MPC-CDIO教育教学模式的探索与实践
钟寿仙 张瑛 郭绍辉
摘要：基于CDIO工程教育模式，中国石油大学(北京)理学院结合数理公共基础课在人才培养中的地位、作用和任务，提出并实践了MPGCDIO工程教育模式，在明确人才培养目标、确定能力培养大纲、构建课程体系、创新教学模式、建立保障与评估改进体系等方面进行了探索。本文系统阐述了MPGCDIO工程教育模式的内涵和特点，在分层、分类、分级MPC-CDIO课程体系、MPGCDIO“教、学、研”互动式教学模式、MPGCDIO保障与课程考核体系等方面给出了全面的描述，并提出了存在的问题与发展思考
关键词：MPGCDIO；CDIO工程教育；数理公共基础课程
近年来，中国石油大学(北京)一直积极加强本科教学建设与改革，努力构建研究型大学的本科人才培养体系。随着2011年首批卓越工程师计划的推进，CDIO工程教育模式引起了学校的广泛关注，我们重新审视了公共基础课程的教育教学，同时开始了CDIO工程教育模式下数理公共基础课程的教育教学研究。
为了将CDIO工程教育理念和模式应用到数理公共基础课程的教育教学改革之中，中国石油大学(北京)理学院认真研究和领会了CDIO工程教育理念，开展了校内外CDIO试点高校调研、交流与学习，借鉴了汕头大学的EIP-CDIO工程教育模式，清华大学的联结理论与实践的CDIO工程教育模式，北京交通大学的基于CDIO的精英型软件人才培养模式;华中科技大学的CDIO工程文化教育，以及成都信息工程学院对CDIO模式下高等数学与理工专业其它后续课程的教学探讨，明确了数理公共基础课程在CDIO人才培养中的地位与作用，以及应用CDIO工程教育理念进行数理公共基础课程改革的必要性，同时理清了数理公共基础课程改革方向和重点。
在引进、消化和吸收CDIO工程教育模式的过程中，针对中国石油大学(J匕京)的研究型大学和石油特色，提出了MPC-CDIO < Mathematicsand physics courses—Conceive Design Implyment Operate)教育教学模式，将数理公共基础课程教育教学改革放入到工程教育的大背景下进行改革和创新。经过三年多的改革实践，建成了MPC-CDIO教学研究团队，初步形成了MPGCDIO教育教学模式，涵盖了培养目标、培养大纲、课程体系、教学模式和保障评价体系。具体工作是建立了能力培养大纲，明确了公共基础课能够培养的能力条款以及MPC-CDIO项目及其实施方案，重点解决了如何将凸显数理素养的核心CDIO能力融入到数理公共基础课程的教育教学全过程的各个教学环节中。
一、CDIO工程教育模式下数理公共基础课程改革的必要性
数理公共基础课程具有通识性和基础性，能够有效激发学生对不同学科领域知识的学习兴趣，初步培养学生的批判性思维和提出问题、解决问题的能力，帮助学生适应大学的自主研究性学习方式，因此对于培养学生的创新意识和研究能力具有重要意义，是研究型大学本科人才培养体系的重要组成部分。
1.数理基础课程在CDIO能力培养中具有不能替代的作用。
教育部高等学校物理基础课程教学指导委员会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》和《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》(2010版)明确指出:物理课程在培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。高等数学作为公共基础课程，它在培养学生的建模、推理等能力方面也具有其不能替代的作用。随着计算机和信息技术的发展，更突显了数理公共基础课程在新时期人才培养中的重要性和作用。
2.数理基础课程在CDIO能力培养中具有独特的作用。
理工科高校的数理公共基础课程均在低年级开出，授课时间长达2年，占据4年本科生生涯的50 0 o，数理课程教师也伴随其一起成长。学生的学习和成长是分阶段逐步发展的，不同时期的学习和能力培养有不同的特点和要求。实践经验表明，数理公共基础课程学习阶段是培养低年级大学生的学习兴趣，养成行为习惯，实现由高中到大学的“适应性”和“探究式学习”转变的最好时期。
CDIO教学大纲中的个人能力和态度包括了一般的性格特征:一个人的进取心、坚定不移的决心、创造力、批判性思维、自知之明、好奇心、可持续发展和终身学习能力、时间管理能力，团队环境中的工作能力、人际交往能力等，这些能力和品质从低年级，通过数理公共基础课程来培养将起到事半功倍的效果。
3.数理基础课程己经承担了CDIO部分能力的培养。
CDIO的特点是以能力培养为导向的工程教育理念，它打破了学科和课程之间的壁垒，要求以课程之间有机联系和综合的培养方式使学生达到CDIO培养大纲规定的能力和素质培养目标。例如，汕头大学以布卢姆学习目标分类法(为基础制定的“专业培养目标实现矩阵”，明确地给出了学完数学和物理课程后机械设计制造及其自动化专业学生应具备的CDIO能力水平;2011年中国石油大学(北京)制定的机械专业本科卓越计划一专业目标实现矩阵中，也对数理公共基础课程的能力目标进行了明确的要求。
