1、北京理工大学龚绍文,CDIO工程教育教学模式和研究性教学,关于CDIO工程教育教学模式介绍、理解、评论与补充,（一）简述 CDIO工程教育模式是由美国麻省理工学院航空结构学专家，原航空航天系主任、美国国家工程院院士、2010年美国工程院工程教育戈登奖得主、2011年当选为中国工程院外籍院士的Edward F.Crawley教授和瑞典皇家工学院、瑞典查尔摩斯工业大学、瑞典林雪平大学的三位教授一起于2000年起在Knut and Alice Wallenberg 基金会2000万美元的资助下，经过4年的研究，于2004年推出的一种对高等工程教育有重大意义的工程教育模式。它已在上述4个学校和其他学校
2、获得了巨大的成功。 全世界不少学校都在研究它。也包括我国在内。,一.CDIO工程教育教学模式简介,Conceive,构思,Design,设计,Implement,实现,Operate,运行,(C),(D),( I ),(O),(二)改革的缘由及简单的过程1.缘由：,美国的工业界对工科大学毕业生不满意这些学生不能胜任分配给他们的工作空有理论不能解决实际问题无助于企业的运行技术的发展社会的进步达不到社会对工程师的要求。,工程师应该是怎么样的？,Analogic公司 B.M.Gordon 很明显，世界上各种社会，尤其是西方社会，对当今的普通教育的情况并不满意。这种不满意反映在对一些毕业生的批评上，他
3、们甚至不能进行有效率的阅读、有效写作或掌握中等复杂程度的算术。最典型的问题“为什么约翰尼不会阅读？”就集中反映了社会的关注。 另一个类似的问题是：“为什么工程师先生/博士不能做好工程？”现在也更多地问到这个问题，这集中反应了工程领导和深受不合理设计之苦的公众的无奈。对工程教育的批评常常会对工程教育的“产品”发表以下的评论：从雇用的工程资源中所得到的经济回报率变得越来越低，越来越差,对基础知识的正规训练和粗略了解的广度都很有限没有进行合适的正规训练和引导以达到实用程度的工程能力不能适当理解精确测试和测量的重要性竞争动力和毅力不够交流能力不够工作习惯上缺少纪律和控制力不敢承担个人风险 所以，在寻找
4、应用新的教育技术方法的同时，应当重新审视我们对真正工程的认识，将我们的焦点聚集在实质性的内容上，即希望工程师在他们的职业生涯中做些什么。,工程师应该是怎么样的？,定义 我建议真正的工程师，即职业工程师定义为：取得并不断提高技术、交流、人际交往的知识、能力和态度的人，他们有效地通过理论化、构思、发展并建造可靠的、具有实际和经济价值的结构和机器而对社会做出贡献。 知识越广，其成功的能力就越高；一个工程师的献身精神越强，他的成就就越大，就能作为一个合格的榜样、教师和领导等。知识 对于一个真正的工程师来说，知识不仅仅是获取的信息，更不仅是获取的工程信息。认知过程同获取过程是不一样的。今天的工程师可能利
5、用信息技术及时获得全世界的信息，而真正的工程师具备对信息相互关系的理解力，他们学到了如何利用并有效处理相关信息，从而合成新的信息或解决问题。,将工程师作为领导的角色，可以发现，工程师所需要的知识领域不限于科学或技术，学习历史、经济、心理、文学和艺术可以增加对社会演变的理解，这种理解能够提高工程师贡献的价值。并且，在这个因新通信科技所赐而日益变小的世界里，我们不应该忘记学习外国语言一个在大西洋西侧经常被遗忘的东西。能力 一个真正的工程师的重要能力，实际上就是能够有步骤地在设计中解决问题，在此过程中，他将科学和学科知识与个人的创造能力和在学习和经验中所获得的判断力相结合。此外，因为工程成就总是在集
6、体的环境下取得的，无论是作为一个领导者还是作为一个跟随者，沟通交流能力都变得极为重要。 这些能力都只能通过实际工作而获得：或者是模拟性的,，或者和刚入门的医生一样，在专家的督导下开展实际工作。然而，案例学习不能真正替代实践，例如如何对一个设计进行查错测试的过程。案例学习技术可能是有益的，但它不足以让学习者达到真正工程师的资格。态度 不管这个设计问题的本身是什么，一个工程师的态度会直接影响他的设计成果的质量。一个真正的工程师是一个资源团队的领导者，包括各种工程活动水平的财务、人力和材料等。成功的团队领导意味着一定程度的自我批评，自我欣赏和谦卑的特质都要发挥平衡的影响。需要好奇心和勇气才能达到创造
