基于CDIO教學(xué)理念的金工教學(xué)方法改革與實(shí)踐

鄒芹+劉利剛+李艷國(guó)+于輝+李金良

[摘 要] 金屬工藝學(xué)是工程專業(yè)類學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其授課內(nèi)容多、課時(shí)少、實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)工程意識(shí)的培養(yǎng)至關(guān)重要，如何提高其教學(xué)效果一直是金工教學(xué)工作者追求的目標(biāo)。本文詳細(xì)介紹了應(yīng)用CDIO教學(xué)理念對(duì)金工課進(jìn)行改革的方法和具體的實(shí)施步驟，展示了改革的效果和取得的成績(jī)。

[關(guān)鍵詞] 金屬工藝學(xué)；CDIO；工程意識(shí)；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 1005-4634（2014）02-0093-03

0 引言

《金屬工藝學(xué)》（簡(jiǎn)稱金工）是一門研究金屬性質(zhì)、鑄造、鍛壓、焊接和切削加工的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課，分為課堂理論講授和實(shí)習(xí)操作兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。早在1981年張萬(wàn)昌就指出了《金屬工藝學(xué)》課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的完整的系統(tǒng)的學(xué)科，在課程結(jié)構(gòu)中又有工廠實(shí)習(xí)這個(gè)獨(dú)特的組成環(huán)節(jié)，因此對(duì)培養(yǎng)工程技術(shù)人才是必不可少的[1]。1989年金南威發(fā)表文章討論了美國(guó)法明德爾工學(xué)院的教學(xué)方法對(duì)我國(guó)金工教學(xué)改革的借鑒意義。他認(rèn)為為適應(yīng)金工課內(nèi)容多、課時(shí)少的特點(diǎn)，應(yīng)采用生動(dòng)的討論教學(xué)法，針對(duì)討論課題學(xué)生課后做好技術(shù)報(bào)告；增加實(shí)驗(yàn)課比重，讓學(xué)生多動(dòng)手；考核應(yīng)以平時(shí)成績(jī)?yōu)橹鱗2]。陳恒高等主張實(shí)習(xí)與理論教學(xué)同步進(jìn)行，采用課堂、現(xiàn)場(chǎng)與電化綜合型授課方式[3]。傅水根等在1996年就發(fā)表文章強(qiáng)調(diào)了電化教育在金工課程建設(shè)中的重要作用[4]。那運(yùn)學(xué)等強(qiáng)調(diào)在金工課教學(xué)中要抓主線、抓本質(zhì)、抓聯(lián)系、抓特點(diǎn)、抓應(yīng)用[5]。蘇海青主張?jiān)诮鸸ふn教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的“工程意識(shí)”，即將課本知識(shí)和工程實(shí)踐及生產(chǎn)過(guò)程結(jié)合起來(lái)進(jìn)行教學(xué)[6]。黃翔、彭少清等討論了引導(dǎo)、啟發(fā)式教學(xué)在金工教學(xué)中的重要作用及操作要素[7，8]。周書華提出了金工教學(xué)的和諧教學(xué)法，金工教學(xué)應(yīng)使教師、學(xué)生、教材和方法之間達(dá)到和諧統(tǒng)一，從而提高教學(xué)效率和效果[9]。任新梅指出金工教學(xué)在課時(shí)少的情況下應(yīng)通過(guò)演示、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、參觀和電化教學(xué)等手段真正達(dá)到提高知識(shí)學(xué)習(xí)水平和實(shí)際技能的目的[10]。陸進(jìn)瓊、盧寶巖、王紅英等就金工實(shí)訓(xùn)傳統(tǒng)教學(xué)方法與學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)之間日益顯著的矛盾問(wèn)題指出應(yīng)加強(qiáng)如多媒體輔助教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)方法及教學(xué)手段的應(yīng)用[11-13]。姜英和陳宗民就金工課對(duì)后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)的重要影響分析了過(guò)去金工課教學(xué)中存在的問(wèn)題，介紹了教改中采用的有效措施，包括多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用、教學(xué)內(nèi)容和考試方法的改進(jìn)等。另外，詳細(xì)闡述了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用于金工課的可行性和優(yōu)越性[14]。

