CDIO工程教育模式再创新 -汕头大学的实践与体会 顾佩华 汕头大学 2008/12/14.

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1 CDIO工程教育模式再创新 -汕头大学的实践与体会 顾佩华 汕头大学 2008/12/14

2 目录 (Outline) 工程教育所面临的挑战 CDIO改革理念 汕头大学改革实践- EIP-CDIO 观察与思考

3 工程教育所面临的挑战 知识传授和能力培养之间的矛盾 科学、技术、工程知识都急剧增长，理论体系越来越庞大，学科渗透、交叉学科越来越多
工程教育在过去几十年在朝理论化、学术化方向发展，满足日益增长的知识体系的要求 环球竞争、产业重组、新材料技术、生物技术和信息技术的利用及迅猛发展，工程实践对工程师的个人、人际交流能力和企业、社会、历史背景环境下的产品的建造能力的要求提高 与此同时，工程学生的生源和培养模式越来越趋同，工程教育失去其实践、创造的特征 工程教育同现代工程实践的要求渐行渐远

4 工程教育所面临的挑战 世界工程教育所面临的共同挑战是
在给定的学制内让学生获得更宽更深知识的同时获得足够的个人、人际交流能力和产品、系统和过程的建造能力 如果不对传统的课程体系、教学理念和学习方法等作出重大变革，战胜这个挑战将是一件不可能任务

5 CDIO工程教育改革理念 CDIO简介 MIT，Royal Institute of Technology，Chalmers University of Technology ，Linköping University 于2000年得到了Knut and Alice Wallenberg 基金的资助，经过四年的探索研究后创立了CDIO工程教育理念，并于2004年成立了CDIO国际合作组织。 CDIO代表构思（conceive）、设计（design）、实施（implement）、运行（operate）； 它是现代工业产品从构思研发到运行乃至终结退休的全生命过程； CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力，包括个人的工程科学和技术知识，学生的终身学习能力、团队交流能力和在社会和企业环境下产品、过程和系统的建造能力。

6 CDIO改革的三个总体目标把学生培养成能够:
1个愿景（vision） 1个大纲 (Syllabus) —— 对学生4个层面的能力要求 12条标准 (12 Standards) ——对是否实践CDIO教学理念的判定标准 改革从培养目标、课程计划、教与学、实践场所、教师能力提高、学生能力评估和改革质量评估等全方位进行 CDIO的愿景（vision） 是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思－设计－实现－运行(CDIO)过程的背景环境基础上的工程教育 CDIO改革的三个总体目标把学生培养成能够: 熟练掌握技术基础知识； 领导新产品和新系统的开发和运行； 了解技术的研究与发展对社会的重要性和战略影响。

7 CDIO工程教育改革理念 CDIO教育模式的几个主要方面
一体化课程计划：增加丰富的实践项目并辅以工业实习，利用课堂和现代学习场所/实验室使计划具有活泼的、实践的、团队的特色。及时与外界沟通，通过广泛评估与评价不断改进计划. 一体化教学方法：学习的主动性能极大的提高学习效率，所以：应增加主动学习和动手实践；强调分析问题和解决问题的能力；增强概念方面的学习；加强学习反馈机制. 实践场所：将构思、设计、实现和运行经验融于CDIO学习环境中，设立支撑C、D、I、O活动的实践场所。 学习评估：不同的能力用不同的方式进行考核，专业知识可用试卷或口头测验，而CDIO相关的能力则可采用记录、报告、自评、互评等等形式进行，考核方式的多样化促使学习方式广泛化，并能建立更完整可靠的评价系统. 教师能力的提高：教师要指导学生工程实践能力的提高，他们自己就要提高；此外，因为要在学习过程中实现学生知识和能力的双重获取，教与学的方式就必须有所改变。 专业评估：教学改革的方向、所取得的成绩和需要解决的问题都需要有规律地对照改革目标进行评估与反馈，达到持续改进

