基于CDIO模式的国家一流专业实践教学模式研究

［摘 要］ 以建筑环境与能源应用工程专业的定位为基础，以未来工业发展趋势为指引，以学生工程能力提升为核心，基于CDIO教育理念，利用国际化实践教学平台，设计“管培式”小班实践教育模式，构建能力提升三级反馈系统。从学生奖学金获奖数、科技创新数、就业率、升学率、就业质量和用人单位评价等量化分析近三年人才培养结果，结果表明，建筑环境与能源应用工程专业CDIO实践教育模式的实施，提高了本专业奖学金获奖数、科技创新数和用人单位的满意度。建筑环境与能源应用工程专业CDIO教育模式的实施是CDIO本土化的一次实践，对其他专业教学改革提供了理论和借鉴。

［关键词］ CDIO；国家一流专业；实践教学；建筑环境与能源应用工程

［基金项目］ 2019年度北京建筑大学教学研究项目“基于CDIO模式的建环专业实践教学研究与实践”（Y19-06）

［作者简介］ 郝学军（1965—），男，河北成安人，工学硕士，北京建筑大学环境与能源工程学院教授（通信作者），主要从事暖通空调系统节能低碳与优化控制研究；胡文举（1981—），男，山东梁山人，工学博士，北京建筑大学环境与能源工程学院副教授，主要从事空气源热泵理论与技术研究；王 刚（1985—），男，辽宁凌源人，工学博士，北京建筑大学环境与能源工程学院讲师，主要从事纳米流体强化传热传质技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）29-0137-04 ［收稿日期］ 2022-08-28

过去30年，工程教育改革在世界各地如火如荼地开展，提出了多种教育教学模式，取得了显著成效。其中比较成功的教育模式有MIT与瑞典几所大学共同创立的CDIO模式、OBE工程教育模式、丹麦奥尔堡大学提出的PEL课程教育模式、英国帝国理工学院提出的ELED模式以及北京航空航天大学提出的SETP模式等［1-2］。北京建筑大学建筑环境与能源应用工程专业（简称：建环专业）人才培养的目标和理念与CDIO模式相符，因此，本项目将采用CDIO工程教育理念，构建与实践建环专业人才培养中的实践教育。CDIO工程教育理念强调“做中学”，是以产品研发到运行的全生命周期为载体，培养学生在现代团队环境下的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）复杂、高附加值的工程产品、过程和系统的工程能力［3］。2000年10月，麻省理工学院（MIT）和瑞典皇家工学院等四所大学成立了CDIO国际合作组织。自2000年起，CDIO模式在全世界以MIT为首的几十所大学操作实施以来，已取得显著成效，包括中国、丹麦、芬兰、法国、新加坡等国在内的几十所世界著名大学加入了CDIO国际组织。2008年12月，汕头大学、深圳大学、华南农业大学、燕山大学和成都信息工程学院等18所高校成为第一批CDIO试点高校，这表明CDIO模式在我国也得到了迅猛的发展。

目前，关于CDIO专门的著作Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach，系统介绍了CDIO模式产生的背景、基本原理、总体培养目标及其CDIO具体实施方法和资源。查建中［4］曾对CDIO的12条标准中的7个重点标准做了系统而详细的介绍。顾建民、王沛民［5］认为美国以MIT为首的大学开始倡导以CDIO理念引领的工程教育改革进行了６个方面的改革，即面向工程实际，科学设置培养目标；改革课程体系与教学内容，增强学生工程意识；改进教学方法，弘扬学生团队协作精神；扎实培育工程实践能力；探索与工程能力培养相适应的评价方法；重视教师工程能力的培养。唐奇良［6］详细阐述了CDIO理念的理论基础、目标、主题、愿景、大纲和标准，提炼出CDIO这一科技人力资源开发的创新模式。郑藻薇［7］从CDIO培养方案、课程体系、教学模式和评估体系几个方面着手探索构建CDIO与创新教育融合的新体系。孔维宾［8］和李林芝［9］基于CDIO模式分别在电子科学与技术专业和城乡规划专业探索实践教育体系，孔维宾论述了多元化的科技创新实践以及工程教师队伍建设相关措施；李林芝构建城乡规划专业实践教学体系，搭建了三大领域、八个单元的实践教学体系。

