基于CDIO 模式的實踐類課程教學應用研究

陳 詩 祁 超

（[1]陜西師范大學計算機科學學院 陜西·西安 710119；[2]陜西漢中市漢臺中學 陜西·漢中 723000）

0 引言

近年來，CDIO 工程教育模式在國際教育領域取得了巨大成果，在我國各大高校實踐類課程教學中也得到了大力推廣和發展。CDIO 理念包括了構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）四部分，強調“做中學”和“基于項目式的學習”，樹立“以學生為中心”的新觀念，激發學生主動學習。在CDIO 教育理念的指導下，教學內容循序漸進，逐層展開。在課堂教學中，采取翻轉課堂、線上教學相結合的雙重模式；在實踐操作中，以實訓項目為主，強調學生自主動手實踐；在仿真運作中，以團體合作為主，提升協作能力和工程系統能力。[1]

為了應對新的經濟挑戰，服務國家高速發展的科技需求，響應“中國制造2025”國家戰略，高校人才培養形成了新工科理念，各學校大力開展實踐類課程建設，力爭為社會培養更多應用型技術人才。其中3D 打印作為一種全新的快速成型技術，完全顛覆了傳統加工制造行業減材制造的理念和模式，成為世界各國重點關注的實踐類課題。我國各大高校紛紛開設相關課程，并由高校逐步向中學普及。目前我國制造業人才缺口巨大，其中3D 打印應用型人才更是供不應求，這些應用型人才主要來自于各大高校，[2]是未來社會的建設者和接班人，因此，加強3D 打印課程建設，是我國躋身世界科技強國的重要舉措之一。

1 3D 打印課程教學現狀

我國3D 打印教育起步相對較晚，普及范圍還停留在個別發達地區。在國際范圍內的競爭力、抗風險能力和技術創新能力等與發達國家相比還存在一定的差距。[3]在理論研究向實際應用轉化方面還存在一些問題。

1.1 教學方面

目前，雖然一些高等院校和職業院校已經開始重視3D 打印，但大多都是掛靠在機械相關專業下，沒有完整的課程體系指導。主要教學內容為三維建模軟件的使用和機械模具制造。教學形式單一，深入性不夠，缺乏創新轉化的內在動力。

1.2 評價方面

評價模式依然采用傳統課堂的考勤成績和卷面成績相結合的方式，忽略了3D 打印教學創新實踐的特質。只重視結果，不重視過程，對學生在學習過程中體現出的創新能力、實踐能力、團隊合作等綜合性能力評價不到位。教師也無法根據評價真正掌握學生的學習情況，一定程度上影響了教學效果。

2 CDIO 理念下的3D 打印教學設計

根據目前3D 打印教學中存在的問題，結合CDIO 工程教育理念，該課程應將課堂教學與項目教學有機結合，落實“以學生為中心”的教學理念，讓學生體會“做中學”的學習快樂。

結合3D 打印課程學習軌跡，我們將整個課程分為三個階段，分別為三維軟件學習，3D 項目工程實訓和大學生3D 眾創空間運營。第一階段主要學習3ds max 軟件操作，以“學校沙盤模型設計”“畢業生文創禮物設計”“抗擊病毒，3D 打印口罩調節器設計”為教學項目，要求學生熟練掌握軟件基本操作，能夠設計出結構合理，富有創意的三維模型，是CDIO 理念中構思（C）和設計（D）的體現。第二階段在大學生工程實訓中心完成，利用3D 打印機和各種加工工具，完成第一階段模型的打印實踐，要求學生了解3D 打印機工作原理，掌握聚合物成型工藝，熟悉零件的二次加工和組裝，是CDIO 理念中實現（I）的體現。第三階段在學校和教師的支持下成立大學生3D 眾創空間，邀請行業專家定期舉行行業新技術培訓講座，鼓勵學生積極參加國內外相關比賽，探索3D 打印商業化模式，聯系校外企業進行模擬創業，挖掘3D打印商業價值，是CDIO理念中運作（O）的體現。

