CDIO大纲对高等工科教育创新的启示

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中国高教研究

!""# 年第 $$ 期

%&’( 大纲对高等工科教育创新的
陶勇芳
摘

商存慧

启 示

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要： 简要介绍了当前工程教育的一个新目标—— %&’( 教学大纲的产生过程、 — 主要

内容及其特点。%&’( 教学大纲的具 体目标就是为工程教育创造出一个合理、 完整、 通用、 可概括的教学目标。大纲的重点在将个人的、 社会的和系统 笔者提出了在加强 的制造技术和基本原理相结合， 使之适合工程学的所有领域。 在分析 %&’( 教学大纲的基础上， 专业基础教育的同时，注重工程实践) 加强大学生协调沟通的技能和团队合作精神的培育；强调培养综合的创新 能力， 与社会大环境协调发展等建议。

教育创新 关键词： 高等工科教育； %&’( 大纲； — %&’(—— 国外高等工科教育的一种创新模式。其具体目 标就是为工程教育创造出一个合理的、完整的、 通用的、 可概 括的教学目标， 重点将个人的 、 社会的和系统的制造技术和基 本原理相结合， 使之适合工程学的所有领域。大纲的最大价值 就是其基本原理简单，有很强的可操作性和广泛的适应性等 特征，而且可被任何工程教育项目所采用。%&’( 的应用将有 助于工程教育课程的设置及教育方法的研究，而且还可以推 动考核标准的制订，为我们现行的高等工科教育提供一定的 借鉴。 一、 %&’( 大纲及其特点 工程教育主 $* %&’( 大纲的产生背景。!" 世纪中期以来， 要是建立在实际操作能力的基础上、通过考核工程师们的实 际操作能力来定义。随着工程科学的发展， 工程教育也越来越 依据于一些切实可行的分析工具来进行，而工程教育也就由 此开始和实际操作能 力相脱离，工程教育更侧 重于学术研 究。在当前高等工程教育中， 存在着两种需求： 一方面， 对于毕 业生专业技术知识的要求在不断提高； 另一方面， 越来越多的 人们意识到工程人员必须拥有良好的团队协作精神、系统分 析及实际动手能力， 以便适应现代化工程团队、 新产品及新系 统的开发需求。大学工程课程除了教授学生技术知识外， 同时 还需要培养广泛的个人、 人际与系统构建的技能。学生必须在 规定的时间里， 综合掌握这些领域的知识和技能。 实现这一目标的工程教育模型，上个世纪一直在持续发 主要是由在业工程 展。 世纪初期采用基于手工实践的模型， !" 师来教授。 世纪中期产生了工程科学模型， 该模型中的项目 !" 主要由工程研究人员来教授， 特别强调坚实的基础， 但同时降 低了实际工程实践的重要性。最近该模型由于其对工程实践 的过度抽象， 不能很好地满足当前的需要而受到批评。认为大 学不仅是培养技术上的专家工程师，而且还要培养出可以在 现代团队环境中构建与操作一个新的工程系统的人员。作为 该模型中的项目成为教育的组织原则。对于人际系统构建的 技能来说， 这是一个非常好的模型， 它明确了项目而不是学科 ! 本文系西北工业大学 !""# 年高等教育研究基金资助项目 作为教育的组织原则。在过去的 $" 年里，美国的企业界人士 开始致力于缩小当前工程教育中的理论和实际操作能力之间 的差距， 对工程教育提出了新的目标和要求， 然而这些努力并 没有取得实际的效果；并认为造成工程教育理论和实际操作 脱节的两大主要原因是，缺少基本理论支持和对技能要求的 具体说明。 四所前沿的工程大学 （ 瑞典查尔 基于以上情形， !""$ 年， 姆斯技术学院、瑞典林克平大学、美国麻省理工学院、瑞典皇 家技术 学院 ） 合 作开发 了一个新 型的工 程教育 模型 ，称为 %&’( + %,-./01/ 2 &/304- 2 ’567/5/-8 2 (6/9:8/ ; 。 %&’( 其 名 字 的灵感来源于产品 < 系统的生命周期过程。 该生命周期可分为 四个阶段： 构思、 设计、 实现、 运作， 其缩写构成 %&’( 名称。如 同合伙人所述，%&’( 的首创就是构想一个强调技术基础的教 育，并置身于产品 < 系统生命周期的具体环境中。%&’( 大纲 （ 以下简称大纲 ）的目标就是将企业界的需求以工程学基本原 理来表述。设计 %&’( 的教育反映出如下几大目标： 必须掌握 基础技术中深厚的应用知识；培养善于构思 2 设计 2 实现 2 运作新产品 < 系统的技能；能完成复杂的系统工程；能适应现 代化开发团队和开发环境。一旦 %&’( 被工程教育所采纳， 更 多具体的需求目标将会得到实现。 基于 %&’( 的课程围绕学科 来组织，同时与 %&’( 的活动交织，所以学科间相互支持和交 叉。课程赋予生产实习所补充的学习项目， 并且以课堂和现代 学习工作间 < 实验室进行主动性、实验性、分组学习为特征的 活动。通过参与、 构思、 设计、 实现个人技术体验， 使学生达到 预想的目标： 培养用于构建系统的技能， 很好地掌握深厚的工 程基础应用知识 = $ > 。 !* %&’( 大纲的主要内容及特点。大纲汇总了当前工程学 所涉及的知识、 技能及发展前景等， 并制定了工程教育的教育 目标。它成为现代工程师必备的工程知识、 技能和态度的一个 汇编， 在本质上包含了大学工程教育所需求的文档。大纲的意 计、执行和运作，旨在创造一个新的整合性教育；目标则是在 技术基础上给学生提供更多的工作知识，教育工程师成为新