以上研究都有对CDIO理念、应用以及案例方面的研究内容，但是突出建环专业在人才工程能力培养的教育改革研究很少。本项目将采用CDIO工程教育理念及标准，依托建环专业特色优势，整合校内良好的实践教育资源，构建建环专业人才培养中的实践教育改革。

一、什么是CDIO培养模式

CDIO的教育理念是通过构建一个构思—设计—实施—运行的工程教育背景环境，培养学生的系统工程技术能力，使学生在CDIO的全过程中能力与素质方面得到全面的训练和提高。CDIO改革的目标集包含三个总体目标：一是让学生能够更深地掌握技术基础知识；二是培养学生具备能够领导新产品、过程和系统的建造和运行的能力；三是教育学生并使他们能够理解技术发展对社会的重要性和战略影响。CDIO新的教育模式，提出自己的目标：一是通过一体化课程设计将课程进行融合，将个人、团队协作和沟通能力以及产品、过程和系统建造能力的培养整合在同一个课程体系中；二是将从实践中学习到的经验作为工程经验学习的基础；三是将设计、实施之外的学习经验与学科课程结合起来；四是建立一套完整的考核评估过程。基于此，建环专业构建一个“构思—设计—实施—运行”实践教育改革方案是可行的。

二、建环专业实践教学CDIO培养模式

作为保障民生工程，承载着生态文明建设和节能减排重要任务的典型工程专业建筑环境与能源应用工程，在“双碳”目标背景下，以最小的环境代价创造适宜的人工环境已成为建环专业的新目标，这对本专业的人才培养方面提出了新的挑战。

结合教育改革新要求的前提下，以未来社会发展需求为导向，制定以学生为中心，以能力为导向，突出实践性和创新性，人才质量培养模式是建环专业教育改革的必由之路。建环专业构建了一个构思—设计—实施—运行实践教育培养模式，如图1所示。

坚持建环专业人才培养定位与特色，构思基于CDIO培养模式的建环专业一体化模块式实践教育人才培养体系。从“围绕国家和北京的城乡建设重大需求，以行业发展为引领，以服务社会为目标，以设计创新和工程能力培养为特色，培养具有工匠精神、人文素养、复合创新能力和国际化视野的高素质工程技术骨干和领军型人才”的建环专业定位可以认识到，工程能力培养是该专业面向未来行业发展需要的方向。课程教学中全面开展工程实践项目训练，通过多层实训环节构筑培养学生工程实践能力。

发挥国际合作中法能源培训中心实习实践平台优势，设计与开发“管培式”小班实践教学的创新模式。1999年11月，中国教育部和法国教育部联合建立了北京建筑工程学院中法能源培训中心，该中心占地面积1 200平方米，拥有两个采用欧洲标准的建筑能源综合利用系统和可再生能源综合利用系统，以及一个与联合国环保署和生态环境部对外合作中心联合建设的“中国制冷空调维修行业良好操作培训项目基地”。涵盖15个先进能源综合利用技术平台，并有采用虚拟VR技术的“建筑能源综合利用与管理虚拟仿真”技术平台。

以行业需求为导向，设计工程能力培养“管培式”小班实践教学模式。该模式将技术平台分成六个单元实践模块，每个单元模块由一个专业教师负责，学生分成六个组，每次任选一个单元实践模块围绕“构思—设计—实施—运行”的模式完成一个系统的任务。最后，学生将在各个单元实践模块上完成的任务整合成一个完整的系统。

围绕工匠精神和团队合作精神的培养，基于CDIO培养模式构建完善的建环专业人才培养实践教学考核体。建环专业学生通过“管培式”小班实践教学后，须通过CDIO考核模式进行考核。考核模式为创新性完成系统设计方案；根据中国标准和欧盟标准分别对原系统进行深度开发方案；按照不同工况对系统进行测试与调试；撰写项目结题报告及实践课程结课汇报。

