錢利群

CDIO模式在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動中的探索與實踐

錢利群

中國福利會少年宮

CDIO是2001年由四所國際前沿的工程大學(xué)（瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院）倡導(dǎo)的一種工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，2006年開始引進大陸，至今大陸已有50所高校采取該模式。目前國外CDIO模式已進入中學(xué)，在CDIO的系統(tǒng)環(huán)境培養(yǎng)他們的基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。但在大陸，CDIO人才培養(yǎng)模式目前沒有進入青少年的科技創(chuàng)新活動或相關(guān)課程中。該文基于筆者從事青少年創(chuàng)造發(fā)明暨青少年工程創(chuàng)新活動的探索與實踐，分析了目前青少年創(chuàng)造發(fā)明活動的現(xiàn)狀，并探索總結(jié)將CDIO模式應(yīng)用于青少年創(chuàng)造發(fā)明活動中的主要做法。

CDIO模式 一體化活動目標 發(fā)明活動 生命周期 評價標準 寬容度

1 CDIO模式簡介

CDIO模式是一種工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，2001年由四所前沿的工程大學(xué)（瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院）合作開發(fā)。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它強調(diào)創(chuàng)新項目從研發(fā)到實際運行的生命周期為載體，讓學(xué)生在系統(tǒng)的環(huán)境中主動的、實踐的、跨學(xué)科的學(xué)習(xí)工程，在系統(tǒng)的環(huán)境中培養(yǎng)學(xué)生四個層面的能力，分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。CDIO模式系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準。迄今為止，已有幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO組織。

CDIO模式進入大陸的時間較晚，2006年汕頭大學(xué)成為首個大陸高校 CDIO 成員，但發(fā)展迅速，至今已接近50所大陸高校加入該組織。CDIO模式在實施過程中，取得了突出的成果，通過該培養(yǎng)模式的學(xué)習(xí)，學(xué)生普遍稱贊學(xué)到了真本事，增強了自學(xué)和解決問題以及研發(fā)、團隊工作和溝通的能力。目前國外的CDIO人才培養(yǎng)模式已經(jīng)走出高校，進入中學(xué)。在中學(xué)的技術(shù)課、項目創(chuàng)新等課程中讓學(xué)生在CDIO的系統(tǒng)環(huán)境中經(jīng)歷“創(chuàng)新構(gòu)思→詳細設(shè)計→實現(xiàn)測試→現(xiàn)實運作”的整個過程，培養(yǎng)他們的基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。但在大陸，CDIO人才培養(yǎng)模式目前沒有進入青少年的科技創(chuàng)新活動或相關(guān)課程中。本文將結(jié)合筆者從事的青少年創(chuàng)造發(fā)明暨青少年工程創(chuàng)新活動對此作初步的探索與實踐。

2 目前大陸青少年創(chuàng)造發(fā)明活動現(xiàn)狀——基于CDIO模式的分析

通過對CDIO人才培養(yǎng)模式的深入研究，并結(jié)合筆者從事青少年創(chuàng)造發(fā)明教育多年的經(jīng)驗，分析以下幾個方面的現(xiàn)狀。

2.1 學(xué)生具有創(chuàng)造發(fā)明的意識和積極性，由于創(chuàng)新能力較低，大部分創(chuàng)意都停留在思考階段

目前參與創(chuàng)造發(fā)明活動的青少年普遍興趣濃厚，積極性強，在學(xué)習(xí)和生活中積極尋找新創(chuàng)意、新想法。但由于多方面客觀條件的限制和學(xué)生自身的局限性，使得參與的學(xué)生沒有把自己的創(chuàng)新想法和建議及時與指導(dǎo)教師和同學(xué)們溝通交流，并進行實質(zhì)性的操作，從而限制了學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明的過程，使得很多學(xué)生的創(chuàng)意只是停留在思想里或紙張上。比如：在生活中遇到問題時絕大多數(shù)學(xué)生愿意嘗試獨自處理，缺乏團隊協(xié)作精神，不能取長補短，共同把問題解決好。許多學(xué)生缺乏行動的信心，沒有創(chuàng)新毅力，經(jīng)常在學(xué)習(xí)過程中缺乏創(chuàng)新的恒心和意志，見異思遷，半途而廢，這必然導(dǎo)致創(chuàng)新能力等得不到鍛煉，使得大部分青少年創(chuàng)新能力低下。

