基于CDIO的金屬工藝學(xué)課程體驗(yàn)式教學(xué)改革

李 蕊， 賀 毅

(中國(guó)民航大學(xué) 工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300)

·實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新·

基于CDIO的金屬工藝學(xué)課程體驗(yàn)式教學(xué)改革

李 蕊， 賀 毅

(中國(guó)民航大學(xué) 工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300)

金屬工藝學(xué)課程是面向工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門重要的理論課程，在培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力方面發(fā)揮重要作用。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)過程中存在的問題，基于CDIO工程教育模式，按照體驗(yàn)式教學(xué)方法，重新構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容。并以工程能力培養(yǎng)為主線，創(chuàng)建以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，實(shí)踐證明，改革后的課程更適應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要。

金屬工藝學(xué)； CDIO工程教學(xué)模式； 體驗(yàn)式教學(xué)

0 引 言

CDIO模式是新世紀(jì)國(guó)際工程教育改革的最新成果，它由美國(guó)麻省理工學(xué)院連同瑞典3所頂尖工業(yè)大學(xué)于2000年倡導(dǎo)創(chuàng)立。CDIO是Conceive(構(gòu)思)、Design(設(shè)計(jì))、Implement(實(shí)現(xiàn))、Operate(運(yùn)作)的首字母，代表了產(chǎn)品、系統(tǒng)或過程的整個(gè)生命周期的所有環(huán)節(jié)[1-2]。CDIO理念是在充分聽取學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、工程師和學(xué)生等各方面意見的基礎(chǔ)上形成的，適用于世界范圍內(nèi)的工科學(xué)校。CDIO工程教育模式自從2000年提出以來，經(jīng)過多年探索已被公認(rèn)為當(dāng)前國(guó)際工程教育改革中較為成功的教育模式。2005年，汕頭大學(xué)率先在我國(guó)進(jìn)行CDIO改革[3]。我校從2009年開始進(jìn)行CDIO工程教學(xué)教育改革工作。

從實(shí)施CDIO的學(xué)科專業(yè)來看，我國(guó)CDIO工程教育改革主要集中在“機(jī)械類、電氣類、化工類、土木類”等4大類專業(yè)，盡管已經(jīng)突破了CDIO最初應(yīng)用在機(jī)械、航空航天、電力和汽車專業(yè)的局限，但是在我國(guó)進(jìn)行的CDIO改革學(xué)科專業(yè)范圍還較窄[4]。實(shí)施CDIO教學(xué)改革的課程多集中在電工電子實(shí)訓(xùn)[5]、金工實(shí)習(xí)[6]、數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課[7]等實(shí)踐性的課程中，理論課程的CDIO改革實(shí)踐還較缺乏。

1 體驗(yàn)式教學(xué)一實(shí)施CDIO工程教育改革的重要組成

1.1 體驗(yàn)式教學(xué)概述

體驗(yàn)教學(xué)的建立可追溯到20世紀(jì)初，杜威放棄實(shí)驗(yàn)室的研究方法，而把真實(shí)的學(xué)校生活作為研究對(duì)象，他反對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)以教師、課堂、教材為中心，而主張教學(xué)應(yīng)以學(xué)生、活動(dòng)、經(jīng)驗(yàn)為中心[8]。體驗(yàn)式教學(xué)思想在我國(guó)有深厚的歷史淵源，“體驗(yàn)”的語(yǔ)義出自《淮南子. 氾論訓(xùn)》：“故圣人以身體之”?！冬F(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》中對(duì)“體驗(yàn)”的解釋是“通過實(shí)踐來認(rèn)識(shí)周圍的事情；親身經(jīng)歷”[8]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者們一致認(rèn)為，體驗(yàn)式教學(xué)的概念涉及的關(guān)鍵詞為體驗(yàn)、實(shí)踐、環(huán)境和經(jīng)歷。體驗(yàn)式教學(xué)是通過實(shí)踐來認(rèn)識(shí)周圍事物，用親身的經(jīng)歷去感知、理解、感悟、驗(yàn)證教學(xué)內(nèi)容的一種教學(xué)方法。體驗(yàn)式教學(xué)確保學(xué)生的主體地位，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的情感體驗(yàn)，利于學(xué)生對(duì)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的積累，利于學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維。體驗(yàn)式教學(xué)被認(rèn)為是素質(zhì)教育的理想選擇[9]。1999年，國(guó)家少工委鮮明地提出“在實(shí)踐中體驗(yàn)”的教育思想，從20世紀(jì)90年代中期開始，國(guó)內(nèi)展開了體驗(yàn)式教學(xué)的梳理和研究[8]。