成功地进行工程系统的概念、 设 工程科学模型的进化，一些大学采用了基于问题的学习模型， 愿是让工程师可以带领团队，

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产品或新系统创造和执行过程中的领导者，给研究者们灌输 却又彼此独立 * ! + 。 %&’( 大纲既是 %&’( 教学的参考纲要，同时又在不断地 自我完善。大纲在制定的过程中， 对内容提出了三点要求： 组 织结构上要明白易懂，适用目标要全面，形成一个清楚、完整 和持久的具体规格标准，以便教学目标的实现和评估。%&’( 大纲的组织结构如图 $ 所示。

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从上图可以看到，%&’( 对应着大纲的第一级别，也意味 术知识和分析能力，个人职业技能及处理人际关系的能力。 %&’( 大纲的内容可以概述为培养工程师的工程，明确了工程 师的培养目标是为人类生活的美好而制造出更多方便于大众 的产品和系统。据此， 大纲要求工程院系的毕业生要能掌握工 程原理， 能致力于工程产品的改进， 能够发展成为一个适应现 代化工程需求的合格工程师。精简形式的大纲如图 ! 所示， 显 示了四个目标分解到第二层和第三层。 大纲的第一部分是关于工程技术知识原理和技术推理， 包括基础科学的知识、核心的工程基础知识和高级的工程基

对自己工作重要性和策略价值的认知。这三个目标相辅相成， 着最高期望值。其下三个方框代表着具体的要求， 分别是： 技

图$

%&’( 系统组织结构示意图

础知识 。现代工 程学是 立足于 对工程学 基础原 理的 透彻理 解。要想成为一个好的工程师就必须对工程基础知识的核心

图!

%&’( 系统组织结构示意图 的特别子集， 可分解为团队协作、 沟通和用外语进行沟通。 大纲的第四部分是企业与社会环境下的构思、 设计、 实现 和运作系统，它展示了产品或系统开发是如何经过以下四个 阶段的： 构思、 设计、 实现和运作。选择的术语为硬件、 软件与 过程行业的描述。构思工作从市场或机会识别到高级或概念 设计，并包括开发项目管理。设计工作包括设计过程的各方 面， 以及学科的、 多学科的和多目标的设计。实现工作包括硬 件和软件过程， 测试和核实， 以及实现过程的设计与管理。运 作工作的覆盖范围， 从设计与管理运作， 到支持产品生命周期 与改进， 以及产品生命终结的规划。产品和系统都是在企业与 商业环境下创建和运作的， 并且工程工作 （ 指构思、 设计、 实现 和运作 ） 和企业都是存在于更大的社会与外部环境之中。对这 些框架的理解， 对于成功地实践工程职业非常重要。 二、 %&’( 大纲对我国高等工科教育创新的启示 设计、 实现、 运作为主线， 综合地考虑 %&’( 大纲以构思、 了专业基础知识、个人和职业的技能以及团队协作与沟通的 对 人际技能， 以及在整个企业 ) 社会环境下进行 %&’( 的过程。

