工程教育发展趋势

摘   要：2022年8月16日，CDIO发布了第3版教学大纲。作为CDIO工程教育模式的基石，教学大纲为本科工程教育的开展提供了合理、普遍和可推广的目标，明确了工程毕业生需展现出来的知识、能力及态度。修订内容包括结构变化与指标变化，体现出融入可持续发展理念、关注学生的数字化能力、强调工程教育要面向未来等特点。CDIO教学大纲变化对我国的启示为：工程教育要对接可持续发展目标、注重工程教育模式创新、重视培养学生的多向度思维及培养学生的知识基础与多维能力等。

关键词：第3版CDIO教学大纲；修订；内容；特点

中图分类号：G642.3         文献标志码：A         DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2023.12.07

一、引言

2022年8月16日，CDIO发布第3版教学大纲（CDIO Syllabus v 3.0）。[1]CDIO为构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的缩写，是麻省理工学院（MIT）等高校创立的工程教育模式，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。[2]自20世纪末提出以来，CDIO的影响不断加大，为提升工程人才培养质量作出巨大贡献。

CDIO第1版教学大纲发布于2001年1月。[3]其标志性文件是麻省理工学院航空航天系爱德华·F.克劳利教授（Edward F. Crawley）撰写的《CDIO教学大纲：对本科工程教育目标的声明》（The CDIO Syllabus： A Statement of Goals for Undergraduate Engineering Education）。第2版教学大纲发布于2011年，基于联合国教科文组织（UNESCO）提出的教育的四大支柱（Four Pillars of Learning）、各工程教育认证标准（如ABET、EUR-ACE）等进行了修订，强调工程领导、工程创业等。[4]时隔十年修订的第3版教学大纲则对可持续发展理念、工程教育数字化、工程教育要面向未来等进行了强调。

从功能上来说，CDIO教学大纲是CDIO教育模式的基石，它为工程教育活动的开展提供了合理、普遍和可推广的目标，明确了工程专业毕业生需具备的知识、能力及态度，其价值在于为各高等教育机构设置具体的学习结果，提供可参考的模型或框架。[5]因此，教学大纲是一种要求性文件，是对各高等教育机构工程教育项目所提的各项要求，即工程专业学生在毕业时为工程实践做好准备需掌握的知识、能力及态度。[6]制定CDIO教学大纲的目的在于回答“当工程专业的学生毕业时，他们应该具备哪些知识、技能和态度，以为工程实践做好充分准备？”[7]，为工程教育制定一个清晰、完整与相互联系的系列教育目标。基于该目标，各高等教育机构制定具体的教育目标，并设置相应的课程以开展教育教学工作。

2006年，汕头大学工学院成为我国第一个CDIO国际合作组织成员。2008年，教育部确定了第一批（18所）CDIO试点院校。2016年1月，在教育部CDIO试点工作组的基础上，我国成立了CDIO工程教育联盟。目前，我国有100余所高等教育机构加入了该联盟。2017年，我国启动“新工科”建设。当前我国处于“新工科”建设的关键阶段。CDIO大纲的修订是国际工程教育界的重大事件，反映出本科工程教育的最新变化趋向，对此次修订的内容、特点等进行研究，可为我国“新工科”建设提供一定参考。

二、CDIO教学大纲修订的内容

（一）结构变化

从结构上来说，第3版教学大纲包括5个部分：基础性知识和推理，个人与职业能力，人际交往能力，构思、设计、实施、运作，以及拓展。与第2版相比，变化之一是将“技术性知识和推理”改为“基础性知识和推理”。变化之二是增加了拓展部分。新版大纲5个部分之间的关系如图1所示。[8]其中，1～3部分为并列关系。第4部分建立在1～3部分的基础上。第5部分建立在第4部分的基础上。

基础性知识和推理指通过特定的工程教育项目，学生需掌握的复杂价值增值（value-added）工程系统的基础性知识。个人与职业能力指学生作为成熟且深思熟虑的个体参加工程实践活动时，需形成的个人与工程职业相关能力。人际交往能力指学生在现代基于团队的工作环境中，开展工程实践活动时人际交往、人际互动方面需形成的能力。构思、设计、实施、运作指学生在企业及社会背景中开展构思、设计、实施、运作的各项能力，即CDIO能力。拓展指工程教育利益相关者对学生的拓展性要求，如工程领导、工程创业、工程科研等。

