CDIO模式下“机械工程材料”课程教学方法探析

2011-01-10陈显明

肇庆学院学报 2011年5期

陈显明

（肇庆学院电子信息与机电工程学院,广东肇庆 526061）

1 概述

目前，中外企业对于我国工程教育质量的共同反映是∶毕业生普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解，上岗适应慢，缺乏团队工作经验，沟通能力、动手能力较差，缺乏创新精神和创新能力，职业道德、敬业精神等人文素质薄弱.凡此种种，皆难以适应现代企业的需要.出现这种现象的原因是多方面的，其中最大的问题是我国高等工程教育在教育理念、培养目标、办学机制、师资力量、课程设置、教学内容和方法、评价体系等方面都不同程度的存在着问题，其中，理论脱离实际、实践环节薄弱、产学脱节的问题尤为严重.企业界认为“未来工程师”应具备以下8个方面的能力∶1）扎实的科学基础;2）分析、解决问题的能力;3）创新能力;4）实践能力;5）多学科交叉的工程综合能力;6）交流与协作能力;7）正确的价值观;8）终身学习的能力[1].为应对未来发展的需要，培养未来工程界的领军人物，需要一种跟得上时代要求和工程技术发展要求的培养理念和课程计划.

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，由麻省理工学院、瑞典皇家工学院等大学最先提出.CDIO代表构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）和运作（operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程.它是“做中学”和“基于项目教育和学习”(Project based education and learning)的集中概括和抽象表达[2].迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO国际组织，这些学校的机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，经教育部高教司批准，“中国CDIO工程教育模式研究与实践”课题组成立.课题组的任务是通过搭建交流合作平台、整合各校资源、采取联合攻关等措施，探索并最终形成中国特色的工程教育模式.2010年3月，教育部公布了“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”试点工作组13所高校成员名单，设电气、机械、土木、化工4个专业组.试点工作组不仅开通了中国CDIO网站，举办了CDIO工程教育模式试点高校骨干教师培训班，各专业组还按计划相继开展了试点工作，并形成系列具体成果.2010年工作组将继续加强课程大纲、专业教学大纲、专业课程计划等CDIO教学文件标准化建设，形成科学的CDIO范式，用以指导具体教学工作，形成适用于国内工科高校改革的教学组织运行参考标准.

2 CDIO模式在“机械工程材料”教学中的重要性

机械工程材料课程是为机械类本科生开设的必修课，开设本课程的主要目的是使学生掌握金属材料、非金属材料、材料热处理以及材料选用等方面的技术基础知识.本课程的任务是结合校内金属工业教学实习，使学生通过工程材料基础知识、材料热处理及材料选用基础的学习，获得常用机械工程材料方面的实践应用能力，也为进一步学习毛坯成型和零件加工知识及课程设计、制造工艺奠定必要的基础.在教学实践中，很多学生对该门课程的掌握情况并不理想.目前的教学模式，多是以教师为中心的传统教学模式，教师对教学过程有着绝对的权威和决定权，学生是在教师的指导和要求下进行学习和实验.这样不仅不能激发学生的求知欲和参与教学活动的热情，反而使学生的创造性难以发挥，其自主学习能力也难以养成，还易造成大学生对教师和课堂的过分依赖.CDIO理念系统提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准.这些标准包括学习目标、一体化教学计划、综合性学习经验、主动学习、教师教学能力的提高、专业评估等要求.教师在“机械工程材料”教学中按照CDIO的标准进行教与学，将会对培养学生的工程能力、创新能力、学术知识和运用知识解决问题的能力，乃至终生学习能力、团队工作能力方面起到极其重要的作用.

3 CDIO模式下“机械工程材料”的教学目标和大纲

“机械工程材料”旧的教学大纲只包含表1的第1级，它突出理论知识的理解与掌握.由于没有强调工程能力的培养，在教学过程中教师往往偏重理论知识的讲解，开设的实验课也是验证性的，这势必造成学生毕业后要经过较长时间才能溶入工程实践中.CDIO模式一开始就以培养学生的工程能力、创新能力、学术知识水平和运用知识解决问题的能力作为自己的目标，因此CDIO模式的教学大纲中包含了第2,3,4级的内容.在大纲中对学生的团队协作精神以及工程系统的构建都提出了较高要求.

