基于CDIO教學理念的機械制造工藝學課程多元化教學模式研究

［摘 要］機械制造工藝學是機械專業的核心專業課，以往“滿堂灌”式的教學方式已經不適應當下的社會發展。面對日益復雜的就業形勢，文章將CDIO工程教育理念應用于機械制造工藝學，進行課程多元化教學模式研究，以提高教學水平并提升學生的綜合素質，為解決社會日益增長的工程人才需求與高校全面綜合型人才培養缺口之間的矛盾貢獻力量。

［關鍵詞］CDIO；機械制造工藝學；教學痛點；教學模式

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）13-0021-04

為了適應我國經濟社會發展的新形勢，我國正在大力推行工程教育認證和新工科建設[1]，這迫切需要高校對傳統的教學模式進行優化。本文針對機械核心專業課機械制造工藝學，基于CDIO教學理念，從授課方式變革、考核方式變革以及課程完善三個方面進行研究探討，以期提升學生的綜合素質與工程意識，培養學生的自學能力與解決實際工程問題的能力，為學生進一步深造與參與工作打下堅實基礎。

一、CDIO簡介

為滿足日益發展的現代化工程教育需求，20世紀90年代末，CDIO教育模式被首次提出。隨后，麻省理工學院、瑞典皇家工學院等多所國際知名大學聯合成立跨國研究合作組織[2]，最終于21世紀初期使CDIO工程教育理念走向完善。CDIO工程教育理念一經問世，便以其先進性、系統性、實用性等諸多優點，迅速受到世界各國高校的一致認可。我國于2005年，由汕頭大學顧佩華教授帶領其團隊，引入CDIO工程教育理念并最早實施。

CDIO是Conceive、Design、Implement、Operate四個單詞的首字母縮寫，分別代表構思、設計、實施、運行，每個部分相互獨立，組合起來又是一個統一的有機整體。CDIO以工程項目為導向，在教學中引入實際工程問題，逐步將學生從工程科學人才轉變為工程實踐人才，為當下工程人才的培養提供了新模式，契合新工科背景下的時代要求，適應“百年未有之大變局”的國內外環境，可提升我國高等教育人才的國際競爭力。

二、機械制造工藝學內容及地位

機械制造工藝學是機械設計制造及其自動化專業核心骨干課程，直接支撐著機械設計制造及其自動化專業畢業要求多項指標點[3]，也是學生今后從事機械設計制造相關工作的“敲門磚”。該課程涵蓋機械加工工藝、加工精度與表面質量、機床及夾具選擇與應用、裝配工藝等多方面的知識，并且需要學生在機械制圖、機械原理、機械設計、材料成型及加工、互換性與技術測量等先修課程有較好基礎。該課程培養了學生選擇零件材料、設計零件形狀、確定零件尺寸、衡量生產成本等多方面的能力，希望學生面對工程問題時，綜合考慮成本、精度、效率，根據實際需求選擇最合適的加工路線，以最低的成本獲得精度與效率的最優組合。

三、傳統教學痛點剖析

機械制造工藝學知識面較廣，涉及從產品設計到生產的方方面面，其中每個過程均包含大量知識點，并與多門前置課程耦合，且教學過程中需要著重解釋許多理論性知識，極大地提升了其復雜性，本身就是機械專業的重點課程，盡管教師們苦心孤詣，付出大量時間與精力進行備課與講授，教學效果卻難以得到保證。傳統教學痛點如下：

（一）故步自封，教學無趣

教學過程最重要的兩個環節：一者為教，一者為學。傳統授課模式可以概括為照本宣科，能跟上時代的教師會從念課本轉變為念PPT，一些教師自顧自地講，一些學生自顧自地學，教與學分離的情況屢見不鮮。網絡資源獲取如此便利的今天，學生需要的絕不是一個智能朗讀軟件，如何進行啟發式、引導式的教學，提升學生的學習興趣，充分調動學生的積極性，加大學生參與課堂的力度，才是現階段教學的重難點所在。

（二）先“讀萬卷書”，后“行萬里路”

學校或學院在相關專業能力的培養上往往存在時空尺度上的割裂，理論教學與認識實習很少實現同步，這就導致在現場教學中很容易理解的問題在不直觀、不具體的理論教學中變得十分抽象、繁雜，大大增加了學生理解的難度。學生在教室里學習的是課本上的“死知識”，只是暫時儲存在記憶中的模糊概念，無法與工業生產一一對應，理論不能聯系實際，學習印象不深，需要反復記憶，難度直線上升。這就容易導致一些學生厭惡學習的情況更加嚴重，更難培養學習興趣，主動性差，做題尚有明顯的滯澀感，應用于實際生產則更為困難。