1.2 體驗(yàn)式教學(xué)符合CDIO的“一體化”核心理念

“一體化”是CDIO工程教育模式的核心思想，它直接體現(xiàn)在CDIO標(biāo)準(zhǔn)3(一體化課程計(jì)劃)和標(biāo)準(zhǔn)8(一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn))[10]。CDIO模式下的一體化課程計(jì)劃是一種在整合工程學(xué)科知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和態(tài)度一體化培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)。

體驗(yàn)式教學(xué)方式符合“一體化”的人才培養(yǎng)思想，兩者存在深度契合。體驗(yàn)式教學(xué)過程常采用經(jīng)典的五段式教學(xué)方法，即“入境激情-對(duì)話怡情-探究動(dòng)情-實(shí)踐縱情-評(píng)述析情”[11]。五段式教學(xué)模式將各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目化設(shè)置，學(xué)生在學(xué)習(xí)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容(項(xiàng)目)完成包括構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、改進(jìn)和展示全過程的團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目研發(fā)。該方式將以學(xué)生作為主體，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從探索知識(shí)到實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)的全過程，把知識(shí)與能力整合在一起。從根本上說，體驗(yàn)式教學(xué)符合CDIO“一體化”教學(xué)思想。

1.3 體驗(yàn)式教學(xué)符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)要求

CDIO標(biāo)準(zhǔn)7、8、10關(guān)注教學(xué)環(huán)節(jié)，描述了提高教學(xué)質(zhì)量的方法。其中標(biāo)準(zhǔn)8指出，基于主動(dòng)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法的教與學(xué)[12]。主動(dòng)學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法不將重點(diǎn)放在被動(dòng)的信息傳遞上，而是放在讓學(xué)生更多地從事操作、運(yùn)用、分析上。

體驗(yàn)式教學(xué)是主動(dòng)性、經(jīng)驗(yàn)性地教與學(xué)方法的典范。它倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、探索知識(shí)、交流合作，改變教學(xué)過程中過分依賴教師、教材，突出知識(shí)的建構(gòu)，將課堂變成一個(gè)充分展示學(xué)生主體性與主動(dòng)性的學(xué)習(xí)情境。目前體驗(yàn)式教學(xué)作為一種有效的手段，已應(yīng)用在英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)編程、信息技術(shù)等理論課程的改革中[13]，是理論課程在CDIO工程教育模式下進(jìn)行改革探索的有效途徑。

2 CDIO模式下金屬工藝學(xué)課程體驗(yàn)式教學(xué)改革路線

2.1 金屬工藝學(xué)課程現(xiàn)狀

金工課程又稱工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)，由金屬工藝學(xué)和金工實(shí)習(xí)兩部分組成，是面向工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)的，極具特色的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容包括金屬材料及其性能、金屬熱加工(鑄造、鍛造、焊接、熱處理)，以及冷加工(切削加工)等理論知識(shí)[14]。金屬工藝學(xué)是該課程的理論部分，其內(nèi)容來源于生產(chǎn)實(shí)踐，是一門實(shí)踐性、綜合性、應(yīng)用性很強(qiáng)的理論課[15]。該課程是理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)連接的重要紐帶，其上承機(jī)械制圖、工程材料；下啟機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)；并與金工實(shí)習(xí)、維修實(shí)習(xí)緊密聯(lián)系，在整個(gè)課程體系中承上啟下，是建構(gòu)學(xué)生完整的知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力，至關(guān)重要的教學(xué)過程[16]，如圖1所示。針對(duì)學(xué)校培養(yǎng)航空航天類人才的需要，我校在該課程中還滲透了航空材料、飛機(jī)零件成形工藝與技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)零件選材、服役情況分析等與專業(yè)知識(shí)相關(guān)的內(nèi)容。但以往教學(xué)工作中，金屬工藝學(xué)課程遇到如下問題：