CDIO（conceive-構(gòu)思，design-設(shè)計(jì)，implement-實(shí)施，operate-運(yùn)行）由MIT和瑞典幾所大學(xué)在Wallenburg基金會(huì)的資助下，經(jīng)幾十年的研究、探索和實(shí)踐，于2004年創(chuàng)立。該教育模式是以產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行全生命周期為背景的教育理念為載體，以CDIO教學(xué)大綱和標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間具有有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)和獲取工程能力，包括個(gè)人的科學(xué)和技術(shù)知識(shí)、終身學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)工作能力以及在社會(huì)及企業(yè)環(huán)境下建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力。CDIO的教學(xué)大綱適合各種不同的工程專業(yè)，可作為所有工程專業(yè)的一個(gè)模型，以獲得特定的學(xué)習(xí)效果。大綱由兩個(gè)層次構(gòu)成：第一層反映了工程師的職能，工程師作為一個(gè)訓(xùn)練有素的個(gè)體參與企業(yè)的某一工作過(guò)程，其目的是建造產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)；第二層對(duì)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，反映了當(dāng)代工程專業(yè)實(shí)踐與學(xué)術(shù)方面的內(nèi)容。

眾多的金工教育教學(xué)工作者均意識(shí)到金工教學(xué)對(duì)后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要性，對(duì)金工課的教學(xué)方法也進(jìn)行了多年的改革與嘗試，但并未從根本上解決本課程課時(shí)相對(duì)少、教學(xué)內(nèi)容多及如何將授課內(nèi)容與工程人才培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合、如何保證考核方式高效、公平等本質(zhì)問(wèn)題。本研究基于金工教學(xué)的上述問(wèn)題，采用CDIO的教學(xué)理念，進(jìn)行了針對(duì)工程專業(yè)類學(xué)生的金工教學(xué)改革。

1 基于CDIO模式的金工教改思路

為了實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)習(xí)教學(xué)無(wú)縫結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，解決授課學(xué)時(shí)少、課程內(nèi)容繁多等問(wèn)題，應(yīng)用CDIO教學(xué)理念對(duì)金工教學(xué)過(guò)程進(jìn)行重新規(guī)劃，主要包括“布置工藝設(shè)計(jì)任務(wù)”、“課堂授課并重點(diǎn)講解教材內(nèi)容與相關(guān)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)系”、“學(xué)生參加與授課內(nèi)容相關(guān)的實(shí)習(xí)訓(xùn)練”、“學(xué)生完成工藝設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定內(nèi)容的產(chǎn)品加工”、“實(shí)習(xí)答辯及理論課考試”及“成績(jī)?cè)u(píng)定”6個(gè)環(huán)節(jié)。

2 CDIO模式金工教改的實(shí)施

基于CDIO理念的教學(xué)模式改革方案是一個(gè)有機(jī)的整體，各個(gè)環(huán)節(jié)之間需進(jìn)行無(wú)縫的配合，才能達(dá)到預(yù)期的授課效果，具體實(shí)施過(guò)程如下。

1）布置工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。授課教師在第一堂課就要給學(xué)生講解金工課的課程結(jié)構(gòu)，即金工課主要包括熱加工和冷加工，熱加工主要有鑄造、塑性成型和焊接三部分，冷加工主要是機(jī)械加工和特種加工等內(nèi)容。同時(shí)，授課教師需要提前制定10個(gè)不同工藝設(shè)計(jì)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)要有可操作性并盡量做到多種加工工藝的配合使用。班長(zhǎng)課后組織學(xué)生自覺(jué)分組，5～6名同學(xué)一組，設(shè)組長(zhǎng)一名。每組自選一個(gè)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)，班內(nèi)任務(wù)不能雷同，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行創(chuàng)新。在整個(gè)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)完成后每位同學(xué)的本環(huán)節(jié)成績(jī)由組內(nèi)其他同學(xué)共同打分，取平均成績(jī)作為最終成績(jī)，要求滿分10分最多為2人，5人小組總分不超過(guò)42分，6人小組總分不超過(guò)52分。