数理公共基础课程在CDIO能力培养中的不可替代和独特的作用，正在成为CDIO工程教育领域的共识，基于CDIO工程教育理念下开展数理公共基础课程教育教学改革是十分必要的。
二、MPC-CDIO教育教学模式及其内涵
长期以来，中国大学本科教育形成了以系统掌握学科专业知识为人才培养取向、以学科的知识生产为目标、以学科的知识传授为工具的教育教学模式。重学科知识体系，轻社会需求;重知识传授，轻能力培养。而在实际生产和生活中，专业知识以外的能力和素质与知识同等甚至更为重要。
CDIO工程教育模式实现了“知识、能力和素质”的协调发展，CDIO教学大纲把工程教育的知识和能力目标做了较完整的梳理，并且细化到了能够在具体培养环节观察和评估的程度;同时融通了教育理论和工程实践，提出以工程实践为工程教育的背景环境，工程教育不仅要求学生对技术基础知识有更深刻的理解，更需要创造必要的环境和方法帮助学生理解工程，实践并且学习在工程实践环境下工程人员的思维、能力和行为。
在此框架下，中国石油大学(北京)理学院以“三个坚持”为培养目标，即坚持以实现低年级大学生“知识、能力、素质”协调发展、坚持支撑服务专业院系人才培养需求、坚持为学生终身发展或可持续发展服务，以“全过程育人，全方位育人”为育人理念，构建了注重综合素质教育的MPGCDO人才培养模式(见图1)。其核心是突出数理课程的CDIO能力之间的交叉融合与培养。对于理工科大学生，特别是研究型大学的理工科学生，除应具备坚实的数理基础知识以外，还应具备习应获得的其他课程不能替代能力，例如:数学和物理建模能力、定性与半定量以及量级估算能力等。MPC-CDIO教育模式的教育价值不仅在于满足学生眼前的就业、读研、创业、出国深造等需要，同时注重了学生终生学习能力的培养及国家发展战略对人才的需要，遵循教育规律，因材施教，注重个性发展。
三、分层分类分级MPC-CDIO课程体系
基于MPC-CDIO培养理念，以引导学生自主学习和科学研究能力培养为重点，结合数理公共基础课程在人才培养中的地位和作用，按能力与课程间的对应关系以及与后续专业课程的关联J性，构建了实现低年级学生的数理“知识、能力、素质”协调发展的一体化人才培养的MPC-CDIO课程体系，包括分层分类的MPC-CDIO必修课课程体系和分类分级的MPC-CDIO项目体系。
1.分层分类的MPC-CDIO必修课课程体系。
我们对数理公共基础必修课进行了归类分级，对内容进行了调整和增减，形成了以适合学生个性化培养的四层五类MPC-CDIO必修课课程体系。
四层五类班级(A创新班、B卓越班、B普通班、C普通班、D文科班)中，创新班以培养学术研究型人才为主，卓越工程师班以培养工程技术高级人才为主，普通班又分为B和C班，课程内容和学时数的要求不同，但都是培养普通工程师，文科班培养具备一定的数理素养的通用型人才。以大学物理课程体系为例，根据人才培养目标和类型，从教材的选用、教学内容、教学手段、课程项目等方面都进行了筛选和建设，教学内容体系注重理论与实践、物理与数学的结合，体现石油特色，注重学生“知识、能力、素质”一体化的协调发展。
2.构建了三级MPC-CDIO项目体系。
为了更有效地实现CDIO能力培养，学院按照专业人才培养需求，进行了“CDIO能力分析”，筛选出凸显数理能力和素养特征的核心能力条款，研发出相应的研究项目，并以其作为纽带，对数理的核心课程及其内容等进行了优化与重组，形成了三级MPC-CDIO项目体系(如表2所示)，对学生进行不同层次、不同级别、侧重点不同的MPC-CDIO项目全过程训练，最终实现学生数理的交叉融合和“知识、能力、素质”的协调发展，为专业基础课程群项目研究以及毕业设计项目研究奠定基础。
三级单课程CDIO微型项目，主要来源于改编的习题、以培养工程技术人员必备的数理素养，主要放在大学一年级进行，对学生进行学习行为规范的训练。二级数理课程群项目，源于课程的知识拓展与应用，对学生进行MPC-CDIO能力的全过程训练，包括初步的产品研发能力训练，主要从大学一年级下学期开始到大学二年级进行，部分获立项为省部级和国家级科技创新训练课题甚至延至到大学三年级和大学四年级。通过这类课题，对创新班学生进行侧重于C一构思、D一设计训练，使他们尽快掌握研究型学习模式;对卓越班进行C一构思、D一设计、I一实施、O一运行训练，使学生初步掌握CDIO自主学习和探究式的学习模式;对普通班进行侧重于D一设计、I一实施、O一运行的训练，使学生适应小组式的探究式学习模式。一级创新创意综合训练素质项目，主要是与工程技术、专业背景以及与能源环保等热点研究问题相结合的数理科技创新行动计划训练课题，主要从大二上学期到大三，个别延伸到大四进行，旨在对学生进行MPC-CDIO全过程训练，开发学生的创新、创造、创业潜能，提升学生CDIO综合素质。