CDIO模式下工程材料教学的改革

刘丽　孙艳

摘要：根据CDIO工程教育模式，建立理论教学、实践教学和教师CDIO技能的工程材料教学体系。改进教学方法，生动直观地紧密结合工程实践教学。实践证明，教学改革优化了工程材料课堂教学结构，能够培养和激发学生学习的兴趣，提高课堂教学效率。

关键词：CDIO模式；工程材料；教学改革；学习兴趣

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）50-0119-02

一、引言

我国高等工科教育是培养与国际接轨的中国工程师，CDIO模式是现代工程教育领域先进的具有代表性的方法之一。《工程材料》是一门随着社会经济和材料技术进步而不断发展的学科，也是培养学生具有工程能力、独立分析能力和动手实践能力的综合课程[1，2]。目前，课程的理论性、实践性强，知识点较琐碎，学生缺乏实践经验和感性认识[3]，教学中的工程实践没得到重视。在欧美国家的工程教育中，重视工程实践训练和各种综合能力的培养[4]。我国的高职院校，以“就业为导向”，进行“基于工作过程、工结合、校企合作”的教学模式改革[5]。笔者在多年的教学工作中，将CDIO工程教育理念应用在工程材料教学工作中，建立理论教学、实践教学和教师CDIO技能的教学体系，即基于CDIO的人才培养方式。并在此基础上，提出了一些新设想且进行了实践。

二、CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式将全生命周期作为工科学生学习环境，代表构思、设计、实现和运作（CDIO，Conceive design implement operate），由工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四部分组成，通过12条检验测评标准为企业提供各种层次的合格人才。

《工程材料》课程涉及知识范围较广，其教学体系由理论教学（比如基本概念与基本原理）、实践教学（比如实践与工程应用）和教师CDIO技能提高三部分组成。通过改进绪论课、运用多媒体和启发发现式进行理论教学，校内实验与校外实习进行实践教学，建立一体化学科课程体系。

（一）理论教学

1.做好绪论教学，在绪论课时，运用多媒体、网络教学手段，通过观看大量高新技术领域图片资料，来吸引学生的直接兴趣。用PPT讲解人类社会工程材料的历史发展，例如石器时代（如石斧等）、铜器时代（如青铜鼎等）、铁器时代（如河北沧州铁狮子等）和现代（如神舟九号飞船等）的发展脉络，如图1所示。可归纳出从常见的金属材料到陶瓷等人工合成材料及复合材料的发展规律，了解了工程材料在机械、电子、建筑、化工和航空航天、军事等领域的应用，介绍高分子材料的快速发展与潜力；通过航空工业的螺旋桨式飞机、一般喷气式飞机和发展到现在的超音速空客飞机为例，通过陆地的螺旋桨式飞机、一般喷气式飞机和发展到现在的超音速空客飞机为例，从一个侧面向学生展示金属材料研究的巨大成就与重要意义。

这样，从一开始就提升学生学习的兴趣，使其今后能坚持努力、刻苦地学习“工程材料”课，避免感觉枯燥乏味从而产生抵触心理。通过几个年级的学生考试数据表明，对工程材料基本知识的把握程度越来越好。

2.运用各种教学方法，《工程材料》的多媒体教学，将抽象的工程知识形象化、具体化，突出了重点、淡化了难点，调动学生的积极性[6]。但是，多媒体教学也存在填鸭式教学，扼杀了学生创造的机会[7]。因此，采用多媒体教学和其他教学方法的有机结合，真正发挥多媒体教学的优点。在《工程材料》的教学中，在金属的结晶和材料选材与应用的章节，在网络上下载“提炼铁和提炼钢”和“龙泉剑的加工”等教学视频，使学生对金属的结晶和材料的加工过程有清晰的感官认识，从而巩固了所学知识点。在关键内容的部分（如铁碳合金相图），辅以适当的板书来强调铁碳合金相图的点、线和区的重要性，并且同学们要在黑板上亲自画出来，如图2所示。这样，多媒体教学方法和传统的板书的有机结合，充分考虑到学生的接受能力，调动了学生的学习兴趣。