2）課堂授課并重點(diǎn)講解教材內(nèi)容與相關(guān)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)系。課堂授課是CDIO理念的金工教改實(shí)施的關(guān)鍵一環(huán)，受授課學(xué)時(shí)的限制，授課教師在相關(guān)內(nèi)容講解時(shí)要突出重點(diǎn)，旁征博引，注重多媒體教學(xué)方式的作用，同時(shí)利用引導(dǎo)式、啟發(fā)式的授課方法，最重要的是要將授課內(nèi)容與工程實(shí)際和金工實(shí)習(xí)訓(xùn)練的內(nèi)容結(jié)合起來(lái)，說(shuō)明授課內(nèi)容在工程實(shí)際中的作用及實(shí)施注意事項(xiàng)，使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)習(xí)訓(xùn)練及相關(guān)工藝過(guò)程產(chǎn)品加工時(shí)有正確合理的思路。課堂授課環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)，課堂簽到10次，布置2次平時(shí)作業(yè)及2次實(shí)驗(yàn)課。在整個(gè)授課過(guò)程的最后階段要專門預(yù)留2～4個(gè)學(xué)時(shí)作為討論課，讓每組同學(xué)就本組選擇的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體工藝分析，其他同學(xué)以提問(wèn)和建議的方式參與，最后授課教師負(fù)責(zé)把關(guān)并給出優(yōu)化建議。

3）學(xué)生參加與授課內(nèi)容相關(guān)的實(shí)習(xí)訓(xùn)練。實(shí)習(xí)工廠的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)訓(xùn)練是金工教學(xué)的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師側(cè)重設(shè)備介紹、操作演示等具體實(shí)踐環(huán)節(jié)的講解，授課教師負(fù)責(zé)相關(guān)理論知識(shí)的現(xiàn)場(chǎng)講授。同時(shí)授課教師還要適時(shí)講授各個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)與學(xué)生的工藝設(shè)計(jì)任務(wù)及相應(yīng)產(chǎn)品加工過(guò)程的關(guān)系及實(shí)際操作時(shí)的注意要點(diǎn)等。學(xué)生除了按時(shí)參加實(shí)習(xí)訓(xùn)練外，還要認(rèn)真完成實(shí)習(xí)作業(yè)。

4）學(xué)生完成工藝設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定內(nèi)容的產(chǎn)品加工。每組學(xué)生將工藝設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行細(xì)化分解，每個(gè)學(xué)生按照自愿的原則負(fù)責(zé)產(chǎn)品的某一加工工序，如車削、銑削、磨削、焊接、熱處理等均由專人負(fù)責(zé)。在課堂工藝討論結(jié)束后一周內(nèi)開始實(shí)施工藝規(guī)定產(chǎn)品的加工過(guò)程，加工過(guò)程中組內(nèi)同學(xué)互相監(jiān)督、協(xié)同合作，對(duì)其他同學(xué)的工作進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。最后，共同完成工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容產(chǎn)品的加工，同時(shí)做好工藝報(bào)告及答辯PPT講解文件，準(zhǔn)備答辯。

5）實(shí)習(xí)答辯及理論課考試。學(xué)生將工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容完成后，授課教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)答辯。答辯時(shí)由2位任課教師及1位工廠實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師組成答辯小組主持答辯會(huì)。每個(gè)小組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)整個(gè)工藝設(shè)計(jì)思路及實(shí)施方案的講解，其他組內(nèi)成員負(fù)責(zé)相應(yīng)加工環(huán)節(jié)問(wèn)題的回答及解釋。最后答辯委員會(huì)教師給出答辯成績(jī)。金工答辯后，進(jìn)行金工理論課考試，考試類型為閉卷，滿分100分。

