CDIO模式下“機械工程材料”課程教學方法探析

陳顯明

（肇慶學院 電子信息與機電工程學院,廣東 肇慶 526061）

1 概述

目前，中外企業對于我國工程教育質量的共同反映是∶畢業生普遍缺乏對現代企業工作流程和文化的了解，上崗適應慢，缺乏團隊工作經驗，溝通能力、動手能力較差，缺乏創新精神和創新能力，職業道德、敬業精神等人文素質薄弱.凡此種種，皆難以適應現代企業的需要.出現這種現象的原因是多方面的，其中最大的問題是我國高等工程教育在教育理念、培養目標、辦學機制、師資力量、課程設置、教學內容和方法、評價體系等方面都不同程度的存在著問題，其中，理論脫離實際、實踐環節薄弱、產學脫節的問題尤為嚴重.企業界認為“未來工程師”應具備以下8個方面的能力∶1）扎實的科學基礎;2）分析、解決問題的能力;3）創新能力;4）實踐能力;5）多學科交叉的工程綜合能力;6）交流與協作能力;7）正確的價值觀;8）終身學習的能力[1].為應對未來發展的需要，培養未來工程界的領軍人物，需要一種跟得上時代要求和工程技術發展要求的培養理念和課程計劃.

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學院、瑞典皇家工學院等大學最先提出.CDIO代表構思（conceive）、設計（design）、實現（implement）和運作（operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程.它是“做中學”和“基于項目教育和學習”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表達[2].迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織，這些學校的機械系和航空航天系已全面采用了CDIO工程教育模式，取得了非常好的效果.2008年5月，經教育部高教司批準，“中國CDIO工程教育模式研究與實踐”課題組成立.課題組的任務是通過搭建交流合作平臺、整合各校資源、采取聯合攻關等措施，探索并最終形成中國特色的工程教育模式.2010年3月，教育部公布了“CDIO工程教育模式研究與實踐課題組”試點工作組13所高校成員名單，設電氣、機械、土木、化工4個專業組.試點工作組不僅開通了中國CDIO網站，舉辦了CDIO工程教育模式試點高校骨干教師培訓班，各專業組還按計劃相繼開展了試點工作，并形成系列具體成果.2010年工作組將繼續加強課程大綱、專業教學大綱、專業課程計劃等CDIO教學文件標準化建設，形成科學的CDIO范式，用以指導具體教學工作，形成適用于國內工科高校改革的教學組織運行參考標準.

2 CDIO模式在“機械工程材料”教學中的重要性

機械工程材料課程是為機械類本科生開設的必修課，開設本課程的主要目的是使學生掌握金屬材料、非金屬材料、材料熱處理以及材料選用等方面的技術基礎知識.本課程的任務是結合校內金屬工業教學實習，使學生通過工程材料基礎知識、材料熱處理及材料選用基礎的學習，獲得常用機械工程材料方面的實踐應用能力，也為進一步學習毛坯成型和零件加工知識及課程設計、制造工藝奠定必要的基礎.在教學實踐中，很多學生對該門課程的掌握情況并不理想.目前的教學模式，多是以教師為中心的傳統教學模式，教師對教學過程有著絕對的權威和決定權，學生是在教師的指導和要求下進行學習和實驗.這樣不僅不能激發學生的求知欲和參與教學活動的熱情，反而使學生的創造性難以發揮，其自主學習能力也難以養成，還易造成大學生對教師和課堂的過分依賴.CDIO理念系統提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準.這些標準包括學習目標、一體化教學計劃、綜合性學習經驗、主動學習、教師教學能力的提高、專業評估等要求.教師在“機械工程材料”教學中按照CDIO的標準進行教與學，將會對培養學生的工程能力、創新能力、學術知識和運用知識解決問題的能力，乃至終生學習能力、團隊工作能力方面起到極其重要的作用.

3 CDIO模式下“機械工程材料”的教學目標和大綱

“機械工程材料”舊的教學大綱只包含表1的第1級，它突出理論知識的理解與掌握.由于沒有強調工程能力的培養，在教學過程中教師往往偏重理論知識的講解，開設的實驗課也是驗證性的，這勢必造成學生畢業后要經過較長時間才能溶入工程實踐中.CDIO模式一開始就以培養學生的工程能力、創新能力、學術知識水平和運用知識解決問題的能力作為自己的目標，因此CDIO模式的教學大綱中包含了第2,3,4級的內容.在大綱中對學生的團隊協作精神以及工程系統的構建都提出了較高要求.

表1 CDIO模式下《機械工程材料》教學大綱[3]

4 教學方法設計

CDIO模式重在培養學生的工程能力，因此我們在教學中增加了許多學生項目執行和運作時間，而總的教學課時不變，則授課時間必然要進行壓縮.這樣就要求教師對授課內容做到精挑細選，時間安排要合理緊湊，教學方法要靈活多樣.

