CDIO模式在教學中的應用研究

李鴻 王旭峰

［摘 要］ 在本科機械設計制造及其自動化專業的“材料成型技術基礎”課程教學過程中引入工程案例教學法，改變了傳統教學方法，以工程教育專業認證為引導，以學生為中心，引入CDIO教學模式，在教學工作中以項目形式將構思、設計、實施和運行這些方面進行教學設計和應用，充分提高學生學習興趣，培養學生承擔工程項目能力、邏輯思維能力、創新設計能力、動手能力以及學以致用團結合作能力。課題組運用CDIO教育理念，充分調動學生的主動性、積極性和創造性，激發學生理論聯系實際和實踐創新的能力，在教學過程中取得了較好的效果。

［關鍵詞］ CDIO；材料成型技術基礎；教學改革

［基金項目］ 2022年度塔里木大學高等教育教學研究項目“CDIO模式在《材料成型技術基礎》課程教學中的應用研究”（TDGJYB2210）；2022年度兵團級一流本科專業建設“機械設計制造及其自動化”（YLZYXJ202102）；2023年度兵團級一流本科課程建設項目“材料成型技術基礎”（TSYLKC202209）；2023年度塔里木大學“課程思政”示范課程項目“材料成型技術基礎”（TDKCSZ22314）

［作者簡介］ 李鴻（1986—），女，甘肅白銀人，碩士，塔里木大學機械電氣化工程學院副教授，主要從事材料成型研究；王旭峰（1974—），男，甘肅天水人，博士，塔里木大學機械電氣化工程學院教授（通信作者），主要從事機械設計研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）37-0145-04［收稿日期］ 2022-11-05

引言

“材料成型技術基礎”是針對農機與機械類專業開設的一門專業基礎課程，在培養專業技能人才上占有重要的地位。培養學生綜合分析能力和動手實踐能力，可以為后續專業課學習提供理論基礎。課程的內容主要包括熱加工工藝基礎和機械加工工藝基礎，它是“機械制圖”“機械設計”“金工實習”課程學習的先修課程。該課程共40學時，包括理論38學時和實驗2學時，主要面向本科三年級的學生，每學期開課不少于150人。隨著科技的不斷進步和產業發展的需求，該課程緊跟產業、行業、企業發展步伐，不斷進行課程體系、考核方式等方面的改革，課程的建設與發展經歷了起步、發展、完善三個階段。學院與眾多企業開展合作，企業承接課程實習與畢業生產實習，共同開發學習領域課程，形成工學結合特色鮮明的課程體系，切實提高了人才培養質量。

一、教學現狀分析

“材料成型技術基礎”課程理論性、實踐性強，要求學生在學習前有一定的知識基礎，學生在實際的學習過程中，對“材料成型技術基礎”這門課程的基礎知識內容的理解及掌握還是存在一定的問題。在傳統的教育教學模式中，課堂教學仍以教師講授為主，過于注重理論知識的講授，卻忽視了對學生綜合能力的開發和培養［1］。

（一）與工程教育教學模式聯系不夠緊密

本課程面向農機與機械類專業學生開設。學生的專業基礎和認知能力參差不齊，教學結構體系簡單僵化，教學模式與國際目前通用的工程教育模式不夠契合。作為專業基礎課，應該適應不同學生的需求，恰當地解決基礎與專業、理論與實踐、實用性與知識性問題，但實際上各個教學環節彼此是獨立的，和生產實踐的聯系較少。因此，如何打破傳統教學模式，將課程教學與現代信息技術接軌、與國際工程教育接軌是我們目前所面對的挑戰［2］。