（二）指标变化

大纲的5个部分相当于一级指标，下设若干二级指标（如1.1）、三级指标（如1.1.1）及说明性指标（无编码），各级指标的作用不同。在设置课程，明确课程重点与教育重点时，可重点参考二级指标；教师开展具体的教育教学活动时，可重点参考三级指标及说明性指标。[9]第3版大纲的一级指标和二级指标见表1。

对第1部分的修订包括将技术性知识和推理改为基础性知识和推理，同时增加了一个二级指标——社会科学及人文知识。对第2部分的修订强调数字化、系统思维、敏捷学习（learning agility）、伦理道德、可持续发展等。在数字化方面，增加大数据、仿真模型、数据挖掘和分析、数字工具、训练算法、数据集等。在系统思维方面，增加社会问题复杂性、因果链、人机集成与交互、行星系统、正负面影响等。在敏捷学习方面，增加智慧性、创造性思维、自我反省、敏捷学习、自主学习等。在伦理道德方面，增加人工智能与伦理、价值观等。在可持续发展方面，增加生态系统、技术系统的社会背景、生命周期、可持续性、包容性、文化差异等。对第3部分的修订强调协作、交流策略、数字化社交等。在协作方面，增加促进多样性和包容性、运用工程学以外的其他学科的知识和方法解决问题、纳入多元化利益相关者意见、了解价值观对利益相关者行动和活动的影响、跨学科、交叉学科、多学科、超学科等。在交流策略方面，增加国际交流、反思性写作等。在数字化社交方面，增加数字化社交网络、社交媒体、在线会议、数字工具等。对第4部分的修订强调可持续发展、敏捷工程（agile engineering）、数字化、未来发展、管理等。在可持续发展方面，增加负责任的工程师在促进可持续发展社会中的角色和影响、可持续性和可持续发展的定义和原则、废物分级、循环。在敏捷工程方面，增加敏捷模式、捕捉用户体验等。在数字化方面，增加数字孪生、沉浸技术、开放数据集、数据和信息的商业价值。在未来发展方面，增加关于未来的概念、社会和个人职业的可持续未来。在管理方面，增加混乱项目管理、多项目管理、知识产权、个人数据管理。对第5部分的修订强调工程领导、工程科研。在工程领导方面，要求学生有自我评估能力，表现出领导能力，能够识别情感和不同的愿望，为研究的应用和商业化做好准备。在工程科研方面，包括回顾和综合以往相关工作，明确可持续发展的目标和利益相关者的需求、选择研究方法、设计和组织研究项目、执行实证和理论工作、记录研究过程和发展、分析结果、得出适当结论、承认局限性、以流畅的文稿报告工作、解释是什么使工作值得信赖和准确、把工作与以往的工作联系起来、承认他人所做的工作、讨论工作的意义及保障研究的质量、诚实报告研究、从创意到出版的责任、尊重同事和研究参与者、尊重社会和环境等。

三、CDIO教学大纲修订的特点

（一）融入可持续发展理念

1996年，UNESCO提出教育的四大支柱，即学会求知、学会做事、学会共处、学会生存。第2版CDIO教学大纲即围绕教育的四大支柱进行了修订。2015年9月，联合国大会通过了《变革我们的世界：2030年可持续发展议程》，明确了17个可持续发展目标。[10]为贯彻可持续发展理念，早在2020年发布的CDIO标准3.0（CDIO Standards 3.0）就强调了可持续发展。

第3版教学大纲进一步融入了可持续发展理念。在第1部分强调学生在掌握技术性知识的基础上，也要掌握人文社科等知识。第2部分强调学生形成技术系统与社会系统相互嵌入的系统性视角，而非以往仅强调技术系统的单一视角。第3部分强调学生能够与多样文化中的多样群体互动。第4部分强调学生作为一名负责任的工程师在促进可持续发展时所扮演的角色和影响等。第5部分强调明确可持续发展的目标和利益相关者的需求。

（二）关注学生的数字化能力

在数智时代，教育数字化成为一个重要话题。2021年12月，UNESCO在重塑教育峰会上发布《关于教育连通性的重塑教育全球宣言》（Rewired Global Declaration on Connectivity for Education），提出技术应该成为以人为本的教育的助推器，通过强大的数字化工具为所有人带来更多的教育机会，提高数字化技能，实现教育的数字化转型。[11]为帮助学生做好迎接数字化社会的各项挑战，第3版CDIO教学大纲针对如何提升学生的数字化能力进行了修订。

