CDIO視域下項目驅動創新人才培養模式探索與實踐

鄧文斌　朱荷蕾　吳舟

摘? 要：在我國大力推廣“雙創”的時代背景下，如何更有效地培養應用型創新人才，引起各行各業的高度重視。通過對CDIO理論和新工科背景下機電類專業教學特點的研究，探索基于CDIO理論的項目驅動創新人才培養模式，設計一套以CDIO工程教育模式和項目驅動教學方式相結合的工程范式創新人才培養體系和方法。實踐表明，基于項目驅動的工程范式創新人才培養模式對于培養大學生的創新意識、創新能力和創新精神等方面都具有一定實效性。

關鍵詞：CDIO理念；項目驅動；創新；人才培養；工程范式

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）12-00５0-0５

Abstract： Under the background of vigorously promoting "mass entrepreneurship and innovation" in China， how to cultivate applied and innovative talents more effectively has attracted great attention from all walks of life. Through the research on CDIO theory and the teaching structure of electromechanical specialty under the background of emerging engineering， this paper explores the innovative talent training mode of Project-Based Learning based on CDIO theory， and designs a set of innovative talent training system of engineering paradigm and method based on the combination of CDIO engineering education mode and Project-Based Learning teaching mode. Practice shows that the innovative talent training mode based on the Project-Based Learning engineering paradigm has certain effectiveness in cultivating innovative consciousness， innovative ability and innovative spirit for students.

Keywords： CDIO concept; Project-Based Learning; innovation; talent training; engineering paradigm

《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》提出高等教育要適應產業結構優化升級的要求，突出辦學特色，大力培養技能型、創新型、應用型人才[1]。然而就目前的狀況而言，我們在創新人才培養方面還存在諸多不足的地方。特別是近年來，人才需求企業對工程類人才的需求逐漸趨于理性，從而使得大學教育理論與實踐“兩張皮”的現象顯現出來。一方面，企業抱怨難以招到“招之即用”的人才，所招的大學應屆生難以滿足企業的要求；另一方面，畢業生找到一份理想的工作越來越難。產生這種現象的原因與當前大學教育的教學方式密不可分?；旧细鱾€高校仍遵循以講授知識為主的人才培養教學模式，嚴重缺乏針對解決實際復雜工程問題能力的培養，無法與企業需求無縫對接。

為了解決“科學范式”工程教育人才培養模式與企業工程人才需求不契合的問題，國際工程教育模式開始向工程范式轉變，華盛頓協定、悉尼協定等國際工程教育組織相繼成立[2]。中國于2016年正式加入《華盛頓協議》，相繼推動了新工科建設計劃。新工科的培養目標是使學生能在知識、能力和素質等多個維度得到發展，真正成為符合企業需求的現代工程師。如何有效將實踐教育融入工程范式人才培養目標，組建一支能夠支撐工程范式的創新人才培養教學團隊和基礎教學設施，搭建工程范式創新人才培養教學體系，成為了世界各國工程創新型人才培養研究熱點。

20世紀初，德國學者雅斯貝爾斯提出要培養學生知識的廣度，以及培養學生主動性及創造性的人才培養理念[3]。1965年，美國學者H.A.帕索烏提出了制定符合培養創新型人才的教學大綱應遵循的原則，指出培養創新型人才需要培養學生在學習中的創造性和獨立性，培養學生運用文獻資料獲取知識的能力，培養學生對事物的理解力[4]。為了深入推廣理論結合實踐的教育模式，卡內基梅隆大學推動了第三次工程教育改革，縮減了學生畢業所需課程數量，并在大一開始引進項目驅動教學（Project-Based Learning，簡稱PBL）[5]，激發了學生對專業基礎的學習興趣。Weilerstein等[6]提出結合教育資源、實踐支持和技術商業化的政策支持驅動學生創新創業生態系統的發展。

