基于CDIO的機(jī)械制造工藝課程改革與實(shí)踐

□羅 杰 黨 波

一、《機(jī)械制造工藝》課程教學(xué)中需要解決的問(wèn)題

《機(jī)械制造工藝》課程作為機(jī)制專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課，在實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在著一些突出問(wèn)題，表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(一)傳統(tǒng)授課方式限制了學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)。傳統(tǒng)授課方式是典型的“填鴨式”教學(xué)模式，以教為主，學(xué)生缺乏獨(dú)立學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)能力[1]?！稒C(jī)械制造工藝》課程與工程實(shí)際結(jié)合緊密、實(shí)用性強(qiáng)。各知識(shí)點(diǎn)之間聯(lián)系緊密，需大量課時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)性講解，才能讓學(xué)生逐漸獲得獨(dú)立解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。但隨著教學(xué)改革，課時(shí)減少，如何讓學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)，掌握《機(jī)械制造工藝》基本知識(shí)與核心知識(shí)，并且融會(huì)貫通，舉一反三，是培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)能力的基礎(chǔ)。

(二)單一的實(shí)踐教學(xué)方式制約了學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。學(xué)生工程能力的培養(yǎng)離不開(kāi)工匠精神和創(chuàng)新能力[2]?！稒C(jī)械制造工藝》課程實(shí)踐課時(shí)少，實(shí)踐內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容契合不理想。實(shí)踐教學(xué)脫離工程背景，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

(三)單一的考核方式不利于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)?！稒C(jī)械制造工藝》課程傳統(tǒng)教學(xué)中，考核方式單一，考試卷面占60%，實(shí)驗(yàn)20%，平時(shí)(考勤、作業(yè))20%。考核形式和評(píng)價(jià)指標(biāo)不能客觀公正地反映學(xué)生對(duì)課程的掌握水平。授課質(zhì)量不高，嚴(yán)重地影響了學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO是英文字母Conceive(構(gòu)思)、Design(設(shè)計(jì))、Implement(實(shí)現(xiàn))、Operate(運(yùn)作)的首字母，代表了產(chǎn)品、系統(tǒng)和過(guò)程的整個(gè)生命周期的所有環(huán)節(jié)，即：構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作[3]。在原則上它適用于工科的任何專(zhuān)業(yè)。結(jié)合《機(jī)械制造工藝》課程特點(diǎn)，依次制訂出CDIO課程大綱和12條能力標(biāo)準(zhǔn)。采用CDIO模式對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行改革，能夠很好地解決上述三方面的突出問(wèn)題。

工程教育必須考慮兩個(gè)中心問(wèn)題，即：“做什么”和“如何做”[4]。本文主要圍繞《機(jī)械制造工藝》課程CDIO模式教學(xué)“如何做”展開(kāi)。

二、基于CDIO的《機(jī)械制造工藝》課程教學(xué)實(shí)踐方法

以機(jī)制專(zhuān)業(yè)3個(gè)班的《機(jī)械制造工藝》課程教學(xué)為例，A班(44人)采用CDIO教學(xué)模式，B班(40人)和C班(42人)兩班采用傳統(tǒng)教學(xué)模式。對(duì)于CDIO模式教學(xué)，采用了移植法、跟蹤法、總結(jié)法、對(duì)比法四種方法進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

(一)移植法。由于CDIO的工程教育模式是開(kāi)放的系統(tǒng)，因此可以從理論上采用多種先進(jìn)教學(xué)手段和模式(包括翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC、項(xiàng)目化教學(xué)、微課等)，將其移植到基于CDIO的課程改革之中，可謂錦上添花。這樣以來(lái)，可以在最大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)工程能力。

1.翻轉(zhuǎn)課堂。CDIO模式教學(xué)中，采用翻轉(zhuǎn)課堂形式，學(xué)生能很好地將課堂和課外自學(xué)結(jié)合起來(lái)，由被動(dòng)的聽(tīng)課群體成為主動(dòng)參與課堂的主體，培養(yǎng)了學(xué)生的工程能力[5]。對(duì)采取CDIO模式教學(xué)的A班進(jìn)行了6次翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生課下查資料，準(zhǔn)備充分，制作幻燈片，匯報(bào)不占用課堂時(shí)間，接受教師問(wèn)辯。匯報(bào)和答辯成績(jī)計(jì)入測(cè)驗(yàn)成績(jī)。測(cè)驗(yàn)成績(jī)占課程總評(píng)30%。A班3次翻轉(zhuǎn)課堂平均成績(jī)88.6。

2.MOOC教學(xué)模式。近年來(lái)興起的MOOC(慕課)教學(xué)模式，即：大規(guī)模開(kāi)放在線課程，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物。2017年，已經(jīng)建成《機(jī)械制造工藝》課程的網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課，并已發(fā)布投入使用。截止目前，訪問(wèn)量836人次。MOOC的成功使用，推動(dòng)了CDIO課程改革，表現(xiàn)在：

