CDIO人才培养模式下金工实习课程改革探索

李 蕊 ，王岩韬 ，贺 毅

（中国民航大学a.工程技术训练中心；b.空中交通管理学院，天津 300300）

高等教育是培养高水平、具有工程素质创新型人才，提高国民素质的重要阵地[1]。培养工程素质包括对学生责任意识、安全意识、质量意识、群体意识等方面的全面培养[2]。然而，中国的高等教育，特别是工程教育，普遍存在教育教学与社会需求脱节的问题。传统工程教学重理论轻实践；只注重知识的深度，不重视知识的应用；只局限于单独科目的建设，不重视学科的系统和整体规划；以单一的评分标准对学生进行考核，难以调动学生的创新思维。

以培养下一代工程师为目标的CDIO工程教育模式提供了新的教学方法[3]。2000年，由麻省理工学院连同瑞典3所顶尖工业大学共同倡导，全球23所大学参与[4]，经过4年研究，创立了CDIO工程教育理念[5]，CDIO理念的提出为工程教学的改革提供了有效可行的指导。中国民航大学从2009年开始进行CDIO工程教育改革的研究，并于2010年在电子信息工程专业进行试点，从教学理念、培养目标、教学内容、教学手段等方面进行全方位的改革。

工程教育体系中，工程训练课程是至关重要的教学环节，对提高学生工程实践能力和创新能力起到了不可替代的作用，其中金工实习作为理工类院校开展的一门基础理论和实践课程，将理论与实践紧密联系，是带领学生走进实践、走进生产的启蒙课程，也是工程训练框架下开设时间最早、最能体现工程训练特色的课程之一。中国民航大学工程技术训练中心承担全校理工类专业（包括飞行器动力工程、飞行器制造工程、通信工程、电子信息工程等）学生实训课程，开展包括金工实习在内的实践课程的教学工作。行业要求培养的工程师应当具备“理论基础扎实+实践能力突出+技术持续创新”的能力，培养出适应民航发展的技术集成型人才。但是，以往的金工实习教学存在教学内容不新颖、不完整，教学方式单一、以传统的“填鸭式”教学为主，缺乏学生自主学习的环节，大大限制了教学的效果和质量等问题。同时，随着航空技术不断发展、新材料、新工艺、新技术不断涌现，对金工实习课程提出新的要求，为适应新形势，课程需要进行重新思考定位，在培养民航类专业人才上发挥应有的作用，因此，以创新为导向、能力培养为目标的教学改革势在必行。

1 CDIO教学模式及其标准

1.1 CDIO的内涵

CDIO 代表着构思（conceive）、设计（design）、实施（implement）与运行（operate），它作为当前高等工程教育的一种人才培养理念，体现了现代工业产品的运行周期，包括从构思研发到运行改良乃至终结废弃的全过程。CDIO提出的12条标准描述了CDIO模式下工程教学的必要特征，为工程教学改革提供了最佳的参照模型。

1.2 CDIO标准

CDIO标准1明确指出工程教学的基本理念：采用“产品、生产流程、系统周期过程的原理，即构想-设计-实施-操作”作为工程教育的背景。CDIO标准2、3、4提出在工程教育中，系统设置课程，建立一个由相互支持的专业课程和集人际交往能力，产品、过程和系统建造能力为一体的方案所设计的课程计划。CDIO标准5、6指出建设必要的工程工作平台和实验室，能够支持和鼓励体验式地学习产品、生产流程、系统构建。CDIO标准7、8鼓励学生进行主动学习和综合学习，推动学生学习产品，学习与人合作交流的技巧。标准9、10指出发展教师自身能力和教学能力的必要性。CDIO标准11、12建议在以传统方式进行学生评价的同时，注重学生在学习经历，人际关系技巧，以及产品、生产流程中表现出的能力，进行综合的考核评价。

2 CDIO模式对课程改革的启示

2.1 大系统背景下倡导“做中学”的CDIO教学理念

CDIO标准1要求进行实践教学时，教学的重点不是内容的传授，而是面向实践，使学生在“做中学”，在工程项目的全过程中进行体会知识与知识间、知识与实践间的关联，正如温家宝总理讲的，“做中学才是真正的学，做中教才是真正的教”。

