CDIO工程教育认证下的多维度人才培养模式改革初探

张德伟 朱孔伟 沈培锋

【摘要】在CDIO工程教育认证的大背景下，为解决高等工科教育中重理论轻实践、学生“学与不学”区别不大的现状、学生普遍缺乏创新意识和功利性较强等问题，根据本校通信工程专业的自身情况和学生特点，从依托省级一流本科课程《单片机原理及应用》“趣味课堂”模式改革、践行思政育人、探索“一分表现一分所得”的激励性过程评价机制、培养创新意识、专业教师需要解决的自身课程和教学改革的几个重点问题、负反馈纠错机制和拔尖人才培养等七个方面进行了多维度人才培养模式改革初探论述，努力实现高阶性、创新性和挑战度。

【关键词】工程教育认证  趣味课堂  激励性过程评价体系  思政育人  负反馈机制

【基金项目】本文系2019年山东省级一流本科课程《单片机原理及应用》（2019SYLKC015）和临沂大学《单片机原理及应用》学生学习评价改革项目（PJKC1943）的研究成果。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）12-0188-04

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。2008年，我国教育部高等教育司发文成立“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”;2016年，在教育部原“CDIO工程教育改革试点工作组”基础上成立“CDIO工程教育联盟”。 [1]

我国高等工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的中国工程师，然而我国工科的教育实践中还存在不少问题，如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新的培养等问题。[1]截至2018年，中国通过工程教育认证的高等学校有227所，大部分为双一流高校，专业主要分布于机械、化工、电子信息等21个工科专业类，但相比中国1243所本科高校的总量来说，通过工程认证的比例还比较低（18.3%）。

鉴于目前工程教育认证的大势所趋，结合本校通信工程专业的自身特色和学生特点，进行了以下多维度人才培养模式改革初探，取得了较为理想的育人效果。

一、依托山东省省级一流本科课程《单片机原理及应用》 “趣味课堂”教学模式改革，上下贯通课程群网络，以点带面

鉴于《单片机原理及应用》在通信工程专业培养体系中的重要地位，为改变本门课程传统教学模式的局限性，在新工科成果导向教育（OBE）理念的指导下，在教学实践中探索出《单片机原理及应用》“四个层次，层层递进”的趣味课堂教学模式。该模式的主要特点是每个单元均采用“实验箱现场调试+C51编程提升+硬件知识增强”的融合式教学方法展开教学，保证每个教学单元都有“趣味实验”配套。从单片机最小系统的基础部分开始;经过循序渐进学习单片机内部结构和外围扩展模块;到基于Altium Designer软件的PCB制版硬件设计，直至学生完成软硬件作品的完整设计。[2] 经过连续6届学生的教学实践检验，表明该模式能大幅提升学生的学习兴趣和创新动手能力。

本教学改革已得到学校教学改革项目基金资助。笔者主持的通信工程专业核心课程《单片机原理及应用》也于2020年1月刚刚获批“山东省省级一流本科课程”。

《单片机原理及应用》作为通信工程专业的专业核心课程，在通信工程专业的专业培养体系中占据着非常重要的地位。本课程在《C语言程序设计》《模拟电子技术》和《数字电子技术》等课程学习的基础上，主要学习掌握单片机开发的全部流程，包括软件代码编写、硬件电路设计和PCB制版设计，对于培养学生在通信及相关领域内从事电子产品和系统的软/硬件研发、独立思考、创新探究能力起着非常重要的作用。本课程在通信工程专业的课程体系中起着重要的承上启下的核心纽带作用，串联起上下打通的课程群网络。向上打通《电路原理》《模拟电子技术》《数字电子技术》和《C语言程序设计》，向下打通《传感器技术应用》《MATLAB 仿真》《无线传感网络》和《嵌入式系统》等课程。

二、育人和教书并重，从思想根源入手解决学生厌学问题

重视课堂思政，积极考勤，缺勤的同学通知到人，谈心、找原因，从思想根源上找出厌学原因，不让一个学生掉队，本科教学不能只做精英教育，是要让每个本科学生都达标。而且配合课堂教学模式改革和学生学习评价体系改革后，学生学习态度和学习兴趣发生了显著的变化，改变了学生被动式学习，每个学习单元要求当堂完成，现场验收实验结果，现场打出课堂表现分，引入竞争机制，营造你追我赶的学习氛围，激发了学生学习兴趣，提高了创新动手能力。学生可以在教师的引导和任务驱动下自主学习，极大地激发出他们的主观能动性和创新能力，挖掘他们的好奇心，每一个创新点子都可以通过自己编程、接线、下载调试来验证是否正确，每节课都能提升自信和获得成就感，使学生的学习真正实现由“要我学”向“我要学”转变，学风得到实质性好转。

还特别重视考场思政，在学生的所有考试中坚持做好开考前的考场思政，把作弊危害性和严重性强调在先，通过社会上其他国家考试“作弊入刑”的鲜活例子给学生敲响警钟，使学生自觉不敢触碰作弊这一底线，不敢越雷池半步。作弊没了指望，學生只能平时下功夫，学好每门课程，学风也就水到渠成地改善了。