（二）教學的方式方法比較單一

“材料成型技術基礎”課程的教學方式方法比較單一，其主要的教學方法仍以教師講解和操作演示為主，學生只是被動地參與到課堂的教學，特別是在實踐教學中，教師只是按照實驗指導用書上的實驗步驟完成講解，學生對實驗操作的目的未能真正明白，動手操作能力不足。這種傳統的教學模式無法達到教學所要求的目標和效果，學生的參與度和認知度不高，沒有將多媒體、現代網絡技術等先進的教學手段有效地融合，從而致使學生對該課程缺乏整體掌握和理解，對相關專業理論知識理解不充分，無法達到預期的教學效果。

（三）理論與實際存在脫節現象

實踐教學是機械設計制造及其自動化專業教學與創新人才培養的重要環節之一。在“材料成型技術基礎”這門課程的實際教學中，教學方法手段落后，課程考核評價方式單一，重結果輕過程，過程考核不易衡量，課堂教學活動僅僅圍繞做題與考試，很難激發學生的學習興趣，導致理論和實踐相脫離［3］。因此，如何在現有的教學資源下讓學生重視實踐環節，解決身邊的實際問題，關注社會熱點現象，服務于實踐創新也是我們需要解決的問題。

二、本課程的教學改革目標

以機械設計制造及其自動化的專業認證為目標，以一流本科課程建設為抓手，以培養理論+技術實踐+創新設計的工程技術人才為宗旨，以“材料成型技術基礎”為依托，以工程綜合設計項目為載體，針對當前高校在“材料成型技術基礎”這門課程教學實踐中存在的問題，結合CDIO教育理念，將構思、設計、實施和運行模式融入到實際教學中，對“材料成型技術基礎”課程進行改革與實踐，使這門課程的教學質量得到有效提高，學生得到全面的訓練和能力的提升，同時也對其他課程的教學具有一定的借鑒意義［4］。

三、基于CDIO模式的教學改革實踐

（一）CDIO教學模式課程的設計

課程設計的主要目的是檢驗學生對這門課程的掌握程度，設計的題目可以由教師或學生來選取。在課程教學設計的過程中注重考查學生的構思、設計﹑實施及運行這幾個方面的能力水平，通過課程教學設計推動學生的系統思維、學習興趣、工程意識、動手能力以及思維創新發展，使學生能更好地適應市場需求。課題組通過多次的學情分析、教學準備等多種措施的探索和研究，制訂了符合院校機械設計制造及其自動化專業知識結構、符合“材料成型技術基礎”課程的CDIO教學方案。教師首先通過課堂講解授課，使學生對“材料成型技術基礎”課程的相關知識有初步的認知和掌握，在此基礎上，通過引入CDIO教學模式來提升這門課程的教學效果［5］。

（二）積極開展CDIO課堂教學改革

CDIO教育模式在真正意義上改變了傳統灌輸式的授課方式，總的思路是讓教師起引導作用，突出以學生為中心的主體地位，讓學生自主學習、獨立思考、積極探索，要求指導教師在整個項目組織實施過程中掌握CDIO教學的基本知識和各項技能［6］。CDIO教學的具體實施步驟為：按照CDIO理念中構思、設計、實施及運行的總體思路，每4～6名學生組成一個學習小組，根據自己的興趣自主“構思”1～2個研究項目，教師引導學生通過自主學習、查閱文獻資料，掌握有關該項目的知識內容，組織本小組的學生對研究項目內容進行認真的思考和詳細的“設計”，確保其項目具有可行性和可操作性，然后小組成員之間通過組內討論﹑合作交流的方式找到解決問題的方法和具體“實施”途徑，并通過組內各自的分工和協作配合，共同完成研究項目的“運行”。最后，以學習小組為單位進行項目分析及小結，并進行講解評價，具體教學設計流程如圖1所示。