圖1 金屬工藝學(xué)課程的定位

(1) 金屬工藝學(xué)課程體系源于上世紀(jì)50年代，是借鑒前蘇聯(lián)相關(guān)體系基礎(chǔ)形成的。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的新材料、新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，金屬工藝學(xué)所涵蓋的內(nèi)容已越來越豐富。由單純講授金屬材料，擴(kuò)展到復(fù)合材料、功能材料；加工工藝已由傳統(tǒng)的冷、熱加工，擴(kuò)展到聲、光、電等特種加工方法；加工設(shè)備由傳統(tǒng)機(jī)床擴(kuò)展至數(shù)控機(jī)床、加工中心，不斷擴(kuò)充的教學(xué)內(nèi)容增加了教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。

(2) 金屬工藝學(xué)教學(xué)多采用傳統(tǒng)的“教師講”“學(xué)生聽”的課堂教學(xué)方式，缺乏學(xué)生自主參與，很難喚起學(xué)生的興趣和積極性。并且由于課程本身教學(xué)內(nèi)容面廣頭緒多，學(xué)生又多為大一新生，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)了解甚少，學(xué)習(xí)該課程時(shí)極為困難，課程教學(xué)質(zhì)量難以提高。針對(duì)上述問題，我校金屬工藝學(xué)課程進(jìn)行了一系列的改革探索，現(xiàn)將150145工業(yè)工程專業(yè)課程的改革情況進(jìn)行梳理。

2.2 金屬工藝學(xué)課程改革

金屬工藝學(xué)課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，適合開展CDIO教學(xué)模式改革[17]。對(duì)照CDIO標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)改革工作從課堂理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)方面展開，如圖2所示。理論教學(xué)部分簡(jiǎn)化基礎(chǔ)知識(shí)的講授，將淺顯易懂的教學(xué)內(nèi)容布置學(xué)生課下自主完成學(xué)習(xí)。課堂講解針對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容，授課形式采用體驗(yàn)式教學(xué)的五段式授課方法，授課過程中結(jié)合航空專業(yè)特色，增加案例介紹。此次教學(xué)改革在夯實(shí)基礎(chǔ)理論的同時(shí)，增加了實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、參觀環(huán)節(jié)，學(xué)有余力的學(xué)生還可借助CDIO工作坊進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。教學(xué)評(píng)價(jià)部分完善了考核方式，考察學(xué)生課程全過程的學(xué)習(xí)效果，這更加符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)11的要求。并建立教學(xué)反饋機(jī)制，通過課下交流、學(xué)生問卷調(diào)查等形式反饋教學(xué)效果，及時(shí)完善教學(xué)改革方案。

圖2 CDIO教學(xué)模式金屬工藝學(xué)體驗(yàn)式教學(xué)改革思路

3 CDIO教學(xué)模式下“體驗(yàn)式”教學(xué)方式改革實(shí)施

3.1 金屬工藝學(xué)課程理論教學(xué)部分的改革實(shí)踐

3.1.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容配置

面對(duì)金屬工藝學(xué)課程篇章多、內(nèi)容繁雜，而課時(shí)有限的現(xiàn)狀，如何優(yōu)化配置教學(xué)內(nèi)容，充分、高效地利用課堂教學(xué)時(shí)間，是教學(xué)改革亟需解決的問題之一。課堂教學(xué)的改革思路是簡(jiǎn)化基礎(chǔ)知識(shí)講解過程，以重難點(diǎn)知識(shí)為主，突出學(xué)習(xí)脈絡(luò)。以往課堂教學(xué)過程中基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)講解占用了大量時(shí)間，現(xiàn)將該部分內(nèi)容布置學(xué)生課下完成，教師將PPT、視頻等資源上傳至Bb平臺(tái)，自學(xué)過程中學(xué)生遇到的問題可通過電子郵件及時(shí)與教師取得溝通，并刪減陳舊、繁雜且應(yīng)用性差的教學(xué)內(nèi)容。

3.1.2 增加互動(dòng)式案例教學(xué)