在第2部分，增加了大数据相关内容，要求学生能够开展数据挖掘和分析，能够了解在数字工具中使用模型的局限性，能够诊断、描述、预测和规定模型，管理大数据信息，建立训练算法所需的数据集，掌握计算工具，了解人工智能及伦理，通过社交媒体展现专业行为等。在第3部分，强调学生的数字交流能力，包括在线会议、社交媒体、使用数字工具进行图形交流等。在第4部分，强调学生了解知识产权如何创造、利用和保护个人数据和信息，认识到数据和信息的商业价值，能在数字环境中捕捉数据并进行设计，掌握沉浸式技术、数字孪生、可视化等。

（三）强调工程教育要面向未来

工程教育要面向未来，培养技术与社会变革的引领者，而非被动的适应者与跟随者。为培养出未来的引领者，新版教学大纲主要强调跨学科知识基础与方法、系统性思维、学生的自主性等内容。

一是跨学科知识基础与方法，如增加社会科学及人文知识的学习；学会多学科思考；运用工程学之外的其他学科的知识和方法解决问题；理解多学科、学科交叉、跨学科及超学科；掌握敏捷学习、敏捷工程等方法。二是系统性思维，如从经济、社会、环境等角度出发，运用系统视角分析和解决问题；理解生态系统、星球、人类、社会和人工制品等系统的互动关系；理解技术系统的演进史、功能、结构及其社会、环境等背景；具备国际视野并能开展合作等。三是学生的自主性，如培养学生的适应性、智慧性、灵活性、敏捷性及自主学习、自我反思等能力，为迎接未来日益复杂且不确定的社会挑战做好准备。

四、启示

（一）对接可持续发展目标

2021年11月10日，UNESCO在题为《一起重新构想我们的未来：为教育打造新的社会契约》的全球报告中指出，当前世界出现多重交叠的挑战，包括不断扩大的社会和经济不平等、气候变化、生物多样性丧失、超出地球极限的资源使用和颠覆性的技术自动化等。[12]可持续发展是应对以上挑战的有效策略，而工程能为可持续发展目标的实现作出独有的贡献。UNESCO在《工程——支持可持续发展》报告中明确指出，工程在实现联合国17项可持续发展目标中发挥关键作用，17项目标都与工程有关，每个目标都需要工程来实现。[13]

为达成可持续发展目标，其他国际组织也围绕可持续发展理念如何融入工程人才培养等问题展开探索与行动。例如，世界工程组织联合会（WFEO）的“WFEO工程2030计划”（WFEO Engineering 2030 Plan）对接了联合国可持续发展目标。2021年6月，国际工程联盟（IEA）联合WFEO发布第4版《毕业要求与职业能力》（Graduate Attribute and Professional Competence）也对联合国可持续发展目标、可持续性等加以强调。[14]《华盛顿协议》（Washington Accord）毕业要求框架也要求学生掌握可持续发展相关知识并能采取相应行动。

我国工程教育也要重视可持续发展相关问题，采取多种方式对接联合国可持续发展目标。例如，开设可持续发展相关课程，帮助学生理解工程活动与社会、环境、经济、生态、伦理等复杂系统之间的互动关系；理解生态系统、星球、系统生命周期等与可持续发展之间的关系；通过各类工程实践活动，帮助学生认识到工程活动与可持续发展17个目标之间的关系，以及工程人员在可持续发展目标达成中扮演的角色与所起的作用；培养学生在不同文化、不同社会群体中开展协作的能力；认识到多元化价值差异、世界的多样性并在工程活动中促进多样性与包容性；能运用多学科、跨学科、超学科的知识和方法解决工程问题等。

（二）注重工程教育模式创新

当前，敏捷工程教育受到关注，第3版CDIO教学大纲专门强调了敏捷工程教育，融入了敏捷学习、敏捷工程模式、敏捷性等内容。2021年9月，全球工程院长理事会（GEDC）在《敏捷工程教育：为我们持续发展的世界培养下一代工程创新者、专家和领导者》中指出，敏捷工程教育是工程教育变革的未来新方向，要构建敏捷工程教育新模式。[15]近来，普渡大学等知名工程教育机构也开始强调工程教育的敏捷性，通过敏捷课程改革（Agile Reform of Curriculum）及时获取学生及雇主的反馈意见，迅速将反馈意见融入本科课程中，促进学习创新与本科课程改革。[16]