7、与创新。成功的领导需要具备一系列的特质，他们发出指令时强势果断，同时也要接受指令、接受市场竞争的挑战并执着地坚持到胜利。领导不仅对上要展示忠诚，也需要对下展示忠诚，需要在个人胜任能力、容忍度和督导能力各方面赢得项目团队的尊敬。,工程师所需的理想特质 波音公司,很好地理解工程科学基础 数学（包括统计学） 物理和生命科学 信息技术（远多于计算机扫盲）很好地理解设计和制造的过程具有多学科，系统视角基本了解工程实践的背景环境 经济（包括企业实践） 历史 环境,顾客和社会要求良好的交流能力书写、口头、图标、聆听高职业道德标准批判性和创造性的思维无论是独立还是合作适应性，即适应快速或重大变化的能力和自信好
8、奇心和终身学习能力深刻理解团队合作的重要性,2.研究思路与过程1)问题发现：2)原因分析：,毕业生工程能力差,文化出了问题理念出了问题脱离实际太远了形成了知识与能力的紧张关系,工程教育理念变革图,3)解决方法：,转变思路回归工程消除紧张求得平衡,4)研究内容：1.教育教学目标工程师必备的基本素质： 知识，能力，态度是什么？2.如何达到这个目标？5)研究成果： CDIO教学大纲 CDIO（12条）验收标准,(三)对成果的介绍、理解、评价1.CDIO教学大纲 （1）基本内容：给出了高等工程教育的教学目标，即工 科大学生毕业时应具有的全部职业素质：知识、能 力和态度 （2）具体结构：4大项，17中项
9、，70小项，308微项 （3）内容展示：,内容展示,CDIO教学大纲1 技术知识和推理（1,3） 1.1 相关科学知识 （由具体专业确定） 1.2 核心工程基础知识 （由具体专业确定） 1.3 高级工程基础知识 （由具体专业确定）,2 个人能力、职业能力和态度（1,5,24,104） 2.1 工程推理和解决问题的能力 2.1.1 发现问题和表述问题 评估数据和问题表象 分析假设和偏差源 把握总体目标、分清事情的主次 制定解决方案（包括建模、求解析解和数值解、定性分析、实验、不确定性分析） 2.1.2 建模 ,3 人际交往能力：团队工作和交流（1,3,14,53） 3.1 团队工作 3.1.1
10、组建有效的团队 了解团队行程的步骤和生命 解释任务和团队工作进程 分清团队的作用与责任 分析每个成员的目标、需求和特征（工作风格、文化差异等） 分析团队的强项和弱点 讨论团队工作在保密、问责和主动性方面的基本规定 3.1.2 团队工作运行,4 在企业和社会环境下构思、设计、实施、运行系统（1,6,32,151） 4.1 外部和社会背景环境 4.1.1 工程师的角色和责任 接受工程职业的目标和角色 接受工程师的社会责任 4.1.1 工程师对社会的影响,CDIO教学大纲,4.4 设计 4.4.1 设计过程 为系统目标和要求导出每个单元或元件选择要求 分析备选设计方案 选择初试设计方案 在产品开发中
11、使用样件和实验品 在约束条件下实施适合的优化 进行迭代直至收敛 综合最终设计 能适应需求的变化,4.4.2 设计过程的分段与方法 解释系统设计不同阶段（如概念设计、初步设计 、详细设计）的工作 讨论适应特定开发项目的过程模型（自上而下 模式、螺旋模式、并行模式等） 讨论单一、平台和衍生产品的设计过程。 4.4.3 知识在设计中的利用 利用技术和科学知识 实践创造性和批判性思维并解决问题 讨论领域中现有工作以及标准化和设计的再利用 （包括求反工程和再设计） 讨论设计知识的获取,4.4.4 单学科设计 选择合适的技术、工具和过程 解释设计工具的标定和验证 对备选方案的量化分析 实施建模、模拟和测试
12、 讨论设计的分析改进4.4.5 多学科设计 识别学科间的交互作用 找出约定和假设的差异 解释学科模型成熟度的差异 解释多学科设计的环境 解释多学科设计,4.4.6 多目标设计（DFX） 展示基于以下目标的设计： 性能、生命周期成本和价值 美学和人本因素 实施、验证、测试以及环境的可持续性 运行 维护性、可靠性和安全性 鲁棒性、演化、产品改良和退役,技术知识和推理个人能力、职业能力和态度人际交往能力：团队工作和交流在企业和社会环境下构思、设计、实现、运行系统,(4)理解与评价：1)对工程师的要求有四大方面,2)内容全面、层次分明、突出能力、重视非智力因素3)工程师做什么？要求工程师要有在企业和社