以往金屬工藝學(xué)教學(xué)工作以教材為基礎(chǔ)，逐章節(jié)講解各知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容枯燥，不易理解，很難引起學(xué)生的興趣。教學(xué)改革結(jié)合學(xué)生的專業(yè)背景，增加案例介紹，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)新涌現(xiàn)的制造工藝加以簡(jiǎn)介。案例情境的引入使學(xué)生體驗(yàn)到所學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中的真實(shí)應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

例如，講解第一篇第二章晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生不易區(qū)分單晶體、多晶體的概念，對(duì)晶體結(jié)晶過程難以理解。針對(duì)這一問題，講授過程引入“中國(guó)突破發(fā)動(dòng)機(jī)單晶葉片核心技術(shù)打破壟斷”的案例，介紹中航工業(yè)自主研制的單晶葉片，并講解發(fā)動(dòng)機(jī)單晶葉片制造結(jié)晶過程，區(qū)分單晶葉片與多晶葉片的差異。學(xué)生在單晶葉片制備的教學(xué)情境中，直觀體驗(yàn)到單晶體與多晶體的區(qū)別，對(duì)晶體結(jié)晶過程有了全面認(rèn)識(shí)。又如在介紹第五篇切削加工時(shí)，學(xué)生對(duì)鉗工加工存在認(rèn)識(shí)的局限，對(duì)于整個(gè)篇章學(xué)習(xí)興趣較低。教學(xué)改革后引用“國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919制造過程中應(yīng)用鉗工工藝制造核心部件”的案例，該核心部件用銼刀手工銼削獲得，學(xué)生極為震撼。案例情境在教學(xué)過程中的應(yīng)用，使學(xué)生了解到產(chǎn)品由構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作的全過程。

3.1.3 完善授課方式

教學(xué)改革突出體現(xiàn)在轉(zhuǎn)變以往填鴨式教學(xué)模式，將金屬工藝學(xué)各篇章教學(xué)工作進(jìn)行項(xiàng)目化劃分，教學(xué)形式以“五段式”教學(xué)模式策劃。課前準(zhǔn)備階段，負(fù)責(zé)各章節(jié)的學(xué)生分成學(xué)習(xí)小組，各章節(jié)的理論知識(shí)以項(xiàng)目形式布置給學(xué)生。學(xué)生在組內(nèi)團(tuán)隊(duì)合作準(zhǔn)備素材，各組學(xué)生再共同策劃各章節(jié)(項(xiàng)目)的總體實(shí)施方案，并在課前進(jìn)行彩排改進(jìn)，教師在過程中監(jiān)督、引導(dǎo)。課堂教學(xué)階段，學(xué)生依次走上講臺(tái)對(duì)知識(shí)展開有情境設(shè)置的、相互聯(lián)系的課堂教學(xué)活動(dòng)。并對(duì)具備實(shí)驗(yàn)條件的理論內(nèi)容開展實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、參觀環(huán)節(jié)，最后由授課教師總結(jié)，評(píng)析，全過程如圖3所示。教學(xué)過程中，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式進(jìn)行自主探究式學(xué)習(xí)，教師起引導(dǎo)作用，促使學(xué)生完成依次構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-展示的全過程。

以第一篇第四章工業(yè)用鋼為例，該章節(jié)要求學(xué)生了解常用的工業(yè)用鋼，從各種鋼材的化學(xué)成分和微觀組織結(jié)構(gòu)入手，認(rèn)識(shí)鋼材在性能上的特點(diǎn)，理解各種鋼材的應(yīng)用范圍。教學(xué)過程中，將該項(xiàng)目的學(xué)生分為4組，分別在引入教學(xué)情境、對(duì)話探索、探究知識(shí)、實(shí)踐升華4個(gè)方面進(jìn)行準(zhǔn)備。課下學(xué)生預(yù)習(xí)了教材中的相關(guān)內(nèi)容，并利用互聯(lián)網(wǎng)資源、圖書館中文數(shù)據(jù)庫(kù)資源，搜集了眾多案例，隨后針對(duì)整個(gè)篇章展開構(gòu)思、設(shè)計(jì)，不斷排練改進(jìn)，最終在課堂上實(shí)現(xiàn)。

