謝 勇

（大理學(xué)院工程學(xué)院，云南大理 671003）

2010 年，教育部啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“卓越計(jì)劃”），并作為貫徹《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要》而提出的高等教育重大改革計(jì)劃〔1〕。該計(jì)劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)〔2〕。為了積極應(yīng)對(duì)工程教育改革新的戰(zhàn)略要求，我們對(duì)大理學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)模式進(jìn)行了改革嘗試，已取得了初步的成果。

1 改革生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)模式的背景

大理學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)于2010 年開(kāi)始招生?？紤]到大理學(xué)院的醫(yī)學(xué)影像學(xué)專(zhuān)業(yè)有很好的辦學(xué)優(yōu)勢(shì)和就業(yè)市場(chǎng)，所以我們最初把生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的主要方向確定為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。在課程的設(shè)置上，我們加大了臨床醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)影像相關(guān)課程的比重，明顯形成了重理論，輕實(shí)踐的模式。然而，在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)各級(jí)醫(yī)院對(duì)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)人員的需求接近飽和，反而對(duì)醫(yī)學(xué)工程師的需求很大，于是我們決定對(duì)我院的生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案進(jìn)行重大修訂。

大理學(xué)院工程學(xué)院在多年的工程教育探索中，摸索出了一種“知識(shí)、能力、素質(zhì)”三位一體的工程教育培養(yǎng)模式，其核心就是CDIO 工程教育改革〔3〕。它也是我們重新修訂生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案的主要理論基礎(chǔ)。

CDIO，即“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作”模式，是由美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4 所學(xué)院經(jīng)過(guò)4 年的跨國(guó)研究，于2004 年創(chuàng)立的工程教育理念。它以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的整個(gè)周期為載體來(lái)培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力，團(tuán)隊(duì)工作能力，溝通和交流的能力，以及創(chuàng)新能力〔4〕。CDIO 教育理論包含12 條標(biāo)準(zhǔn)和一套完整的教學(xué)大綱。其精髓是實(shí)踐訓(xùn)練，它是貫穿CDIO 教學(xué)大綱的一條主線。CDIO 具有國(guó)際先進(jìn)性，實(shí)踐可操作性，全面系統(tǒng)性和普遍實(shí)用性〔5〕，對(duì)改變我們目前重理論，輕實(shí)踐的工程教育現(xiàn)狀有很好的指導(dǎo)作用。

2 改革內(nèi)容

基于我院生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)教育存在的問(wèn)題和CDIO模式的優(yōu)越性，2013年，我們開(kāi)始了生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)CDIO 工程教育試點(diǎn)改革，并在2014級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程本科學(xué)生中全面實(shí)施。

2.1 制定了基于CDIO模式的培養(yǎng)方案CDIO 的教學(xué)目標(biāo)主要有兩個(gè)，第一是要使得學(xué)生具有更強(qiáng)的技術(shù)和理論方面的能力，從而能夠在新的產(chǎn)品和系統(tǒng)研發(fā)中去扮演一個(gè)引領(lǐng)者的作用；第二是要使他們深刻了解自己所做的研發(fā)工作的意義和影響〔5〕。

根據(jù)CDIO 教學(xué)大綱的目標(biāo)要求，生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)的CDIO培養(yǎng)方案的課程設(shè)計(jì)主要包含3 個(gè)層次的內(nèi)容：第一層次為包含本專(zhuān)業(yè)相關(guān)科學(xué)基礎(chǔ)和基本能力訓(xùn)練的課程；第二層次為包含相關(guān)核心課程和設(shè)計(jì)能力要求的課程；第三層次為高級(jí)工程能力增強(qiáng)與工程創(chuàng)新能力訓(xùn)練的課程。其中第一層次的課程主要在一、二年級(jí)完成，第二層次的課程在三年級(jí)完成，第三層次的課程和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要在四年級(jí)完成。

