中职创客教育CDIO工程教育模式创新及实践探索
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作者:戴建法
摘 要：CDIO工程教育模式在国内诸多高校实施多年，产生了一定的成效，但在创客教育实践中也出现了一些新的问题。文章通过阐述CDIO、“Q-CDIO-S”的涵义及特点，强调问题意识与分享能力的培养，结合名师创客工作室“DIY越野车”实践案例，实施“问题—构思—设计—实现—运行—分享”流程，探索应用策略。实践证明，“Q-CDIO-S”工程教育创新模式更有利于中职生创新人才的培养，值得在中职创客教育及其他教育项目中推广。
关键词：创客教育;CDIO;Q-CDIO-S;模式创新;实践案例;策略
中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2020）12-0031-04
近年来，我校依托名师工作室创建基于“老师带着学生玩（Teachers & Students）”教育理念的创客中心。在创客教育中发现，大多数中职学生的学习是被动的，缺少问题意识及分享展示的能力，甚至懒于创新思考，较难独立完成一个项目的制作。基于此，为适应新时代下对创新型人才培养的要求，加强对中职学生的职业能力和素养培育，结合我校《创客空间与名师工作室融合建设的实践研究》课题研究，在CDIO基础上提出了“Q-CDIO-S”工程教育创新模式。通过建立运行机制，名师引领，以项目为载体，实施“Q-CDIO-S”工程教育培养人才创新模式[1]。各工作室在此模式背景下，进行了理论和实践教学方面的大胆改革和实践，取得了不错的成效。
一、CDIO工程教育模式创新
1.CDIO的涵义
CDIO工程教育模式，是由美国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团队创建的，目前已在国内诸多工程类高校中实践多年并取得了一定成效。
CDIO是Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实现）、Operate（运作）四个英语词汇的缩写。[2]它以产品研发到产品运转的生命周期为载体，让学生以实践的、主动的、课程之间有机联系的方式学习工程，其能力结构如图1所示。
2.“Q-CDIO-S”的涵义
根据典型的工程项目的一般实施流程，应从“需求”出发，经过“调查”“规划”“建设”“操作”，到工程“验收”，如图2所示。[3]
“Q-CDIO-S”与工程实施流程各个阶段所对应的关系，如表1所示。“Q-CDIO-S”工程教育模式，即在CDIO工程教育模式的基础上，增加“Q-Question”（问题或需求）和“S-Share”（分享）两个环节，强调问题意识和分享体验，完善人才培养的一种创新工程教育模式。应用于人才教育培养目标时，更有利于培养学生的问题意识、创新意识、团队意识、交流能力和实践能力。其能力结构如图3所示。
3.“Q-CDIO-S”工程教育创新模式运作流程
基于工程项目运作时，根据项目风险评估情况引出的调查，需要调整设计方案，甚至在实施建设及操作流程阶段出现问题时重新设计规划。同样，在“Q-CDIO-S”实施中进行构思（C）、设计（D）、实现（I）、运作（O）、分享（S）的流程时，每个流程的方案并不是确定不变的，而是在运行至下一个流程时适时反馈至前一流程，并调整前一流程方案。如在“设计”时发现问题，调整“构想”方案;在“运作”時发现问题，调整“构思—设计—实现”方案。“Q-CDIO-S”运作流程如图4所示。
此流程拓展与完善了CDIO工程教育模式，强调了学生问题意识与分享能力的培养，并将模式运作过程构成闭环系统，各环节之间的联系更密切，体现了工程项目实践的反复性、真实性、关联性，确保更好地输出项目成果。[4]
二、“Q-CDIO-S”工程教育创新模式的实践探索
2016年以来，学校先后投入100万元，创建以中职专业为基础的“创客中心”基地，设立7大主题的工作室，分别是：项目化教学及项目展示中心、机械电子产品研发中心、动漫与广告制作中心、微影视制作中心、泥塑木雕工作坊、电商运营中心、手工艺品制作室。每个工作室由1位名师主持人、3—5位学科导师、8—10位学生成员组成。近年来，学校积极探索运行机制，开展以项目为载体的活动，广泛实施“Q-CDIO-S”工程教育创新模式，[5]通过研究实践案例，深入落实操作“Q-CDIO-S”流程，并提出实施策略。
1.实践案例