圖3 CDIO教學(xué)模式下金屬工藝學(xué)課程改革實(shí)施方案

(1) 引入教學(xué)情境。該章節(jié)課堂實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中，負(fù)責(zé)“引入教學(xué)情境”分組的學(xué)生代表首先站到講臺(tái)，分享了李克強(qiáng)總理2016年1月4日在山西太原座談會(huì)上的講話：“去年，我們?cè)阡撹F產(chǎn)量嚴(yán)重過剩的情況下，仍然進(jìn)口了一些特殊品類的高質(zhì)量鋼材。我們還不具備生產(chǎn)模具鋼的能力，包括圓珠筆頭上的“圓珠”，目前仍要進(jìn)口。”聽到這里，學(xué)生已經(jīng)被帶入總理講話的情境中，并對(duì)于鋼材產(chǎn)生了繼續(xù)探究的初始興趣。該同學(xué)繼續(xù)說“如果不是總理說出來，估計(jì)好多人不知道，我國(guó)年產(chǎn)400多億支圓珠筆，然而核心材料高度依賴進(jìn)口。據(jù)介紹，國(guó)外設(shè)備對(duì)原材料的要求相對(duì)更高，國(guó)產(chǎn)不銹鋼線材無法使用，必須依靠日本進(jìn)口易切削不銹鋼線材，……”經(jīng)過該學(xué)生生動(dòng)的引入教學(xué)情境環(huán)節(jié)，學(xué)生們已被充分激發(fā)求知欲望和學(xué)習(xí)熱情。

(2) 對(duì)話探索。負(fù)責(zé)“對(duì)話探索”分組的兩位學(xué)生代表來到講臺(tái)，對(duì)工業(yè)用鋼展開對(duì)話式的探索。設(shè)問1：“鋼材的力學(xué)性能(學(xué)生已學(xué)習(xí)材料力學(xué)性能章節(jié))千差萬別，應(yīng)用的場(chǎng)合各異，這是什么原因？”學(xué)生答“鋼是鐵和碳的合金，根據(jù)需要還會(huì)添加合金元素，化學(xué)成分不同，性能自然有差異?！痹O(shè)問2：“鋼材的這些差異有沒有規(guī)律可循呢？”學(xué)生答：“不同元素對(duì)鋼材性能的影響是有規(guī)律的，不同化學(xué)成分的鋼材在微觀組織上的區(qū)別決定了其性能的差異。”經(jīng)過兩次設(shè)問，學(xué)生已經(jīng)清晰認(rèn)知到該部分知識(shí)的學(xué)習(xí)脈絡(luò)“鋼材化學(xué)成分-組織-性能-應(yīng)用”四者的關(guān)系。

(3) 探究知識(shí)。經(jīng)過上述環(huán)節(jié)的引入探究，學(xué)生主體對(duì)知識(shí)的獲取產(chǎn)生強(qiáng)烈的欲望，達(dá)到“動(dòng)情”的狀態(tài)。負(fù)責(zé)“探究知識(shí)”分組的學(xué)生代表走上講臺(tái)，講解鋼材中各元素對(duì)性能的影響，各種化學(xué)成分鋼材微觀組織的差異，以及不同鋼材的性能特點(diǎn)及應(yīng)用。此后，授課教師總結(jié)上述知識(shí)，并介紹常用的航空用鋼，如應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸、曲軸的調(diào)質(zhì)鋼40CrNiMoA，用于制造起落架、機(jī)翼大梁等的超高強(qiáng)度鋼30CrMnSiNi2A等。此時(shí)，學(xué)生的情緒和思維已被帶入生產(chǎn)實(shí)踐的情境之中。

(4) 實(shí)踐升華。“實(shí)踐升華”的分組代表，介紹各種鋼材的顯微組織結(jié)構(gòu)可通過金相顯微鏡觀察到，鋼材的強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性等性能可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。該同學(xué)將實(shí)踐課的內(nèi)容、要求介紹給學(xué)生，并布置了下次實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)作業(yè)。學(xué)生通過前幾個(gè)階段的學(xué)習(xí)，獲得了知識(shí)，豐富了情感，鍛煉了能力。最后，教師對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)析，補(bǔ)充課程內(nèi)容。學(xué)生之間開展評(píng)析、學(xué)生自我也進(jìn)行評(píng)析，幫助學(xué)生認(rèn)清已有水平，發(fā)現(xiàn)自身不足，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。

