基于CDIO教学理念的金工教学方法改革与实践

邹芹+刘利刚+李艳国+于辉+李金良

[摘 要] 金属工艺学是工程专业类学生的一门重要的专业基础课，其授课内容多、课时少、实践性强，对工程意识的培养至关重要，如何提高其教学效果一直是金工教学工作者追求的目标。本文详细介绍了应用CDIO教学理念对金工课进行改革的方法和具体的实施步骤，展示了改革的效果和取得的成绩。

[关键词] 金属工艺学；CDIO；工程意识；教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2014）02-0093-03

0 引言

《金属工艺学》（简称金工）是一门研究金属性质、铸造、锻压、焊接和切削加工的综合性技术基础课，分为课堂理论讲授和实习操作两个教学环节。早在1981年张万昌就指出了《金属工艺学》课程是一门实践性很强的完整的系统的学科，在课程结构中又有工厂实习这个独特的组成环节，因此对培养工程技术人才是必不可少的[1]。1989年金南威发表文章讨论了美国法明德尔工学院的教学方法对我国金工教学改革的借鉴意义。他认为为适应金工课内容多、课时少的特点，应采用生动的讨论教学法，针对讨论课题学生课后做好技术报告；增加实验课比重，让学生多动手；考核应以平时成绩为主[2]。陈恒高等主张实习与理论教学同步进行，采用课堂、现场与电化综合型授课方式[3]。傅水根等在1996年就发表文章强调了电化教育在金工课程建设中的重要作用[4]。那运学等强调在金工课教学中要抓主线、抓本质、抓联系、抓特点、抓应用[5]。苏海青主张在金工课教学中要培养学生的“工程意识”，即将课本知识和工程实践及生产过程结合起来进行教学[6]。黄翔、彭少清等讨论了引导、启发式教学在金工教学中的重要作用及操作要素[7，8]。周书华提出了金工教学的和谐教学法，金工教学应使教师、学生、教材和方法之间达到和谐统一，从而提高教学效率和效果[9]。任新梅指出金工教学在课时少的情况下应通过演示、实验、实习、参观和电化教学等手段真正达到提高知识学习水平和实际技能的目的[10]。陆进琼、卢宝岩、王红英等就金工实训传统教学方法与学生实际学习之间日益显著的矛盾问题指出应加强如多媒体辅助教学等现代教学方法及教学手段的应用[11-13]。姜英和陈宗民就金工课对后续专业课学习的重要影响分析了过去金工课教学中存在的问题，介绍了教改中采用的有效措施，包括多媒体教学手段的应用、教学内容和考试方法的改进等。另外，详细阐述了网络教学应用于金工课的可行性和优越性[14]。

CDIO（conceive-构思，design-设计，implement-实施，operate-运行）由MIT和瑞典几所大学在Wallenburg基金会的资助下，经几十年的研究、探索和实践，于2004年创立。该教育模式是以产品、过程和系统的构思、设计、实施和运行全生命周期为背景的教育理念为载体，以CDIO教学大纲和标准为基础，让学生以主动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力，包括个人的科学和技术知识、终身学习能力和团队工作能力以及在社会及企业环境下建造产品和系统的能力。CDIO的教学大纲适合各种不同的工程专业，可作为所有工程专业的一个模型，以获得特定的学习效果。大纲由两个层次构成：第一层反映了工程师的职能，工程师作为一个训练有素的个体参与企业的某一工作过程，其目的是建造产品、过程和系统；第二层对内容进行细化，反映了当代工程专业实践与学术方面的内容。

众多的金工教育教学工作者均意识到金工教学对后续专业课程学习的重要性，对金工课的教学方法也进行了多年的改革与尝试，但并未从根本上解决本课程课时相对少、教学内容多及如何将授课内容与工程人才培养目标相结合、如何保证考核方式高效、公平等本质问题。本研究基于金工教学的上述问题，采用CDIO的教学理念，进行了针对工程专业类学生的金工教学改革。

1 基于CDIO模式的金工教改思路

为了实现理论教学与实习教学无缝结合，培养学生的工程意识，解决授课学时少、课程内容繁多等问题，应用CDIO教学理念对金工教学过程进行重新规划，主要包括“布置工艺设计任务”、“课堂授课并重点讲解教材内容与相关工艺设计任务的关系”、“学生参加与授课内容相关的实习训练”、“学生完成工艺设计任务规定内容的产品加工”、“实习答辩及理论课考试”及“成绩评定”6个环节。

