基于CDIO的学生实践能力培养模式探索与实践 —

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摘要：CDIO即“ 构 思（Conceive）、 设 计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）”，是一种国际先进的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果。为了改善教学效果、激发学生

CDIO即“ 构 思（Conceive）、 设 计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）”，是一种国际先进的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果。为了改善教学效果、激发学生自主学习兴趣，培养学生的“学做”能力，我校医学信息工程学院（以下简称我院）在全院医学信息工程专业学生的实践能力培养中引入CDIO理念，并已初步取得较好的效果。 一 医学信息工程专业现状分析 医学信息工程是一个相对较新的专业。目前，我国从事医疗信息化的人员大多数是非医学信息工程专业，他们一部分是计算机专业毕业生，另一部分是先前从事医疗卫生工作，后面经短期培训后转换职业进入该方向工作。医疗信息领域里的主力军与实际社会所需求的人才存在着较大差距：前一类人员所学的是纯计算机知识，他们没有医学背景，对医院信息化的整套知识体系、架构以及模式没有清楚的认识，在医院相关软件、信息设备的建设中存在着一定的工作障碍[1]。后一类人员因为中途转行，缺乏扎实的计算机知识，更缺少计算机技术的实战操作，这在一定程度上会造成医院信息化水平滞后。 “健康中国2030”国家战略的实施使得我国医疗行业的信息化建设备受关注，这意味着我国需要大批高水平、更专业的医疗信息化建设人才。 二 医学信息工程专业传统培养模式 （一） 传统培养模式 对于医学信息工程专业，大多数高校采用和其它专业相似的传统培养模式，以讲授医学和计算机知识、课程教学模式为主。而当今信息技术的发展速度实在太快，也许在大学四年里讲授的课程等到学生毕业以后就已经成为了过去式，在教学上存在着知识体系跟不上时代，与社会实际需求不相符的问题，而这样的课程也不能真正激发学生的学习兴趣。 （二） 存在的问题 传统教学方法单一，只在课堂上讲授知识而没有实际的项目训练，学生很难将理论知识和实际问题联系起来，更不能形成完整的知识体系[2]。在检测学生学习情况上，传统模式均是通过期末考试是否合格来评判该生的学习情况，这种模式并不能真正地反映教学效果，培养出来的人才也与社会实际所需相距甚远。另外，在传统的课堂教学中，如果考虑到实践能力培养，则往往会出现课时严重不足的问题，这对学生的学习和教师的教学都造成了很大的困惑。 三 我院基于CDIO的人才培养模式 我院从2013年开始招收第一届医学信息工程专业学生，从建院开始，就在医学信息工程专业的培养中引入CDIO理念，对学生的工程实践能力培养模式进行改革和探索。通过校内部分项目“学做”锻炼学生基本专业技能，再与校外企业合作提高学生项目开发、解决实际问题的能力[3]。 在创新培养模式方面，除了将CDIO模式引入课堂之外，还在具体模式实施过程中结合学院自身特点做出了相应的改变：在教学课堂上传授该学科理论知识，让学生构建该学科的知识框架；在实际锻炼中，以项目为主线贯穿整个教学过程，并渗透到各个学科中；在检验学生成果方面，采用综合考评的方式评价学生学习情况，其中综合考评又根据具体的学科细分不同的考核模块，但考核模块包含学生在这一学期中参与项目的考核成绩。 四 我在CDIO培养模式中的实践过程与探索 笔者将以自己指导的CDIO软件开发项目及《Java语言程序设计》课程教学为例，介绍我在CDIO培养模式中的实践过程与探索。 （一） 课程与软件项目简介 《Java语言程序设计》是我院在医学信息工程专业开设的一门专业基础课，目前课时数为54学时，主要完成Java语法基础及面向对象程序设计两个方面的教学目标。而对于Java项目开发，校外培训机构一般开设的课时数都超过100。