（三）課設一成不變，模式無人不曉

課程設計作為校園學子知識應用最主要的一種形式，理應對學生的工程思維和工程邏輯有所訓練，實際情況卻是課設題目多年不變，學生選課時就已經知道課設需要完成哪方面內容。部分學生完全照搬工具書上的實例，缺乏思考，不會靈活變通，思維僵化，只會“照葫蘆畫瓢”，一旦工藝或參數需要調整，就無從下手，明顯缺乏分析問題、解決問題的能力。因此，應加強課設改革力度，在現有知識框架中融入創新需求，全面提升學生創新能力、應用能力，著重培養實戰經驗豐富的高水平、高素質應用人才。

（四）理論與實踐考核程度不對等

傳統的考核方式以期末的卷面成績為主，過程成績比重不大[4]，部分學生平時上課不認真，期末加班加點突擊，應付考試，知識掌握得并不牢靠，考完就忘；也有部分學生平時認真努力，但因為種種原因，考試“馬失前蹄”，期末成績并不能代表其學習能力，“高分低能”與“低分高能”現象時有發生。并且理論考試多考驗記憶能力，實際應用操作能力得不到檢驗，一味追求分數的觀念驅使大部分學生重理論、輕應用，但在實際生產中，哪怕理論知識再豐富的學生，在前期實際操作中也難免出現種種失誤。

（五）綜合素質難以得到培養

傳統教學僅僅是知識的傳授，學生無法獲得面對實際工程問題的經驗，也沒有親身參與整個工程項目的經歷，工程意識、職業素質、職業道德、溝通能力、領導能力、團隊合作能力等難以得到培養。學校的作用自古以來就是教書育人，不僅要教書，更要育人，以學生為中心的理念要求高校對每一位學生負責，要舍得花精力，愿意花時間，以專業知識傳授為核心，以實際項目訓練為載體，以培養智慧全面的高校人才為重點，構建更加多元的教學體系，積極發揮高校的育人作用。

在深入推進新工科國家戰略的背景下，新的國際形勢對工科人才提出了新的要求，越來越多的技術知識被認為是工科畢業生必須掌握的[5]，傳統的機械制造工藝學授課模式已無法滿足新形勢、新要求，因此，將CDIO理念引入機械制造工藝學進行多元化教學模式研究是十分重要且必要的。

四、多元化教學模式

（一）授課方式

1.加強實操訓練，培養實戰經驗

開展現場教學，視聽結合，以工程項目為驅動，以實際應用為導向，按實際工程流程進行相應知識傳授，工程進行到何處，知識就傳授到何處，使知識傳授有一條邏輯主線，理論與實際相結合，便于學生理解，加強學生記憶。開設討論課，采用小組PPT展示的形式，每個小組可從教師給出的題庫中挑選試題，彼此不同，試題為完成一份工藝過程編制項目訓練，小組內分工要明確（如“零件圖分析—工藝規程設計—加工精度分析—表面質量分析”[6]等），每位小組成員均需上臺答辯，由相關專家與所有小組選出代表組成評審團進行評分，小組得分作為平時成績的一項。每個小組還需提交一份項目分析報告，項目分析報告由任課教師評分，分數也作為平時成績之一。

2.發揮企業引領作用，緊跟專業前沿發展趨勢

進行校企聯動，建立校外工科大學生孵化基地，加強高校與企業良性互動，增加實習含金量，培養學生綜合素質，真正讓學生在實習中得到鍛煉，讓高校成為企業的優質人才輸送基地。了解當下企業需要什么樣的人才，需要哪方面的知識，側重哪方面的知識，并把相關要求落實到教育中，按照工程需求培養學生，提升學生就業競爭力。保持知識更新迭代迅速，緊跟時代要求，適應企業發展，增加增材技術、超精密加工技術、超高速加工技術等前沿最新成果，將其部分納入考試范圍。

3.利用虛擬仿真技術，化抽象為具體

授課時使用相關仿真模擬軟件，將知識點進行可視化處理，可以調動學生積極性，提高學生學習興趣，降低學生理解難度。可引入仿真實驗平臺，在仿真平臺上可以調整原材料、處理工藝、形狀尺寸等條件，并觀察各種條件下的動態仿真顯示，既降低了學習成本，又保證了“學”與“做”的統一。

4.以學生為中心，大開方便之門

保持校內工訓基地、先進制造中心時刻對學生開放，保持學生實踐熱情。招募勤工儉學的學生進行安全操作培訓，作為學生操作器械時的安全監督員。學院牽頭，在校內舉辦機械創意設計活動，參加的作品從設計到成品，均需學生自己動手，發揮學生主觀能動性，培養其動手能力。

5.線上線下教學結合，加強師生交流互動

學生可充分利用網絡資源進行線上學習，堅持學習打卡，在線上提交作業，一方面可以解決課時緊張的問題，另一方面也可提高學生自學的能力和查找資料的能力。可利用的平臺包括MOOC、超星泛雅學習平臺、雨課堂、微助教、微信、QQ群等。保證師生溝通渠道暢通，學生可隨時向教師請教，解決學習上的困惑。

