CDIO模式在教学中的应用研究

李鸿 王旭峰

［摘 要］ 在本科机械设计制造及其自动化专业的“材料成型技术基础”课程教学过程中引入工程案例教学法，改变了传统教学方法，以工程教育专业认证为引导，以学生为中心，引入CDIO教学模式，在教学工作中以项目形式将构思、设计、实施和运行这些方面进行教学设计和应用，充分提高学生学习兴趣，培养学生承担工程项目能力、逻辑思维能力、创新设计能力、动手能力以及学以致用团结合作能力。课题组运用CDIO教育理念，充分调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生理论联系实际和实践创新的能力，在教学过程中取得了较好的效果。

［关键词］ CDIO；材料成型技术基础；教学改革

［基金项目］ 2022年度塔里木大学高等教育教学研究项目“CDIO模式在《材料成型技术基础》课程教学中的应用研究”（TDGJYB2210）；2022年度兵团级一流本科专业建设“机械设计制造及其自动化”（YLZYXJ202102）；2023年度兵团级一流本科课程建设项目“材料成型技术基础”（TSYLKC202209）；2023年度塔里木大学“课程思政”示范课程项目“材料成型技术基础”（TDKCSZ22314）

［作者简介］ 李鸿（1986—），女，甘肃白银人，硕士，塔里木大学机械电气化工程学院副教授，主要从事材料成型研究；王旭峰（1974—），男，甘肃天水人，博士，塔里木大学机械电气化工程学院教授（通信作者），主要从事机械设计研究。

［中图分类号］ G642.0［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）37-0145-04［收稿日期］ 2022-11-05

引言

“材料成型技术基础”是针对农机与机械类专业开设的一门专业基础课程，在培养专业技能人才上占有重要的地位。培养学生综合分析能力和动手实践能力，可以为后续专业课学习提供理论基础。课程的内容主要包括热加工工艺基础和机械加工工艺基础，它是“机械制图”“机械设计”“金工实习”课程学习的先修课程。该课程共40学时，包括理论38学时和实验2学时，主要面向本科三年级的学生，每学期开课不少于150人。随着科技的不断进步和产业发展的需求，该课程紧跟产业、行业、企业发展步伐，不断进行课程体系、考核方式等方面的改革，课程的建设与发展经历了起步、发展、完善三个阶段。学院与众多企业开展合作，企业承接课程实习与毕业生产实习，共同开发学习领域课程，形成工学结合特色鲜明的课程体系，切实提高了人才培养质量。

一、教学现状分析

“材料成型技术基础”课程理论性、实践性强，要求学生在学习前有一定的知识基础，学生在实际的学习过程中，对“材料成型技术基础”这门课程的基础知识内容的理解及掌握还是存在一定的问题。在传统的教育教学模式中，课堂教学仍以教师讲授为主，过于注重理论知识的讲授，却忽视了对学生综合能力的开发和培养［1］。

（一）与工程教育教学模式联系不够紧密

本课程面向农机与机械类专业学生开设。学生的专业基础和认知能力参差不齐，教学结构体系简单僵化，教学模式与国际目前通用的工程教育模式不够契合。作为专业基础课，应该适应不同学生的需求，恰当地解决基础与专业、理论与实践、实用性与知识性问题，但实际上各个教学环节彼此是独立的，和生产实践的联系较少。因此，如何打破传统教学模式，将课程教学与现代信息技术接轨、与国际工程教育接轨是我们目前所面对的挑战［2］。

（二）教学的方式方法比较单一

“材料成型技术基础”课程的教学方式方法比较单一，其主要的教学方法仍以教师讲解和操作演示為主，学生只是被动地参与到课堂的教学，特别是在实践教学中，教师只是按照实验指导用书上的实验步骤完成讲解，学生对实验操作的目的未能真正明白，动手操作能力不足。这种传统的教学模式无法达到教学所要求的目标和效果，学生的参与度和认知度不高，没有将多媒体、现代网络技术等先进的教学手段有效地融合，从而致使学生对该课程缺乏整体掌握和理解，对相关专业理论知识理解不充分，无法达到预期的教学效果。