2 CDIO模式金工教改的实施

基于CDIO理念的教学模式改革方案是一个有机的整体，各个环节之间需进行无缝的配合，才能达到预期的授课效果，具体实施过程如下。

1）布置工艺设计任务。授课教师在第一堂课就要给学生讲解金工课的课程结构，即金工课主要包括热加工和冷加工，热加工主要有铸造、塑性成型和焊接三部分，冷加工主要是机械加工和特种加工等内容。同时，授课教师需要提前制定10个不同工艺设计任务，每个任务要有可操作性并尽量做到多种加工工艺的配合使用。班长课后组织学生自觉分组，5～6名同学一组，设组长一名。每组自选一个工艺设计任务，班内任务不能雷同，鼓励学生对工艺设计任务进行创新。在整个工艺设计任务完成后每位同学的本环节成绩由组内其他同学共同打分，取平均成绩作为最终成绩，要求满分10分最多为2人，5人小组总分不超过42分，6人小组总分不超过52分。

2）课堂授课并重点讲解教材内容与相关工艺设计任务的关系。课堂授课是CDIO理念的金工教改实施的关键一环，受授课学时的限制，授课教师在相关内容讲解时要突出重点，旁征博引，注重多媒体教学方式的作用，同时利用引导式、启发式的授课方法，最重要的是要将授课内容与工程实际和金工实习训练的内容结合起来，说明授课内容在工程实际中的作用及实施注意事项，使学生在进行实习训练及相关工艺过程产品加工时有正确合理的思路。课堂授课环节强调学生的平时表现，课堂签到10次，布置2次平时作业及2次实验课。在整个授课过程的最后阶段要专门预留2～4个学时作为讨论课，让每组同学就本组选择的工艺设计任务进行具体工艺分析，其他同学以提问和建议的方式参与，最后授课教师负责把关并给出优化建议。

3）学生参加与授课内容相关的实习训练。实习工厂的现场实习训练是金工教学的另一个关键环节。在实习过程中，实习指导教师侧重设备介绍、操作演示等具体实践环节的讲解，授课教师负责相关理论知识的现场讲授。同时授课教师还要适时讲授各个实习环节与学生的工艺设计任务及相应产品加工过程的关系及实际操作时的注意要点等。学生除了按时参加实习训练外，还要认真完成实习作业。

4）学生完成工艺设计任务规定内容的产品加工。每组学生将工艺设计任务进行细化分解，每个学生按照自愿的原则负责产品的某一加工工序，如车削、铣削、磨削、焊接、热处理等均由专人负责。在课堂工艺讨论结束后一周内开始实施工艺规定产品的加工过程，加工过程中组内同学互相监督、协同合作，对其他同学的工作进行评价打分。最后，共同完成工艺设计内容产品的加工，同时做好工艺报告及答辩PPT讲解文件，准备答辩。

5）实习答辩及理论课考试。学生将工艺设计内容完成后，授课教师组织学生进行实习答辩。答辩时由2位任课教师及1位工厂实习指导教师组成答辩小组主持答辩会。每个小组组长负责整个工艺设计思路及实施方案的讲解，其他组内成员负责相应加工环节问题的回答及解释。最后答辩委员会教师给出答辩成绩。金工答辩后，进行金工理论课考试，考试类型为闭卷，满分100分。

6）成绩评定。成绩评定采用理论教学与实习分别评定的方式。理论课成绩主要由平时成绩和卷面成绩组成，具体比例为：课堂签到占5%，实验成绩占5%，平时作业成绩占10%，工艺设计方案成绩10%，卷面成绩70%（卷面成绩€？.7）。实习成绩的构成为：操作成绩占60%，实习纪律占10%，作业成绩占20%，答辩成绩占10%。

通过“布置工艺设计任务”和“课堂讲授并重点讲解教材内容与相关工艺设计任务的关系”两个环节可以培养学生独立构思和设计工艺方案的能力，这一点正好与CDIO的构思、设计环节相吻合，培养学生构思、设计工艺方案的能力。而“学生参加与授课内容相关的实习训练”和“学生完成工艺设计任务规定内容的产品加工”两个环节可以培养学生对工艺方案的实施能力，即工程实践的能力，此环节正好与CDIO的实施环节相吻合。通过“实习答辩及理论考试”和“成绩评定”两个环节，检测学生对各个环节实施的效果，从而确保CDIO各个环节在金工实习中的实施效果。