13、会的环境下对产品、过程或系统进行CDIO的能力4) CDIO是任何一个工程的生命周期5)从实践中来，利益相关者提供、综合,(2) CDIO标准 1)内容展示：,CDIO标准标准1背景环境 将产品、过程和系统生命周期构思、设计、实现、运行中的工程实际工作作为工程教育的背景环境标准2学习效果 获得了利益相关者验证的个人、人际交往能力，产品、过程和系统的建造能力以及学科知识标准3一体化课程计划 具有相互支持的专业课程和确实能够形成个人、人际交往能力，产品、过程和系统建造能力为一体的方案的课程计划,标准4工程导论 要开设一门工程导论课程，它提供产品、过程和系统建造中工程实践所需的框架，并且引出必要的个
14、人和人际交往能力标准5设计实现的体验 在课程计划中包括两个或更多的设计实现的体验，其中一个为初级，一个为高级的标准6工程实践场所 工程实践场所和实验室所能支持和鼓励学生通过动手获得产品、过程和系统建造能力，学习学科知识和社会知识,标准7一体化学习经验 用一体化学习体验带动学科知识与个人和人际交往能力，产品、过程和系统建造能力的获取标准8主动学习 用主动体验的学习方法进行学与教标准9提高教师的工程实践能力 采取行动，提高教师的个人、人际交往能力以及产品、过程和系统建造的能力,标准10提高教师的教学能力 采取行动，提供教师在提高一体化学习，使用主动、体验学习方法，和考核学生学习等方面的能力标准11
15、学习考核 考核学生在个人、人际交往能力，产品、过程和系统建造能力以及学科知识等方面的成绩标准12专业评估 对照以上11条标准评估专业，并以继续改进为目的，向学生、教师和其他利益相关者提供反馈,2)理解与评价确定教学背景是改革的核心、关键、分水岭、试金石是一个基本理念，基本原理(1)突破三层楼结构，实行始终一贯、理实融合一体化课程体系。开设工程导论课程，D-I实践课程，开门办学，现场上课(2,3,4,5,6),利益相关者的调查,基于CDIO大纲的所需学习效果,已有条件,一体化课程计划,修改目标,学生取得的成绩,逐步发展和/或制度改革,学习方法：自主、体验式(7,8)教师提高是关键(9,10)考核
16、与评估是指挥棒(11,12),(三)总评论1.CDIO是上个世纪80年代以来世界范围内高等工程教育教学改革成果中最好的之一，可以解决实际问题。2.实施难度很大，但必须得做，方法可多样，目标可分阶段，不追求一步到位3.应了解，应研究，应试做，可完善，可前进,(四)CDIO的实施反映,我选择皇家工学院而不是另一所大学唯一原因是它承诺学完后会建造一架飞机，而另外一所大学却没有这个承诺。在一门课程中你可以设计、制造并试飞一架飞机，这是一个极好的机会，试试你的翅膀，看看你到底学到了多少，并且拥有整个过程的经验。解决自己的问题远比解决教授的问题所得到的回报大很多。将能力和技术知识用于实践使你更加感到已为真
17、正的工程工作做好了准备。 专业学习的动力必须是看得见的，所以第一年有一个加强学习动力的设计经验，这是一件很好的事情。同时，不同的教授还介绍他们的领域，告诉你需要学习哪些东西。比我就需要在为微积分战斗时用这种想法来清新我的大脑。CDIO教学大纲的能力列表可能很长，但所有学生都同意这些能力就是你在职场所需要的东西交流，伦理，社会环境等。然而，工程学生不愿意为每一种知识去上一门课。他们欣赏一体化的课程计划，让能力与工程知识和实践整合为一体，这种能力正是实际生活中用得上的。所有这些原因使得CDIO成为一种使你能成为真正工程师的工程教育。,1.学生的反映,前瑞典皇家工学院学生 H.Grankvist,加