6）成績(jī)?cè)u(píng)定。成績(jī)?cè)u(píng)定采用理論教學(xué)與實(shí)習(xí)分別評(píng)定的方式。理論課成績(jī)主要由平時(shí)成績(jī)和卷面成績(jī)組成，具體比例為：課堂簽到占5%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占5%，平時(shí)作業(yè)成績(jī)占10%，工藝設(shè)計(jì)方案成績(jī)10%，卷面成績(jī)70%（卷面成績(jī)€？.7）。實(shí)習(xí)成績(jī)的構(gòu)成為：操作成績(jī)占60%，實(shí)習(xí)紀(jì)律占10%，作業(yè)成績(jī)占20%，答辯成績(jī)占10%。

通過(guò)“布置工藝設(shè)計(jì)任務(wù)”和“課堂講授并重點(diǎn)講解教材內(nèi)容與相關(guān)工藝設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)系”兩個(gè)環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立構(gòu)思和設(shè)計(jì)工藝方案的能力，這一點(diǎn)正好與CDIO的構(gòu)思、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)相吻合，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計(jì)工藝方案的能力。而“學(xué)生參加與授課內(nèi)容相關(guān)的實(shí)習(xí)訓(xùn)練”和“學(xué)生完成工藝設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定內(nèi)容的產(chǎn)品加工”兩個(gè)環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工藝方案的實(shí)施能力，即工程實(shí)踐的能力，此環(huán)節(jié)正好與CDIO的實(shí)施環(huán)節(jié)相吻合。通過(guò)“實(shí)習(xí)答辯及理論考試”和“成績(jī)?cè)u(píng)定”兩個(gè)環(huán)節(jié)，檢測(cè)學(xué)生對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施的效果，從而確保CDIO各個(gè)環(huán)節(jié)在金工實(shí)習(xí)中的實(shí)施效果。

3 CDIO模式金工教改的實(shí)施效果

通過(guò)采用CDIO模式對(duì)金工教學(xué)進(jìn)行改革，取得了非常好的教學(xué)效果。

1）學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高，學(xué)習(xí)效果良好。學(xué)習(xí)過(guò)程中許多學(xué)生深有感慨，有的同學(xué)認(rèn)為“通過(guò)教改，帶著工藝設(shè)計(jì)任務(wù)去學(xué)習(xí)，感覺(jué)學(xué)習(xí)時(shí)有目標(biāo)，而且老師把理論授課和實(shí)習(xí)結(jié)合了起來(lái)，好多枯燥的內(nèi)容很容易弄明白，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。我們班分成了5個(gè)組，每個(gè)組都不甘落后，大家既互相學(xué)習(xí)又互相競(jìng)爭(zhēng)，為了做出一個(gè)好的產(chǎn)品查閱了很多專業(yè)書籍，拓展了知識(shí)面，學(xué)到了很多教材上沒(méi)有的知識(shí)”。還有同學(xué)認(rèn)為“通過(guò)上金工課，我第一次發(fā)現(xiàn)一門枯燥的工科課程也可以這么有意思，大家在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了一場(chǎng)無(wú)形的比賽，好多愛(ài)上網(wǎng)、打游戲的同學(xué)也不去玩了，都想通過(guò)努力做出屬于自己的產(chǎn)品”。

2）學(xué)生通過(guò)率提高。CDIO的教學(xué)模式是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，以平時(shí)表現(xiàn)為主要考核依據(jù)，同時(shí)采用多媒體教學(xué)，通過(guò)以工藝設(shè)計(jì)為主線的CDIO教學(xué)思路提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)效果十分理想。以往金工實(shí)習(xí)的通過(guò)率較高，而理論課的通過(guò)率良莠不齊，整體通過(guò)率約80%。進(jìn)行CDIO模式的教學(xué)改革后，理論教學(xué)的整體通過(guò)率接近100%，實(shí)習(xí)通過(guò)率也有了小幅提高。

3）教師的教學(xué)積極性提高。CDIO模式要求教師對(duì)熱加工及冷加工有全面具體的把握，同時(shí)教師要為學(xué)生設(shè)計(jì)完整的工藝設(shè)計(jì)題目，這些具體的工藝過(guò)程對(duì)教師本身的業(yè)務(wù)能力提出了更高的要求，特別是促進(jìn)了青年教師業(yè)務(wù)水平的提高，加快了他們的成長(zhǎng)，這有利于金工教師隊(duì)伍的建設(shè)。