表1 小組評價量表

整個課程以項目為載體，每一階段都有對應的項目實例，學生分小組完成相應的項目，并在每一階段末期，進行成果展示，形成綜合性評價。課程設計循序漸進，逐層深入，從書面知識到實踐操作再到一體化項目，引導學生在實踐中學習知識，在操作中轉化知識。

3 CDIO 理念下的3D 打印教學實施

結合CDIO 理念和3D 打印課程特點，在教學實施過程中根據課程內容采取相應的教學方法，多種教學方法相結合，力求達到最好的教學效果。

3.1 教學方法實施

（1）翻轉課堂。在3ds max 軟件學習階段，利用“雨課堂” 等教學平臺，以學生線上自主學習，發現問題，課堂解決問題為主要學習模式。教師課前將教學資源制作成微課視頻，利用平臺下發給學生自主學習；課中交流學習重點和難點，教師對學生自學成果進行歸納和總結；課后學生自主探究，查閱相關補充資料開闊視野。課堂以學生為中心，激發學生主動學習的興趣。

（2）項目驅動。在3D 打印工程實訓階段，學生分小組帶著任務主動學習，教師引導學生“做中學”，及時發現并解決問題。實訓結束后以小組為單位向全班進行成果展示匯報，各小組根據匯報相互打分，進行綜合評價。這種教學方式既鍛煉了學生的動手實踐能力，又激發了其團隊合作意識。

（3）模擬運營。高校眾創空間是以高校優質資源為依托、以大學生參與為主體、專門為大學生提供創業服務的綜合平臺，是大學生創新創業活動的重要平臺。[4]在這里對3D打印技術有共同興趣的同學可以聚會，社交，展開合作。學生在課余時間自主經營，舉行行業講座，參加專業比賽，甚至是在教師的指導下和企業形成良性的商業合作，為以后畢業參加工作，建設我國3D 打印技術的未來打下了堅實的基礎。

3.2 考核評價體系

CDIO教育理念強調學生綜合能力的培養，根據課程設計，我們應從多角度對學生進行評價。

（1）軟件學習階段。軟件屬于基礎知識，通過填寫課前學習任務單，階段性上機測驗的方式即可判斷學生的學習狀況。教師在課中交流答疑的過程中應時刻注意學生的知識掌握情況，對重難點知識進行重點講解。

（2）工程實訓階段。工程實訓以小組為單位，將最終成果向全班展示匯報。匯報時，采用匿名打分的方式進行綜合性評價，具體評價量如表1 所示。

量化評價標準以百分制比重計算，分別為微課學習任務能認真完成并自主實踐（5%）、自主學習階段能主動發現并提出問題（10%）、課程實踐中能自主思考設計并動手實踐（10%）、能夠團結同學，小組成員分工協作（15%）、作品完成度高，結構合理功能完善，具有一定的實用性和現實意義（30%）、演講展示表達流暢，邏輯清晰，能進行自我反思和評價（30%）。

（3）模擬運營階段。眾創空間是在學校和教師的支持下由學生獨立運營的模擬社區，自由度相對較高，眾創空間關注學習過程，以學生為主體，培養學生自主學習自主發展的能力。[5]可以從學生的創新設計，參賽成果，專利成果，模擬創業的營收狀況等方面綜合評價。由于空間活動復雜，人員變動較大，教師應時刻關注學生的運營情況，防止不良事件發生。

以上三方面將過程性評價和結果性評價相結合，以學生為評價主體，形成了多維立體式評價機制。

4 結語

本文在CDIO工程教育理念的指導下，重構了實踐類課程3D 打印的教學內容，構建了多維評價標準，解決了傳統3D 打印教學中的問題，提高了學生的工程素質。但是在實踐教學中，仍然存在很多問題，為提高教學質量，培養出國家滿意社會認可的高端人才，我們仍然還需要做很多努力。