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【摘要】CDIO是一整套工程教育理念和实施体系,得到了国际高等工程教育界的认同。 它具有国际先进性、实践可操作性、全面系统性和普遍适应性。本文首先讨论了CDIO理念的几个重要原则,并对实施CDIO理念提出了一些具体措施。
【关键词】CDIO理念 工程教育 现代工程师
【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0181-02
1 现代工程师应具备的能力与素质
现代工程师应具备什么样的才能？波音公司对工程师素质的10条要求是:
①良好的工程科技基础,包括数学(包括统计学),物理和生命科学,信息技术(其内容远多于“计算机应用技术”);
②良好的设计和运作能力,即了解工程;
③学科交叉和系统观察力;
④对所从事行业的全貌有基本地了解,包括其经济状况(包括企业运作)、历史、外界环境、顾客和社会需求;
⑤良好的写作、绘图、语言表达等交流能力;
⑥职业道德和责任感;
⑦批评性和创造性的思维能力,同时具有独立性和合作性;
⑧适应性,有自信并能较快适应大的变化和改革;
⑨求知欲和终生学习能力;
⑩深刻理解团队协作的重要性。
美国工程与技术认证委员会(ABET)制定了新的对工程教育培养专业人才的11条评估标准EC2000:有应用数学、科学与工程等知识的能力;有进行设计、实验分析与数据处理的能力;有根据需要去设计一个部件、一个系统或一个过程的能力;有多种训练的综合能力;有验证、指导及解决工程问题的能力;有对职业道德及社会责任的了解;有效地表达与交流的能力;懂得工程问题对全球环境和社会的影响;学会终生学习的能力;具有有关当今时代问题的知识;有应用各种技术和现代工程工具去解决实际问题的能力。这11条评估标准可认为是一名合格的现代工程师应具备的能力和素质。
综合上述企业诉求,我们认为一名现代工程师应具备的能力与素质可以归纳成六个方面:
①能正确判断和解决工程实际问题的多面手;
②應具有更好的交流能力、合作精神以及一定的商业和行政领导能力;
③懂得如何去设计和开发复杂的技术系统;
④了解工程与社会间的复杂关系;
⑤能胜任跨学科的合作;
⑥养成终生学习的能力与习惯,以适应和胜任多变的职业领域。
2 CDIO理念
CDIO是直接按照工业界的上述要求建立的一整套工程教育理念和实施体系,得到了国际高等工程教育界的认同。它具有国际先进性、实践可操作性、全面系统性和普遍适应性,对我国培养现代工程师人才具有指导意义。
CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)4个英文单词的缩写,其名称来源于产品/系统的生命周期过程,体现了现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程。它是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”(Project based education and learning)的集中体现。它以工程项目(包括产品、生产流程和系统)从研发到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理念是:以尽可能接近工程实际、涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计大项目为主要载体,结合专业核心课程的教学,使学生在CDIO的全过程中不断地在一名现代工程师应具备的能力与素质方面得到全面的训练和提高。
3 CDIO原则
为了实施CDIO理念,需要抛弃一些传统观念,特别需要正确理解以下几个重要原则:
3.1 关联原则
以产品和系统生命周期的开发及使用作为知识和能力培养的载体及环境,强调的是知识和能力之间的关联,而不是具体内容。
可以从两方面来理解:一方面,CDIO模式要求学生结合某些具体工程项目来学习和实践以期得到通用的能力,进而能解决一般的工程项目全生命周期产生的许多问题;另一方面,在内容各不相同的若干工程实践项目中选取哪个项目开展CDIO教学,其结果都应当是一样的,因为无论做哪个项目,最终都是一般方法的获得和通用能力的提高,而不是局限于该项目所涉及的具体知识。