3.2 金屬工藝學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)部分的改革實(shí)踐

“做中學(xué)(Learning by doing)”是CDIO工程教育改革的三個(gè)戰(zhàn)略之一，杜威指出“從做中學(xué)是比從聽中學(xué)更好的學(xué)習(xí)方法，做中學(xué)就是從活動(dòng)中學(xué)，從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)”[12]。“實(shí)踐縱情環(huán)節(jié)”是CDIO教學(xué)模式體驗(yàn)式教學(xué)方法與傳統(tǒng)理論教學(xué)方式最主要的區(qū)別之一。我校工程訓(xùn)練中心是國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，實(shí)習(xí)工廠配有各種機(jī)械制造設(shè)備，是學(xué)生參觀實(shí)踐的理想場(chǎng)地。工程中心于2012年建成“CDIO鉗工工作坊”，工作坊中配備了機(jī)械制造過程中常用的工具和設(shè)備，供學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。2014年，工程中心又建成了“航空材料維修工藝檢測(cè)與質(zhì)量分析實(shí)驗(yàn)室”，實(shí)驗(yàn)室中配置了金相顯微鏡、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度計(jì)等分析材料組織、性能的測(cè)試儀器。應(yīng)用上述設(shè)備，理論教學(xué)的各章節(jié)均可根據(jù)其特點(diǎn)開展實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐、參觀環(huán)節(jié)，使學(xué)生更直觀地認(rèn)識(shí)理論知識(shí)。第一篇第四章的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排兩個(gè)試驗(yàn)，區(qū)別傳統(tǒng)實(shí)踐課程，試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果需由學(xué)生親自探索獲得。

(1) 鋼的金相組織觀察實(shí)驗(yàn)。理論教學(xué)階段，學(xué)生已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)材料“成分-組織-性能”這三者之間的關(guān)系，該項(xiàng)目要求學(xué)生通過觀察金相組織區(qū)分鋼材試樣。學(xué)生學(xué)習(xí)如圖4(a)所示的金相顯微鏡的使用方法，并對(duì)如圖4(b)所示的3個(gè)鋼材試樣進(jìn)行觀察分析。結(jié)果顯示，外觀并無明顯差異的3個(gè)試樣，其顯微組織呈現(xiàn)極大的區(qū)別。試樣1在放大100、200、500倍下分別觀察到圖5所示的顯微組織照片，經(jīng)分析認(rèn)定該組織為鐵素體和少量分布的三次滲碳體，判定試樣為典型的工業(yè)純鐵(含碳量<0.0218%的鐵碳合金)。試樣2在金相顯微鏡下觀察到典型的珠光體組織形貌，即層片狀鐵素體與滲碳體交替出現(xiàn)，如圖6所示，試樣判定為共析鋼(含碳量0.77%的鐵碳合金)。試樣3在金相顯微鏡下觀察到共晶萊氏體，即珠光體與滲碳體的混合物，如圖7所示，此試樣為共晶鑄鐵(含碳量4.3%的鐵碳合金)。該實(shí)驗(yàn)使學(xué)生直觀觀察到不同材料微觀組織形貌的差別，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到材料化學(xué)成分與微觀組織的關(guān)系。

(a)

(b)

圖4 金屬組織形貌觀察設(shè)備及試樣

(a) 100×

(b) 200×

(c) 500×

(a) 100×

(b) 200×

(c) 500×

(a) 100×

(b) 200×

(c) 500×

(2) 力學(xué)性能測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)安排學(xué)生親自動(dòng)手操作如圖8a所示的便攜式里氏硬度測(cè)試儀，對(duì)鋼材試樣進(jìn)行硬度測(cè)試，并利用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)(如圖8b所示)對(duì)材料的沖擊韌性進(jìn)行測(cè)量。分析測(cè)試結(jié)果，學(xué)生獲得鐵碳合金隨碳含量的增加，硬度提高，韌性下降的結(jié)論，印證了理論教學(xué)的結(jié)果。實(shí)踐過程中，學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)，通過實(shí)踐證實(shí)理論知識(shí)的正確性。