三、探索灵活、公平合理、“一分表现一分所得”的激励性过程评价体系

现在工程认证过程中普遍问题是缺乏基于过程的评分标准——影响对学习过程的“导向性”， 导致“学”与“不学”、“做”与“不做”区别不大，从而限制了学生的学习主动性和积极性。[3]以往工程认证缺失的主要就是记录证明材料，造假的，专家一眼就能看出。

在我们的平时课程建设中，一直注意加强过程监控，平时课堂中小的作品设计就采用当堂验收，每个小组成员要讲解演示，根据每人不同表现打出有区分度的课堂表现成绩。用时越短，等级越高，形成一种你追我赶、互帮促学的良性竞争机制，课堂气氛活跃高效，教学效果极佳。

针对学生迟到现象，实施了“早到前十名”和“晚到后十名”纳入平时课堂纪律表现的策略，实行三次以后，迟到现象和办事拖拖拉拉的作风基本杜绝。

针对当前普遍的上课玩手机现象，加大监控力度，发现一次，记录警告一次，平时成绩减分。所以平时的过程监控老师开始要更辛苦一些，但一旦严格按指定的制度实行，學生后期就会自觉遵守了，有效消除目前最大的手机成瘾问题。

最后的作品考试也要严格答辩调试环节，6年来一直坚持答辩全程录像，录像材料完好保存在移动硬盘里，为工程认证提供最宝贵的过程记录材料，这个过程也恰恰是教学过程中最缺失的一项，造假的材料，专家一眼即能看出。虽然费时费力，比较繁琐，但是过程材料每年完整地保存下来，是最好的工程认证平时过程材料，弥足珍贵，也可以清晰地再现本课程的发展历程。

具体的学生学习评价方式改革，以本人主持的省级一流课程《单片机原理及应用》为例来说明：

（一）评价项目

评价项目包括期末作品和平时综合表现，采用公平合理的过程化考核方式。期末作品要求学生完成一件软硬件综合设计作品，可以考查学生的C51软件编程能力和PCB制版设计能力。平时成绩采用灵活多样的能激发学生积极性和学习潜力的多种过程化考核方式，比如课堂创意表现、期中能力测试、实验报告和学生自评互评等。期末作品成由PCB制版成绩、软件编程和提交文档成绩、系统调试和答辩成绩和作品设计难度和创新性成绩构成，区分度好。

（二）评价主体

任课教师评价和学生自评、学生互评相结合，任课教师和课程教学团队教师评价相结合。

积极引入学生自评，引导学生对自己的学习态度、学习效果有很好的客观自我认识和正确定位。引入学生互评，是让每个学生都成为其他学生的监督者，使平时表现成绩更具真实性和公平性。

期末作品采用任课教师评价和课程教学团队教师评价相结合的互评方式，期末作品答辩时全程视频录像，既可以作为后期教师评价的依据，又可以作为工程认证重要的记录（微课视频）保存下来，值得推广。

四、对于二本院校，工程认证复杂工程问题的定位就是“创新意识培养”

把创新意识的培养当成日常课堂教学和期末考试最重要的评价标准，对于作品考试来说及格的底线就是是否具有创新性，创新性可以是方方面面的，可以体现在设计的一点一滴中。在创新意识的基础上，再来谈复杂工程问题，鼓励学生敢于质疑权威，大胆想象，突破条条框框，可以天马行空地想，脚踏实地地做。

实施课程的课堂教学模式改革后，学风大为改善，依靠令人耳目一新的“趣味课堂”教学模式使学生真正喜欢上这门课，主动来上课，并能做到每节课快乐有成就感地学习，无形当中也培养了学生的专注力和不浮躁的作风。通信工程专业人才培养模式改革自2014年开始，改革前后课堂教学发生了显著的变化，改变了以往传统课堂的学生被动式学习，每节课都能提升自信和获得成就感，使学生的学习真正实现由“要我学”向“我要学”转变。实施新的教学模式改革后，学生的创新实践能力有了很大提高，学生的创意点子越来越多的涌现出来，举一反三和归纳提炼能力得到很大提升，并且贴近生活，与时俱进，极大地调动了学生的学习潜能和积极性;还有比如一些学生的创意作品：穿衣指数播报器;二维码显示系统;临沂大学校园风光显示系统;贪吃蛇游戏系统;排队叫号系统;模拟电梯系统;酒店点菜系统;LED花样广告屏遥控控制系统等等。[2]

另外，还表现在高质量就业和参加各级各类大赛的获奖质量提升。2018届通信工程二本学生，2014年入校成绩平均在490分左右，但2018年毕业生整体高质量就业，考研率逐年提高。通信工程一名学生大三时被“今日头条”破格录用，现在正在孵化创业;2013届多名学生获得2015年全国大学生物联网设计竞赛华东赛区特等奖2项;2016届一名毕业生获得山东省优秀学士学位论文等。