新的培養(yǎng)方案注重了實(shí)踐能力的訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程的比重比原方案增加了23.5%。為了保證第二、三層次教學(xué)的實(shí)際效果，我們特意增設(shè)了“生物醫(yī)學(xué)工程教育”“電子電工工程訓(xùn)練”“醫(yī)用信息技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)”和“醫(yī)用電子技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)”等課程與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上保障了CDIO 生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)模式的科學(xué)性和可操作性。

2.2 建立模塊化的課程群根據(jù)CDIO教學(xué)大綱的能力要求，結(jié)合大理學(xué)院課程設(shè)計(jì)體系，我們建立了“通識(shí)教育、學(xué)科基礎(chǔ)、專(zhuān)業(yè)教育、實(shí)踐環(huán)節(jié)”四大模塊的課程體系，并建立了相對(duì)應(yīng)的課程群。

四大模塊中，通識(shí)教育課程主要包括哲學(xué)、社會(huì)科學(xué)、文學(xué)藝術(shù)、體育等課程。學(xué)生還可以在學(xué)校提供的700多門(mén)通識(shí)選修課中根據(jù)自己的興趣選擇12 學(xué)分的課程。這一模塊的課程是學(xué)校規(guī)定的必修（選）課程，主要是理論教學(xué)。學(xué)科基礎(chǔ)模塊主要包括數(shù)學(xué)、物理、生物醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)等課程。這一模塊的教學(xué)目標(biāo)是夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，并讓學(xué)生獲得基本的動(dòng)手能力、分析能力、團(tuán)隊(duì)合作能力的訓(xùn)練。

專(zhuān)業(yè)教育模塊主要包含生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)、醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)、微機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、醫(yī)學(xué)信息管理與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、PLC 技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)信息與挖掘技術(shù)、科研訓(xùn)練等。實(shí)踐環(huán)節(jié)模塊的課程和項(xiàng)目有創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程訓(xùn)練、工程教育、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等。這兩個(gè)模塊的培養(yǎng)目標(biāo)是讓學(xué)生獲得高級(jí)工程能力提升與工程創(chuàng)新能力訓(xùn)練。

2.3 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境主導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)CDIO理論中，“設(shè)計(jì)（Design）”是指設(shè)計(jì)過(guò)程以及學(xué)科、多學(xué)科和多目標(biāo)設(shè)計(jì)。“實(shí)施（Implement）”包括硬件與軟件實(shí)現(xiàn)的過(guò)程、測(cè)試與證明以及實(shí)施過(guò)程的設(shè)計(jì)與管理?！斑\(yùn)行（Operate）”包含了從設(shè)計(jì)到運(yùn)行管理，再到支持產(chǎn)品、過(guò)程與系統(tǒng)的生命周期和改進(jìn)，最后至生命周期終結(jié)的規(guī)劃等〔4〕。為有效配合對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程本科的CDIO 工程教育，我們借鑒了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境理論來(lái)主導(dǎo)我們的課程設(shè)計(jì)。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境（Constructivist Learning Environments，簡(jiǎn)稱(chēng)CLEs）是以學(xué)生為中心，教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中利用學(xué)習(xí)環(huán)境要素使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)〔6〕。CLEs 要求教師利用現(xiàn)有的教學(xué)輔助手段創(chuàng)建適宜學(xué)生學(xué)習(xí)、訓(xùn)練的環(huán)境，并幫助學(xué)生完成知識(shí)的建構(gòu)。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，需要借助教師創(chuàng)設(shè)的情境進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)和會(huì)話交流來(lái)獲得有意義的知識(shí)〔7〕。在這樣的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生在一定的工程背景下，借助學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)材料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得知識(shí)的鞏固和能力的提升。