因此，如果按照传统的课堂教学模式，在目前相当有限的课时内，学生仅能完成一些Java基础理论知识的学习，而无法进行任何实际的工程项目开发实践。 “医院决策支持系统研究”是一个校基金项目，其中涉及“医院决策支持系统”软件项目的开发。该软件项目开发任务包含需求分析、代码实现和软件测试与维护三大板块。传统的方式是教师自己或者与软件公司合作完成项目开发，学生没有机会参与这类项目。在CDIO模式下，学院要求教师根据自己所授课程深度和学生掌握知识的程度来筛选与两者结合度高的项目，并运用CDIO模式指导学生学习与实践。“医院决策支持系统”实际是要求做出一个软件Demo，因此工作量相对不大，适合学生参与完成。我的CDIO实践教学最终就选择了这个软件项目。 （二） 课堂教学 我主讲了医学信息工程专业的《Java语言程序设计》这门课。 在软件项目开发之前，学生对相关理论知识的储备是必须的。该项目开展时考虑到学生正在学习《Java语言程序设计》，所以将Java作为本项目的开发语言。但因为受课时数的限制，《Java语言程序设计》的教学，课堂上仅能传授一些基础知识，大量项目开发所需的知识都需要学生在课后进行学习。于是，我在《Java语言程序设计》的教学中引入了“翻转课堂”的教学方法，项目所需的大量知识，指导学生在课堂下进行学习，在课堂上主要安排学生交流各自学习与项目开发的具体状况并帮助其解决遇到的各种问题。 对比传统灌输式单向信息传递，这种“翻转课堂”教学模式使学生具有更好的知识“吸收内化”效果。 另外，我借助成都中医药大学立体化网络教学平台，将《Java语言程序设计》这门课相关的资料都上传到网络平台，学生可以随时随地进行线上学习。该立体化网络教学平台立足于学校质量工程的三项重要工作：网络辅助教学、精品课程管理、优质资源共享。平台提供的“公告、作业、讨论、答疑、文件、交流、在线考试”七大功能模块与“师生交流”、“问卷调查”两个辅助模块，共同协助老师高效率完成各项教学工作。成都中医药大学立体化网络教学平台，发挥了网络课程学习平台的重大作用[4]。 采用“翻转课堂”教学模式，同时借助我校的立体化网络教学平台，学生进行课下学习，很好地解决了《Java语言程序设计》课程课时不够的问题。 （三） 项目实践 1.团队组建。医院决策支持系统是一个较为综合、需要理论创新与实践能力相结合的项目。整个项目团队的组建根据项目的开发内容划分为不同的小组。学生根据自己的特长、兴趣和未来的发展方向自主选择加入到其中某个小组，承担该小组所负责的开发任务。该系统的开发团队具体划分为文档、UI、代码和数据处理共4个项目小组。同时，在实际的项目开发过程中，要求学生全面了解其他每个项目小组的内容。这样可以保证学生在实践中形成一个完整的体系，既全面掌握理论知识，又根据自身的兴趣爱好有了自己的发展方向。另外，将学生分组后，每个小组的开发均需与其他3个小组进行协作才能完成。这将对学生的团队协作起到非常好的训练作用。 2.项目开发。CDIO培养模式强调以工程实践来培养学生的个人能力、人际交流能力和建造能力。这些能力的培养仅靠理论教学和独立实验是无法完成的。参与实际的项目开发过程，是培养学生工程实践能力的非常有效的方式。 在“医院决策支持系统”的开发前期，由全体项目成员共同学习和调研，参考目前市面上已有决策支持系统的框架，并结合附近医院用户的需求和现有的开发条件对该项目进行前期的功能需求分析。在此基础上，由全体成员对该功能需求进行可行性评价，由老师做出技术方面的指导意见，进而形成完整的需求分析并完成系统设计。所有分析和设计结果由文档组整理成文，方便同学了解和学习。 在需求分析和系统设计完成后，各组通过互联网补充学习软件各自负责方向的相关理论知识，并完成系统的详细设计。在详细设计阶段，团队要进行集中商讨，对系统做出详细的性能和规格说明。UI组根据软件划分的功能做出相应的动态和静态界面，绘制出工程蓝图，以便代码组和数据处理组能够根据它们写出实际的程序代码、设计出相应的数据库。在系统编写代码的实际过程中，要求程序编码有统一的、符合标准的编写规范，以方便后期对程序的维护和修改。在软件测试阶段，对发现的问题要进行单元测试、集中测试和系统测试，以保证软件的正常运行。 