五、每位专业课教师都要解决好自身课程与教学改革的几个重点问题

1.如何做好立德树人，思政育人工作

身为一名人民教师，一定要做到不忘初心，高度重视思政育人工作。育人就是要用一个心灵去启迪另一个心灵，从每学期开讲第一课开始，就要重视学生思想工作，从当代人和身边人的励志故事讲起，润物细无声地融入到专业教学中，培养学生不浮躁、不功利的作风。思想做通了，学生就会由“要我学”向“我要学”转变，学生也就会成为课堂的主体。

2.如何解决传统教学中的痛点和难点问题，即如何提高课程吸引力的问题

笔者通过多年的探索，逐渐摸索出一套《单片机原理及应用》的“趣味课堂”教学模式，把学生的吸引力拉到课堂里，并且以每节课的成就感与手机抢眼球，从而有效消除目前普遍存在的手机成瘾问题。把这种经验和模式传递给其他专业课教师，每个教师要根据自己课程的特点，用心摸索适合自己课程的“趣味课堂”模式，使专业课程群建设形成“趣味课堂”的“星星之火燎原之势”。

3.要解决适应社会需求，符合OBE理念的教学内容改革，比如《单片机原理及应用》这门课中增加PCB制版设计环节，[4]提高学生全面竞争力，增加就业机会。

4.要解决“学”与“不学”区别不大的问题，强化过程评价体系，引入竞争激励机制，使学生学习潜能最大化。

5.灵活引入“雨课堂”，既可以方便高效地签到，又能考查学生基础知识掌握情况，有利于掌握学生的学习情况数据。在难度大、学时紧张的章节，灵活穿插“翻转课堂”教学手段，让学生充分利用课下自由支配时间，使学习效率最大化。

6.教师围绕每个学习单元讲解相关基础原理知识，学生可以在教师的引导和任务驱动下自主学习，任务目标是学生跳一跳可以达到的目标，根据不同基础的学生制定不同的设计目标，因材施教，让每个学生的潜能最大化。鼓励学生相互合作和沟通交流，并通过QQ、微信等方式加强和学生的课后交流，并实时反馈学生的学习效果。

六、科学引入负反馈机制，在人才培养各个环节适时做好纠错引导

思想教育方面，发现厌学现象，及时和学生谈心，查找根源原因，引导学生从偏离的轨道上逐步回到正常的课堂学习中，解决了思想问题，学生就会由“要我学”向“我要学”转变，从而自觉成为课堂的主体。

专业课程方面，通过学生课堂表现、“雨课堂”考勤和测验及时把学生暴露出的问题反馈给学生，预警学生收到反馈信息及时调整状态、查漏补缺，从而在最短的时间内迎头赶上，而不是到期末才发现落了一大截，到那时想追赶也有些来不及了。

总之，每位专业教师要时刻洞察学生的一举一动，要放下身段，做学生的良师益友，任何问题都要早发现、早纠正，最大限度地利用好负反馈机制。

七、做好学生竞赛团队的梯队建设，建立专业拔尖人才培育实验室

我校通信工程专业学生从入校第一学期上《C语言程序设计》时，就鼓励兴趣浓厚优秀学生加入物联网培育实验室，以老带新，做好梯队传承，平时学生没课时就泡在实验室里，相互学习，日积月累，成效显著。物联网团队教师积极鼓励指导学生尽早参加专业大赛，在实践中磨炼，以大赛促兴趣和提升综合能力。获奖优秀学生又能带动实验室成员和本班级非参赛学生，形成通信工程整个专业欣欣向荣的学习氛围。近年来，参加物联网大赛获奖层次高，数量多，成效斐然。

八、结语

总之，在多维度人才培养模式探索中，逐渐培养学生具有了创新意识，团队合作和沟通能力，培养学生具有举一反三和归纳提炼的能力以及专注、不浮躁、不功利的作风。并在探索的过程中做到教学相长，持续改进，不求功利、脚踏实地，努力实现高阶性、创新性和挑战度，逐步向CDIO工程教育认证的12条标准靠拢。

参考文献：

[1]CDIO百度百科词条解释，https：//baike.baidu.com/item/cdio[Z].

[2]张德伟，朱孔伟.新工科OBE理念下的单片机“趣味课堂”探索与实践[J].教育现代化，2019，6（45）：244-247.

[3]申功璋.工程教育专业认证关键指标解读-2019-04-14[R]，2019.

[4]沈培锋，张德伟.Altium Designer 軟件使用技巧及常见问题探讨[J].实验室研究与探索，2016，12（35）：135-138.

作者简介：

张德伟（1972年9月-），女，汉族，山东郯城人，硕士，副教授，研究方向物联网开发。

朱孔伟（1971年3月-），男，汉族，山东临沂人，博士，讲师，研究方向为智能控制。

沈培锋（1973年8月-），男，汉族，山东龙口人，本科学历，副教授，研究方向为电气控制。