整個教學過程分為2個模塊：一為“教”模塊;二為“學”模塊，如圖1所示.在以往的教學模式下，“教”模塊基本上都是任課教師的講授活動；而在CDIO模式下，“教”模塊除了課堂上任課教師的講授活動外，還要將講授活動溶入到學校、企業和社會的大環境中，讓其與實際緊密相連.具體做法如下：

1）授課形式更加多樣，增加了大量自學知識和討論課程.教師讓學生就某一主題搜集資料、發言討論，之后同學和老師一起進行點評.這些討論題有些是關鍵知識點，有些是綜合性的知識，能達到擴展學生的知識面、調動學生的積極性、培養學生獨立思考問題和激發學生的創作激情的目的.注重師生交流，活躍課堂氣氛，促進學生自主思考提出問題、解答問題，激發學生潛能.

2）多做一些案例分析和討論.我們充分利用互聯網資源給學生提供大量的圖表、圖片及專題背景資料，這樣既可以增加課堂信息量，又有助于激發學生的學習興趣，有助于調動學生的學習積極性，提高教學效率.

3）多搞一些講座，請企業工程師或具有工程背景的專家學者給學生做工程分析.例如：我們請一位教授來講失效分析時，他介紹了廣河輪主機曲軸斷裂事故的前因后果，使得學生對工程選材有了較深的感性認識.

4）充分發揮校企合作優勢，讓學生有更多機會接觸并加入到工程項目中.肇慶的鴻泰、鴻圖等企業都和我們有良好的合作關系，它們主要生產鋁合金壓鑄件.在講授“機械工程材料”時可以讓學生到這些企業進行生產實習，參與到一些項目中去.

“學”模塊指的是學生的學習活動.由于CDIO模式重在培養學生的工程能力，因此要積極發揮學生的主觀能動性.這種主觀能動性主要體現在以下幾個方面：

1）要更加注重培養學生的自學能力.由于授課時間壓縮，為達到較高的學習質量，勢必要求學生增加自學時間，提高自學效率.

2）學生在課堂上要積級主動學習，與教師形成互動.要求學生要更善于發現問題、思考問題和剖析問題.

3）要求學生閱讀一定量的文獻資料,并定期開展讀書交流活動.目的是促進學生讀書,培養其自主學習能力，并使學生能互相學習、取長補短.

4）要求學生在接觸或參與項目的過程中要發揚團隊協作精神，遇到問題時要群策群力、互相幫助解決問題.

5）引導學生要善于從互聯網上獲取資料和尋求幫助，甚至是獲得問題的解決方法.

圖1 CDIO模式下的教學活動

5 評價方法設計

CDIO模式下的教學必須轉變評價體系，將過去的知識本位評價方式轉變為以能力為本位的評價方式.在“機械工程材料”的授課過程中，項目實踐應放在突出位置.在課程實踐項目中，我們要求學生自己挑選一種配方試制一種常規鋁合金，內容包括配方設計、鋁合金熔鑄、組織分析、性能測試、熱處理等.教師從中只起引導作用，通過專題講座、技術研討、案例研究等形式啟發學生的創新思維.

對項目執行過程的評價原則是以知識運用的“合理性”為主.學生對材料制備的每個環節都應能拿出充足的理由說明其設計與執行的合理性，并有適當的分析與思辨.成績評定以學生的實際表現和工作成果為依據，具體分值分配如下：項目執行成果占40%；課堂表現(包括主動學習、主動思考和提問交流)占20%；理論學習占40%.

CDIO標準中還有對教學質量的評價.CDIO的目標就是培養應用型工程人才，因此能否滿足企業的需求是其評價的最終標準.在授課過程中企業的評價往往存在滯后性，因此院系領導、同行教師及教學督導員的聽課評價、教學質量學生聯系小組的評價、授課學生的評教活動等仍是有效的評價機制.

6 結束語

“機械工程材料”課程系統性和實踐性都很強，比較適合新型的授課方式.教師應通過豐富多彩的授課形式，充分調動學生學習的積極性，使之在實踐中學習和提高.

[1] 畢睿華,劉海濤,李軍.基于CDIO模式下電力系統分析課程教學的探討[J].南京工程學院學報:社會科學版,2009,9(3): 65-68.

[2] 鞠晨鳴,徐建,李濤.“未來工程師”能力的集中培養大平臺建設[J].實驗室研究與探索,2010,29(4):158-161.

[3] 李庚英,趙曉華,熊光晶.“土木工程材料”CDIO模式的設計與實現[J].高等工程教育,2009(5):41-43.