有深入的理解。当然由于因研究领域的不同，%&’( 大纲只是 提出一个总体上的概念阐述。在 %&’( 大纲的剩下部分， 将致 力于讨论 %&’( 系统所要求的知识结构、 技能熟练程度及工程 学生所应该培养的工作品质。 %&’( 大纲的第二部分为个人的和职业的技能与特质。工 科大学生在职业实践中主要有以下三个思考模式：!工程推 理与问题的解决， 包括问题的识别与形成、建模、 近似与定性 的分析、 不确定性分析、解决方案与建议； "实验与知识的发 现，包括前提假设的形成、纸档与电子档文献的调研、实验调 查、 前提假设的测试与辩护； 包括整体性思维、 系 #系统思维， 统的浮现与交互、优先级排序与关注、解决方案的决断与平 衡。每节以 “ 阐明问题 ” 的一个小节开始， 然后穿越该思考模式 的所有特例， 最后以实质性 “ 解决问题 ” 的小节结束。主要用于 职业环境下的那些个人技能与态度， 不同于三种思维模式， 被 称为职业技能与态度。主要不是用于职业环境下的个人技能 子集， 是个人的技能与态度。 大纲的第三部分是人际技能。它为个人技能的一般类别

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于工程教育的根本要求， 大纲制定者认为： 毕业工程师需在工 程组织 （ 基于现代团队的环境 ）里工作的同时，正确看待工程 过程 （ 构思、 设计、 实现和运作 ） 能为开发工程产品 （ ， 复杂增值 的工程系统 ） 做出贡献， 而隐含的期望就是作为大学毕业的工 程师必须发展成为完整的、成熟的、有思想的个体，掌握相应 的技术知识与推理的基础。为了在现代团队的环境中工作， 必 须培养学生团队协作与沟通的人际技能；学生必须了解如何 在企业和社会背景下构思、设计、实现和运作的系统，以达到 最后创建和运作该系统的技能。%&’( 大纲对我国高等工科教 育的启示有如下几点。 $) 加强专业基础教育的同时，关注工程实践，加强实践环 节。 如果说大学是一个学习和进步的平台， 那么这个平台的地基 就是大学里的基础课程。 所以， 学好和掌握基础知识及本专业要 应用领域里很多看似高深的技术在几年后就会被新的技术或工 具所取代，只有掌握扎实的基础知识才可以终身受用。另一方 面， 如果没有打下好的基础， 就很难理解更为复杂或高深的应用 技术， 对于将来的职业发展和提高都将是一个巨大的障碍。 知识和能力来源于实践， 素质更需要在实践中养成， 各种 教学实 践环节对 于培养 学生的 实践能力 和创新 能力 尤其重 要。由于当前的教学实践环节非常薄弱， 严重制约了教学质量 的进一步提高。要培养高素质的人才， 就必须高度重视这个环 但工程实践能力较差。因此， 高等工科院校要建立和完善教学 实践体系，制订合理的教学实践方案，拓宽教学实践范畴，整 合教学实践资源， 保证教学实践时间， 加大教学实践的经费投 入， 下大力气巩固、 扩大和发展校内外各类实习基地。 在加强实践环节的同时， 建立创新实验基地。学校应该以 培养学生的创新能力为目标， 以创新实验为手段， 以全过程开 放为原则，建立创新实验基地，鼓励大学生特别是研究生 “ 自 选项目、 自主设计、 自己动手、 自由探索 ” 进行创新实验。建立 ， 实验中心， 作为学生尤其是研究生进行创新的基础平台； 建立 创建虚拟实验室，并对学校专用实验室进行实验资源的整合 利用， 在统一管理和服务的模式下对优秀学生开放。创新实验 基地主要是以激发学生的自我创造力，而不是以出成果为目 的。它应该成为本科实验的发展和科学研究的基础， 使之成为 高等工科院校培养创新人才的孵化器。 继续倡导走产学研相结合的道路， 积极开展校企之间、 校 际之间、高校与科研单位之间的合作，并建立稳定的合作关 系。各级教育行政部门也应创造条件， 为高校建设大学生教学 实习和社会实践基地提供有力支持。 !) 个人职业技能与人际沟通的技能并重。专业基础知识 都是静态的， 它不能直接由此产生解决实际问题的办法， 需要 结合识别问题、 工程推理及解决问题的方法， 才能在实际工作 中灵活应对各种问题。著名华裔诺贝尔物理学奖获得者李政 道在领奖时的感言中，针对中国科学研究的现状和问题特别 地提到， 中国的科技工作者需要强调实验精神和实验能力。工 程技术是一个实践性极强的领域，停留在概念阶段的想法需 参考文献