（三）理论与实际存在脱节现象

实践教学是机械设计制造及其自动化专业教学与创新人才培养的重要环节之一。在“材料成型技术基础”这门课程的实际教学中，教学方法手段落后，课程考核评价方式单一，重结果轻过程，过程考核不易衡量，课堂教学活动仅仅围绕做题与考试，很难激发学生的学习兴趣，导致理论和实践相脱离［3］。因此，如何在现有的教学资源下让学生重视实践环节，解决身边的实际问题，关注社会热点现象，服务于实践创新也是我们需要解决的问题。

二、本课程的教学改革目标

以机械设计制造及其自动化的专业认证为目标，以一流本科课程建设为抓手，以培养理论+技术实践+创新设计的工程技术人才为宗旨，以“材料成型技术基础”为依托，以工程综合设计项目为载体，针对当前高校在“材料成型技术基础”这门课程教学实践中存在的问题，结合CDIO教育理念，将构思、设计、实施和运行模式融入到实际教学中，对“材料成型技术基础”课程进行改革与实践，使这门课程的教学质量得到有效提高，学生得到全面的训练和能力的提升，同时也对其他课程的教学具有一定的借鉴意义［4］。

三、基于CDIO模式的教学改革实践

（一）CDIO教学模式课程的设计

课程设计的主要目的是检验学生对这门课程的掌握程度，设计的题目可以由教师或学生来选取。在课程教学设计的过程中注重考查学生的构思、设计﹑实施及运行这几个方面的能力水平，通过课程教学设计推动学生的系统思维、学习兴趣、工程意识、动手能力以及思维创新发展，使学生能更好地适应市场需求。课题组通过多次的学情分析、教学准备等多种措施的探索和研究，制订了符合院校机械设计制造及其自动化专业知识结构、符合“材料成型技术基础”课程的CDIO教学方案。教师首先通过课堂讲解授课，使学生对“材料成型技术基础”课程的相关知识有初步的认知和掌握，在此基础上，通过引入CDIO教学模式来提升这门课程的教学效果［5］。

（二）积极开展CDIO课堂教学改革

CDIO教育模式在真正意义上改变了传统灌输式的授课方式，总的思路是让教师起引导作用，突出以学生为中心的主体地位，让学生自主学习、独立思考、积极探索，要求指导教师在整个项目组织实施过程中掌握CDIO教学的基本知识和各项技能［6］。CDIO教学的具体实施步骤为：按照CDIO理念中构思、设计、实施及运行的总体思路，每4～6名学生组成一个学习小组，根据自己的兴趣自主“构思”1～2个研究项目，教师引导学生通过自主学习、查阅文献资料，掌握有关该项目的知识内容，组织本小组的学生对研究项目内容进行认真的思考和详细的“设计”，确保其项目具有可行性和可操作性，然后小组成员之间通过组内讨论﹑合作交流的方式找到解决问题的方法和具体“实施”途径，并通过组内各自的分工和协作配合，共同完成研究项目的“运行”。最后，以学习小组为单位进行项目分析及小结，并进行讲解评价，具体教学设计流程如图1所示。

（三）CDIO教学理念下的考核方式改革

长期以来，我们专业核心课程的考核评价方式仅仅着眼于学生的卷面成绩，只考查了学生对于基本理论的掌握程度，忽视了对学生的综合能力和创新思维能力的考查。本文通过探索实施CDIO教学理念，对“材料成型技术基础”课程教学的考核评价方式进行改革。整个考核总体上可分为四个阶段：（1）理论学习测试。通过课堂讲授，课后完成习题测试，这样主要考核学生对于有关概念和原理的掌握程度。（2）实验。充分结合教材知识点，设置实验学分，提升实践教学，为项目构思提供实践基础。（3）课程设计。将CDIO理念融入课程设计中，提升课堂教学效果，培养学生合作、创新以及自主学习的综合能力。（4）期末考试。通过传统闭卷考试与项目评价相结合的方式进行期末考核。具体考核可按照3∶3∶4的占比进行，即测试和实验占30％，课程设计占30％，期末考试占40％。通过以上考核方式，激发学生的学习兴趣和主动参与热情，改革让学生的学习由被动接受转变为主动参与，这对提高教学质量具有重要意义。