從創(chuàng)造發(fā)明活動的組織者角度看，這種現(xiàn)象的成因主要是目前受各類科技創(chuàng)新競賽的主導(dǎo)，活動中只關(guān)注對最后成果的自主創(chuàng)新性、先進性等內(nèi)容，而缺乏對學(xué)生進行的創(chuàng)意達成的系統(tǒng)培育，包括系統(tǒng)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，系統(tǒng)目標的制訂等。

2.2 具有創(chuàng)造發(fā)明活動的理論知識，但知識結(jié)構(gòu)不合理，缺乏創(chuàng)新的動手能力和必備的創(chuàng)新技能

受應(yīng)試教育的影響，目前大陸的青少年知識結(jié)構(gòu)很不合理，一般都是用于應(yīng)試的事實性知識（學(xué)科類的記憶知識），而對人的能力、道德發(fā)展更為重要的方法性知識、價值性知識卻被忽視，青少年很少有機會通過實際操作，親自體驗等形式來獲取這兩類知識，這違背了人的知識結(jié)構(gòu)常識。這樣的知識結(jié)構(gòu)造成了很多紙上談兵的高材生，具有創(chuàng)造發(fā)明活動的理論知識，只能將創(chuàng)意寫出來、畫出來，但無法具體地去實施。這樣不能從根本上提高自身素質(zhì)，缺乏對自己動手能力和創(chuàng)新技能的培養(yǎng)。

2.3 青少年創(chuàng)造發(fā)明活動的參與面廣，但創(chuàng)新成果真正運行的寥寥無幾

目前青少年創(chuàng)造發(fā)明活動普及面較廣，參與的指導(dǎo)教師、學(xué)生眾多，每年都有大量的工程類創(chuàng)新項目在各級各類的科技類活動中展示。但這些項目大部分由于多種原因，都只進行了構(gòu)思、設(shè)計、實施三個過程，然后就開始參加各類科技活動，而真正的實際運行過程被忽視了，此處所說的運行非指產(chǎn)業(yè)化，去工業(yè)化生產(chǎn)，而是指創(chuàng)新項目在經(jīng)歷了前三個階段后，單個或多個作品真正投入現(xiàn)實環(huán)境使用的過程，包括運行過程的監(jiān)控、維修、改進等過程。缺少運行過程，對參與創(chuàng)造發(fā)明活動的青少年來說是一個不系統(tǒng)的培育過程，對他們的創(chuàng)新能力、團隊合作精神的培養(yǎng)，以及創(chuàng)新項目進一步發(fā)展的的都有較大影響。

2.4 青少年創(chuàng)造發(fā)明活動評價體系的單一性

目前對青少年參加創(chuàng)造發(fā)明活動的一般評價方式主要有兩種，一是過程中教師給出的評價，如在活動過程中給予學(xué)生個人或優(yōu)秀創(chuàng)意作品的鼓勵性評價等；二是項目成果參與各類科技活動的結(jié)果，如青少年創(chuàng)新項目參與各類科技大賽中獲得獎項等，這也是大陸目前青少年創(chuàng)造發(fā)明活動中受重視程度較高的評價方式。兩種評價方式都是針對參與活動的青少年以及他們的發(fā)明作品，都以甄別與選拔為評價根本目的，這類評價方式不利于科學(xué)、有效地評價學(xué)生發(fā)展，而且對于整個青少年創(chuàng)造發(fā)明活動來說過于片面、簡單。

3 CDIO模式在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動中的探索與實踐

通過在青少年創(chuàng)造發(fā)明活動中應(yīng)用CDIO模式的探索與實踐，并結(jié)合目前青少年創(chuàng)造發(fā)明教育幾個方面的現(xiàn)狀，筆者總結(jié)了以下幾點做法：