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要转化为直接的生产力才能体现其工程和社会价值。另外， 其 他技能如个人的恒心、创新的勇气、终身学习的精神、日常时 间资源的管理等，以及诚实、责任感等职业精神，对于个人的 职业成功也是非常关键的。在高等工程教育过程中， 有策略性 地提供指导和实践体验机会， 其绩效将是不言而喻的。 “ 戴尔?卡内基说： 一个人事业的成功只有 $*+ 取决于他 的专业技能， 另外的 ,*+ 要依靠他的人际关系和处事技巧。 ” 个人的智慧和能力是有限的， 在现代社会中， 单靠一己之力是 不可能成就宏伟、 壮丽的事业， 也几乎不可能实现任何足以让 自己满意的奋斗目标
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。在现代组织中学习的基本单位是团

队而不是个人。构建学习型创新团队是高效率地掌握知识的 重要途径。团队的集体智慧高于团队个人智慧， 团队拥有整体 搭配的能力。所以，高等工科院校要积极组建创新型学习团 息交流更加充分，知识理解更加深刻、迅速，减少了矛盾和冲 突。因此， 工程专业学生必须懂得， 加强信息沟通、 团结他人、 汲取大家的智慧才是现代人取得成功的先决条件。 与社会大环境协调发展。 培养工科 .) 强调综合创新能力， 学生创新能力是提高高等工科教育有效性的基本保障。现代 的任何 工程问题 已不再 是一个 纯粹独立 的学科 或领 域的问 题，需要应用其他学科的相关知识和技能。信息社会的今天， 几乎所有的科技工程领域都有信息科学的烙印。科技发展日 合， 才能确保工程研究和开发的成功。因此， 如今的工程领域 中的问题已经不再是简单的专业技术问题，而是与社会、经 济、 生态、 文化等人文学科相关的复杂的系统问题。 如果把个人技能、 人际沟通等看成是 “ 修身 ” “ 、 养性 ” “ 、齐 家” 的话， 那么服务社会和企业等就是 “ 治国 ” 进而达到 “ ， 平天 特别是工程科技需要服 下” 的最高境界 - 0 / 。科技服务于社会， 务社会、 服务科研机构与企业等。高等工科院校要把所有技能 的培养置身于企业和社会的大环境下，随着社会的需求而调 整和丰富专业基础知识，提高学生以直觉思维为主的对科学 我更新能力， 在关注个人职业技能的同时， 要密切关注社会的 发展和实际需求， 与社会大环境协调发展。 （ 作者陶勇芳系西北工业大学研究生院工程师，商存慧系 该校人文与经法学院讲师， 陕西西安 1$""1! ）

求的基础课程是十分重要的。 因为在科技发展日新月异的今天， 队，， 为学生创造良好的沟通氛围。因为， 良好的沟通可以使信

节。虽然我国高等工科院校学生的基础知识掌握得比较扎实， 新月异，门类分工也愈来愈细，需要多个岗位技能的密切配

主题实验室作为开展创新竞赛和特色主题实验活动的场所； 新发现的洞察能力，在不同环境下的协同能力、适应能力、自

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