在传统金工实习课程中，教学内容围绕实习项目展开，依据训练中心的硬件条件制定教学计划，学生对单个工种进行独立的学习，先进加工工艺涉及甚少，使学生在知识体系建立上和理论学习系统性上存在不足。传统金工实习课程的教学方式通常为教师对单个工种的基本理论进行讲授，随后依据图纸对工程零件的加工过程进行阐述、说明加工过程中需要运用的基本技能，学生经基本技能训练后依据已设计完成的图纸进行操作，完成零件加工。这种教学过程将理论和实践进行简单的关联，学生只达到锻炼初级技能的效果。

基于CDIO教学标准1，中国民航大学对金工实习的教学内容进行了重新梳理，不再受实习条件的局限，在横向（涵盖的领域和范围）和纵向（发展历史）两个方面向学生介绍工业领域。向学生展现工业发展历史，从手工加工到自动化生产的历程，并针对中国民航大学的特色，更多地向学生介绍航空工业发展，配合其他基础和专业课程，介绍飞行器制造相关的实际问题。横向上，系统讲解工业领域涉及的各加工工艺，利用案例教学方式，以典型工业产品的制造过程为例，介绍工业加工流程及其所涵盖的各加工手段。在实习内容的设置上不局限于传统的冷、热加工所涉及的铸造、锻造、焊接、热处理、车、铣、刨、磨、钻、钳等方面内容的教学和实训，结合现代先进加工方法，增加加工中心、数控电火花线切割等实习项目，同时对不具有实训条件的先进工艺，如激光焊接、超声加工、精密制造、快速成型等开展理论介绍，开阔学生眼界、扩大认识的宽泛性。

在教学方式上，教师完成理论教学后，引导学生对典型零件进行自行设计，由学生自行完成“构想—设计—实施—操作”的全过程，在“做中学”，在“做中发现问题，解决问题”，不断完善设计方案。在此过程中，有效培养学生的创新能力、自主学习能力、沟通合作能力，在认知—实践—再认知—再实践的过程中，让学生更深刻地理解工程原理，最终达到通用能力的提高。

2.2 建设CDIO工作坊，提供自主学习的平台

以往实践课程的教学途径局限于课堂，绝大多数学生以完成任务、通过考试作为学习目标，学习积极性不高，学习效果差。学生参与各种创新竞赛、工程设计大赛时，缺乏实践场地，影响参赛效果。

工作平台和实验室可以为学生创造自主学习、自主实践的环境条件。中国民航大学工程技术训练中心积极适应新要求，筹建了CDIO工作坊。其中，钳工工作坊配备小型卧式车床、小型钻铣床、四工位钳工工作台，以及各种工、量具，学生在此可完成各种基本的机械加工操作和测试，将“构想、设计”在第一时间将进行实践，最大限度地提高学习效率。工作坊从建设初始，学生便参与一定的建设工作，开放以来学生自主管理，轮流值班，精心维护，利用率极高。

CDIO工作坊还为大学生参加工程训练大赛、大学生科技创新基金项目、课外科技竞赛等活动提供试验场所，学生在工作坊以轻松愉快的方式进行沟通交流，研讨实践。近年，中国民航大学在全国工程训练大赛、科技竞赛中均取得优秀成绩。

2.3 实施主动学习的新型教学方式

CDIO方法鼓励学生进行自主学习，研究证实：主动学习明显增强学生的学习积极性，鼓励学生参与思想交流和学术研讨等活动，学生的主动学习积极性会进一步激发。

在以往的金工教学过程中，由于实习条件和课时的限制，很多现代加工方法不能在课堂上进行详尽讲解及操作练习，然而先进加工方法更贴近现代企业生产实际，学生对现代加工手段也更感兴趣，学习积极性更高。缺乏现代加工方法理论的学习严重阻碍学生适应民航企业的需求。