我國許多高校也根據自身情況，提出了培養創新型人才的策略?；搓幑W院汪偉[7]針對國內高校普遍存在的重“理論”知識講授，而缺少“實踐”的教學問題，提出了基于合作機制的協同創新人才培養機制，從培養學生研究能力、應用能力和創新能力等幾個方面重構培養體系，進而改革創新人才的培養途徑。南開大學依托科研平臺培養創新人才而進行了一系列教學改革，取得了良好的效果[8]。從“科學范式”回歸“工程范式”，強化工程實踐教育，實施Conceive-Design-Implement-Operate（CDIO，即構思-設計-實施-應用）人才培養模式的教育理念[9-10]。西安航空學院的李川等[11]提出“智能+”創新型人才培養模型，以人工智能基本知識體系結構為基礎，建設“人工智能+X”的新型復合專業，該模式對新工科專業建設、教學過程的組織等方面發揮了一定作用。東華理工大學的郭名靜等[12]提出了以“實踐+”為教學核心的理工科人才培養新模式，其目的是以培養實踐能力為目標，以實踐教學為主體，實踐與理論相結合的人才培養模式。西安交通大學的王保建等[13]針對我國高等工程教育長期存在的重學生技術能力培養、輕非技術能力培養的問題，圍繞能力培養目標、教學體系設計和智能制造教學平臺建設等方面，開啟了培養具有雙重能力的新型工程人才的新范式。河北師范大學孫軍英[14]教授以學科競賽為抓手，通過重構課程體系、重組教學內容的方式培養大學生創新實際能力，提升了學生競爭力。

一? 工程范式創新人才培養面臨的問題

新工科建設的重點是培養優秀工程師，培養大批具有工匠精神的創新人才。在培養過程中，積極探索如何培養學生解決實際工程問題的能力尤為重要，這主要是我國高校與國外一流大學相比存在的問題之一，具體表現如下。

（一）? 在實踐教學過程中，缺乏對學生獨立探索和解決實際復雜工程問題能力的培養

傳統的教學方法，主要以教師按照教材內容進行講解，而實際工程問題涉及的知識面很廣，難以讓學生獲得探索解決實際工程問題的機會。由于“能力—素質”不能通過理論學習來培養，因此有必要大大增加實踐教學的比重。在完善的理論教學體系下，如何設計并有效實施與理論教學體系相對應的實踐教學體系是工程范式創新人才培養模式的關鍵。

（二）? 培養過程缺少提升學生創新能力培養的教學平臺

在新工科背景下，不少專業（新能源汽車、機器人等）都涉及多學科交叉融合，傳統的教學實驗和實訓設備已不能滿足工程范式實踐教學體系下培養知識應用能力、解決復雜工程問題能力及團隊協作能力的需要。為了緊跟專業建設發展需要的一些新型教學設備，因學科交叉融合，涉及的知識面很廣，對教師的要求也相應達到了一個新的高度，從而引發新興專業師資緊缺或教師教學能力難以適應的困境。

（三）? 教師教學與行業實際產品研發脫節，研發與應用脫節，難以真正為當地產業服務

目前教師基本都以教材內容進行知識傳授，工程范式創新型人才的培養要求高校教師從簡單的知識傳播者轉變為“項目經理+項目導師”[15]。這就要求教師具有較完整的工程實踐經歷，但目前高校教師大多很少接觸企業或曾在企業工作過，這必然導致與企業需求脫節，缺乏系統的工程實踐經驗。

二? 構建CDIO視域下項目驅動創新人才培養模式的必要性

從當今新工科培養要求的角度來看，各個專業涉及的學科門類較多，互相交叉融合，既有偏理論性知識，也有實踐課程需要探索。從設計實踐的角度來看，培養學生的實踐能力是培養學生素質和能力的重要組成部分。在某種程度上，其重要性甚至超過了理論知識的重要性。

就我國新工科教學的現狀而言，已經意識到學生實踐能力培養對其能力培養的重要性的高校越來越多。而CDIO理論提出的系統知識和能力培養及其倡導的PBL教學法、且有全面的實施指導，更有利于高校培養學生動手能力。借助CDIO注重學生學習的自主性和實踐性的教學方式，結合校企合作項目的實際工程需求，以CDIO模式積極開展項目實踐，可以有效規避傳統課堂教學內容主要集中在教科書給定內容，以至學生很難接觸實際工程項目而導致理論與實踐脫節的問題。

三? CDIO理論和項目驅動人才培養模構建思路

CDIO是一種新的工程人才教育理念，代表著現代工程教育的發展方向，具有國際性、先進性、科學性、廣泛性和系統性。其以產品市場調研、設計開發到生產的全過程為載體，組織學生全程參與產品的整個開發和生產過程，將理論學習和實踐能力培養有機地結合起來。目標是讓學生深入理解和掌握基礎技術知識，并將他們培養成為一名現代工程師和研發人員所必需掌握的專業技能。