18、入实施CDIO的专业，一个好处就是你的能力得到了发展，如工程推理能力和解决问题的能力。职业要求你具有识别并构建问题的能力，以及构建解答和提出建议的能力，而这些正是实施CDIO的专业所强调的主要能力。我发现这些能力非常重要，对我和对我们未来的雇员都一样。工程推理和解决问题的能力可以帮助搭建大学学习活动与实际工作之间的桥梁，使这个过渡过程变得更容易，更快。 当我们准备从事交流能力和团队精神都非常重要的有关职业时，CDIO教学模式给今天的工程师创造了一种支持性的环境。从某种意义上讲，CDIO专业计划能够保证这些能力得到一定水平的训练。因此，所有的学生，而不仅仅是那些活跃于课外活动的学生，都能在学校期
19、间发展他们的这些能力。我相信，我们能对自己的发展负责。进入一个实施CDIO的专业之后，我们在一开始就知道这些能力的重要性。 能力的发展并不会降低相关的科学（数学，物理，化学，生物等）和核心工程基础科学的重要性。无论如何，正是工程推理，解决问题，团队合作，交流能力和核心工程基础知识一起使我们成为未来受人欢迎的工程师。前查尔摩斯工业大学学生 A.Widring,加入实施CDIO的专业，一个好处就是你的能力得到了发展，如工程推理能力和解决问题的能力。职业要求你具有识别并构建问题的能力，以及构建解答和提出建议的能力，而这些正是实施CDIO的专业所强调的主要能力。我发现这些能力非常重要，对我和对我们未来
20、的雇员都一样。工程推理和解决问题的能力可以帮助搭建大学学习活动与实际工作之间的桥梁，使这个过渡过程变得更容易，更快。 当我们准备从事交流能力和团队精神都非常重要的有关职业时，CDIO教学模式给今天的工程师创造了一种支持性的环境。从某种意义上讲，CDIO专业计划能够保证这些能力得到一定水平的训练。因此，所有的学生，而不仅仅是那些活跃于课外活动的学生，都能在学校期间发展他们的这些能力。我相信，我们能对自己的发展负责。进入一个实施CDIO的专业之后，我们在一开始就知道这些能力的重要性。 能力的发展并不会降低相关的科学（数学，物理，化学，生物等）和核心工程基础科学的重要性。无论如何，正是工程推理，解决
21、问题，团队合作，交流能力和核心工程基础知识一起使我们成为未来受人欢迎的工程师。,前瑞典查尔摩斯工业大学学生 A.Widring,前美国麻省理工学院学生 P.Springmann 依我看，CDIO培养大纲已经很好地描述了一个理想的工程专业，在一个工程职业的真实环境下强调培养技术知识和实际能力。团队精神，文字交流，职业道德以及影响今天工程的外部（金融，政治，环境）因素是这个课程计划的重要特点。 在我的教育过程中，我能在CDIO专业计划中的许多想要培养的能力上得到发展。在专业的早期，课程强调了工程科学知识和相关的解题方法，后续课程加入了课程计划的许多“新”元素，比如团队项目工作和进行演示报告。总的来
22、说，这些作业是我在工程学习中很有价值的部分，并因此在毕业后分得了不少红利。 另外，我在攻读航空航天硕士学位的过程中又学到了其他能力。我的学位论文是做空间飞行器的导引，一个很窄的领域。我要靠系统层面的视野来保证我的工作能对未来空间系统的设计有用。理解子系统设计的选择对整个系统的影响是我学习这个专业的一个重要的收获。能够与他人合作并向别人清楚地传达问题要点是我从CDIO专业计划的经验中直接获得的又一能力。,(四)CDIO的实施反映,SAAB B. Fredriksson工业界更愿意雇佣CDIO专业计划的毕业生，因为他们在如何将基本理论知识应用于实际产品或与过程相关的项目中接受了极好的训练。在他们的
23、学习过程中，CDIO工程师得到了关于工程实践的很好的入门引导。他们既学到了技术能力，也学到了个人和人际交往能力，懂得在设计和建造时的全方位方法和系统集成的重要性。这就意味着CDIO工程师在开始工作时可能会更快地应用他们的知识，更快更容易地在工程团队有效地开展工作。,1.工业界的反映,有多个原因说明为什么实施CDIO专业计划的毕业生在他们的职业生涯中会有更多的选择和更加成功，无论他们作为专业的专家还是作为项目的经理，我预计CDIO工程师会更考虑相关领域的重要性，作为项目工程师或项目经理，他们早已做好准备，并且懂得团队、个人和人际交往能力的重要性。他们能够管理并且保证经过整合的结果和最终产品的性能
