、学习兴趣和学习效果。因此,CDIO模式教材的各章案例应尽量由囊括本章知识点的独立项目拆分而成。
  (2) 授课案例设计方法尽可能体现规范化、标准化、专业化的企业规范,体现工程思维方式、行动引导式教学模式(经由行动学习)和探究式教学模式(提出问题、分析问题、解决问题、归纳整理、拓展提升),以培养学习者以工程的方式动手解决问题的能力为主要目标。案例所要强调的知识重点可通过“思考与讨论”的模式提出,要求学习者通过主动的探索认知,去总结规律,发掘更深层次的理解,最终形成一种探索创新型思维,从而提升学习能力。案例设计强调企业规范,将有助于更好地实现校企接轨,以真正实现CDIO工程教育的目标。
  3.1.5 “知识拓展”节
  该节应体现知识层次的延伸与提高,这部分内容为教学可选内容,可作为学生课余时间进行研究性学习的重要资源,为学习者提供了深度学习的空间。
  传统教材的知识点阐述方式,往往追求“大而全”。在当下学科知识交叉关联复杂、涉及面广的情况下,在教材篇幅和授课课时的制约下,若想保持教材知识的“大而全”,势必会压缩案例所占比例,这不符合CDIO工程教育的要求。将教材知识点分层(基础知识层 拓展知识层)是一种很好的解决办法,其中“基础知识层”可较为详尽,而“拓展知识层”仅为学习者提供知识进阶的概要框架即可。这样,既保证了知识结构的“全”,又保证了教材的“适用面和灵活度”,省出的篇幅可用于工程实践案例,才能真正体现出CDIO教材的特色。
  3.1.6 “单元实训”节
  该节内容为基于本章节知识内容的综合实训,融知识、单项技能于完成实际任务中,加强综合技能的培养,在仿真的项目中完成工程训练,应具备“涵盖本章基础知识点和拓展知识点、以工程实践活动为手段、以真实规范的企业案例为内容、以团队合作为模式”的基本特征。
  在CDIO教材中,“单元实训”节中的案例较之于“授课案例”节中的案例,最大的不同在于:它是由真实的、规范的企业案例拆分而成,且涵盖本章大部分知识要点,不涉及或极少涉及后续章节的知识内容,全书多个章节的“单元实训”案例循序渐进,由简入繁,最终将形成一个完整的项目。采用这种形式,可将工程的思想、方法及企业的规范融入各章的学习、贯穿于教学的始终,同时,还可以培养学生适应团队角色,了解角色内涵并圆满完成角色承担的工作任务,为学生进入未来的职业岗位奠定良好的基础并可进一步加深其对职业技能与知识的领悟。
  值得注意的是,在传统教材中,往往通过最后一章的综合案例培养学生的工程能力, CDIO教材可对其略加改变,其最后一章可按课程设计任务书的形式给出,要以项目需求分析、概要设计、详细设计、过程控制、评价标准等符合企业规范的标准化文档的形式出现。项目的具体实现应由学生组成团队协作完成,项目应采用真实的企业案例且难度及知识广度要高于“单元实训”节所采用的案例。可以说,在CDIO教材中,“授课案例”节用于满足学习者模仿需要,“单元实训”节用于满足工程基础训练需要,而最后一章的课程设计可满足提高工程实战能力的要求。
  3.1.7 “单元测试”节
  该节应包含知识点测试和工程能力测试两部分内容。知识点测试可以选择题、判断题、填空题等形式出现,CDIO教材应参照其课程所对应的行业认证课程而建立相似度较高的模拟习题库和试题库,并体现在知识点测试命题中,以契合工程教育模式中的“双证书”制度。工程能力测试可通过单元实训环节给出评价结果,但评价标准必须在该节给出,使学习者明确应达到的能力目标。
  3.2 基于CDIO模式的教学案例构建思路
  基于CDIO模式的教学案例可细分为:演示案例、练习案例和综合案例。其中演示案例和练习案例用于课堂教学及学生自主学习,综合案例适用于单元实训和综合实训。教学案例资源不仅包括案例工程包,还应包括配套的演示案例视频、实训项目视频、实训项目指导手册以及项目管理文档等。
  以Android课程体系为例,该体系包括如下课程:Android程序设计基础、Android核心组件应用、Android网络编程开发、Android多媒体编程、Android图形与动画、Android GUI综合应用、Android 移动互联应用、Android 企业级综合应用。其中,在该体系中的前5门课程的教学素材中,除必备的教学大纲、理论授课PPT、经典习题、理论授课视频外,还应提供演示案例工程包、演示案例视频;而该体系中的后3门课除了以上资源外,还应添加实训项目工程包、实训项目视频、实训项目指导手册以及项目管理文档等资源。
  4 结 语
  基于CDIO模式的教学素材,应实现由“学科本位”向“能力本位”的转变,体现“以工程能力为核心,工作过程为主导,以校企合作为途径,以国家职业标准为依据,理论与实践一体化、知识与案例一体化、案例与项目一体化”的CDIO课程特征。CDIO模式教学素材构建应注重实用性和适用性,以项目与应用为中心并兼顾知识体系的完整性,力求反映知识更新和科技发展的最新动态,将新理念、新技术、新案例反映到教学素材中来,体现与本课程体系密切联系的一线企业的实际要求和人才职业能力培养目标要求。
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