本文以“机械电子产品研发中心”名师创客工作室为例，打造“以培养师生创新创业创客精神为目标，以3D建模及打印、创意机器人、机械电子产品制作与研发、家电维修服务等项目为载体，致力于骨干教师培养、社区与企业服务、学生专业成长”的学习共同体，并依托工作室运行机制开发与实施课程、项目，开展探索“Q-CDIO-S”工程教育模式实践。下面，笔者以“DIY越野车”制造项目为例进行具体介绍，项目设计与工程教育模式对应如表2所示。[6]
（1）问题或需求（Question）
在机械电子产品研发中心征集“创新创意创客问题”案例中，有团队成员勇敢地提出要自己制造一辆“越野车”的需求。越野车是大多数年轻人感兴趣的项目，学生负责人刘国胜谈及为何有制造越野车的想法时，直言不讳地说道：“我看到家乡楠溪江畔滩林上越野车越野时，那感觉简直太酷了。如果能坐上自己‘制造’的越野车，真的是梦寐以求的机会！”
为了鼓励学生勇敢地提出需求，导师们肯定了学生的想法，并通过“头脑风暴”讨论“设计什么样的越野车”，进一步提出“创新点”设计要求。
（2）构思（Conceive） 有了设计要求之后，通过查找相关资料，调查论证，拟定方案，并向工作室和学校申请项目申报书。内容涉及越野车的规格、功能、技术路线、材料、市场定位及经费等方面，确立项目方案。这是“DIY越野车”产品设计中最重要的一环，并把方案的构思设计纳入考核内容，让学生充分经历“需求分析、问卷调查、数据收集”等活动，使产品创意设计具有实际应用价值与现实意义。
在此过程中，教师为学生提供一些必要的指导，如产品设计的方向、类似案例，指导学生拟定计划，撰写申报方案，做好经费预算。
（3）设计（Design）
申报方案通过后，在基本的需求定位和构思设计的基础上，进行第一步“基本参数”的设定，包括了越野车的尺寸大小、基本功能、外观设计等具体的参数，同时确认材料清单交学校相关部门申购。
然后进行第二步“绘制草图”的设计。绘制草图，才有了创意设计蓝本，团队才可以严格按照图纸进行越野车设计，这也是工程“实现”的基础。虽然团队中没有学习专业设计的成员，但仍然通过分工由某成员边学边绘制产品草图，把团队的创意想法表达出来，通过多次讨论修正后，标出具体数据。草图方案涉及的可能是多个学科领域的知识，例如机械、电子、数学、焊接技术等学科领域知识，因此需要团队合作。
在这个设计过程中，成员发现了一些问题或不足，需要调整原来的构想方案，并重新设计。如车身轴尺寸大小、底板厚度选择等，多次征求教师、修车店师傅的意见后，修改方案。同时，导师们参与研究与讨论“设计方案”的科学性与合理性。
（4）實现（Implement）
实现，即制造产品的实践操作。参照“草图设计”，通过材料购买、切割、车身搭建、焊接、组装等环节，实现“越野车”的制造。其中“切割”“焊接”等关键技术，需要“学中做，做中学”，更需要团队合作。这一过程时间长、工作量大，学生需要充分利用课余时间，但又要求在规定的时间内完成任务。
在搭建过程中，每完成一个小任务，需要进行小测试，若在测试过程中发现系统的漏洞与缺陷，立即找出改进的办法与措施，甚至反馈至前面的流程，修改原“构想”“设计”方案，直至最终完成整个产品的制造与测试。
在此过程中，教师一方面在学生遇到困难时，给学生提供越野车的相关资料，如“切割”“氩弧焊”操作视频等教学资源，供学生自主探究学习，尝试操作;另一方面，教师也经常会参与关键操作步骤过程的现场制作与指导。
（5）运作（Operate）
运作，即项目产品制造完成之后，进行产品的“试运行”，即产品孵化和安排适当的场合模拟路演。“产品孵化”是一个产品开发的最后阶段，同时是一个产品由概念转化为商品的重要过程;而“路演”是指在公共场所、活动现场进行产品演示、演说、推销，并推广自己产品的一种方式。
通过产品运作环节，学生参与创新产品“路演”的过程，听取他人意见建议或评价与认可，有利于进一步地优化与改进产品。经历产品“运作”流程，也是产品向社会辐射的过程，培养了学生的交流能力，同时拓宽了他们的视野。
（6）分享（Share）
完成整个项目制造后，提供团队展示平台与机会，团队各成员分享自己的收获与体会。其内容可以是项目来源、制作过程、创新功能及遇到的困难和解决问题的策略，最终收获成功的喜悦与感悟。分享活动，对他人是一种成果辐射，对团队成员自身更是一种成长的历炼。学会分享是一种职业素养和社会能力。
2.“Q-CDIO-S”实施策略
（1）师徒结对，团队合作
中职生年龄偏小，心智不够成熟，需要通过师徒结对，引领成长;同时，一个项目完成往往需要的工作量较大，甚至涉及不同学科知识，故团队分工合作是成功的重要基础。根据学科特长、自愿为原则组建师生合作团队，在“Q-CDIO-S”工程教育模式实施流程中，师生共同研究、共同成长。