经CDIO改革后，借助中国民航大学开展的Bb平台教学，教师可以将课上没有提到的先进加工手段和方法以幻灯片讲稿、视频等方式放在课程的教学网站上，供学生随时观看学习。同时，为进一步加强学生自主学习能力的锻炼，对于传统加工工艺的教学方式进行了调整，摆脱课本内容的限制，由学生自行搜集资料，通过网络、图书馆多渠道获得相关内容，获取知识，以小组讨论形式对知识进行梳理整合，并制作Word教学文案和PPT教学幻灯片，在课堂上进行讲解讨论。知识学习的过程，自发进行，主动完成。

2.4 探索综合的评价方法

在对学生进行评价时，许多教师使用传统方法进行教学测试，通过进行带有某种测试功能的方式，对课程某个部分知识熟练掌握程度或技能操作的熟练程度进行评价。但是学生是否真正掌握了各种复杂的知识和技能，对于工科学生来说是相当重要的。CDIO思想提倡“真正的评判”，对学习过程进行全面评价。传统的学习评价方法依然十分重要，同时还应探索其他非传统的学习评价方式，如学生的自我评价、口头测试、学习记录、作品展示、设计成果汇报。

3 基于CDIO模式教学改革的实践

3.1 改革总体方案

中国民航大学在CDIO金工实习改革过程中制定了详尽的改革方案，如图1所示，以实际工程案例教学为核心，由工程案例展现工业生产全过程，引出构思（conceive）、设计（design）、实施（implement）、运行（operate）思想；CDIO模式下的金工实习课程改革方案以设计、创新为目标，理论、实践有机结合；结合自主学习、案例教学、工程训练大赛等形式，培养学生工程实践能力；通过学生反馈、创新大赛等形式检验教学改革的成果。改革实施过程中，依托中国民航大学工程技术训练中心的厚重基础，组织优秀教师收集国内外各高校CDIO改革相关资料，制定符合中国民航大学特点的金工实习CDIO改革方案；并在中国民航大学2010级、2011级电子信息工程专业CDIO试验班中进行改革试点；改革效果通过课下交流、学生座谈等方式进行反馈，及时完善教学改革方案。

图1 CDIO教学模式下金工实习改革思路Fig.1 Innovation analysis of metal craft practice course based on CDIO training mode

3.2 改革具体实施情况

3.2.1 重新规划教学方案

中国民航大学工程技术训练中心对电子信息工程专业CDIO试点班的金工实习课程的教学工作进行了精密的部署，组织教师重新制定教学文件、修改教案和任课说明书，讨论改进教学方式。经实践，改革方案获得了试点班学生的广泛认可。

基于CDIO理念，根据中国民航大学实际情况，结合以往教学经验，教师重新编写了CDIO实验班金工实习课程的任课说明书和教案，如表1所示。新的教案和任课说明书以能力培养为目标，体现学生体验式学习、自主学习；强调对学生创新能力、团队能力、工程实践能力的锻炼；兼顾课程体系建设，综合运用工程制图、工程材料、工业导论课程的理论知识，完成零件设计、绘制图纸、撰写设计报告的任务，真正实现在“做中学”，在“做中重现知识，加深理论”。

3.2.2 丰富教学内容、完善教学体系

CDIO改革后的理论教学内容更加丰富，引入案例介绍，介绍航空器中典型零部件的加工制造过程，激发学生兴趣，使学生身临其境地感受现代生产制造的过程；增加数控加工的课时，添加现代加工工艺的介绍，使学生对现代工业生产具有更加全面的认识。实践表明，学生对于现代加工方法更感兴趣，学习积极性更高，教学效果更好。

3.2.3 完善教学方式、增加自主学习环节

CDIO改革后的教学方式更加多样化，课堂教学与课后Bb平台教学结合，教师讲授与学生自主讲解结合。Bb平台、电子邮箱已经成为课堂外师生间进行沟通的良好纽带，学生在设计中遇到的问题及时反馈，与教师进行讨论，共同解决问题。在教师讲解的基础上，将一部分理论内容布置给学生完成，课堂上，学生走上讲台将知识与其他同学分享，展示自身风采，克服以往课堂教学吸收率低、效果差的问题，对学生综合素质的全方位提高起到巨大帮助。