四、CDIO教学模式的教学效果

（一）从课堂教学效果来看

运用CDIO教学模式，改变了传统教师满堂灌的授课方式以及学生被动听讲的学习方式，学生在课堂上积极讨论，从而激发出创新思维，很多小组都是在讨论的过程中形成了项目的构思。通过独立的项目设计，学生学会了独立设计方案，从而用来解决实际问题。

（二）从综合考核结果来看

运用CDIO教学模式，改变了传统重结果轻过程的方式，对于以往很多过于抽象的知识点进行具体化、项目化，让学生更容易理解掌握，同时激发了学生积极性，为学生创新性思维的培养打下了良好的基础。

（三）从问卷调查结果来看

在教学过程中及课程教学结束以后，通过网络或纸质问卷调查以及师生交流等形式来了解学生对“材料成型技术基础”这门课程中运用CDIO教学效果的看法和建议。通过调查问卷统计显示，所有的学生对运用CDIO教学模式都感到非常满意，满意率达100％，其中97.5％的学生认为CDIO教学法提高了他们的学习兴趣，96.2％的学生认为CDIO教学法能让他们积极主动参与其中，93％的学生认为CDIO教学法对他们的毕业设计有很大帮助，95％的学生认为CDIO教学法能有效提高他们独立思考和动手解决问题能力。

综上证明，CDIO教学模式的引入营造了良好的课堂学习氛围，培养了学生逻辑思维、创新设计、动手操作以及团队合作的能力，在“材料成型技术基础”课程教学改革中具有可行性。

结语

本文通过深入分析现行“材料成型技术基础”课程教学中存在的问题，引入CDIO教学模式，经过课程改革后本专业学生改变了以往理论和实践脱节的问题，使学生以CDIO项目为基础，自主构思、设计，并实施与运行，既培养了学生的创新意识，丰富了教学方法和教学手段，又激发了学生的学习热情，提高了教学质量和教学效率，让学生将所学知识学以致用，培养了学生承担工程项目、逻辑思维、创新设计、动手操作以及团队合作的综合能力，为今后他们参加工作奠定了扎实的基础。

参考文献

［1］崔熙贵.新要求下《工程材料及其成型基础》教学改革探索［J］.高教学刊，2017（24）：121-123.

［2］王志强，蔡平，杜文峰.基于CDIO理念的多媒体应用基础课程实践教学改革［J］.计算机教育，2009（12）：137-138+143.

［3］蔡郭生，王笃雄.《材料成型技术基础》教学改革探讨［J］.中国科教创新导刊，2011（32）：47+50.

［4］孙少宁，王晶，曹振丽，等.基于CDIO的ACCESS数据库课程教学改革研究［J］.农业网络信息，2014（12）：137-138.

［5］胡兴志，丁飞己.工程系统、工程教育与CDIO课程改革［J］.现代教育科学，2015（3）：77-83.

［6］武科.基于CDIO理念的土木工程專业工民建课程体系教改思考［J］.教育教学论坛，2020（43）：209-210.

Research on the Application of CDIO Mode in Teaching： Based on the Course Fundamentals of Material Forming Technology

LI Hong， WANG Xu-feng

（College of Mechanical and Electronic Engineering， Tarim University， Alar， Xinjiang 843300， China）

Abstract： In bachelor degree of mechanical design and manufacturing and its automation major “material molding technology foundation” course teaching in the process of introduction of engineering case， changed the traditional teaching methods， to engineering education professional certification as the guidance， take the student as the center， the introduction of CDIO teaching mode， in the teaching of engineering focusing on the conception， design， implementation， and the several aspects of operating abilities， To fully promote students interest in learning， cultivate students ability to undertake engineering projects， logical thinking， innovative design， practical ability， and the ability to apply what they have learned in solidarity and cooperation. The application of CDIO education concept in this research group has greatly aroused students initiative， enthusiasm and creativity， and stimulated students innovation ability of combining theory with practice， which has achieved good results in the teaching process.

Key words： CDIO; Material Forming Technology; the teaching reform