表1 CDIO模式下《机械工程材料》教学大纲[3]

4 教学方法设计

CDIO模式重在培养学生的工程能力，因此我们在教学中增加了许多学生项目执行和运作时间，而总的教学课时不变，则授课时间必然要进行压缩.这样就要求教师对授课内容做到精挑细选，时间安排要合理紧凑，教学方法要灵活多样.

整个教学过程分为2个模块：一为“教”模块;二为“学”模块，如图1所示.在以往的教学模式下，“教”模块基本上都是任课教师的讲授活动；而在CDIO模式下，“教”模块除了课堂上任课教师的讲授活动外，还要将讲授活动溶入到学校、企业和社会的大环境中，让其与实际紧密相连.具体做法如下：

1）授课形式更加多样，增加了大量自学知识和讨论课程.教师让学生就某一主题搜集资料、发言讨论，之后同学和老师一起进行点评.这些讨论题有些是关键知识点，有些是综合性的知识，能达到扩展学生的知识面、调动学生的积极性、培养学生独立思考问题和激发学生的创作激情的目的.注重师生交流，活跃课堂气氛，促进学生自主思考提出问题、解答问题，激发学生潜能.

2）多做一些案例分析和讨论.我们充分利用互联网资源给学生提供大量的图表、图片及专题背景资料，这样既可以增加课堂信息量，又有助于激发学生的学习兴趣，有助于调动学生的学习积极性，提高教学效率.

3）多搞一些讲座，请企业工程师或具有工程背景的专家学者给学生做工程分析.例如：我们请一位教授来讲失效分析时，他介绍了广河轮主机曲轴断裂事故的前因后果，使得学生对工程选材有了较深的感性认识.

4）充分发挥校企合作优势，让学生有更多机会接触并加入到工程项目中.肇庆的鸿泰、鸿图等企业都和我们有良好的合作关系，它们主要生产铝合金压铸件.在讲授“机械工程材料”时可以让学生到这些企业进行生产实习，参与到一些项目中去.

“学”模块指的是学生的学习活动.由于CDIO模式重在培养学生的工程能力，因此要积极发挥学生的主观能动性.这种主观能动性主要体现在以下几个方面：

1）要更加注重培养学生的自学能力.由于授课时间压缩，为达到较高的学习质量，势必要求学生增加自学时间，提高自学效率.

2）学生在课堂上要积级主动学习，与教师形成互动.要求学生要更善于发现问题、思考问题和剖析问题.

3）要求学生阅读一定量的文献资料,并定期开展读书交流活动.目的是促进学生读书,培养其自主学习能力，并使学生能互相学习、取长补短.

4）要求学生在接触或参与项目的过程中要发扬团队协作精神，遇到问题时要群策群力、互相帮助解决问题.

5）引导学生要善于从互联网上获取资料和寻求帮助，甚至是获得问题的解决方法.

图1 CDIO模式下的教学活动

5 评价方法设计

CDIO模式下的教学必须转变评价体系，将过去的知识本位评价方式转变为以能力为本位的评价方式.在“机械工程材料”的授课过程中，项目实践应放在突出位置.在课程实践项目中，我们要求学生自己挑选一种配方试制一种常规铝合金，内容包括配方设计、铝合金熔铸、组织分析、性能测试、热处理等.教师从中只起引导作用，通过专题讲座、技术研讨、案例研究等形式启发学生的创新思维.

对项目执行过程的评价原则是以知识运用的“合理性”为主.学生对材料制备的每个环节都应能拿出充足的理由说明其设计与执行的合理性，并有适当的分析与思辨.成绩评定以学生的实际表现和工作成果为依据，具体分值分配如下：项目执行成果占40%；课堂表现(包括主动学习、主动思考和提问交流)占20%；理论学习占40%.

CDIO标准中还有对教学质量的评价.CDIO的目标就是培养应用型工程人才，因此能否满足企业的需求是其评价的最终标准.在授课过程中企业的评价往往存在滞后性，因此院系领导、同行教师及教学督导员的听课评价、教学质量学生联系小组的评价、授课学生的评教活动等仍是有效的评价机制.