采用启发式和发现式相结合的教学方法，创设情境，导入教学内容。在讲授“热加工与冷加工”理论之前，向学生提出这样的问题：“在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬；而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软。”在学生预习的基础上，教师进行启发发现式教学后，学生只需很少的时间就可充分理解并灵活运用。笔者在讲述为什么时，进行有意识的停顿，创设出鲜活的教学情境呈现在学生面前，启发学生积极参与，让学生与教师同步思维。

（二）实践教学

机械类专业的学生，主要从事企业的设计、制造和销售工作。在某种意义上，真实的案例是最好的工程教育环境。在CDIO学生实践场所这个平台下，将“项目驱动”模式纳入各个实践环节，增加实验课的实用性。将实践和理论环节结合，校内实验与校外生产实习有机结合[8]。如热处理概念包括表面热处理和普通热处理，普通热处理（如淬火与回火等）是易混淆、难掌握的内容，采用多媒体视频W18Cr4V刀具淬火、回火热处理工艺路线讲解，如图3所示。这样，通过联系刀具实际应用进行思考，可使学生充分理解淬火与回火等热处理概念。把工程设计中常用的材料知识、力学知识与具体零件设计结合起来，比如车床的演示及车床的工艺加工实验，C620车床主轴，要求综合机械性能一般、大端轴颈等部位耐磨性高，选材45钢，硬度220～250HB，轴颈52HRC，工艺路线为锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火+低温回火→磨削。把CDIO工程与课程实验结合起来，提高了学生的实际工作能力。

推广CDIO模式，除了学校办“卓越班”培养卓越工程师和在校办工厂进行校内实习之外，还利用企业的丰富资源和经验，进行校企合作，建立了云内动力、刀具研究所和工程机械有限公司等三个校外实习基地，通过CDIO“项目驱动”的形式，完成相应的校外实习基地实训。

（三）教师CDIO技能的提高endprint

心理学认为，兴趣是人认识需要的情绪表现。教师的一言一行，都会通过这样或那样的方式，对学生产生深远的影响。比如教师以第一人称方式亲切讲述，易于学生产生身临其境的感觉；比如学生身边较为常见的座椅板凳、床铺门窗等与工程材料有关的各种各样实例入手，将“材料”与“工程”真正结合起来；再比如寓思想教育于“工程材料”课程教学之中，传递正能量，寓教与乐。当然，学校应把握企业对人才的实际需求，将学校的一线老师培养成合格的工程师和项目经理，掌握适合于工程训练的企业实际项目案例，是实现CDIO工程教育模式的根本。素质教育，教师先为。在整个学校生活与教学中，提高教师CDIO技能，学生必须是积极主动的参与者，学生喜欢教师，老师热爱学生。一名优秀的教师，不应该只把课堂当作传承知识的场所，更应寓思想教育于课程教学之中。密切师生关系，使学生在轻松愉快、活跃的课堂气氛中构建学习兴趣和产生学习动机，与学生心里距离拉近，师生关系变得更融洽。作为教师，要有团队协作能力，学校各环节相互配合，CDIO工程教育才会开花结果。

三、结论

CDIO工程教育模式的核心是知识、能力和方法，教学改革的目的是培养学生工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力等。经济科技行业的发展和新兴产业的形成，要求我们在“工程材料”教学过程中，根据人才的培养目标、社会需求及学生的身心特点不断改变教学内容、教学方法。采用CDIO工程教育模式，让更多的学生受益。同时，课程体系的建设、学风的建立和培养师资队伍等问题，还需进一步探索。

参考文献：

[1]于永泗，齐民.机械工程材料[M].赵壁如，译.大连理工大学出版社，2010.

[2]张新胜，胡习兵，马远荣.土木工程材料教学体系建设探讨[J].高等建筑教育，2012，（21）：6.

[3]刘轩.浅谈如何加强高校实践教学环节的建设[J].新校园理论（上旬刊），2011，（7）：9.

[4]马晓梅，张剑飞，乔付.CDIO模式下高等工程教育的改革与探索[J].计算机教育，2010，（12）.

[5]张勇.CDIO模式与高职素质教育的关联性研究[J].职业教育研究，2013，（7）.

[6]陈向阳.《机械工程材料》教学改革初探[J].科技信息，2013，（02）.

[7]陈彦伶.探析多媒体教学的利与弊[N].学习方法报教研周刊，2011，（12）.

[8]郑瑞利.《机械工程材料》实验教学改革初探[J].机械管理开发，2012，（06）：174-176.endprint