基于CDIO人才培养标准，建立工程能力提升三级反馈系统。该系统两年反馈一次。所谓三级反馈系统分别为：第一级，毕业生自我工程能力提升反馈系统；第二级，学校对毕业生工程能力提升反馈系统；第三级，用人单位对毕业生工程能力反馈。通过三级反馈系统对实践教育体系、专业发展与定位和人才培养模式的提升具有促进作用。

三、人才培养实习实践平台

（一）校内实验平台

本专业的专业实验室总面积2 700平方米，生均使用面积约为10.4平方米/人。主要仪器设备近1 214台套，包括差式扫描量热仪、导热系数测定仪、气相色谱质谱联用仪、红外热像仪等大型精密分析仪器。同时，拥有焓差实验室、散热器性能检测室、噪声实验室、制冷技术平台、蒸汽技术平台、壁挂锅炉技术平台、空调技术平台等大型设备测试运行系统等。实验室也承担着本科生科技创新活动。

（二）校内实践平台

北京建筑大学中法能源培训中心是“大系统、多能源、变末端”的建筑能源综合利用实践与教学中心。大系统即中心主要由传统能源和清洁能源两个综合能源利用系统组成；多能源即中心的冷热源主要有燃气、地热、太阳能、水和电等多种能源形式；变末端即中心的供冷/热的末端主要有散热器、散流器、风机盘管、地板辐射等末端形式。两个大系统下包括14个采用欧洲标准的建筑能源综合利用技术平台组成的子系统群和1个国家级虚拟仿真实验教学示范平台。

（三）校企实践平台

整合校内外资源优势，利用企业资源，积极进行校企合作，拓展专业实训基地。目前，与北京首都机场动力能源有限公司、中国建筑设计研究院、北京市建筑设计研究院、北京市热力集团有限责任公司、大金空调北京分公司等5家大型企业合作建立了实践基地，学生每年进入学习。

（四）人才培养成果

针对建环专业CDIO工程实践教育模式的实施效果，本文从在校生的奖学金获奖数、科技创新数、就业率、升学率和就业质量等五维度，以及用人单位对毕业校友评价等量化分析了建环专业近三年人才培养质量结果。

2019—2021年，本专业奖学金评定人数由49人增长到56人。近三年，本专业学生科技竞赛获奖由10项增长到20项。近三年本专业平均就业率96%，平均升学率38%。近三年本专业学生分类就业状况，平均3%进入政府事业单位，平均87%的学生毕业后从事土建类工作。依托第三方采用问卷方式，调研了用人单位对专业培养目标和毕业要求达成度。用人单位对培养目标“符合北京建筑大学发展和定位目标”“符合本单位对人才培养和岗位发展的需求”“符合产业发展与变化对人才培养的需求”总体认同的比例较高，“认同”以上高达81.8%。用人单位对本专业毕业生在各项毕业要求评价为：工程知识89.3%、问题分析95.9%、设计/开发解决方案94.3%、研究94.7%、工程与社会95.5%、环境和可持续发展91.9%、职业规范91.2%、个人和团队94.4%、沟通92.9%、项目管理95.2%、终身学习92.3%。

结语

本文构建了建环专业CDIO工程实践教育模式，分析了CDIO工程实践教育模式实施效果，在校生的奖学金获奖数、科技创新数、就业率、升学率和就业质量均得到提高，用人单位对本科生培养目标和毕业生能力的满意度良好。因此，该教育模式完善了我校建环专业工程能力人才培养体系；提升了我校建环专业毕业生的社会核心竞争力。同时，CDIO培养模式本土化的一次实践，对其他专业教育教学改革具有一定的理论和实践意义。

参考文献

［1］万敏.“双一流”背景下基于CDIO工程教育模式的测控专业实践教学体系改革研究［J］.教育现代化，2020，7（45）：54-57.

［2］宋晴.CDIO模式下的测控专业建设与实践［J］.教育现代化，2019，6（47）：73-74.

［3］Crawley E F， Malmqvist J， Ostlund S， et al. Rethinking engineering education： the CDIO approach［M］.New York： Springer，2007.