在开发过程中，除了同学间的不定期交流外，项目小组坚持每周两次的定期集中交流和讨论，以解决开发过程中的问题并分配下一阶段的任务。 （四） 考核方法 CDIO培养模式在国际上历来有很高的适用度，这说明了工程教育的正确性。但在检验学生学习效果时，考核的方法也应该根据实际做出调整。医院决策支持系统项目的开发是一个完整的过程，仅靠期末考试并不能真实地反映出学生能力。因此，我院采用学分制和综合考评方式相结合的考核方法。一方面，在平时的理论课堂上通过笔试、期末考试、平时成绩、平时作业相结合，教师对该生做出综合性的评价。另一方面，让学生参加实际项目进行动手能力训练，并在项目考核中合格后取得一定学分； 在“医院决策支持系统”项目的开发过程中，我对学生参与项目的情况（比如考勤、参与的子任务等）进行记载。在项目完成时，根据学生参与项目的情况以及完成任务的效果进行打分，打分合格的同学取得相应的CDIO项目训练学分。 通过多元化的考核方法评价学生的知识掌握情况，更能全面反映学生的综合能力，更能检验教学效果。 五 结语 高校人才培养需要变革，对培养方式的借鉴和学习上更应该结合自身学校的特色、学生的特点做出相应的调整和改变。采用CDIO模式，使得学生一方面在课堂教学之后，通过动手开发项目能在课后“做中学”；另一方面，使学生能带着项目中的具体问题到理论课堂中去学习，进而使教学模式形成良性循环。在采用CDIO工程教育的培养模式下，因地制宜地训练学生的实际应用能力，并通过相应的考核方式评价学生的学习情况，这为应对理论教学和实际需求脱节等问题给出了很好的解决方案。 [1] 马凯,刘伟,张红伟,等.医学信息工程专业现状分析及人才培养对策[J].医学信息学杂志,2016,37(10):87-90. [2] 胡珊珊,滕剑锋.医学信息管理专业学生计算机能力的培养[J].医学信息教育,2013,34(12):82-85. [3] 王志堂.基于CDIO理念的地方高校学生实践创新能力培养研究[J].实验室研究与探索,2017,36(7):220-224. [4] 陶瑞卿,温川飙,严小英,程爱景,卢敏.基于CDIO人才培养模式对课堂教学与实践教学的重构研究[J].成都中医药大学学报(教育科学版),2019,21(1):29-30 [5] 方炫,徐琪.高校师范教育专业人才培养机制的研究现状与创新构想[J].教育现代化,2018,5(09):19-21+37. CDIO即“ 构 思（Conceive）、 设 计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）”，是一种国际先进的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果。为了改善教学效果、激发学生自主学习兴趣，培养学生的“学做”能力，我校医学信息工程学院（以下简称我院）在全院医学信息工程专业学生的实践能力培养中引入CDIO理念，并已初步取得较好的效果。一 医学信息工程专业现状分析医学信息工程是一个相对较新的专业。目前，我国从事医疗信息化的人员大多数是非医学信息工程专业，他们一部分是计算机专业毕业生，另一部分是先前从事医疗卫生工作，后面经短期培训后转换职业进入该方向工作。医疗信息领域里的主力军与实际社会所需求的人才存在着较大差距：前一类人员所学的是纯计算机知识，他们没有医学背景，对医院信息化的整套知识体系、架构以及模式没有清楚的认识，在医院相关软件、信息设备的建设中存在着一定的工作障碍[1]。后一类人员因为中途转行，缺乏扎实的计算机知识，更缺少计算机技术的实战操作，这在一定程度上会造成医院信息化水平滞后。“健康中国2030”国家战略的实施使得我国医疗行业的信息化建设备受关注，这意味着我国需要大批高水平、更专业的医疗信息化建设人才。二 医学信息工程专业传统培养模式（一） 传统培养模式对于医学信息工程专业，大多数高校采用和其它专业相似的传统培养模式，以讲授医学和计算机知识、课程教学模式为主。而当今信息技术的发展速度实在太快，也许在大学四年里讲授的课程等到学生毕业以后就已经成为了过去式，在教学上存在着知识体系跟不上时代，与社会实际需求不相符的问题，而这样的课程也不能真正激发学生的学习兴趣。