8 CDIO工程教育改革理念 为什么采用CDIO？ 首先要回答两个中心问题： 构思 设计 实现 运行 工程师需要具备哪些知识、能力和态度？
工程教育应如何使学生具备这些知识、能力和态度？ 要知道工程师需要具备什么样的知识、能力和态度，就要看现代工程师都在做些什么工作 现代工程师总是在领导或具体从事产品、过程或系统的构思、设计、实现和运行中的某个环节或全部过程 构思 设计 实现 运行 目标 概念设计 初步设计 施工设计 元件制造 系统整合、测试 全生命支持 演化 -商业战略 -技术战略 -客户需求 -目标 -竞争 -项目计划 -商业计划 -需求 -功能 -概念 -技术 -构建 -平台计划 -市场定位 -法规 -供应商 -承诺 -需求定位 -模型开发 -系统分析 -系统解构 -界面要求 -元件设计 -需求确认 -失效和预案分析 -确认设计 -硬件制造 -软件编程 -资源 -元件测试 -元件改进 -系统整合 -系统测试 -改进 -取得认证 -投产 -交货 -销售和铺货 -运行 -物流 -客户服务 -维护与维修 -回收 -升级 -系统改进 -产品家族扩张 -退休

9 CDIO工程教育改革理念 为什么需要CDIO？ 所以在美欧： 要回答两个中心问题： 工程师需要具备哪些知识、能力和态度？
工程教育应当如何使学生具备这些知识、能力和素质？ 然而，现在的工程教育却未能提供适当的机会让学生得到相应的知识、能力和态度 从1970年代起工业界要求工程教育增加对个人、人际交往和产品、过程和系统的建造能力的培养， 例1978英国 “Finiston Report” 伯纳德·戈登（Bernard Gordon, A/D转换器的发明者、美国国家技术奖章获得者、美国工程院工程教育戈登奖的捐赠人）在1984年欧洲工程教育学会年会上说 “全世界。。。都对工程教育的现状感到不甚满意”。 20世纪90年代开始大规模的工程教育改革. 所以在美欧： 工业界对工程师素质要求的改变：如波音公司的10条要求 工程教育认证标准的改变：如ABET的EC2000的11条要求

10 CDIO工程教育改革理念 为什么需要CDIO？ 要回答两个中心问题： 工程师需要具备哪些知识、能力和素质？
工程教育应当如何使学生具备这些知识、能力和态度？ CDIO工程教育理念对第二个问题的回应：产品、过程或系统的构思、设计、实施和运行应该成为工程教育的背景环境，这是因为： 这些就是真正的工程师所做的工作 这样才能满足社会和工业界对工程教育的能力要求 这是培养工程学生掌握这些能力的最自然的环境

11 CDIO工程教育改革理念 CDIO改革要在专业层面上才能真正体现它的理念和目标（知识和能力的一体化培养）
基于问题的学习（problem based learning） 基于项目的学习（project based learning） 主动学习方法（active learning） CDIO不是： 典型案例组织教学（或解剖麻雀） CDIO同一些已有的概念有联系，但具有不同的内涵，如： 产学合作或产学研合作 “做中学”

12 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学EIP-CDIO理念
传统的工程教育模式主要以学科知识为核心，对历史、社会和环境的认知与责任方面的教育，工程的职业道德与诚信，以及团队意识培养有待加强，使得现代企业对高校培养的毕业生的认同感不太高。 为更好的实现工程教育改革目标，在CDIO的基础上，汕头大学提出建立一设计为导向的EIP-CDIO 培养模式：即注重职业道德(ethics)、诚信(integrity)和职业素质(professionalism)培养并与构思－设计－实施－运行进行有机结合的工程教育新模式。将职业道德和诚信（EIP），与构思－设计－实现－运作(CDIO)进行有机结合。

