基于CDIO 模式的实践类课程教学应用研究

陈 诗 祁 超

（[1]陕西师范大学计算机科学学院 陕西·西安 710119；[2]陕西汉中市汉台中学 陕西·汉中 723000）

0 引言

近年来，CDIO 工程教育模式在国际教育领域取得了巨大成果，在我国各大高校实践类课程教学中也得到了大力推广和发展。CDIO 理念包括了构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）四部分，强调“做中学”和“基于项目式的学习”，树立“以学生为中心”的新观念，激发学生主动学习。在CDIO 教育理念的指导下，教学内容循序渐进，逐层展开。在课堂教学中，采取翻转课堂、线上教学相结合的双重模式；在实践操作中，以实训项目为主，强调学生自主动手实践；在仿真运作中，以团体合作为主，提升协作能力和工程系统能力。[1]

为了应对新的经济挑战，服务国家高速发展的科技需求，响应“中国制造2025”国家战略，高校人才培养形成了新工科理念，各学校大力开展实践类课程建设，力争为社会培养更多应用型技术人才。其中3D 打印作为一种全新的快速成型技术，完全颠覆了传统加工制造行业减材制造的理念和模式，成为世界各国重点关注的实践类课题。我国各大高校纷纷开设相关课程，并由高校逐步向中学普及。目前我国制造业人才缺口巨大，其中3D 打印应用型人才更是供不应求，这些应用型人才主要来自于各大高校，[2]是未来社会的建设者和接班人，因此，加强3D 打印课程建设，是我国跻身世界科技强国的重要举措之一。

1 3D 打印课程教学现状

我国3D 打印教育起步相对较晚，普及范围还停留在个别发达地区。在国际范围内的竞争力、抗风险能力和技术创新能力等与发达国家相比还存在一定的差距。[3]在理论研究向实际应用转化方面还存在一些问题。

1.1 教学方面

目前，虽然一些高等院校和职业院校已经开始重视3D 打印，但大多都是挂靠在机械相关专业下，没有完整的课程体系指导。主要教学内容为三维建模软件的使用和机械模具制造。教学形式单一，深入性不够，缺乏创新转化的内在动力。

1.2 评价方面

评价模式依然采用传统课堂的考勤成绩和卷面成绩相结合的方式，忽略了3D 打印教学创新实践的特质。只重视结果，不重视过程，对学生在学习过程中体现出的创新能力、实践能力、团队合作等综合性能力评价不到位。教师也无法根据评价真正掌握学生的学习情况，一定程度上影响了教学效果。

2 CDIO 理念下的3D 打印教学设计

根据目前3D 打印教学中存在的问题，结合CDIO 工程教育理念，该课程应将课堂教学与项目教学有机结合，落实“以学生为中心”的教学理念，让学生体会“做中学”的学习快乐。

结合3D 打印课程学习轨迹，我们将整个课程分为三个阶段，分别为三维软件学习，3D 项目工程实训和大学生3D 众创空间运营。第一阶段主要学习3ds max 软件操作，以“学校沙盘模型设计”“毕业生文创礼物设计”“抗击病毒，3D 打印口罩调节器设计”为教学项目，要求学生熟练掌握软件基本操作，能够设计出结构合理，富有创意的三维模型，是CDIO 理念中构思（C）和设计（D）的体现。第二阶段在大学生工程实训中心完成，利用3D 打印机和各种加工工具，完成第一阶段模型的打印实践，要求学生了解3D 打印机工作原理，掌握聚合物成型工艺，熟悉零件的二次加工和组装，是CDIO 理念中实现（I）的体现。第三阶段在学校和教师的支持下成立大学生3D 众创空间，邀请行业专家定期举行行业新技术培训讲座，鼓励学生积极参加国内外相关比赛，探索3D 打印商业化模式，联系校外企业进行模拟创业，挖掘3D打印商业价值，是CDIO理念中运作（O）的体现。

表1 小组评价量表

整个课程以项目为载体，每一阶段都有对应的项目实例，学生分小组完成相应的项目，并在每一阶段末期，进行成果展示，形成综合性评价。课程设计循序渐进，逐层深入，从书面知识到实践操作再到一体化项目，引导学生在实践中学习知识，在操作中转化知识。

3 CDIO 理念下的3D 打印教学实施

结合CDIO 理念和3D 打印课程特点，在教学实施过程中根据课程内容采取相应的教学方法，多种教学方法相结合，力求达到最好的教学效果。

3.1 教学方法实施

（1）翻转课堂。在3ds max 软件学习阶段，利用“雨课堂” 等教学平台，以学生线上自主学习，发现问题，课堂解决问题为主要学习模式。教师课前将教学资源制作成微课视频，利用平台下发给学生自主学习；课中交流学习重点和难点，教师对学生自学成果进行归纳和总结；课后学生自主探究，查阅相关补充资料开阔视野。课堂以学生为中心，激发学生主动学习的兴趣。

（2）项目驱动。在3D 打印工程实训阶段，学生分小组带着任务主动学习，教师引导学生“做中学”，及时发现并解决问题。实训结束后以小组为单位向全班进行成果展示汇报，各小组根据汇报相互打分，进行综合评价。这种教学方式既锻炼了学生的动手实践能力，又激发了其团队合作意识。

（3）模拟运营。高校众创空间是以高校优质资源为依托、以大学生参与为主体、专门为大学生提供创业服务的综合平台，是大学生创新创业活动的重要平台。[4]在这里对3D打印技术有共同兴趣的同学可以聚会，社交，展开合作。学生在课余时间自主经营，举行行业讲座，参加专业比赛，甚至是在教师的指导下和企业形成良性的商业合作，为以后毕业参加工作，建设我国3D 打印技术的未来打下了坚实的基础。

3.2 考核评价体系

CDIO教育理念强调学生综合能力的培养，根据课程设计，我们应从多角度对学生进行评价。

（1）软件学习阶段。软件属于基础知识，通过填写课前学习任务单，阶段性上机测验的方式即可判断学生的学习状况。教师在课中交流答疑的过程中应时刻注意学生的知识掌握情况，对重难点知识进行重点讲解。

（2）工程实训阶段。工程实训以小组为单位，将最终成果向全班展示汇报。汇报时，采用匿名打分的方式进行综合性评价，具体评价量如表1 所示。

量化评价标准以百分制比重计算，分别为微课学习任务能认真完成并自主实践（5%）、自主学习阶段能主动发现并提出问题（10%）、课程实践中能自主思考设计并动手实践（10%）、能够团结同学，小组成员分工协作（15%）、作品完成度高，结构合理功能完善，具有一定的实用性和现实意义（30%）、演讲展示表达流畅，逻辑清晰，能进行自我反思和评价（30%）。

（3）模拟运营阶段。众创空间是在学校和教师的支持下由学生独立运营的模拟社区，自由度相对较高，众创空间关注学习过程，以学生为主体，培养学生自主学习自主发展的能力。[5]可以从学生的创新设计，参赛成果，专利成果，模拟创业的营收状况等方面综合评价。由于空间活动复杂，人员变动较大，教师应时刻关注学生的运营情况，防止不良事件发生。

以上三方面将过程性评价和结果性评价相结合，以学生为评价主体，形成了多维立体式评价机制。

4 结语

本文在CDIO工程教育理念的指导下，重构了实践类课程3D 打印的教学内容，构建了多维评价标准，解决了传统3D 打印教学中的问题，提高了学生的工程素质。但是在实践教学中，仍然存在很多问题，为提高教学质量，培养出国家满意社会认可的高端人才，我们仍然还需要做很多努力。