（二） 存在的问题传统教学方法单一，只在课堂上讲授知识而没有实际的项目训练，学生很难将理论知识和实际问题联系起来，更不能形成完整的知识体系[2]。在检测学生学习情况上，传统模式均是通过期末考试是否合格来评判该生的学习情况，这种模式并不能真正地反映教学效果，培养出来的人才也与社会实际所需相距甚远。另外，在传统的课堂教学中，如果考虑到实践能力培养，则往往会出现课时严重不足的问题，这对学生的学习和教师的教学都造成了很大的困惑。三 我院基于CDIO的人才培养模式我院从2013年开始招收第一届医学信息工程专业学生，从建院开始，就在医学信息工程专业的培养中引入CDIO理念，对学生的工程实践能力培养模式进行改革和探索。通过校内部分项目“学做”锻炼学生基本专业技能，再与校外企业合作提高学生项目开发、解决实际问题的能力[3]。在创新培养模式方面，除了将CDIO模式引入课堂之外，还在具体模式实施过程中结合学院自身特点做出了相应的改变：在教学课堂上传授该学科理论知识，让学生构建该学科的知识框架；在实际锻炼中，以项目为主线贯穿整个教学过程，并渗透到各个学科中；在检验学生成果方面，采用综合考评的方式评价学生学习情况，其中综合考评又根据具体的学科细分不同的考核模块，但考核模块包含学生在这一学期中参与项目的考核成绩。四 我在CDIO培养模式中的实践过程与探索笔者将以自己指导的CDIO软件开发项目及《Java语言程序设计》课程教学为例，介绍我在CDIO培养模式中的实践过程与探索。（一） 课程与软件项目简介《Java语言程序设计》是我院在医学信息工程专业开设的一门专业基础课，目前课时数为54学时，主要完成Java语法基础及面向对象程序设计两个方面的教学目标。而对于Java项目开发，校外培训机构一般开设的课时数都超过100。因此，如果按照传统的课堂教学模式，在目前相当有限的课时内，学生仅能完成一些Java基础理论知识的学习，而无法进行任何实际的工程项目开发实践。“医院决策支持系统研究”是一个校基金项目，其中涉及“医院决策支持系统”软件项目的开发。该软件项目开发任务包含需求分析、代码实现和软件测试与维护三大板块。传统的方式是教师自己或者与软件公司合作完成项目开发，学生没有机会参与这类项目。在CDIO模式下，学院要求教师根据自己所授课程深度和学生掌握知识的程度来筛选与两者结合度高的项目，并运用CDIO模式指导学生学习与实践。“医院决策支持系统”实际是要求做出一个软件Demo，因此工作量相对不大，适合学生参与完成。我的CDIO实践教学最终就选择了这个软件项目。（二） 课堂教学我主讲了医学信息工程专业的《Java语言程序设计》这门课。在软件项目开发之前，学生对相关理论知识的储备是必须的。该项目开展时考虑到学生正在学习《Java语言程序设计》，所以将Java作为本项目的开发语言。但因为受课时数的限制，《Java语言程序设计》的教学，课堂上仅能传授一些基础知识，大量项目开发所需的知识都需要学生在课后进行学习。于是，我在《Java语言程序设计》的教学中引入了“翻转课堂”的教学方法，项目所需的大量知识，指导学生在课堂下进行学习，在课堂上主要安排学生交流各自学习与项目开发的具体状况并帮助其解决遇到的各种问题。对比传统灌输式单向信息传递，这种“翻转课堂”教学模式使学生具有更好的知识“吸收内化”效果。另外，我借助成都中医药大学立体化网络教学平台，将《Java语言程序设计》这门课相关的资料都上传到网络平台，学生可以随时随地进行线上学习。该立体化网络教学平台立足于学校质量工程的三项重要工作：网络辅助教学、精品课程管理、优质资源共享。平台提供的“公告、作业、讨论、答疑、文件、交流、在线考试”七大功能模块与“师生交流”、“问卷调查”两个辅助模块，共同协助老师高效率完成各项教学工作。成都中医药大学立体化网络教学平台，发挥了网络课程学习平台的重大作用[4]。采用“翻转课堂”教学模式，同时借助我校的立体化网络教学平台，学生进行课下学习，很好地解决了《Java语言程序设计》课程课时不够的问题。（三） 项目实践1.团队组建。医院决策支持系统是一个较为综合、需要理论创新与实践能力相结合的项目。整个项目团队的组建根据项目的开发内容划分为不同的小组。学生根据自己的特长、兴趣和未来的发展方向自主选择加入到其中某个小组，承担该小组所负责的开发任务。