結(jié)合CDIO理念的“材料成形技術(shù)”課程教學(xué)改革

張華麗

摘 要：CDIO工程教育模式是一種開(kāi)放性的工程教育體系結(jié)構(gòu)構(gòu)想。CDIO的培養(yǎng)目標(biāo)是教育學(xué)生掌握深厚的技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)，致力于創(chuàng)造新產(chǎn)品及新系統(tǒng)，了解未來(lái)工作核心的戰(zhàn)略價(jià)值。CDIO教育模式強(qiáng)調(diào)以構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)行四個(gè)環(huán)節(jié)規(guī)劃產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程。根據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)的需要，該文結(jié)合CDIO教育模式，從教育策略、評(píng)估方法的創(chuàng)新、轉(zhuǎn)換新型教學(xué)方法對(duì)學(xué)生的影響等方面，介紹了材料成形技術(shù)課程的雙語(yǔ)教學(xué)改革實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：材料成形技術(shù) 教學(xué)改革 機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè) CDIO工程教育模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0170-02

進(jìn)入本世紀(jì)，社會(huì)發(fā)展越來(lái)越全球化，成功的工程師和企業(yè)取決于他們能否適應(yīng)新的環(huán)境和新興技術(shù)的運(yùn)用。這一轉(zhuǎn)變急需通過(guò)對(duì)工程類(lèi)教育的改革來(lái)實(shí)現(xiàn)。全球化、多樣性、全球文化和語(yǔ)言的不同、交流的需要、種族、領(lǐng)導(dǎo)地位等，必然構(gòu)成了工程類(lèi)教育改革的核心內(nèi)容[1-2]。過(guò)去的20年來(lái)，美國(guó)工程教育協(xié)會(huì)、美國(guó)國(guó)家專(zhuān)業(yè)出版社、美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金等組織對(duì)工程教育改革進(jìn)行了廣泛的研究。然而即使有如此多關(guān)于工程教育改革的文獻(xiàn)，今天的工程類(lèi)課程設(shè)置仍然未能滿足培養(yǎng)優(yōu)秀工程師們這一基本需要。工程類(lèi)課程必須改變40年來(lái)的課程體系和教學(xué)思想。針對(duì)我國(guó)工程類(lèi)教育實(shí)踐存在的重理論輕實(shí)踐，重視知識(shí)學(xué)習(xí)而輕視方法創(chuàng)新的培養(yǎng)等問(wèn)題[3-4]，結(jié)合未來(lái)畢業(yè)的工程技術(shù)人才國(guó)際化工作環(huán)境，應(yīng)大力培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐訓(xùn)練，及英語(yǔ)工程化應(yīng)用的能力。

1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是2000年以來(lái)由查爾姆斯理工大學(xué)、瑞典皇家理工學(xué)院、瑞典林雪平大學(xué)、麻省理工學(xué)院四所大學(xué)創(chuàng)立的針對(duì)工程類(lèi)教育改革新理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。CDIO核心特點(diǎn)是圍繞各學(xué)科組織課程，同時(shí)強(qiáng)調(diào)工程實(shí)際項(xiàng)目、活躍的教學(xué)模式、體驗(yàn)式的小組學(xué)習(xí)，以及多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境包括教室、車(chē)間、外部世界。

2004年美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)發(fā)表了“面向21世紀(jì)工程類(lèi)知識(shí)”的核心標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)包含15項(xiàng)內(nèi)容，涵蓋技術(shù)、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐等方面。

技術(shù)類(lèi)的指標(biāo)包括：應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程知識(shí)的能力；設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)，及分析數(shù)據(jù)的能力；根據(jù)需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)、零件、所需工藝的能力；對(duì)工程類(lèi)問(wèn)題判斷、公式化表達(dá)、解決的能力；掌握工程實(shí)踐所需技術(shù)、技能、現(xiàn)代化工程工具的能力；應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決機(jī)械工程特定領(lǐng)域問(wèn)題的能力；理解工程管理、資產(chǎn)管理的基本理論。