（2）手脑并用，做学合一
以项目为载体，强调“手脑并用，做学合一”的策略，体现“做中学，学中做”的教学理念。实践中遇到新问题时，导师适时引导学生学会学习，甚至于跨界学习。通过自主探究、边学边做，解决新问题、锻炼新技能，体验更加深刻。
（3）创新评价，激发热情
项目考核评价的主要目的不再是选拔或甄别学生，而在于要激发学生的学习热情，充分挖掘潜能，发挥其个性和创新能力，促进其自信心和技能持续发展。建立“Q-CDIO-S”考核评价标准，以过程性评价为主、终结性目标评价为辅，创新评价方式与内容。“Q-CDIO-S”项目实施评价如表3所示。
评价类别分为项目执行中的表现、项目制作过程、成果评价等，评价内容丰富，体现综合素养;评价方式多样，体现多元、公平、合理;建议权重分配规避结果性决定因素，趋向过程性评价，体现均衡化、合理化。[7]
三、“Q-CDIO-S”工程教育模式实施成果与成效
依托学校创客中心，实施“Q-CDIO-S”流程，创新人才培养模式。三年来，收获了大批相关成果，培养了师生骨干团队。
1.孵化了大批成果
基于工作室以项目为载体的“Q-CDIO-S”工程教育模式实践，丰富了题材，激励了一大批教师和学生在各级各类技能大赛、专项评比中获奖。成果形式有案例、课例、选修课、创客作品、课件、论文、课题、发明专利、教材、学术专著及各类荣誉等， 2016—2019年各工作室导师荣获成果统计如表4所示。多种成果形式全方位破解了教育教学实践中的难题，增强了师生教育科研能力，提升了师生核心素养。
2.培养了一批“铁杆式”的创客
基于各工作室招收成员“双向选择”的原则，每一位学生成员凭借兴趣加入团队，并签订师徒结对协议，跟着导师“玩中学，做中学”。在“Q-CDIO-S”工程教育模式的实践中，学生全程参与项目的“问题—构思—设计—实现—运行—分享”实施过程，不仅熟悉了项目实施的基本流程，培养了学生的实践能力、创新能力，更激发了他们的学习热情和创作灵感，培养了一批“铁杆式”的创客，成为学校创客空间独当一面的“新一代导师”。其中，15机电班的刘国胜同学在教师的指导下，带领学生团队，从零开始、从无到有，一个零件一个零件地造出了一辆功能齐全的“越野车”。旅游专业的张丽娜同学借助创客中心的平台学习服装扎染，成绩出众，即将留校任教，成为学校创客空间的“新一代导师”。 3.成长了一支创客导师团队
基于各空间的名师肩负着团队建设的重任，一大批具有進取意识和培养潜质的教师进入名师工作室（创客中心）学习和研究。不同学科特长的导师们，通过取长补短、团队合作、互助学习、共同进步;倡导名师领跑，创客项目跟进，依托“Q-CDIO-S”人才培养模式，在课堂教学上凝练特色，课题研究上多出成果，管理岗位上沉淀经验，造就了一批创客导师团队。[8]
四、结束语
CDIO工程教育模式是国际公认并被实践证明了的人才培养模式，在我校创客中心建设与运行中实施并大胆地拓展创新，形成了“Q-CDIO-S”工程教育创新模式，拓展与完善了工程教育流程，创新了人才培养模式。在“大众创新、万众创业”的背景下，为创新实训、促进专业发展搭建了平台，旨在更好地为社会培养创新型人才，适应未来人才市场需求。我们将继续在创新创业创客等项目中应用与研究，并在选修课、专业课中尝试探索，不断拓展与深化。
参考文献：
[1]戴建法.中职名师工作室与创客空间融合建设的实践研究[J].中国教育信息化，2019（12）：19-22.
[2]康全礼，丁飞己.中国CDIO工程教育模式研究的回顾与反思[J].高等工程教育研究，2016（4）：40-46.
[3]林菲，孙勇.基于CDIO工程教育模式的Web开发课程教学改革[J].中国教育信息化，2012（3）：72-74.
[4]陈春林，朱张青.基于CDIO教育理念的工程学科教育改革与实践[J].教育与现代化，2010（1）：30-33+71.
[5]戴建法.职业院校“名师创客工作室”主体功能设置创新——以“机械电子产品研发中心”为例[J].唯实（现代管理），2017（9）：31-33.
[6]梁锦明.3D创意设计课程的开发与实施——基于CDIO工程教育模式[J].中小学信息技术教育，2017（1）：65-67.
[7]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：1-6+9.
[8]王寿斌，单强.基于CDIO的高职生校内岗位实习模式[J].高等工程教育研究，2012（4）：126-129.
（编辑：李晓萍）
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