例如“醫(yī)用信息技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)”，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)、醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和醫(yī)院信息系統(tǒng)等課程后，為學(xué)生開(kāi)設(shè)的一個(gè)實(shí)訓(xùn)課程。該課程采用系統(tǒng)分析與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的教學(xué)方式，首先給學(xué)生剖析一個(gè)實(shí)際的工程應(yīng)用系統(tǒng)，然后提出一個(gè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基本要求，讓學(xué)生以3～5 人為一個(gè)項(xiàng)目小組，然后遵循CDIO 模式，即構(gòu)思（設(shè)計(jì)的可行性論述）、設(shè)計(jì)（完成軟件、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)）、實(shí)施（在規(guī)定的軟件、硬件系統(tǒng)上測(cè)試和運(yùn)行）、運(yùn)行（系統(tǒng)管理、產(chǎn)品推廣、產(chǎn)品支持），完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。通過(guò)這樣的訓(xùn)練，學(xué)生能夠把所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)同實(shí)際工程應(yīng)用緊密聯(lián)系起來(lái)，對(duì)典型工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和制造過(guò)程有一個(gè)初步的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，還使學(xué)生的工程意識(shí)和組織能力得以增強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

CDIO教育理念已被世界很多高校所采用，其理論也不斷得到發(fā)展。瑞典的Link?ping University 在CDIO 的框架下提出了Design-Build-Test 的工程教育模式〔8〕，澳大利亞的 Queensland University 根據(jù)CDIO 的標(biāo)準(zhǔn) 5，設(shè)計(jì)了 EDPS（Engineering Design and Practice Sequence）模式，用于四年制工科學(xué)生的教學(xué)〔9〕。大理學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)的CDIO 培養(yǎng)模式實(shí)施一年多來(lái)，已經(jīng)在改變“重理論，輕實(shí)踐”的舊模式方面取得了一定成效，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)顯著增多，建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)環(huán)境也受到了師生的歡迎，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性明顯增強(qiáng)。在云南省教育廳和大理學(xué)院的支持下，我們于2013年申報(bào)的《基于CDIO 的生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)模式研究》教育改革項(xiàng)目獲準(zhǔn)實(shí)施。我們的下一步計(jì)劃是尋找合適的企業(yè)，建立起生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)工程教育的校企聯(lián)合培養(yǎng)平臺(tái)，使我校生物醫(yī)學(xué)工程本科專(zhuān)業(yè)的CDIO工程教育模式得到提升和完善。

〔1〕林健. 談實(shí)施“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”引發(fā)的若干變革〔J〕.中國(guó)高等教育，2010（17）：30-32.

〔2〕程文婷.“卓越計(jì)劃”背景下教學(xué)管理體制優(yōu)化研究：基于高校創(chuàng)新人才的培養(yǎng)〔J〕.長(zhǎng)春工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：高教研究版，2012，33（2）：13-15.

〔3〕Xie Yong，Ha Jincheol，Li Ruheng，et al.A Multi-level Engineering Talents Cultivating System〔J〕. Journal of Engineering Education Research，2012，15（4）：53-57.

〔4〕Crawley E.重新認(rèn)識(shí)工程教育：國(guó)際CDIO培養(yǎng)模式與方法〔M〕.顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.北京：高等教育出版社，2010.

〔5〕顧佩華，陸小華，沈民奮.CDIO大綱與標(biāo)準(zhǔn)〔M〕.汕頭：汕頭學(xué)院出版社，2008.

〔6〕葉瀾.教育學(xué)原理〔M〕.北京：人民教育出版社，2007.

〔7〕孟凡健.基于CDIO的教學(xué)案例設(shè)計(jì)〔D〕.石家莊：石家莊鐵道學(xué)院，2013.

〔8〕Tomas Svensson，Svante Gunnarsson.A Design-Build-Test course in electronics based on the CDIO framework for engineering education〔J〕. International Journal of Electrical Engineering Education，2012，49（4）：349-364.

〔9〕Frank B，Strong D. Progress with the professional spine：A four-year engineering design and practice sequence〔J〕.Australasian Journal of Engineering Education，2013，19（1）：63-74.