專(zhuān)業(yè)實(shí)踐類(lèi)的指標(biāo)包括：多學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；遵守專(zhuān)業(yè)、道德職責(zé)；高效的溝通能力；全球化背景下具有較寬的解決工程問(wèn)題的知識(shí)面；熟悉商業(yè)、公共政策及組織的基本架構(gòu)；理解領(lǐng)導(dǎo)者的角色、領(lǐng)導(dǎo)原則和態(tài)度。

在CDIO教學(xué)方法實(shí)踐中，教師有三個(gè)主要任務(wù)：首先，確保每部分學(xué)習(xí)內(nèi)容最終匯集為整體學(xué)習(xí)成果，保證單個(gè)學(xué)生遇到問(wèn)題可以得到解決。其次，教師要為個(gè)人考核成績(jī)。機(jī)械工程領(lǐng)域的教學(xué)簡(jiǎn)單通過(guò)學(xué)生的考試成績(jī)來(lái)評(píng)價(jià)是不全面的。最后，教師要負(fù)責(zé)協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生適應(yīng)新的雙語(yǔ)教學(xué)環(huán)境。鼓勵(lì)學(xué)生間的溝通，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

2 教育策略的改革實(shí)踐

結(jié)合CDIO能力大綱內(nèi)容，在《工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)》課堂上，涉及了大綱內(nèi)的大部分內(nèi)容，如技術(shù)知識(shí)和推理能力、工程推理和解決問(wèn)題、系統(tǒng)思維、求知欲和終生學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。需特別提出的是大綱中的交流技能，通過(guò)本課程雙語(yǔ)教學(xué)逐步提高了學(xué)生的外語(yǔ)交流能力。相關(guān)教學(xué)改革實(shí)踐如下。

（1）為了培養(yǎng)學(xué)生的工程推理和解決問(wèn)題能力，亦可給出學(xué)生某種工程實(shí)際問(wèn)題，如激光立體成形加工技術(shù)適用的合金材料。這樣的問(wèn)題多半需要聯(lián)系學(xué)生已學(xué)的工程材料知識(shí)。除了之外，學(xué)生們對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，了解工程中常用的材料，如鋼、高溫合金、鈦合金等是否適合進(jìn)行激光立體成形加工毛坯或半成品件。給出各材料成形方法的優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性分析，撰寫(xiě)相關(guān)報(bào)告后提交。

（2）課程結(jié)束前對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，針對(duì)一種新型成形技術(shù)進(jìn)行英語(yǔ)報(bào)告。每組學(xué)生的題目從板液壓成形技術(shù)、溫壓成形技術(shù)、熔絲沉積成形技術(shù)到半固態(tài)金屬成形技術(shù)等任選，并且提供幾篇相關(guān)文獻(xiàn)作為背景材料。分組成員們通過(guò)現(xiàn)代化圖書(shū)搜索工具找到更多的相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫(xiě)出一篇符合正式出版論文一般要求的報(bào)告。最后，每組選派代表在討論會(huì)上講解自己的報(bào)告，并接受其他討論組的提問(wèn)和評(píng)價(jià)。

需要特別指出的是，上述教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容并不新穎，如何執(zhí)行、貫徹CDIO精神是關(guān)鍵。在這一過(guò)程中，堅(jiān)決杜絕學(xué)生簡(jiǎn)單地照搬網(wǎng)上已有的英文資料。以一個(gè)案例研究為題目（如熔模鑄造的全膝關(guān)節(jié)置換體，或LotusElise汽車(chē)的懸掛組件成形方法等），時(shí)間為1-2周，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作能力，學(xué)習(xí)如何做演講及撰寫(xiě)學(xué)術(shù)報(bào)告。除了這些技能，學(xué)生們也得到了計(jì)算機(jī)程序方面的鍛煉。指導(dǎo)學(xué)生采用ProE，Solidworks軟件建立毛坯件的數(shù)學(xué)模型，為大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)將來(lái)工作打基礎(chǔ)，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐素養(yǎng)。