该系统的开发团队具体划分为文档、UI、代码和数据处理共4个项目小组。同时，在实际的项目开发过程中，要求学生全面了解其他每个项目小组的内容。这样可以保证学生在实践中形成一个完整的体系，既全面掌握理论知识，又根据自身的兴趣爱好有了自己的发展方向。另外，将学生分组后，每个小组的开发均需与其他3个小组进行协作才能完成。这将对学生的团队协作起到非常好的训练作用。2.项目开发。CDIO培养模式强调以工程实践来培养学生的个人能力、人际交流能力和建造能力。这些能力的培养仅靠理论教学和独立实验是无法完成的。参与实际的项目开发过程，是培养学生工程实践能力的非常有效的方式。在“医院决策支持系统”的开发前期，由全体项目成员共同学习和调研，参考目前市面上已有决策支持系统的框架，并结合附近医院用户的需求和现有的开发条件对该项目进行前期的功能需求分析。在此基础上，由全体成员对该功能需求进行可行性评价，由老师做出技术方面的指导意见，进而形成完整的需求分析并完成系统设计。所有分析和设计结果由文档组整理成文，方便同学了解和学习。在需求分析和系统设计完成后，各组通过互联网补充学习软件各自负责方向的相关理论知识，并完成系统的详细设计。在详细设计阶段，团队要进行集中商讨，对系统做出详细的性能和规格说明。UI组根据软件划分的功能做出相应的动态和静态界面，绘制出工程蓝图，以便代码组和数据处理组能够根据它们写出实际的程序代码、设计出相应的数据库。在系统编写代码的实际过程中，要求程序编码有统一的、符合标准的编写规范，以方便后期对程序的维护和修改。在软件测试阶段，对发现的问题要进行单元测试、集中测试和系统测试，以保证软件的正常运行。在开发过程中，除了同学间的不定期交流外，项目小组坚持每周两次的定期集中交流和讨论，以解决开发过程中的问题并分配下一阶段的任务。（四） 考核方法CDIO培养模式在国际上历来有很高的适用度，这说明了工程教育的正确性。但在检验学生学习效果时，考核的方法也应该根据实际做出调整。医院决策支持系统项目的开发是一个完整的过程，仅靠期末考试并不能真实地反映出学生能力。因此，我院采用学分制和综合考评方式相结合的考核方法。一方面，在平时的理论课堂上通过笔试、期末考试、平时成绩、平时作业相结合，教师对该生做出综合性的评价。另一方面，让学生参加实际项目进行动手能力训练，并在项目考核中合格后取得一定学分；在“医院决策支持系统”项目的开发过程中，我对学生参与项目的情况（比如考勤、参与的子任务等）进行记载。在项目完成时，根据学生参与项目的情况以及完成任务的效果进行打分，打分合格的同学取得相应的CDIO项目训练学分。通过多元化的考核方法评价学生的知识掌握情况，更能全面反映学生的综合能力，更能检验教学效果。五 结语高校人才培养需要变革，对培养方式的借鉴和学习上更应该结合自身学校的特色、学生的特点做出相应的调整和改变。采用CDIO模式，使得学生一方面在课堂教学之后，通过动手开发项目能在课后“做中学”；另一方面，使学生能带着项目中的具体问题到理论课堂中去学习，进而使教学模式形成良性循环。在采用CDIO工程教育的培养模式下，因地制宜地训练学生的实际应用能力，并通过相应的考核方式评价学生的学习情况，这为应对理论教学和实际需求脱节等问题给出了很好的解决方案。参考文献[1] 马凯,刘伟,张红伟,等.医学信息工程专业现状分析及人才培养对策[J].医学信息学杂志,2016,37(10):87-90.[2] 胡珊珊,滕剑锋.医学信息管理专业学生计算机能力的培养[J].医学信息教育,2013,34(12):82-85.[3] 王志堂.基于CDIO理念的地方高校学生实践创新能力培养研究[J].实验室研究与探索,2017,36(7):220-224.[4] 陶瑞卿,温川飙,严小英,程爱景,卢敏.基于CDIO人才培养模式对课堂教学与实践教学的重构研究[J].成都中医药大学学报(教育科学版),2019,21(1):29-30[5] 方炫,徐琪.高校师范教育专业人才培养机制的研究现状与创新构想[J].教育现代化,2018,5(09):19-21+37.

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