CDIO模式下工程材料教學的改革

劉麗　孫艷

摘要：根據CDIO工程教育模式，建立理論教學、實踐教學和教師CDIO技能的工程材料教學體系。改進教學方法，生動直觀地緊密結合工程實踐教學。實踐證明，教學改革優化了工程材料課堂教學結構，能夠培養和激發學生學習的興趣，提高課堂教學效率。

關鍵詞：CDIO模式；工程材料；教學改革；學習興趣

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）50-0119-02

一、引言

我國高等工科教育是培養與國際接軌的中國工程師，CDIO模式是現代工程教育領域先進的具有代表性的方法之一。《工程材料》是一門隨著社會經濟和材料技術進步而不斷發展的學科，也是培養學生具有工程能力、獨立分析能力和動手實踐能力的綜合課程[1，2]。目前，課程的理論性、實踐性強，知識點較瑣碎，學生缺乏實踐經驗和感性認識[3]，教學中的工程實踐沒得到重視。在歐美國家的工程教育中，重視工程實踐訓練和各種綜合能力的培養[4]。我國的高職院校，以“就業為導向”，進行“基于工作過程、工結合、校企合作”的教學模式改革[5]。筆者在多年的教學工作中，將CDIO工程教育理念應用在工程材料教學工作中，建立理論教學、實踐教學和教師CDIO技能的教學體系，即基于CDIO的人才培養方式。并在此基礎上，提出了一些新設想且進行了實踐。

二、CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式將全生命周期作為工科學生學習環境，代表構思、設計、實現和運作（CDIO，Conceive design implement operate），由工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四部分組成，通過12條檢驗測評標準為企業提供各種層次的合格人才。

《工程材料》課程涉及知識范圍較廣，其教學體系由理論教學（比如基本概念與基本原理）、實踐教學（比如實踐與工程應用）和教師CDIO技能提高三部分組成。通過改進緒論課、運用多媒體和啟發發現式進行理論教學，校內實驗與校外實習進行實踐教學，建立一體化學科課程體系。

（一）理論教學

1.做好緒論教學，在緒論課時，運用多媒體、網絡教學手段，通過觀看大量高新技術領域圖片資料，來吸引學生的直接興趣。用PPT講解人類社會工程材料的歷史發展，例如石器時代（如石斧等）、銅器時代（如青銅鼎等）、鐵器時代（如河北滄州鐵獅子等）和現代（如神舟九號飛船等）的發展脈絡，如圖1所示。可歸納出從常見的金屬材料到陶瓷等人工合成材料及復合材料的發展規律，了解了工程材料在機械、電子、建筑、化工和航空航天、軍事等領域的應用，介紹高分子材料的快速發展與潛力；通過航空工業的螺旋槳式飛機、一般噴氣式飛機和發展到現在的超音速空客飛機為例，通過陸地的螺旋槳式飛機、一般噴氣式飛機和發展到現在的超音速空客飛機為例，從一個側面向學生展示金屬材料研究的巨大成就與重要意義。

這樣，從一開始就提升學生學習的興趣，使其今后能堅持努力、刻苦地學習“工程材料”課，避免感覺枯燥乏味從而產生抵觸心理。通過幾個年級的學生考試數據表明，對工程材料基本知識的把握程度越來越好。

2.運用各種教學方法，《工程材料》的多媒體教學，將抽象的工程知識形象化、具體化，突出了重點、淡化了難點，調動學生的積極性[6]。但是，多媒體教學也存在填鴨式教學，扼殺了學生創造的機會[7]。因此，采用多媒體教學和其他教學方法的有機結合，真正發揮多媒體教學的優點。在《工程材料》的教學中，在金屬的結晶和材料選材與應用的章節，在網絡上下載“提煉鐵和提煉鋼”和“龍泉劍的加工”等教學視頻，使學生對金屬的結晶和材料的加工過程有清晰的感官認識，從而鞏固了所學知識點。在關鍵內容的部分（如鐵碳合金相圖），輔以適當的板書來強調鐵碳合金相圖的點、線和區的重要性，并且同學們要在黑板上親自畫出來，如圖2所示。這樣，多媒體教學方法和傳統的板書的有機結合，充分考慮到學生的接受能力，調動了學生的學習興趣。