在前述教學(xué)方法的實(shí)踐改革后，有一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要思考：如何在激勵(lì)學(xué)生合作性學(xué)習(xí)和以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，不遺漏課程的重點(diǎn)內(nèi)容？筆者最初的想法是教學(xué)的目的不是覆蓋所有的知識(shí)點(diǎn)。但通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)雖然課堂上的分組討論等占據(jù)一些講授時(shí)間，主動(dòng)學(xué)習(xí)的方式并不意味著要減少教學(xué)大綱內(nèi)容。

《材料成形技術(shù)》作為我校大二本科生的必修課程，結(jié)合CDIO教學(xué)思想，進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容的改革實(shí)踐。以“金屬鑄造工藝”內(nèi)容為例，根據(jù)大綱要求講授方式劃分為介紹類(lèi)、詳細(xì)講授類(lèi)、學(xué)生實(shí)踐類(lèi)。如“金屬鑄造工藝及設(shè)備”內(nèi)容劃為介紹類(lèi)，簡(jiǎn)單介紹或把學(xué)習(xí)任務(wù)下發(fā)給學(xué)生，不再布置附加的學(xué)習(xí)內(nèi)容。例如請(qǐng)學(xué)生們分組做各鑄造工藝方法的口頭演講。將“金屬鑄造的理論基礎(chǔ)”列為詳細(xì)講授類(lèi)，目標(biāo)是提升學(xué)生的知識(shí)層面，清晰完整講授金屬凝固理論、流體流動(dòng)、熔融金屬的流動(dòng)性、鑄件缺陷等基本理論。將“金屬鑄造：設(shè)計(jì)、材料、經(jīng)濟(jì)性”列為學(xué)生實(shí)踐類(lèi)，首先教師講解鑄件設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵考量，使學(xué)生掌握鑄件設(shè)計(jì)的一般原則，將這部分內(nèi)容作為課后作業(yè)下發(fā)學(xué)生。

3 轉(zhuǎn)換新型教學(xué)方法對(duì)學(xué)生的影響及解決策略

習(xí)慣了教師講授，學(xué)生在考試時(shí)重復(fù)教授內(nèi)容的模式，學(xué)生們對(duì)新的教學(xué)方法可能不會(huì)很快接受。當(dāng)教師要求學(xué)生自己學(xué)習(xí)部分內(nèi)容時(shí)，他們可能會(huì)感到教師教課不認(rèn)真。這種敵對(duì)情緒將非常影響教師，使之感到受挫。學(xué)生的抵觸在合作型、基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)方式中較為常見(jiàn)。特別是這次的教學(xué)改革實(shí)踐結(jié)合了雙語(yǔ)教學(xué)方式。一些同學(xué)能夠迅速地通過(guò)最初的不適應(yīng)，但有些同學(xué)整個(gè)學(xué)期深陷抗拒、后退階段。這一過(guò)程是正常的，作為教師，可從以下幾個(gè)方面改善學(xué)生的抵觸情況。

（1）循序漸進(jìn)。以學(xué)生為中心的教學(xué)模式應(yīng)在課程開(kāi)始之初在學(xué)生心里埋下學(xué)習(xí)目標(biāo)。循序漸進(jìn)地開(kāi)展，逐步增加強(qiáng)度。

（2）向?qū)W生解釋講授方式和理由。當(dāng)學(xué)生初次經(jīng)歷新的教學(xué)方法，特別這種方法讓學(xué)生有所負(fù)擔(dān)，他們就可能感覺(jué)自己是實(shí)驗(yàn)對(duì)象，有所抵觸。故在授課前將實(shí)施新方法的原因要解釋給學(xué)生接受。

（3）查閱相關(guān)發(fā)表的研究結(jié)果，證實(shí)采用的教學(xué)方法是可行的。

（4）教師要避免生硬地實(shí)施新的教學(xué)方法，應(yīng)認(rèn)識(shí)到部分學(xué)生有其獨(dú)特的需求和局限性，遇到問(wèn)題的解決方法也要基于個(gè)體不同分類(lèi)展開(kāi)。

在《工程材料及機(jī)械制造》課程教學(xué)改革實(shí)踐過(guò)程中，課題研究者感覺(jué)到除了耐心地引導(dǎo)學(xué)生適應(yīng)新的教學(xué)方式，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段改進(jìn)是有效的。為此實(shí)踐了以下教育方式。