4）有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神。CDIO的教學(xué)模式中工藝設(shè)計(jì)任務(wù)貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，并且最終通過(guò)學(xué)生努力和團(tuán)隊(duì)合作加工出了人生中的第一個(gè)親自設(shè)計(jì)制作的產(chǎn)品。在整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制作過(guò)程中學(xué)生無(wú)形當(dāng)中自覺(jué)地把工程意識(shí)融入到了工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，同時(shí)通過(guò)各個(gè)工序的協(xié)同配合培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)生在畢業(yè)參加工作或以后從事研究生學(xué)習(xí)的過(guò)程中所從事的均是此類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)或完整的科研項(xiàng)目研究工作，這些都是提出項(xiàng)目、分析項(xiàng)目和項(xiàng)目具體實(shí)施的過(guò)程。通過(guò)教改，使學(xué)生在本科學(xué)習(xí)階段就初步經(jīng)歷了一次完整的科研實(shí)訓(xùn)，為他們以后的成長(zhǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這一點(diǎn)可以從學(xué)生的就業(yè)率和用人單位的反饋反映出來(lái)，另外，本科生在考取國(guó)內(nèi)一流科研院所的研究生時(shí)也很受青睞。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于CDIO教學(xué)理念的金工教學(xué)方法改革與實(shí)踐主要包括6個(gè)步驟，與CDIO的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行系統(tǒng)相吻合。通過(guò)采用CDIO模式對(duì)金工教學(xué)進(jìn)行改革，取得了如下非常好的教學(xué)效果：學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性提高，學(xué)習(xí)效果良好；學(xué)生通過(guò)率提高；教師的教學(xué)積極性提高；提高了學(xué)生的工程意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬(wàn)昌，胡沛華.談《金屬工藝學(xué)》課程在培養(yǎng)工程師中的作用[J].清華大學(xué)教育研究，1981，（4）：25-31.

[2]金南威.從法明德爾工學(xué)院的教學(xué)大綱看我校金工課程的教學(xué)改革[J].西航教育，1989，（2）：75-78.

[3]陳恒高，丁元賀，宋來(lái)田.研究新的教學(xué)模式提高金工課的教學(xué)質(zhì)量[J].黑龍江高教研究，1993，（6）：75-76.

[4]盧達(dá)溶，傅水根，馬二恩.充分發(fā)揮電化教育在金工課程建設(shè)中的作用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，1996，（1）：15-17.

[5]那運(yùn)學(xué)，梁軍.金工課教學(xué)中“五抓”教學(xué)思想的貫徹[J].交通高教研究，1996，（3）：21.

[6]蘇海青.發(fā)揮金工課在培養(yǎng)“工程意識(shí)”中的作用[J].技術(shù)教育學(xué)報(bào)，1998，9（3）：26-27.

[7]彭少清.金工課中啟發(fā)式教學(xué)的探討[J].南通職大教學(xué)研究， 1998，（3-4）：37-38.

[8]黃祥.提高金工教學(xué)效率的途徑[J].杭州教育學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，（4）：124-125.

[9]周書華.和諧教學(xué)法在《金工》課教學(xué)中的應(yīng)用[J].麗水師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2000，22（5）：79-80.

[10]任新梅.金工教學(xué)之我見[J].河南電大，2000，（1）：40-41.

[11]陸進(jìn)瓊，包家福.運(yùn)用MCAI_改革金工教學(xué)內(nèi)容[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2002，24（增刊）：93-94.

[12]盧寶巖，周振堂.《金工》課教學(xué)改革的探討[J].白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，17（1）：54-55.

[13]王紅英，李志軍，陳裴明.現(xiàn)代教育技術(shù)在金工實(shí)訓(xùn)課中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究，2006，（11）：156-157.

[14]姜英，陳宗民.金屬工藝學(xué)課程教學(xué)研究[J].鑄造設(shè)備與工藝，2009，（2）：55-56.