在有限的学制中,任何专业教育都不可能将今后工作中所需的知识完全教给学生,而只能按照项目训练的方式组织知识,交给学生去“做中学”,在基于项目的反复学习训练中,形成各种能力。学生在此过程中一定会学到一些必要的知识,但更重要的是获得自学、应用和创新能力,这才是他们终身取之不尽用之不竭的宝贵财富。
有人认为,通识教育就是强调基础科学理论、弱化专业内容和工程实践,基础打得越宽越好,理论学得越多越好,什么知识都学点儿,从事什么工作都能应付。正确理解通识教育是培养学生的高素质、强能力,而不仅是灌输有限的通用知识。
3.2 教学大纲制定基于需求分析原则
教学大纲的设计与培养目标的确定应与产业对学生素质和能力的要求逐项挂钩。
对素质和能力培养的需求要经过专业化的工程师组织、已毕业的校友和产业界用人单位的审核与认可,并在具体要达到的水平、成绩标准方面得到他们的指点和帮助。教学大纲的制订要求教育界和产业界紧密合作,否则制订的教学大纲将脱离产业界的需要,无法保障学生获得应有的知识、技能和能力。
3.3 集成化课程设置原则
要求建立和发展课程之间的关联,使专业目标得到多门课程的共同支持。
以往各门课程都是按学科内容各自独立,彼此很少关联。而CDIO按照工程项目全生命周期的要求来组织教、学、做,就必须突出课程之间的关联性,围绕专业目标进行系统设计,从而避免不必要的重复,使学生掌握各门课程知识之间的联系,并用于解决综合的问题。
3.4 设计—制作实践原则
每门课程一般要包括两个或更多的“设计-制作”实践项目,包括基础层次和高级层次的项目。
这种设计-制作项目应让学生从构思阶段的概念设计开始,经历产品设计和实现阶段,使学生形成初步的应用工程科学知识设计产品的能力和产品及系统制作的能力。
实践项目应该来自产业第一线,是企业真正需要解决的问题和真刀真枪的项目,而不是“假题真做”,更不是“假题假做”。因此,成功的产学合作是实施CDIO教学模式的必要条件。
3.5 集成化教学过程原则
通过集成化教学过程使学生获得专业知识,同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品和系统的能力。
这种教学方法要达到同时获得知识和培养能力的目标,要求将工程项目的前后关联性和专业知识的系统性结合起来,而不是像传统做法那样只考虑学科知识的系统性,而不与工程项目挂钩。
传统模式以学科为导向,强调学科知识的完备性和系统性。其根本弊端在于只管“教”、不管“用”,学科间缺乏必要的关联,学生不可能真正知道这些知识在整个工程实践中的用处以及如何运用;此外,学科导向模式导致课程内容太多太细,很多知识学了没用,挤占了有限学制的大量时间。
而“做中学”是以“做项目”为主线来组织课程,以“用”导“学”。因此,应选择有代表性的工程项目来做主线,突出项目训练的完整性,在做项目过程中学习必要的知识,知识以必需、够用为度,强调自学能力的培养,强调应用所学知识解决问题。
学生毕业后在工作中无非是运用已经获得的能力和知识去研发更多新的工程项目,缺乏的知识可以自学,学到的知识即可运用,这才是产业界真正需要的工程人才。
3.6 加强教师的CDIO能力原则
教师工程能力达标是实施CDIO成败的关键,而这只有通过学校与产业界的合作才能实现。
不仅要派教师到产业界接受工程训练和取得实际经验,同时也要邀请产业界有经验和理论的工程师到校兼职任教,使学生接触到当代工程师的真正榜样,也从他们那里学习真刀真枪的工程经验和能力。
3.7 能力评价原则
能力本位的教学观贯穿课程设置和教学实践的全过程,必须确保能力评价过程的合理性和有效性,采用不同的方法评价不同的能力。
传统的能力评价方法是由教师来考评学生,重在考评掌握的知识。CDIO模式是能力本位的培养模式,本质上有别于知识本位的培养模式,着重点在于帮助学生获得产业界所需的各种能力和素质,因此,评估方法和准则对此要能给予客观准确的衡量,避免误判,导致高分低能或低分高能。
对学生能力的评价不仅要来自学校教师和学生群体,也要来自工业界。特别是对学生工程实践能力和产业经验的评价,产业工程师应更有发言权。
4 实施CDIO理念的措施
当前我国的工程教育理念和教育体制与CDIO要求相差甚远,为了实施CDIO理念,根据上述CDIO原则,特提出如下几项改革措施:
①改革课程体系和教学方法。改变偏重工程科学知识、轻视工程实践训练,偏重专业知识传授、轻视综合素质与能力培养,偏重专业教育,轻视人文教育的传统培养模式,构建新的课程体系,以“做项目”为主线来组织课程,以“用”导“学”。教学中应安排丰富的设计性和综合性实验,尽量让学生亲自动手和全身心投入。
②改革培养计划。树立“以学生为中心”的新观念,引导学生“主动学习”,制定以設计为导向的培养计划。
③改革评价教师的方法,提高教学水平。制定评估教师工作质量的新标准与分配制度,聘请有实际工程经验的工程师来校教学和指导。
④改革学生考核方法。采用不同的方法来衡量学生的专业知识、个人自身能力、团队合作能力、建造产品和系统的能力。这些方法包括笔试、口试、学生表现的考察、评分、学生反映、论文、学生互评和自评等。
⑤改善教学实验条件。加大对教学实践环境和设施建设的投入,为学生提高实践能力提供更好的平台。
⑥制订新的课程大纲,编写与CDIO工程教育模式相适应的教材。课程大纲是根据培养计划中规定的各学科的目的、任务而编写的指导性文件,作为课程教学过程的重要依据。课程大纲既考虑基础知识,学科交叉与融合,更强调知识应用能力和工程能力的培养。
5 结语
社会经济的发展和全球化的进程给工程师的素质、能力提出了新的要求,而这些要求迫使工程教育作出相应的改革。CDIO工程教育理念对现代工程教育所要达到的目标提出了系统和全面的要求,对理念的实施作出了全面的指引,对我国培养现代工程师人才具有重要指导意义。
高等学校作为培养现代工程师的重要场所,必须主动面向社会,面向经济建设;主动适应社会经济发展的新变化和发展趋势,深刻反思过去人才培养的思维方式、教学模式、教学方法等,深入开展教学改革研究与实践,培养和造就符合社会需要的高素质人才。
参考文献
[1] 熊光晶,陆小华.符合国际工程教育共识的CDIO课程体系培养模式[J].西安交通大学学报(社会科学版),2006,(10).
[2] 查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略:“做中学”、产学合作与国际化[J].高等工程教育,2008(1).
[3] 钟秉林.我国院校高等工程教育的改革与发展.中国机械工程,2000(1-2).
[4] http:∥www.boeing.com/companyoffices/pwu/attributes/attributes.Html.
[5] http:∥www.abet.org.
[6] http:∥www.cdio.org.
【关键词】CDIO理念 工程教育 现代工程师
【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(b)-0181-02
1 现代工程师应具备的能力与素质
现代工程师应具备什么样的才能？波音公司对工程师素质的10条要求是:
①良好的工程科技基础,包括数学(包括统计学),物理和生命科学,信息技术(其内容远多于“计算机应用技术”);
②良好的设计和运作能力,即了解工程;
③学科交叉和系统观察力;
④对所从事行业的全貌有基本地了解,包括其经济状况(包括企业运作)、历史、外界环境、顾客和社会需求;
⑤良好的写作、绘图、语言表达等交流能力;
⑥职业道德和责任感;
⑦批评性和创造性的思维能力,同时具有独立性和合作性;
⑧适应性,有自信并能较快适应大的变化和改革;
⑨求知欲和终生学习能力;
⑩深刻理解团队协作的重要性。
美国工程与技术认证委员会(ABET)制定了新的对工程教育培养专业人才的11条评估标准EC2000:有应用数学、科学与工程等知识的能力;有进行设计、实验分析与数据处理的能力;有根据需要去设计一个部件、一个系统或一个过程的能力;有多种训练的综合能力;有验证、指导及解决工程问题的能力;有对职业道德及社会责任的了解;有效地表达与交流的能力;懂得工程问题对全球环境和社会的影响;学会终生学习的能力;具有有关当今时代问题的知识;有应用各种技术和现代工程工具去解决实际问题的能力。这11条评估标准可认为是一名合格的现代工程师应具备的能力和素质。
综合上述企业诉求,我们认为一名现代工程师应具备的能力与素质可以归纳成六个方面:
①能正确判断和解决工程实际问题的多面手;
②應具有更好的交流能力、合作精神以及一定的商业和行政领导能力;
③懂得如何去设计和开发复杂的技术系统;
④了解工程与社会间的复杂关系;
⑤能胜任跨学科的合作;
⑥养成终生学习的能力与习惯,以适应和胜任多变的职业领域。