（1）將每次學(xué)生的展示報(bào)告題目與近期學(xué)習(xí)的材料成形方法、相關(guān)應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。題目可以是實(shí)際問(wèn)題或者具有說(shuō)明性的事例。

（2）課程內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)詳細(xì)地呈現(xiàn)給學(xué)生們，作為未來(lái)考試的復(fù)習(xí)指導(dǎo)。

（3）課堂上進(jìn)行簡(jiǎn)短的小組討論，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行構(gòu)想、提出解決方法、衍生出新的想法。

（4）布置學(xué)生完成一到兩個(gè)課下分組作業(yè)，而不是立即開(kāi)展全面地小組合作式的學(xué)習(xí)。

（5）以課堂隨機(jī)測(cè)驗(yàn)方式定期提問(wèn)或測(cè)試學(xué)生，如本次課程的主要學(xué)習(xí)點(diǎn)、模糊點(diǎn)。教師只需瀏覽這些反饋意見(jiàn)，在接下來(lái)的課程中對(duì)困惑點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)習(xí)講解。

（6）進(jìn)行教學(xué)中期評(píng)價(jià)。例如課堂上的教學(xué)方法哪種促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，哪種方法讓學(xué)生反感思考并接受其中有建設(shè)性的建議。

4 結(jié)語(yǔ)

《工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)》作為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生的必修課，是一門(mén)介紹材料成形基礎(chǔ)方法、工藝、結(jié)構(gòu)工藝性的課程，是踐行雙語(yǔ)教學(xué)和CDIO理念的最佳平臺(tái)。課程講授時(shí)可結(jié)合成形技術(shù)領(lǐng)域的新思想、新方法、新工藝，實(shí)踐、發(fā)展CDIO精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)中探索知識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神。雖然學(xué)生初期感覺(jué)雙語(yǔ)教學(xué)阻力較大，但通過(guò)一學(xué)期的努力，學(xué)生們掌握了知識(shí)，鍛煉了公開(kāi)場(chǎng)合下使用英語(yǔ)進(jìn)行技術(shù)性報(bào)告的能力，增強(qiáng)了自信心。

建立學(xué)生完整合理的工程師素養(yǎng)，僅僅一個(gè)課程的雙語(yǔ)+CDIO教學(xué)模式不能勝任。關(guān)鍵問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)整個(gè)課程體系，如何將CDIO能力大綱的各項(xiàng)貫穿在課程體系之中。對(duì)于四年本科教育的每個(gè)階段，應(yīng)建立不同的能力培養(yǎng)階梯。本科教育的初期非常重要，也就是學(xué)生的第一、二學(xué)年，是建立學(xué)生熱愛(ài)機(jī)械工程行業(yè)的奠基期。問(wèn)題仍在于前兩年的課程如何實(shí)現(xiàn)CDIO能力大綱的基礎(chǔ)部分，如何與工程教育中其他課程的銜接，如何更有效地激勵(lì)學(xué)生的興趣。這些都需要高等教育工程類(lèi)教師們繼續(xù)努力實(shí)踐改革。工程類(lèi)教學(xué)改革需要各專(zhuān)業(yè)、企業(yè)、工程類(lèi)組織持續(xù)、有效的協(xié)作。為滿足21世紀(jì)知識(shí)型社會(huì)工作需要，工程教育必須立即實(shí)踐改革，并且對(duì)碩士研究生學(xué)位課程進(jìn)行制度化改革。

參考文獻(xiàn)

[1] 李宏偉，張志遠(yuǎn)，李偉，等.面向工程實(shí)際的應(yīng)用型機(jī)械人才培養(yǎng)模式研究[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2010（3）：149-150.

[2] 林大鈞.機(jī)械工程教育的改革與發(fā)展[J].化工高等教育，2003（4）：10-11.

[3] 于濤，王素玉，范云霄.構(gòu)建以工程素質(zhì)為取向的煤炭高校機(jī)械類(lèi)人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐[J].高教論壇，2011（7）：33-36.

[4] 朱劍英.信息技術(shù)、機(jī)械工業(yè)與機(jī)械工程教育[J].高等教育研究，2002（1）：68-73.