項目驅動教學是一種“邊做邊學”的教學模式，是一種實踐性教學活動，旨在完成具有挑戰性的項目。項目驅動教學方法也是CDIO理念所倡導的教學方式，其核心思想是通過實際的工程項目引導學生主動學習完成項目所需要的知識和技能、構思和設計項目解決方案，運用知識和技能解決問題，從而有效提高學生專業基礎知識水平和增強學生實踐動手能力。此外，學生還需要解決任務調度、時間管理、討論決策、分工協作、演講及答辯等非工程問題，從而提升自己的綜合素質和能力。因此，項目實踐教學是以“知識—能力—素質”多方位整體培養學生的綜合素養的有效環節。以項目為中心的課程教學改革及現代工程人才培養模式改革逐漸成為國際高等工科教育的發展方向[16]。本文所提出的基于CDIO理念的PBL教學模式框架如圖1所示，該模式是為了讓參與項目的學生依據CDIO理念體驗工程項目開發過程中所有過程，遵循工程項目開發的科學流程。

為有效培養“知識—能力—素質”的工程創新人才，必須從以往主要以理論驗證性的實踐教學環節改革為以項目完成度為考核指標的實踐教學模式，并增加實踐教學環節課時量。同時，引入校企橫向合作項目及相關專業競賽，以實現基于PBL教學的工程創新人才培養目標、培養方式。

四? 項目驅動人才培養模式具體實施方案

為了切實提高學生理論結合實際的能力，為企業和社會更好地培養應用型創新性技術人才，本文提出以CDIO理念為基礎的“項目驅動（PBL）”教學的創新性人才培養模式，總體培養體系框架如圖2所示。通過構建一體化課程體系，鼓勵學生實現自我激勵，促進其工程創新能力的提高，注重培養學生獨立分析、解決問題的能力，以實際需求項目為主線，學生以團隊的形式探索解決實際工程問題的途徑。在此過程中，學生學習所需的相關理論知識，最后整合相應的知識并應用于解決復雜的工程問題。在解決實際工程問題的過程中，培養學生自主學習、自我促進意識和創新意識，具體實施方案有如下幾點。

（一）? 以項目為主線

依托嘉興學院、南湖區政府共同成立的南湖智能裝備產業創新中心，通過與企業簽訂的校企合作橫向課題。每個項目都分別組織4～5名機械、電氣和車輛等多個專業的學生與教師、聯培研究生組成項目攻關團隊。圍繞CDIO工程教育理念，在老師指導下提出有針對性的解決方案，并全程參與項目研發、設計。真正踐行PBL的教育理念，重點培養學生解決企業實際需求工程問題的能力。學生在參與項目的過程中，綜合培養了學生充分使用所學專業知識的能力，培養了學生工程技術應用和從構思到最后操作的工程項目實踐能力。

其次，學生參與完成的課題，可以進行二次包裝和開發，完成原理樣機制作，從而用于參加一些相關的科技創新競賽，讓學生獲得一定的榮譽，從而增強學生參與項目的積極性，這樣能夠很好地構建一個以項目為中心的團隊。同時，完成的各類項目，可以形成相應的教學案例，用于實踐教學，從而推動實踐教學平臺的建立。

（二）? 以小組為基礎

以科技創新社團為載體，通過學生宣傳的方式吸納各個專業的學生，并形成高年級帶低年級學生“傳幫帶”的學習方式，打造以學生為主體，以項目為依托的本科生、聯培研究生和教師組成的科技創新團體。成立由多名學生和老師構成的學科小組，設置不同的方向，讓學生根據自己的特長和愛好加入不同的小組。根據項目需求，將大項目按照功能區劃分為不同的小項目，然后讓每個小組按照自己的學科方向選擇具體的子項目。項目組成員依據自身所學專業和所在學科小組技術特點，合理分配任務，在保證完成自己任務的同時，及時與小組其他成員有效溝通，相互協調，保證本組任務的順利完成。各小組之間定期進行溝通，相互匯報結果和項目進展情況，根據討論結果修改項目執行過程中的不當之處并及時調整進度，最終有機地整合所有子項目完成整個產品。