2 CDIO理念
CDIO是直接按照工业界的上述要求建立的一整套工程教育理念和实施体系,得到了国际高等工程教育界的认同。它具有国际先进性、实践可操作性、全面系统性和普遍适应性,对我国培养现代工程师人才具有指导意义。
CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)4个英文单词的缩写,其名称来源于产品/系统的生命周期过程,体现了现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程。它是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”(Project based education and learning)的集中体现。它以工程项目(包括产品、生产流程和系统)从研发到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理念是:以尽可能接近工程实际、涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计大项目为主要载体,结合专业核心课程的教学,使学生在CDIO的全过程中不断地在一名现代工程师应具备的能力与素质方面得到全面的训练和提高。
3 CDIO原则
为了实施CDIO理念,需要抛弃一些传统观念,特别需要正确理解以下几个重要原则:
3.1 关联原则
以产品和系统生命周期的开发及使用作为知识和能力培养的载体及环境,强调的是知识和能力之间的关联,而不是具体内容。
可以从两方面来理解:一方面,CDIO模式要求学生结合某些具体工程项目来学习和实践以期得到通用的能力,进而能解决一般的工程项目全生命周期产生的许多问题;另一方面,在内容各不相同的若干工程实践项目中选取哪个项目开展CDIO教学,其结果都应当是一样的,因为无论做哪个项目,最终都是一般方法的获得和通用能力的提高,而不是局限于该项目所涉及的具体知识。
在有限的学制中,任何专业教育都不可能将今后工作中所需的知识完全教给学生,而只能按照项目训练的方式组织知识,交给学生去“做中学”,在基于项目的反复学习训练中,形成各种能力。学生在此过程中一定会学到一些必要的知识,但更重要的是获得自学、应用和创新能力,这才是他们终身取之不尽用之不竭的宝贵财富。
有人认为,通识教育就是强调基础科学理论、弱化专业内容和工程实践,基础打得越宽越好,理论学得越多越好,什么知识都学点儿,从事什么工作都能应付。正确理解通识教育是培养学生的高素质、强能力,而不仅是灌输有限的通用知识。
3.2 教学大纲制定基于需求分析原则
教学大纲的设计与培养目标的确定应与产业对学生素质和能力的要求逐项挂钩。
对素质和能力培养的需求要经过专业化的工程师组织、已毕业的校友和产业界用人单位的审核与认可,并在具体要达到的水平、成绩标准方面得到他们的指点和帮助。教学大纲的制订要求教育界和产业界紧密合作,否则制订的教学大纲将脱离产业界的需要,无法保障学生获得应有的知识、技能和能力。
3.3 集成化课程设置原则
要求建立和发展课程之间的关联,使专业目标得到多门课程的共同支持。
以往各门课程都是按学科内容各自独立,彼此很少关联。而CDIO按照工程项目全生命周期的要求来组织教、学、做,就必须突出课程之间的关联性,围绕专业目标进行系统设计,从而避免不必要的重复,使学生掌握各门课程知识之间的联系,并用于解决综合的问题。
3.4 设计—制作实践原则
每门课程一般要包括两个或更多的“设计-制作”实践项目,包括基础层次和高级层次的项目。
这种设计-制作项目应让学生从构思阶段的概念设计开始,经历产品设计和实现阶段,使学生形成初步的应用工程科学知识设计产品的能力和产品及系统制作的能力。
实践项目应该来自产业第一线,是企业真正需要解决的问题和真刀真枪的项目,而不是“假题真做”,更不是“假题假做”。因此,成功的产学合作是实施CDIO教学模式的必要条件。
3.5 集成化教学过程原则
通过集成化教学过程使学生获得专业知识,同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品和系统的能力。
这种教学方法要达到同时获得知识和培养能力的目标,要求将工程项目的前后关联性和专业知识的系统性结合起来,而不是像传统做法那样只考虑学科知识的系统性,而不与工程项目挂钩。
