基于CDIO的机械制造工艺课程改革与实践

□罗 杰 党 波

一、《机械制造工艺》课程教学中需要解决的问题

《机械制造工艺》课程作为机制专业的一门核心专业课，在实践教学活动中，发现传统的教学模式存在着一些突出问题，表现在以下三个方面：

(一)传统授课方式限制了学生工程素质培养。传统授课方式是典型的“填鸭式”教学模式，以教为主，学生缺乏独立学习与团队合作学习能力[1]。《机械制造工艺》课程与工程实际结合紧密、实用性强。各知识点之间联系紧密，需大量课时进行系统性讲解，才能让学生逐渐获得独立解决复杂工程问题的能力。但随着教学改革，课时减少，如何让学生在有限的课时内，掌握《机械制造工艺》基本知识与核心知识，并且融会贯通，举一反三，是培养学生工程素质能力的基础。

(二)单一的实践教学方式制约了学生工程能力的培养。学生工程能力的培养离不开工匠精神和创新能力[2]。《机械制造工艺》课程实践课时少，实践内容与教学内容契合不理想。实践教学脱离工程背景，学生学习积极性不高。

(三)单一的考核方式不利于学生工程能力的培养。《机械制造工艺》课程传统教学中，考核方式单一，考试卷面占60%，实验20%，平时(考勤、作业)20%。考核形式和评价指标不能客观公正地反映学生对课程的掌握水平。授课质量不高，严重地影响了学生工程能力的培养。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO是英文字母Conceive(构思)、Design(设计)、Implement(实现)、Operate(运作)的首字母，代表了产品、系统和过程的整个生命周期的所有环节，即：构思-设计-实现-运作[3]。在原则上它适用于工科的任何专业。结合《机械制造工艺》课程特点，依次制订出CDIO课程大纲和12条能力标准。采用CDIO模式对传统教学进行改革，能够很好地解决上述三方面的突出问题。

工程教育必须考虑两个中心问题，即：“做什么”和“如何做”[4]。本文主要围绕《机械制造工艺》课程CDIO模式教学“如何做”展开。

二、基于CDIO的《机械制造工艺》课程教学实践方法

以机制专业3个班的《机械制造工艺》课程教学为例，A班(44人)采用CDIO教学模式，B班(40人)和C班(42人)两班采用传统教学模式。对于CDIO模式教学，采用了移植法、跟踪法、总结法、对比法四种方法进行了教学实践活动。

(一)移植法。由于CDIO的工程教育模式是开放的系统，因此可以从理论上采用多种先进教学手段和模式(包括翻转课堂、MOOC、项目化教学、微课等)，将其移植到基于CDIO的课程改革之中，可谓锦上添花。这样以来，可以在最大程度上激发学生的学习兴趣，提高学习效果，培养工程能力。

1.翻转课堂。CDIO模式教学中，采用翻转课堂形式，学生能很好地将课堂和课外自学结合起来，由被动的听课群体成为主动参与课堂的主体，培养了学生的工程能力[5]。对采取CDIO模式教学的A班进行了6次翻转课堂，学生课下查资料，准备充分，制作幻灯片，汇报不占用课堂时间，接受教师问辩。汇报和答辩成绩计入测验成绩。测验成绩占课程总评30%。A班3次翻转课堂平均成绩88.6。

2.MOOC教学模式。近年来兴起的MOOC(慕课)教学模式，即：大规模开放在线课程，是“互联网+教育”的产物。2017年，已经建成《机械制造工艺》课程的网络公开课，并已发布投入使用。截止目前，访问量836人次。MOOC的成功使用，推动了CDIO课程改革，表现在：

(1)学生学习不再受时间地点制约。学生可以合理安排时间，选择地点进行在线学习活动。包括在线答疑、在线做作业，在线考试等。其中在线答疑133人次，在线做作业176人次，正确率89.3%。

(2)满足差异化教学。由于教学面向大多数学生，授课难易程度、进度等不可能与每个学生完全合拍。针对学生的个体差异，MOOC能满足不同基础的学生在线自学，对自己的疑难点可以反复研习，直到掌握。面授与在线自学实现完美契合。

(3)课程资源共享带来共赢。《机械制造工艺》课程资源不仅为修本门课程的学生提供了便利，而且为关联课程提供参考。

3.项目化教学。以“项目”、“微项目”为手段，对学生进行工程能力的培养[6]。对传统授课单元进行项目化改造，旨在提高学生对复杂工程问题进行任务分解、独立解决、团队合作的能力。对授课单元进行项目化改造，如图1所示。

4.微课。在《机械制造工艺》课程CDIO模式教学中，对相对独立的知识点，采用微课短视频授课形式，能直观地让学生对知识点有深刻的印象，并与项目化教学相关联，如图1所示。

图1 项目化及微课教学注：图中阿拉伯数字表示该任务所含微课数量

(二)跟踪法。选取《机械制造工艺》课程CDIO模式教学下的不同学生作为样本，进行长期地纵向能力测试跟踪与微观跟踪，跟踪学生的同时，也是对该教学方法进行检验。

选取A班6名不同基础的学生，长期默默地微观跟踪其学业状况。结果表明，每位学生在CDIO模式下的学习效果都有不同程度提升，其中基础薄弱的某学生提高最明显，其1～4周的各项考量指标结果如表1所示。

表1 某基础薄弱学生1～4周学业微观跟踪结果

(三)总结法。将CDIO模式下的教学和实践中获得的感性认识上升到理性认识，不断学习，实践，总结，完善，再实践，在实践中研究和创新。在教学实践中，根据学生对知识点的掌握程度，弹性调整课时。例如，尺寸链计算部分由计划的2课时调整为3课时。留作翻转课堂的项目及任务，不再占用课堂时间，把节约的课时重点放在解答学生在学习该课程中存在的共性难题。

(四)对比法。又称对比实验法。《机械制造工艺》课程CDIO模式教学的A班44名学生，与传统授课的B、C班随机抽取的44名学生，在学期末作对比实验，结果如图2所示。

理论教学中采用CDIO模式教学的成绩平均分86.63,方差7.12，而采用传统模式教学的成绩平均分83.24，方差7.65.参照图2-a。

实验教学中CDIO模式教学的成绩平均分77.61，方差6.03，而采用传统模式教学的成绩平均分74.57，方差5.81；参照图2-b。

课程设计中采用CDIO模式教学的成绩平均分81.29,方差6.57，而采用传统式教学的成绩平均分77.36，方差5.93；参照图2-c。

实践教学中CDIO模式教学的成绩平均分83.04，方差6.82，而采用传统模式教学的成绩平均分79.17，方差6.38。参照图2-d。

三、结语

针对《机械制造工艺》课程的CDIO工程教育模式改革，采用移植法、跟踪法、总结法、对比法进行了教学探索。实践表明，通过这四种方法不仅能激发学生的学习兴趣，提高学习效率，而且能够培养学生的工程能力、个人能力、人际交往和系统构建能力，为其他课程进行CDIO工程模式改革提供了借鉴的案例。