24、，并且明白按时完成项目的重要性。所以，实施CDIO专业计划的毕业生对工业界更有吸引力，更有可能在个人和在为社会建造的责任上获得成功。,（五）我校如何运用CDIO工程教育模式的建议,1，以专业为单位最好,2，以课程为单位也可以,3，社科、文科、艺术专业也可借鉴,4，教师要自愿，要有内在的积极性,5，学校要有政策支持,（六)不足与补充1.不足：强调创新与可持续发展不够2.补充：工程的生命周期中应补充一个退出阶段(Retired) ，成为CDIOR工程教育教学模式,关于研究性教学,一.什么是研究性教学？ 指导学生进行研究性学习和教学二.什么是研究性学习？ 什么是研究？什么是学习？,什么是研究性教学？
25、 北京理工大学龚绍文,学习是人类一种特殊的认识行为。有史以来，人类为了生存和发展不断地对世界进行认识，包括对自然界、社会和人类自己的认识。人类认识世界的一般过程是实践认识（知识、理论）再实践再认识（知识、理论）再实践，以至无穷的过程。其中最深入、最高级的认识层次就成为研究。如果认识的是科学问题就成为科学研究，如果认识的是社会问题就是社会研究，如果认识的是人类本身的问题就成为对人的研究。研究的一般过程是从实践中发现或提出问题通过研究调查，假设问题可能的答案通过种种途径与方法，搜集证据证明假设答案的正确性（证是或证伪）得出结论。如果证是了，则把此结论应用到解决其他问题的情境中以进一步证明它的正确性
26、公示与交流产生新问题。如果证伪了，重新假设，重复以上步骤。,当人获得的知识越来越多以后，特别是语言发展和文字出现以后，为了加速对世界的认识过程，人们就采取了先去认识先辈们已经认识了的东西（即所谓对认识者而言的间接经验），然后再去认识先辈们尚未认识的东西的认识顺序，其中前者，就是所谓的学习。所以有人认为，学习是一种特殊的认识过程，它的过程是理论（知识）实践再理论再实践，以至无穷的过程。表现在学校中学生的学习上就是读书（教材）或听讲思考、理解、应用、实践（实验）再读书（教材）或听讲再思考、理解、应用、实践（实验），以至无穷的过程。这就是所谓的接受式学习。为了更好地进行这种接受式学习的认识，便产生了
27、专门总结研究前人（久远的和当代的）的认识并把它们传给后人的人，这就是教师。于是就产生了所谓的“传授接受”式教学。这就是长久以来在学校中实行的传统的教与学的形式。“授受”式教学的优点是效率高，便于学生在,短时间内了解和掌握比较系统的知识，便于教师组织和调控教学。它在人类教育史上发挥了巨大的作用，培养了大量的人才，包括多个方面的栋梁之才。但是它也有缺点，它的缺点就是如果处理不当，容易形成以教师为中心，单纯的直接传递知识，使学生处于被动的状态，妨碍学生积极性和主动性的发挥；如果处理不当，易形成“注入式”教学，“满堂灌”的讲授形式，不利于向学生展现前人的创造过程，也容易过分地强调已有知识的稳定性，不利
28、于创新思维和创新精神的培养。针对这一情况，人们就想到了另一种学习理论和学习方法。就是不强调学习是一种特殊的认识过程，认为学生学习人类已有的知识也应该遵循人类的一般认识过程，即实践理论（知识）再实践再理论（知识），要像科学家、研究者进行研究一样，进行学习。强调从实际问题开始，主动地像研究者那样设法解决问题，从中总结出预设的知识来，这种学习就称为研究性学习。,研究式教学的特点是“三强调”。即强调学生学习的自主性、主动性、积极性,有利于学生的探究能力、批判思维、想象能力和创新能力的培养；强调学生面对真实的科学、真实的生活；有利于培养学生的理论联系实际，深刻理解科学的内涵和解决实际问题的能力；强调合作学习，包括师生之间的合作、同学之间的合作；有利于学生适应现代知识经济的发展和团队合作精神的培养。这些都是现代社会发展所要求的重要素质。研究性教学的缺点是，如果处理不好，会降低学习效率，浪费教学的时间，忽视教师的主导作用，达不到预想的效果。,三.三种学习模式学徒式学堂式研究式,（实践性学习，看中学，做中学）,（接受性学习，屋中学，听中学，书中学）,（研究性学习，研中学，思中学）,四.CDIO教育教学模式与研究性教学的联系和区别1.联系（共同点）：2.区别（不同点）：,都是基于建构主义的学习理论,后者适用于一切学习前者适用于高等工程教育教学实行前者可用后者,结束语,谢谢！,