采用啟發式和發現式相結合的教學方法，創設情境，導入教學內容。在講授“熱加工與冷加工”理論之前，向學生提出這樣的問題：“在室溫下對鉛板進行彎折，越彎越硬；而稍隔一段時間再行彎折，鉛板又像最初一樣柔軟。”在學生預習的基礎上，教師進行啟發發現式教學后，學生只需很少的時間就可充分理解并靈活運用。筆者在講述為什么時，進行有意識的停頓，創設出鮮活的教學情境呈現在學生面前，啟發學生積極參與，讓學生與教師同步思維。

（二）實踐教學

機械類專業的學生，主要從事企業的設計、制造和銷售工作。在某種意義上，真實的案例是最好的工程教育環境。在CDIO學生實踐場所這個平臺下，將“項目驅動”模式納入各個實踐環節，增加實驗課的實用性。將實踐和理論環節結合，校內實驗與校外生產實習有機結合[8]。如熱處理概念包括表面熱處理和普通熱處理，普通熱處理（如淬火與回火等）是易混淆、難掌握的內容，采用多媒體視頻W18Cr4V刀具淬火、回火熱處理工藝路線講解，如圖3所示。這樣，通過聯系刀具實際應用進行思考，可使學生充分理解淬火與回火等熱處理概念。把工程設計中常用的材料知識、力學知識與具體零件設計結合起來，比如車床的演示及車床的工藝加工實驗，C620車床主軸，要求綜合機械性能一般、大端軸頸等部位耐磨性高，選材45鋼，硬度220～250HB，軸頸52HRC，工藝路線為鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→表面淬火+低溫回火→磨削。把CDIO工程與課程實驗結合起來，提高了學生的實際工作能力。

推廣CDIO模式，除了學校辦“卓越班”培養卓越工程師和在校辦工廠進行校內實習之外，還利用企業的豐富資源和經驗，進行校企合作，建立了云內動力、刀具研究所和工程機械有限公司等三個校外實習基地，通過CDIO“項目驅動”的形式，完成相應的校外實習基地實訓。

（三）教師CDIO技能的提高endprint

心理學認為，興趣是人認識需要的情緒表現。教師的一言一行，都會通過這樣或那樣的方式，對學生產生深遠的影響。比如教師以第一人稱方式親切講述，易于學生產生身臨其境的感覺；比如學生身邊較為常見的座椅板凳、床鋪門窗等與工程材料有關的各種各樣實例入手，將“材料”與“工程”真正結合起來；再比如寓思想教育于“工程材料”課程教學之中，傳遞正能量，寓教與樂。當然，學校應把握企業對人才的實際需求，將學校的一線老師培養成合格的工程師和項目經理，掌握適合于工程訓練的企業實際項目案例，是實現CDIO工程教育模式的根本。素質教育，教師先為。在整個學校生活與教學中，提高教師CDIO技能，學生必須是積極主動的參與者，學生喜歡教師，老師熱愛學生。一名優秀的教師，不應該只把課堂當作傳承知識的場所，更應寓思想教育于課程教學之中。密切師生關系，使學生在輕松愉快、活躍的課堂氣氛中構建學習興趣和產生學習動機，與學生心里距離拉近，師生關系變得更融洽。作為教師，要有團隊協作能力，學校各環節相互配合，CDIO工程教育才會開花結果。

三、結論

CDIO工程教育模式的核心是知識、能力和方法，教學改革的目的是培養學生工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力等。經濟科技行業的發展和新興產業的形成，要求我們在“工程材料”教學過程中，根據人才的培養目標、社會需求及學生的身心特點不斷改變教學內容、教學方法。采用CDIO工程教育模式，讓更多的學生受益。同時，課程體系的建設、學風的建立和培養師資隊伍等問題，還需進一步探索。

參考文獻：

[1]于永泗，齊民.機械工程材料[M].趙壁如，譯.大連理工大學出版社，2010.

[2]張新勝，胡習兵，馬遠榮.土木工程材料教學體系建設探討[J].高等建筑教育，2012，（21）：6.

[3]劉軒.淺談如何加強高校實踐教學環節的建設[J].新校園理論（上旬刊），2011，（7）：9.

[4]馬曉梅，張劍飛，喬付.CDIO模式下高等工程教育的改革與探索[J].計算機教育，2010，（12）.

[5]張勇.CDIO模式與高職素質教育的關聯性研究[J].職業教育研究，2013，（7）.

[6]陳向陽.《機械工程材料》教學改革初探[J].科技信息，2013，（02）.

[7]陳彥伶.探析多媒體教學的利與弊[N].學習方法報教研周刊，2011，（12）.

[8]鄭瑞利.《機械工程材料》實驗教學改革初探[J].機械管理開發，2012，（06）：174-176.endprint