3.3 金屬工藝學(xué)課程教學(xué)評(píng)價(jià)部分的改革實(shí)踐

CDIO標(biāo)準(zhǔn)11對(duì)學(xué)習(xí)考核做了闡述，考核應(yīng)考察學(xué)生在個(gè)人、人際交往能力及過程的建造能力等方面的學(xué)習(xí)效果。此次教學(xué)改革摒棄傳統(tǒng)理論課程考核以考試分?jǐn)?shù)簡(jiǎn)單評(píng)定學(xué)生的方式，多元化評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，增加平時(shí)成績(jī)比重，弱化期末考試分?jǐn)?shù)的比例。教師課下參與學(xué)生小組討論活動(dòng)，全方位考察學(xué)生在項(xiàng)目組內(nèi)的學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新思維等方面表現(xiàn)。使考核結(jié)果更全面地反映學(xué)生學(xué)習(xí)全過程的情況，考核按表1進(jìn)行。

(a)里氏硬度測(cè)試儀(b)沖擊試驗(yàn)機(jī)

圖8 力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備

表1 金屬工藝學(xué)考核比例

建立教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制方面，此次教學(xué)改革旨在從教師、學(xué)生、用人單位等多方面聽取教學(xué)意見。教師課后自身總結(jié)、發(fā)覺問題，定期開展教學(xué)研討會(huì)。學(xué)生通過課后交流及問卷調(diào)查反饋教學(xué)意見，反饋結(jié)果顯示學(xué)生普遍對(duì)該課程的改革給予認(rèn)可，主要反映在：① “五段式”授課方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)參與的熱情高。② 新增設(shè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)提高了學(xué)生的實(shí)踐技能、分析和解決問題的工程能力。理論與實(shí)踐相結(jié)合，縮短了學(xué)生與實(shí)際工程的距離。③ 學(xué)生的創(chuàng)新能力及創(chuàng)新自信心得到極大增強(qiáng)，有學(xué)生主動(dòng)聯(lián)系老師，提出申請(qǐng)參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、各種競(jìng)賽的意愿。學(xué)生也反映了課程改革中存在的一些問題，如自學(xué)環(huán)節(jié)占用了學(xué)生較多的課余時(shí)間，增加學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)；再如分組學(xué)習(xí)中，每個(gè)組都是由一兩個(gè)能力比較強(qiáng)的學(xué)生來支撐整個(gè)內(nèi)容，其他學(xué)生“搭便車”情況比較突出，教學(xué)改革工作后續(xù)還需要進(jìn)一步調(diào)整完善。

4 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前，各國(guó)教育界已從“重教”轉(zhuǎn)向“重學(xué)”，體驗(yàn)式教學(xué)順應(yīng)這一趨勢(shì)[18]，與CDIO工程教育改革理念完美契合，是理論課程實(shí)施CDIO改革的有效策略。結(jié)合學(xué)校發(fā)展規(guī)劃，突出我校專業(yè)特色，基于CDIO的金屬工藝學(xué)課程體驗(yàn)式教學(xué)改革工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。我們將繼續(xù)探索推進(jìn)金屬工藝學(xué)教學(xué)向更高層次發(fā)展，推動(dòng)學(xué)校工程教學(xué)改革，更好地服務(wù)于培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代民用航空所需的工程技術(shù)人才。

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Experiential Teaching Reform on Metallurgical Technology Course Based on CDIO Training Mode

LIRui,HEYi

(Engineering and Technology Training Center, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

Metallurgical technology is an important theoretical course for engineering students. This course is an important step for the training of talented personal with the ability of engineering practice and innovation. Facing on the problems of the traditional teaching in metallurgical technology, based on CDIO engineering training mode, the teaching content is reconstructed depending on the teaching mode of experiential teaching. Course design takes engineering capability cultivation as the main line. Students are treated as the main body, and the teachers as the guide in class, the reformed courses are much more suitable to the demands of applied talents training.

metallurgical technology; CDIO training mode; experiential teaching

2016-06-23

國(guó)家重大科技專項(xiàng)課題(2013ZX04001071)；中國(guó)民航大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目(CAUC-ETRN-2014-19)

李 蕊(1984-)，女，天津人，碩士，講師，研究方向：航空機(jī)械及制造。Tel.:13821201303；E-mail：ruili@cauc.edu.cn

TG 11；G 642.0

A

1006-7167(2017)06-0186-06