（三）CDIO教學理念下的考核方式改革

長期以來，我們專業核心課程的考核評價方式僅僅著眼于學生的卷面成績，只考查了學生對于基本理論的掌握程度，忽視了對學生的綜合能力和創新思維能力的考查。本文通過探索實施CDIO教學理念，對“材料成型技術基礎”課程教學的考核評價方式進行改革。整個考核總體上可分為四個階段：（1）理論學習測試。通過課堂講授，課后完成習題測試，這樣主要考核學生對于有關概念和原理的掌握程度。（2）實驗。充分結合教材知識點，設置實驗學分，提升實踐教學，為項目構思提供實踐基礎。（3）課程設計。將CDIO理念融入課程設計中，提升課堂教學效果，培養學生合作、創新以及自主學習的綜合能力。（4）期末考試。通過傳統閉卷考試與項目評價相結合的方式進行期末考核。具體考核可按照3∶3∶4的占比進行，即測試和實驗占30％，課程設計占30％，期末考試占40％。通過以上考核方式，激發學生的學習興趣和主動參與熱情，改革讓學生的學習由被動接受轉變為主動參與，這對提高教學質量具有重要意義。

四、CDIO教學模式的教學效果

（一）從課堂教學效果來看

運用CDIO教學模式，改變了傳統教師滿堂灌的授課方式以及學生被動聽講的學習方式，學生在課堂上積極討論，從而激發出創新思維，很多小組都是在討論的過程中形成了項目的構思。通過獨立的項目設計，學生學會了獨立設計方案，從而用來解決實際問題。

（二）從綜合考核結果來看

運用CDIO教學模式，改變了傳統重結果輕過程的方式，對于以往很多過于抽象的知識點進行具體化、項目化，讓學生更容易理解掌握，同時激發了學生積極性，為學生創新性思維的培養打下了良好的基礎。

（三）從問卷調查結果來看

在教學過程中及課程教學結束以后，通過網絡或紙質問卷調查以及師生交流等形式來了解學生對“材料成型技術基礎”這門課程中運用CDIO教學效果的看法和建議。通過調查問卷統計顯示，所有的學生對運用CDIO教學模式都感到非常滿意，滿意率達100％，其中97.5％的學生認為CDIO教學法提高了他們的學習興趣，96.2％的學生認為CDIO教學法能讓他們積極主動參與其中，93％的學生認為CDIO教學法對他們的畢業設計有很大幫助，95％的學生認為CDIO教學法能有效提高他們獨立思考和動手解決問題能力。

綜上證明，CDIO教學模式的引入營造了良好的課堂學習氛圍，培養了學生邏輯思維、創新設計、動手操作以及團隊合作的能力，在“材料成型技術基礎”課程教學改革中具有可行性。

結語

本文通過深入分析現行“材料成型技術基礎”課程教學中存在的問題，引入CDIO教學模式，經過課程改革后本專業學生改變了以往理論和實踐脫節的問題，使學生以CDIO項目為基礎，自主構思、設計，并實施與運行，既培養了學生的創新意識，豐富了教學方法和教學手段，又激發了學生的學習熱情，提高了教學質量和教學效率，讓學生將所學知識學以致用，培養了學生承擔工程項目、邏輯思維、創新設計、動手操作以及團隊合作的綜合能力，為今后他們參加工作奠定了扎實的基礎。

參考文獻

［1］崔熙貴.新要求下《工程材料及其成型基礎》教學改革探索［J］.高教學刊，2017（24）：121-123.

［2］王志強，蔡平，杜文峰.基于CDIO理念的多媒體應用基礎課程實踐教學改革［J］.計算機教育，2009（12）：137-138+143.

［3］蔡郭生，王篤雄.《材料成型技術基礎》教學改革探討［J］.中國科教創新導刊，2011（32）：47+50.

［4］孫少寧，王晶，曹振麗，等.基于CDIO的ACCESS數據庫課程教學改革研究［J］.農業網絡信息，2014（12）：137-138.

［5］胡興志，丁飛己.工程系統、工程教育與CDIO課程改革［J］.現代教育科學，2015（3）：77-83.

［6］武科.基于CDIO理念的土木工程專業工民建課程體系教改思考［J］.教育教學論壇，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