3 CDIO模式金工教改的实施效果

通过采用CDIO模式对金工教学进行改革，取得了非常好的教学效果。

1）学生的学习主动性提高，学习效果良好。学习过程中许多学生深有感慨，有的同学认为“通过教改，带着工艺设计任务去学习，感觉学习时有目标，而且老师把理论授课和实习结合了起来，好多枯燥的内容很容易弄明白，激发了学习兴趣。我们班分成了5个组，每个组都不甘落后，大家既互相学习又互相竞争，为了做出一个好的产品查阅了很多专业书籍，拓展了知识面，学到了很多教材上没有的知识”。还有同学认为“通过上金工课，我第一次发现一门枯燥的工科课程也可以这么有意思，大家在工艺设计过程中进行了一场无形的比赛，好多爱上网、打游戏的同学也不去玩了，都想通过努力做出属于自己的产品”。

2）学生通过率提高。CDIO的教学模式是以学生为主体、教师为主导，以平时表现为主要考核依据，同时采用多媒体教学，通过以工艺设计为主线的CDIO教学思路提高了学生的学习积极性，教学效果十分理想。以往金工实习的通过率较高，而理论课的通过率良莠不齐，整体通过率约80%。进行CDIO模式的教学改革后，理论教学的整体通过率接近100%，实习通过率也有了小幅提高。

3）教师的教学积极性提高。CDIO模式要求教师对热加工及冷加工有全面具体的把握，同时教师要为学生设计完整的工艺设计题目，这些具体的工艺过程对教师本身的业务能力提出了更高的要求，特别是促进了青年教师业务水平的提高，加快了他们的成长，这有利于金工教师队伍的建设。

4）有利于培养学生的工程意识和团队合作精神。CDIO的教学模式中工艺设计任务贯穿整个教学过程，并且最终通过学生努力和团队合作加工出了人生中的第一个亲自设计制作的产品。在整个产品的设计及制作过程中学生无形当中自觉地把工程意识融入到了工艺设计过程中，同时通过各个工序的协同配合培养了他们的团队合作精神。学生在毕业参加工作或以后从事研究生学习的过程中所从事的均是此类产品的设计、生产或完整的科研项目研究工作，这些都是提出项目、分析项目和项目具体实施的过程。通过教改，使学生在本科学习阶段就初步经历了一次完整的科研实训，为他们以后的成长奠定了坚实的基础。这一点可以从学生的就业率和用人单位的反馈反映出来，另外，本科生在考取国内一流科研院所的研究生时也很受青睐。

4 结束语

综上所述，基于CDIO教学理念的金工教学方法改革与实践主要包括6个步骤，与CDIO的构思、设计、实施和运行系统相吻合。通过采用CDIO模式对金工教学进行改革，取得了如下非常好的教学效果：学生的学习主动性提高，学习效果良好；学生通过率提高；教师的教学积极性提高；提高了学生的工程意识和团队合作精神。

参考文献

[1]张万昌，胡沛华.谈《金属工艺学》课程在培养工程师中的作用[J].清华大学教育研究，1981，（4）：25-31.

[2]金南威.从法明德尔工学院的教学大纲看我校金工课程的教学改革[J].西航教育，1989，（2）：75-78.

[3]陈恒高，丁元贺，宋来田.研究新的教学模式提高金工课的教学质量[J].黑龙江高教研究，1993，（6）：75-76.

[4]卢达溶，傅水根，马二恩.充分发挥电化教育在金工课程建设中的作用[J].现代教育技术，1996，（1）：15-17.

[5]那运学，梁军.金工课教学中“五抓”教学思想的贯彻[J].交通高教研究，1996，（3）：21.

[6]苏海青.发挥金工课在培养“工程意识”中的作用[J].技术教育学报，1998，9（3）：26-27.

[7]彭少清.金工课中启发式教学的探讨[J].南通职大教学研究， 1998，（3-4）：37-38.

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[9]周书华.和谐教学法在《金工》课教学中的应用[J].丽水师范专科学校学报，2000，22（5）：79-80.

[10]任新梅.金工教学之我见[J].河南电大，2000，（1）：40-41.

[11]陆进琼，包家福.运用MCAI_改革金工教学内容[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2002，24（增刊）：93-94.

[12]卢宝岩，周振堂.《金工》课教学改革的探讨[J].白城师范学院学报，2003，17（1）：54-55.

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