长期以来，各高等学校金工实习课钳工实习项目都是制作一端带鸭嘴的钳工锤，该项练习涉及到钳工各项基本操作，对基本技能进行全面练习。但在培养学生学习兴趣、提高学生综合能力方面存在严重欠缺。学生依据图纸上要求的制造材料、加工尺寸、加工形状进行实做练习，停留于最终结果的实施过程，对于锤子的用途、选材、结构思考甚少，学生的创新余地很小。

3.3 具体教学案例分析

图2 典型案例说明Fig.2 Explanation of typical case

表1 以能力培养为目标的CDIO金工实习任课说明书（部分）Tab.1 Teaching instructions of metal craft practice based on CDIO training mode

CDIO改革后的实践部分要求学生不再依据已有图纸进行简单的重复性练习，而是从需求出发，对典型零件进行设计、制造。考虑到CDIO试点班的学生多为大学一年级新生，仅进行了基础课的学习，同时考虑到课时的限制，在改革的第一阶段，零件的设计制造仅在钳工工种进行试验，积累经验后再推广至其他实践科目。根据CDIO理念，旨在提高学习主动性、全面培养学生工程实践能力，钳工实习课程由学生自主构思、设计，并实践完成手锤的制作。实施过程中，教师首先介绍钳工操作并进行技能练习，夯实基本理论、基本技能，随后向学生展示各种常用手锤图片，介绍使用范围，启发学生想象，提出命题以设计小组为单位从需求出发，对锤子的用途、选材、结构等方面进行手锤设计、完成制作。其中，按用途划分锤子可包括圆头锤、钳工锤、羊角锤等；按材质划分锤子可由钢材、塑料、皮革、木头等；锤头和锤柄的链接方式也包括焊接、螺纹链接、铆接、榫接等，学生对各方面因素进行构思后形成设计方案，最近进行实施。学生从源头进行设计，创新空间非常大。

课下学生组成设计小组讨论手锤设计方案，运用工程材料课程知识，对锤子进行合理选材；运用机械制图知识绘制图纸，同时，利用计算机CAD软件完成图纸终稿绘制；并结合工程导论和管理学知识撰写设计报告，阐述加工过程，分析可行性、经济性；最终制作讲义文稿PPT，课上以小组形式进行答辩；获得通过的手锤进行实践操作，存在问题的手锤继续改进。在这一过程中充分体现了“做中学”的教学理念，经过构思—设计—实施—运行全过程的训练，学生制作完成各具特色的手锤，如图3所示，同时，整合所学知识，培养创新意识，提高综合运用能力，在产品质量控制、团队合作能力、组织协调能力方面得到了真实的锻炼。

4 结语

图3 CDIO试验班学生自主设计制作的手锤Fig.3 Hammers designed and made by students of CDIO experimental class

金工实习课程CDIO教学改革获得了学生的广泛认可，但是全面理解和执行CDIO教学理念，将CDIO教学改革在金工实习课程全面推广还有很多问题亟待解决，例如，任课教师长期以来形成的教学理念和教学习惯很难在短时间内改变、实施创新设计的硬件条件还十分缺乏等。结合全校发展规划，突出中国民航大学专业特色，进行符合CDIO标准、具有民航大学特色的金工实习教学改革工作还有很长的路要走。CDIO模式为教学改革提出了全面的指引，CDIO教学大纲明确了教学改革的方法，这对中国民航大学完善实践教学，培养适应现代工程技术发展需要的人才具有重要的指导意义。

[1]陈金水，刘伯伟，张定昭.创建工程训练教学中心[J].实验室研究与探索，2004，23（5）：70-73.

[2]傅水根，严绍华，李双寿，等.创建国内领先的工程训练教学示范中心[J].实验技术与管理，2006，23（4）：1-2.

[3]林 艺.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈尔滨学院学报，2008，29（4）；137-140.

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