3.1 基于CDIO人才培養(yǎng)理念，制定一體化的活動目標和計劃，培養(yǎng)青少年綜合創(chuàng)新能力

CDIO人才培養(yǎng)模式中，青少年綜合創(chuàng)新能力的具體內(nèi)容有四個方面，包括創(chuàng)造發(fā)明的基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和創(chuàng)造發(fā)明的系統(tǒng)能力。針對這四個維度提出的一體化活動目標不僅包含了傳統(tǒng)的知識與技能目標，更增加了人際團隊能力和發(fā)明活動的系統(tǒng)能力。其中人際團隊能力不僅指與人合作的能力，更是在團隊中的表達理解力、人際融合力和不依靠他人獨立解決問題的能力；發(fā)明活動的系統(tǒng)能力是指學(xué)生在進行發(fā)明活動時，從具體構(gòu)思，到設(shè)計分析，進而實現(xiàn)創(chuàng)意，具體運行的四個步驟中，能進行整體調(diào)控把握的能力。一體化目標制定完成后，通過后期有效的計劃實施，能讓學(xué)生在主動的參與發(fā)明活動的過程中，整體提高創(chuàng)新能力。

以組合發(fā)明法為例，如按傳統(tǒng)的活動目標，知識方面即組合發(fā)明法的含義、技巧、操作步驟等，技能方面的目標就是要求學(xué)生能運用組合發(fā)明法提出自己的創(chuàng)意。對于CDIO模式而言，知識技能方面的目標僅僅完成了基本知識部分的目標，對于個人能力、人際團隊能力、相關(guān)系統(tǒng)能力等都未涉及，而這些對青少年創(chuàng)新能力的提升更為重要。CDIO模式中，我們將該活動的目的定為：能在情景（現(xiàn)實或假設(shè)的需要利用組合方式創(chuàng)新的場景）中發(fā)現(xiàn)需求，并在團隊活動中確認詳細構(gòu)思和設(shè)計圖，并制作模型或?qū)嵨镆詫崿F(xiàn)自己的創(chuàng)意，而后將自己的創(chuàng)意在現(xiàn)實環(huán)境中運行，通過監(jiān)測提出新的改進方案。綜合性地說，傳統(tǒng)觀念下的創(chuàng)造發(fā)明活動目的關(guān)注的是創(chuàng)新作品、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能等，而CDIO模式下的發(fā)明活動目的關(guān)注的是學(xué)生在活動中四方面能獲得的整體發(fā)展。

3.2 引導(dǎo)學(xué)生親身經(jīng)歷“設(shè)計—實現(xiàn)”(最好包含基本水平、高級水平兩種類型)，并創(chuàng)造條件，支持學(xué)生動手和直接經(jīng)驗的學(xué)習(xí)

CDIO模式下的創(chuàng)造發(fā)明活動，強調(diào)讓學(xué)生親身“設(shè)計—實現(xiàn)”的過程，讓他們能夠從動手實踐、直接參與的過程中獲取方法性知識和價值性知識，來完善他們的知識結(jié)構(gòu)，讓他們能夠掌握創(chuàng)意實現(xiàn)的具體過程與方法。

“設(shè)計—實現(xiàn)”分為兩種水平，在基本水平中，多用一些優(yōu)秀發(fā)明案例，讓學(xué)生分析，并進行模仿的“設(shè)計—制作”，讓學(xué)生在這樣的過程中體驗創(chuàng)新工程實現(xiàn)的具體過程與技巧；在高級水平中，學(xué)生已通過基本水平的學(xué)習(xí)掌握了實現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)意的過程與方法，能將自己提出的原創(chuàng)性項目，通過構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行四個步驟來逐步實現(xiàn)。如疊衣板，是一個生活中的小發(fā)明，它能通過簡易的步驟高效、整齊地將T恤疊好。引導(dǎo)學(xué)生自己制作一塊疊衣板，對于青少年來說就是一個基本水平的“設(shè)計—實現(xiàn)”過程，學(xué)生在參與活動的過程中需要繪制設(shè)計圖，制定材料的精確尺寸，根據(jù)設(shè)計圖和尺寸來制作模型，再回家將自己的作品介紹給親友使用，這樣的操作過程對學(xué)生的方法性知識、價值性知識的掌握都有積極的作用。這為將來他們能夠通過高級水平的“設(shè)計—實現(xiàn)”過程來實施原創(chuàng)性項目奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3.3 “構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行”是一體化的學(xué)習(xí)模式，能促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)