6.研讀國外最新教材，開闊國際視野

技術發展日新月異，教師應當積極跟上時代步伐，了解國內外先進技術，與國際接軌，保證自身理論知識水平處于最前沿，同時應將其在課堂教學中充分展現，可引導學生學習如《德國先進制造技術叢書》《Integrated Design and Manufacture in Mechanical Engineering》等國外的原版教材或翻譯資料[7]，探索國內外在知識框架、授課邏輯、知識細節等方面的差異，開闊視野，中西交融，取長補短。也可在課堂上播放國外尖端制造視頻，培養學生的好奇心，激發學生的求知欲。要求學生撰寫教材與視頻的學習心得，教師進行評分并計入平時成績。

（二）考核方式

1.優化成績分布

當前的成績分布不合理，理論考試成績占比過大，幾乎達到總成績比重的70%，為此對成績分布進行優化，總成績將由理論考試成績、實驗成績、課設成績、實習成績、平時成績共同組成，保證各項成績占比均衡，將成績分散到整個課程學習過程中，確保每位學生的真實學習情況得到檢驗。

2.理論考試增加綜合性大題，增加主觀題和應用題比重

相較于針對單一知識點所設的考題，綜合應用型大題更能從宏觀上考查學生對整個課程的把握程度，一道大題需要學生將多個章節所學的知識結合起來，需要同學們具有系統性與全面性的知識結構，解決部分同學考前突擊復習、知識掌握不深入、知識沒吃透的問題。

3.增加當堂檢測

當堂檢測是檢查每節課學習情況的好方法，能夠給學生增加緊迫感，要保證每節課預留合理的時間進行檢測，考查一道核心選擇題或一道重要填空題均可，題貴精不貴多。給學生施加適當的壓力，保證課堂的嚴肅性，提升課堂效率。

4.創造獎勵分機制

對于在教學環節中積極配合老師，引導學習風氣，制造良好學習氛圍的同學，老師可在平時給予獎勵分。期末按照獎勵分高低進行排序，1～3名給予總成績加3分獎勵，4～6名給予總成績加2分獎勵，7～10名給予總成績加1分獎勵，培養學生的競爭意識。

（三）課程完善

1.統計分析

提取每年成績數據，進行統計學分析，從數據反推教學環節的優劣，主要分析五項成績的平均分、極差、標準差、最高分和最低分，對統計數據進行客觀評價，針對薄弱環節，來年加大授課力度。

2.廣發問卷

向所有學生發放匿名問卷，要求學生據實填寫，力求問卷結論客觀，實事求是。問卷主要詢問學生學習中的疑難環節、覺得疑難的原因、需要改進的環節，要求說明具體原因。廣泛聽取學生意見，采納學生的合理建議，對深刻指出教育問題的學生給予期末加分獎勵。

3.見賢思齊

每個學校總有幾個十分受學生歡迎的“明星教師”，其他教師可去他們的課堂旁聽，學習他們的授課方式、授課技巧，取長補短。也可邀請教育專家蒞臨自己的授課現場旁聽，課后虛心求教，請其指出授課過程中的優點與不足。

五、總結

基于CDIO教學理念的機械制造工藝學課程教學模式相比傳統授課方式，其優勢在于，適應了國家“新工科”戰略要求，采取“構思—設計—實施—運行”的系統化培養模式，培養了一批適應國家經濟發展與職業需要的全面人才。通過進行課程多元化教學模式研究，優化授課方式與考核方式，完善課程，學生的學習積極性明顯被調動起來，課堂氛圍更為活躍，學生的團隊意識、工程意識、溝通表達能力、發散思維能力等都得到了明顯提升。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 趙琳，劉高鵬.基于CDIO的機械制造工藝學課程改革與實踐[J].教育觀察，2020，9（33）：107-110.

[2] 包秋燕.基于CDIO理念探討大學生現代工程意識培養[J].福建工程學院學報，2008（5）：451-454.

[3] 宋江，李玉清，王明，等.《機械制造工藝學》課程達成度評價與教學改進[J].農業開發與裝備，2021（12）：120-121.

[4] 翁燦，蔣炳炎，彭華建.機械制造工藝學課程混合式教學模式探索[J].中國教育技術裝備，2020（22）：66-67.

[5] 李佳欣，周玲.從CDIO模式到NEET計劃：美國工程教育改革路徑分析與經驗啟示[J].化工高等教育，2022，39（6）：22-29.

[6] 陶麗佳，袁明新，張金錚，等.機械工藝設計能力培養導向的機械制造工藝學教學改革[J].中國現代教育裝備，2022（7）：123-125.

[7] 潘斌鳳，汪惠群.工程教育專業認證背景下機械制造類專業課程教學改革探討：以上海電機學院機械制造工藝學為例[J].成都師范學院學報，2020，36（9）：57-63.

［責任編輯：雷 艷］