13 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学EIP-CDIO理念 EIP-CDIO 培养框架图 EIP-CDIO教育改革目标
吸收世界先进的工程教育理念，建立符合国际工程师认证的课程体系，培养学生系统工程技术和创新能力。 提出新的 EIP (Ethics, Integrity, Profession) - CDIO培养模式，以职业道德和诚信为基础、设计为导向的开展以构思－设计－实施－运行为指导思想的工程教育理念，形成工学院培养应用型人才的定位和本专业特色。 人才培养目标 培养具有高度社会责任感、人格健全、良好职业素质、设计和创新能力，具备终生学习能力的、符合国际化标准的工程技术人才。

14 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学EIP-CDIO理念 EIP 能力培养
要求教师以身作则，教书育人，潜移默化，将优秀的职业风范传给学生。 通过教学、实践环节，训练学生处处以EIP要求自己，使职业道德成为习惯。 在培养方案的制定中，注重人文精神的熏陶，从而使培养出的工程师具备优秀的职业道德、正直、富有责任感。 邀请院士开讲首次世界工程师论坛 杨叔子院士为我院学生做EIP报告 EIP-CDIO素质拓展活动 学生在各类社团活动中体验EIP

15 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 以设计为导向的EIP-CDIO 培养模式

16 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 以设计为导向的EIP-CDIO 培养模式
每专业至少有二次1级项目。一般可以在一、二年级进行一次以介绍本专业核心内容及调动学生兴趣为目的的1级项目；而以毕业实习+毕业设计为第二次1级项目。每个1级项目作为一门课程单独计分。 以三至五个2级项目为载体加强本专业核心课程的学习与应用。

17 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 机电专业培养计划和课程体系 （鱼骨图）

18 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 EIP-CDIO 一级项目（project）
第二年至第四年每年都有一个具体的设计和研究项目（open-ended） 学生分成团队4-6个人，每个团队有一个项目，如楼梯爬行机器人，从设计要求、功能设计、概念设计和系统设计、电气、传动、机械结构、控制系统到制造出来； 培养设计、创新、协调、沟通和领导能力（每个团队的组成轮流担任，每个学生都有当领导的机会），增强学生的自信心； 这种开放型的项目，使学生有机会把知识有机的联系起来，应用知识，有可能用到没有学过的知识，因此学生要学会以探究方式获取知识，整个过程体现CDIO 所有的项目均为团队合作项目，学生在项目进行的过程中学习探索、综合应用知识，锻炼团队精神、学习基本项目组织、管理，培养CDIO能力。 二级项目（project） 应当注意到，这些项目的进行所需要的很多重要，但非核心的知识能力无需专门开设专门课程而只需要设计适当的考核要求和极少的帮助即可。比如，组织管理、会议议程、会议记录、决策过程和方法、报表、文字和图像处理、撰写报告、查询和阅读资料、口头交流、口头报告、电脑和软件的使用、自信心提高等等，比较深一点的如行业发展、科技前沿、市场分析等也可以通过指导收集资料、集体研讨进行交流、学习。切实理解从理论到实现的综合过程和决定成败的一些细部要求和规范、标准的要求 二级项目是基于课程群，每个课程群都有一个项目 设计、制造、控制、检测 这些项目相当于综合性的课程设计 把相关联的课程知识有机的结合起来 使学生认识到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点 课程群的建设与实践结合起来 消除内容重复，可减少学时数 三级项目（课程项目） 每个教师都有知道自己的课程在整个专业培养体系中的作用，包括知识 能力培养中的贡献 在构建学生的知识体系中有什么作用 每门课程涉及那些能力和知识 每门课程中应有20-30% 时间用于互动、启发式、探究式的学习，引导学生提出问题，找到解决问题的方法，提取概念和有规律性的方法；新的知识