（三）? 以CDIO理念為指導思想

不管是在小組分工的團隊項目開發過程中，還是在平時的實驗實踐訓練過程中，都將以CDIO理念為指導思想貫穿于創新型工程人才培養方案中。低年級時，把CDIO理念貫穿在平時以開源工業產品、裝備為實踐創新平臺的學習中，通過學生系統地學習開源平臺（機器人、智能裝備）的硬件、軟件及算法，打下堅實的產品開發所需的基礎，然后通過開源平臺的二次開發功能，完成學生自己設想的功能開發，從而提升創新能力。把傳統的以教師指導為主，轉化為以學生討論為主。由于采取了開源項目平臺，學生對基礎知識的掌握時間縮短，也能改變以往實驗設備、裝置只能完成演示性實驗的缺陷，實現向開放性實驗的轉變。高年級學生培養過程則以CDIO教育理論為指導思想，以項目為主線，有目的地培養和發展學生解決實際工程項目的創新能力。在實際需求項目的實施過程中，通過復雜工程項目培養學生的團隊協作能力，從而為畢業后進入企業打下堅實的基礎。

五? 結束語

基于CDIO理論和項目式驅動的工程人才培養方案是目標引領、任務驅動及以學生為主體展開的人才培養模式。其重點培養學生主觀能動性和激發學生解決實際問題的好奇心和探究興趣。教師在整個項目過程中扮演著監督者和領導者的角色。獲取知識和提升能力的學習過程，不僅僅是利用自己先前構建的知識體系分析問題、解決問題的過程，更是培養和提升學生創新精神和創新能力的過程。

（一）? 激發了學生的創新意識

通過改變傳統的思維方式、過程來獲得新的思想、概念和方法即為創新意識[17]?；贑DIO理念的項目驅動人才培養方式是以項目為主線、學生為主體、小組為基礎、教師為主導的學生培養模式，教師借助校企橫向合作課題及專業競賽，利用學科前沿知識理論及交叉學科所出現的新理論，創造研究性學習情境，使用項目驅動教學法，鼓勵學生不要固守現狀，要獨立思考、探究實踐。在人才培養過程中，教師作為推動者、監督者和指導者，指引學生從單純的知識傳承者向知識創新者的轉變，在項目完成過程中不斷激發學生的創新意識。以嘉興學院智能系統集成創新協會為例，協會成立兩年以來，能長期穩定在實驗室的學生有30余人，通過實施本創新人才培養模式，智能系統集成創新協會學生參與校級大學生科技訓練項目（SRT）達到90%以上，參與國家級/省級大學生創新訓練項目的學生達到50%以上；參與教師校企橫向合作課題和參加專業競賽的學生高達80%以上，學生每年申請多項專利和發表多篇科技論文。圖3和圖4分別是學生參與校企橫向合作課題的設備安裝調試圖及學生參加“西門子杯”全國大學生智能制造挑戰賽的參賽作品（立體車庫）。因此，經過項目驅動人才培養的學生具有更強的創新能力，更容易找到解決新問題的方法和更好的創新意識。

（二）? 增強了學生的創新能力

所謂創新能力即人的綜合素質的外在表現，是一種能體現知識、人格和人際交往的綜合素養能力。實施CDIO理念的項目驅動人才培養模式，通過培養學生搜索、分析、總結資料、制作PPT、演講與答辯等綜合素質，鍛煉學生的自主學習能力、分析能力、表達能力、溝通能力和批判性思維能力等綜合能力。經過工程范式創新人才培養的協會成員，參加了“互聯網+”“挑戰杯”、教育部“西門子杯”智能制造挑戰賽等多個大學生創新創業競賽，兩年以來獲得了省級以上獎項8項，獲獎率明顯高于學院同期平均水平。

（三）? 培養了學生的創新精神

自智能裝備集成技術協會成立后，數十名學生在導師的指導下，能綜合運用自身已掌握的知識，重構知識體系，提出新方法、新思路和新觀點，具備了較好的創新精神。跟著團隊指導教師從事校企橫向合作課題及參加競賽的協會學生，不僅具有較強的創新意識、活躍的思維、創新能力和全面的工程素養，而且在項目參與過程中具有挑戰和克服困難的勇氣和韌性。

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基金項目：教育部產學合作協同育人項目“機器人工程專業學科競賽綜合技能培訓”（202101014039）；浙江省大學生科技創新活動計劃項目“加濕器外殼自動組裝線”（2021R417018）；嘉興學院2021年教學改革項目“基于CDIO理念的創新型人才培養模式探索與實踐”（851521030）

第一作者簡介：鄧文斌（1985-），男，漢族，江西吉安人，博士，講師。研究方向為智能裝備開發、結構光測量技術。