传统模式以学科为导向,强调学科知识的完备性和系统性。其根本弊端在于只管“教”、不管“用”,学科间缺乏必要的关联,学生不可能真正知道这些知识在整个工程实践中的用处以及如何运用;此外,学科导向模式导致课程内容太多太细,很多知识学了没用,挤占了有限学制的大量时间。
而“做中学”是以“做项目”为主线来组织课程,以“用”导“学”。因此,应选择有代表性的工程项目来做主线,突出项目训练的完整性,在做项目过程中学习必要的知识,知识以必需、够用为度,强调自学能力的培养,强调应用所学知识解决问题。
学生毕业后在工作中无非是运用已经获得的能力和知识去研发更多新的工程项目,缺乏的知识可以自学,学到的知识即可运用,这才是产业界真正需要的工程人才。
3.6 加强教师的CDIO能力原则
教师工程能力达标是实施CDIO成败的关键,而这只有通过学校与产业界的合作才能实现。
不仅要派教师到产业界接受工程训练和取得实际经验,同时也要邀请产业界有经验和理论的工程师到校兼职任教,使学生接触到当代工程师的真正榜样,也从他们那里学习真刀真枪的工程经验和能力。
3.7 能力评价原则
能力本位的教学观贯穿课程设置和教学实践的全过程,必须确保能力评价过程的合理性和有效性,采用不同的方法评价不同的能力。
传统的能力评价方法是由教师来考评学生,重在考评掌握的知识。CDIO模式是能力本位的培养模式,本质上有别于知识本位的培养模式,着重点在于帮助学生获得产业界所需的各种能力和素质,因此,评估方法和准则对此要能给予客观准确的衡量,避免误判,导致高分低能或低分高能。
对学生能力的评价不仅要来自学校教师和学生群体,也要来自工业界。特别是对学生工程实践能力和产业经验的评价,产业工程师应更有发言权。
4 实施CDIO理念的措施
当前我国的工程教育理念和教育体制与CDIO要求相差甚远,为了实施CDIO理念,根据上述CDIO原则,特提出如下几项改革措施:
①改革课程体系和教学方法。改变偏重工程科学知识、轻视工程实践训练,偏重专业知识传授、轻视综合素质与能力培养,偏重专业教育,轻视人文教育的传统培养模式,构建新的课程体系,以“做项目”为主线来组织课程,以“用”导“学”。教学中应安排丰富的设计性和综合性实验,尽量让学生亲自动手和全身心投入。
②改革培养计划。树立“以学生为中心”的新观念,引导学生“主动学习”,制定以設计为导向的培养计划。
③改革评价教师的方法,提高教学水平。制定评估教师工作质量的新标准与分配制度,聘请有实际工程经验的工程师来校教学和指导。
④改革学生考核方法。采用不同的方法来衡量学生的专业知识、个人自身能力、团队合作能力、建造产品和系统的能力。这些方法包括笔试、口试、学生表现的考察、评分、学生反映、论文、学生互评和自评等。
⑤改善教学实验条件。加大对教学实践环境和设施建设的投入,为学生提高实践能力提供更好的平台。
⑥制订新的课程大纲,编写与CDIO工程教育模式相适应的教材。课程大纲是根据培养计划中规定的各学科的目的、任务而编写的指导性文件,作为课程教学过程的重要依据。课程大纲既考虑基础知识,学科交叉与融合,更强调知识应用能力和工程能力的培养。
5 结语
社会经济的发展和全球化的进程给工程师的素质、能力提出了新的要求,而这些要求迫使工程教育作出相应的改革。CDIO工程教育理念对现代工程教育所要达到的目标提出了系统和全面的要求,对理念的实施作出了全面的指引,对我国培养现代工程师人才具有重要指导意义。
高等学校作为培养现代工程师的重要场所,必须主动面向社会,面向经济建设;主动适应社会经济发展的新变化和发展趋势,深刻反思过去人才培养的思维方式、教学模式、教学方法等,深入开展教学改革研究与实践,培养和造就符合社会需要的高素质人才。
参考文献
[1] 熊光晶,陆小华.符合国际工程教育共识的CDIO课程体系培养模式[J].西安交通大学学报(社会科学版),2006,(10).
[2] 查建中.面向经济全球化的工程教育改革战略:“做中学”、产学合作与国际化[J].高等工程教育,2008(1).
[3] 钟秉林.我国院校高等工程教育的改革与发展.中国机械工程,2000(1-2).
[4] http:∥www.boeing.com/companyoffices/pwu/attributes/attributes.Html.
[5] http:∥www.abet.org.
[6] http:∥www.cdio.org.