19 一级项目（project）实践－－机械电子工程系
汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 一级项目（project）实践－－机械电子工程系 1、从一年级第二学期开始，学生4-6人组成各自的项目团队，设小组组长1名。系全体老师分成若干项目指导小组，指导一级项目的开展。 在指导老师组的指导下，“机电系统设计与制造I”要求每个学生项目团队选择一个具体项目或题目，比如《高效节能草坪软废弃物清理车》，从市场分析与技术需求分析开始，做项目的“市场调研报告“和”技术分析报告“。 《高效节能草坪软废弃物清理车》的实践

20 一级项目（project）实践－－机械电子工程系
汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 一级项目（project）实践－－机械电子工程系 2、在市场调研报告、技术分析报告的基础上，以逐步学习的专业基础知识，进一步完善系统总体设计方案（一级项目II），开始进行机械零部件设计与控制系统设计（一级项目III等过程，逐步展开构思、设计等过程到具体的产品项目，从而开始体验的一个项目实践的整个过程。 《高效节能草坪软废弃物清理车》 总体设计与零部件设计

21 一级项目（project）实践－－机械电子工程系
汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 一级项目（project）实践－－机械电子工程系 3、通过前面一级项目I至III的实践，经设计完善与制造（一级项目VI）、安装以及综合调试（一级项目V）等过程，针对一个具体的产品项目，完整地展示了构思、设计、实现以及运用等的全过程，从而在系统上完成的一个实践的经历 整个一级项目开放型的教学实践，使学生有机会把所有的知识有机的联系起来，学会以探究方式获取知识和运用知识的能力。 《高效节能草坪软废弃物清理车》 制造与设计实物

22 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践
采用探究式学习（Inquiry-based Learning）与经验学习（Experiential Learning）的主动学习方式 重点更新教学观念，从过去的“以教师为中心，使学生知道什么”的传统教育观念，转变成“以学生为中心，学生学到和用得怎样”的新观念，引导学生 “主动学习”； 在教学过程中教师应提出问题引导学生思考研讨，增加主动学习和动手实践，强调分析问题和解决问题的能力，增强概念学习； 是将所有实验课全部并入相关的课程内，任课教师自然成为该课实验课教师之一，并主导实验 内容、统筹安排课程内的实验，并针对现在的学生缺少实际动手能力，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进行； 压缩授课学时，部分课程采用边讲边实验边讨论的灵活方式，让学生成为课堂上的“主动者”； 突出培养学生的创新精神、实践能力、自学能力、综合能力、交流沟通与表达能力、团队合作精神和对大系统的适应与调控能力；最后我们为整个培养计划设置丰富的实践项目并辅以工业实习，利用课堂和现代学习场所/实验室使计划具有活泼的、实践的、团队的特色。

23 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 基于学科交叉与能力培养为中心的CDIO创新实践中心
部分学生设计的项目

24 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 改善教学环境
金工实习基地 改善教学环境 公差实验室 汕头大学工学院现有本科教学实验室40个，结构合理，满足教学需要 实验室11000平方米，其中本科教学实验室近8000平方米 自2006年3月以来，工学院共投入1500万元用于更新改造实验室及购置新仪器设备 传动与控制实验室 为配合 EIP-CDIO培养计划的实施，学院建设600多平方米CDIO创新实践中心,工学院5个专业学生的公共实践平台，学生可以组队申请项目在中心内进行他们的科技实践活动 各专业建立适合本专业CDIO能力发展的创新实践中心 院、系实践中心结合形成系统化工程创新实践支持平台 微机原理实验室 工程材料实验室 电路实验室 机器人实验室 通信实验室 测试技术实验室 机械加工实验室 柔性制造系统实验室（FMS）

25 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 以 ISO 认证为保障的教学质量管理体系 制度保障
通过院系领导、同行教师及教学督导员的听课制度、教学质量学生联系小组工作制度等形成监督机制。 通过各种规章制度在管理者、教师、学生中形成工作规范和约束机制。 通过教学督导员评价、学生课堂教学评估、听课反馈等机制，使教学方法的改进和教学效果的提高落到实处。 通过各种教学奖励、年度考核、职称晋升、岗位聘任、学生综合测评等措施形成激励机制。