傳統(tǒng)的發(fā)明活動中，比較重視學(xué)生的創(chuàng)意方法和創(chuàng)意過程，并要求將創(chuàng)意書面化，描述成文字或繪制設(shè)計圖等，而對具體實現(xiàn)和運行并沒有硬性要求，這造成了眾多發(fā)明活動中產(chǎn)生的學(xué)生創(chuàng)意，極少能夠最后完成實物的制作，而在現(xiàn)實環(huán)境中運作的更是寥寥無幾，這對于學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的整體提升是不利的。CDIO模式下的發(fā)明活動，“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行”是一個整體的環(huán)境，是一個不可分割的生命周期，學(xué)生在一體化的學(xué)習(xí)過程中獲取的經(jīng)驗，能帶動其對基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力、系統(tǒng)能力的獲取，并能激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情。

以趣味隱形筆筒為例，要求學(xué)生利用磁鐵的特性，設(shè)計制作一個隱形的筆筒。在一體化的學(xué)習(xí)模式中，針對該隱形筆筒的詳細構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行是一個整體性的生命周期，不可分割?；顒又校ㄟ^磁性相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握，引導(dǎo)學(xué)生在團隊中運用這些知識進行詳細設(shè)計，模型制作，并且進行系統(tǒng)測試，改進，最后將作品投入實際環(huán)境中運用，并收集反饋信息，而后根據(jù)反饋信息學(xué)生可能會自主地進行另一個發(fā)明活動的生命周期。在該活動中，學(xué)生掌握了關(guān)于磁性的基礎(chǔ)知識，并在設(shè)計、制作過程中提升了個人能力、團隊能力，而后在實際運行過程中培養(yǎng)了與人交流、協(xié)商的人際能力，在活動過程中出現(xiàn)的知識、技能需求，以及實際運行過程中的建議反饋，都成為了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的強勁動力。

3.4 CDIO模式下青少年創(chuàng)造發(fā)明活動的評價體系

CDIO模式下的青少年創(chuàng)新能力有四個方面：基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和創(chuàng)造發(fā)明的系統(tǒng)能力。針對這四個方面有不同的成果，根據(jù)成果的不同，要用不同的評價方式，以期更有效、真實地進行評價。

有效的評價應(yīng)采用不同的方法來衡量學(xué)生的各方面能力。比如基礎(chǔ)知識可以是筆試或口試的方式；“設(shè)計—實現(xiàn)”能力相關(guān)的評價可以用平時實際觀察記錄來實現(xiàn)，形式可以是教師評價、學(xué)生互評、自我評價相結(jié)合；人際團隊能力可以是調(diào)查表、訪談、觀察等形式。

基于CDIO模式下的評價，不論采取哪種評價方式，針對哪個階段的評價，要制定一個具有寬容度的評價標準，暨評價標準不是一條線，而是一個有寬度的區(qū)域，進入該區(qū)域?qū)W生即達到活動目的的期望值，一些優(yōu)秀的學(xué)生個人或團隊能夠超越該區(qū)域，也有部分學(xué)生個人或團隊接近期望區(qū)域但還需努力。這種評價標準更合理，更人性化，更符合學(xué)生發(fā)展的需求。

[1] 查建中. 論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J]. 高等工程教育研究，2008(3): 7-12,15.

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[3] 顧佩華, 沈民奮, 李升平, 等. 從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J]. 高等工程教育研究,2008,16(1): 12-20.

[4] (美)克勞雷. 顧佩華,等譯. 重新認識工程教育——國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M]. 北京: 高等教育出版社,2009.