(1)學(xué)生學(xué)習(xí)不再受時(shí)間地點(diǎn)制約。學(xué)生可以合理安排時(shí)間，選擇地點(diǎn)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)活動(dòng)。包括在線答疑、在線做作業(yè)，在線考試等。其中在線答疑133人次，在線做作業(yè)176人次，正確率89.3%。

(2)滿足差異化教學(xué)。由于教學(xué)面向大多數(shù)學(xué)生，授課難易程度、進(jìn)度等不可能與每個(gè)學(xué)生完全合拍。針對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異，MOOC能滿足不同基礎(chǔ)的學(xué)生在線自學(xué)，對(duì)自己的疑難點(diǎn)可以反復(fù)研習(xí)，直到掌握。面授與在線自學(xué)實(shí)現(xiàn)完美契合。

(3)課程資源共享帶來(lái)共贏?！稒C(jī)械制造工藝》課程資源不僅為修本門(mén)課程的學(xué)生提供了便利，而且為關(guān)聯(lián)課程提供參考。

3.項(xiàng)目化教學(xué)。以“項(xiàng)目”、“微項(xiàng)目”為手段，對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程能力的培養(yǎng)[6]。對(duì)傳統(tǒng)授課單元進(jìn)行項(xiàng)目化改造，旨在提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行任務(wù)分解、獨(dú)立解決、團(tuán)隊(duì)合作的能力。對(duì)授課單元進(jìn)行項(xiàng)目化改造，如圖1所示。

4.微課。在《機(jī)械制造工藝》課程CDIO模式教學(xué)中，對(duì)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)，采用微課短視頻授課形式，能直觀地讓學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)有深刻的印象，并與項(xiàng)目化教學(xué)相關(guān)聯(lián)，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目化及微課教學(xué)注：圖中阿拉伯?dāng)?shù)字表示該任務(wù)所含微課數(shù)量

(二)跟蹤法。選取《機(jī)械制造工藝》課程CDIO模式教學(xué)下的不同學(xué)生作為樣本，進(jìn)行長(zhǎng)期地縱向能力測(cè)試跟蹤與微觀跟蹤，跟蹤學(xué)生的同時(shí)，也是對(duì)該教學(xué)方法進(jìn)行檢驗(yàn)。

選取A班6名不同基礎(chǔ)的學(xué)生，長(zhǎng)期默默地微觀跟蹤其學(xué)業(yè)狀況。結(jié)果表明，每位學(xué)生在CDIO模式下的學(xué)習(xí)效果都有不同程度提升，其中基礎(chǔ)薄弱的某學(xué)生提高最明顯，其1～4周的各項(xiàng)考量指標(biāo)結(jié)果如表1所示。

表1 某基礎(chǔ)薄弱學(xué)生1～4周學(xué)業(yè)微觀跟蹤結(jié)果

(三)總結(jié)法。將CDIO模式下的教學(xué)和實(shí)踐中獲得的感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，不斷學(xué)習(xí)，實(shí)踐，總結(jié)，完善，再實(shí)踐，在實(shí)踐中研究和創(chuàng)新。在教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，彈性調(diào)整課時(shí)。例如，尺寸鏈計(jì)算部分由計(jì)劃的2課時(shí)調(diào)整為3課時(shí)。留作翻轉(zhuǎn)課堂的項(xiàng)目及任務(wù)，不再占用課堂時(shí)間，把節(jié)約的課時(shí)重點(diǎn)放在解答學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程中存在的共性難題。

(四)對(duì)比法。又稱(chēng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)法。《機(jī)械制造工藝》課程CDIO模式教學(xué)的A班44名學(xué)生，與傳統(tǒng)授課的B、C班隨機(jī)抽取的44名學(xué)生，在學(xué)期末作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

理論教學(xué)中采用CDIO模式教學(xué)的成績(jī)平均分86.63,方差7.12，而采用傳統(tǒng)模式教學(xué)的成績(jī)平均分83.24，方差7.65.參照?qǐng)D2-a。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中CDIO模式教學(xué)的成績(jī)平均分77.61，方差6.03，而采用傳統(tǒng)模式教學(xué)的成績(jī)平均分74.57，方差5.81；參照?qǐng)D2-b。

課程設(shè)計(jì)中采用CDIO模式教學(xué)的成績(jī)平均分81.29,方差6.57，而采用傳統(tǒng)式教學(xué)的成績(jī)平均分77.36，方差5.93；參照?qǐng)D2-c。

實(shí)踐教學(xué)中CDIO模式教學(xué)的成績(jī)平均分83.04，方差6.82，而采用傳統(tǒng)模式教學(xué)的成績(jī)平均分79.17，方差6.38。參照?qǐng)D2-d。

三、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)《機(jī)械制造工藝》課程的CDIO工程教育模式改革，采用移植法、跟蹤法、總結(jié)法、對(duì)比法進(jìn)行了教學(xué)探索。實(shí)踐表明，通過(guò)這四種方法不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、個(gè)人能力、人際交往和系統(tǒng)構(gòu)建能力，為其他課程進(jìn)行CDIO工程模式改革提供了借鑒的案例。