26 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 以 ISO 认证为保障的教学质量管理体系
建立基于ISO的EIP-CDIO教学质量管理文件系统 建立质量管理文件系统要求将质量体系的全部要素、要求和规定都纳入文件，形成质量管理文件体系。质量文件体系统共分四个层次：第一层次是纲领性指导性文件，即质量手册； 第二个层次是规范通用性文件，包括技术、管理规范和程序；第三层次是方案措施性文件，包括计划方案和措施；第四个层次是记录鉴证性文件，包括鉴定与评价报告和记录。

27 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 以 ISO 认证为保障的教学质量管理体系
构建工学院教学质量监控体系 建立EIP-CDIO教学质量监控理念 教学质量方针：以人为本，全员参与；科学管理，追求卓越。 教学质量目标：培养具有高度的社会责任感、具有过硬的社会竞争力及创造力，个性和人格得到健全发展的高质量、高素质、创新型、国际化工程技术人才 教学质量监控体系的思想基础：全面质量管理理念与意识；ISO9000质量管理标准的基本思路；业务流程再造的理论与技术；教学评估的思想与方法。 工学院制定的ISO文件 保证EIP-CDIO教学质量与水平，并能逐步在教学质量控制与管理上与国际接轨，引入ISO系列标准于教学、行政管理，将整个教学、行政服务的全过程严格按照ISO标准进行控制，使学院管理从传统经验型向办学规范化、制度化、科学化方向迈出一大步，促进了管理水平的不断提高。 目前已通过了德国TUV莱茵公司的初审，2008年4月将通过教育ISO9001和ISO14001的认证。

28 汕头大学工程教育改革与实践 ——EIP-CDIO 汕头大学工程教育改革与实践 以 ISO 认证为保障的教学质量管理体系
按照ISO9000质量标准要求，工学院全面建立了EIP-CDIO教学质量监控理念系统、文件系统、组织程序系统、业务流程系统、教学评估系统，并在本科教学质量管理中全面推广应用，按照ISO的要求，注重对EIP-CDIO教学质量监控体系进行持续改进。

29 观察与思考 美国和瑞典是创新较强的国家。CDIO 是一个开放型的国际工程教育合作组织，参加者分享经验和成果，互相帮助。
已经积累了几年的实施的经验，我们在此基础上再创新。 落实李处长提出的工作思路: 联合设计专业教学大纲，制定教学计划，建设课程，编写教材，建立评价体系。就使我们领先其他国成员学校。 我们的目标很简单：培养出高水平的创新人才，使我们的企业具有竞争力，经济，国力，和生活水平达到和超过发达国家。教育改革的名字 CDIO 或其他的名字并不太重要。

30 观察与思考 从教学内容角度出发，核心工程技术内容逐渐接近，但是，各国合各校的毕业生仍有比较大的区别，那么，原因何在？ 教学/学习的过程
学习经验的获得 学生主动获取知识的能力 知识，能力，态度和综合素质 学生的工程师职业技能 教师的理论、实践和教育水平 教师的职业态度与道德标准

31 观察与思考 几个问题供思考： 大学的名声与本科教学的质量和学生的经验的距离是否在增大？
工程认证方法是否要更加深入和具体，真正考查学生的工程师能力？ 如何建立和实施工程教育质量和培养目标的保障体系？ 现在大学，特别是研究型大学对优质教育是否给予了充分的重视？ 如何正确处理好科研与教学的关系？学校及其领导层有何作为？ 竞争与合作，不断提高教学质量不能只靠竞争，更要加强合作，因为个人的课程与整体培养方案是不可分割的，怎样处理好良性竞争和诚信合作？ 当前大学的分配制度是否对推动教育改革和提升教育质量有利？ 国际化与本土化的结合，不是西方所有的东西都可以直接照搬，中国要建一条国际化本土化结合的道路，不断创新、发展。

32 谢谢大家！