基于CDIO教学理念的机械制造工艺学课程多元化教学模式研究

［摘 要］机械制造工艺学是机械专业的核心专业课，以往“满堂灌”式的教学方式已经不适应当下的社会发展。面对日益复杂的就业形势，文章将CDIO工程教育理念应用于机械制造工艺学，进行课程多元化教学模式研究，以提高教学水平并提升学生的综合素质，为解决社会日益增长的工程人才需求与高校全面综合型人才培养缺口之间的矛盾贡献力量。

［关键词］CDIO；机械制造工艺学；教学痛点；教学模式

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）13-0021-04

为了适应我国经济社会发展的新形势，我国正在大力推行工程教育认证和新工科建设[1]，这迫切需要高校对传统的教学模式进行优化。本文针对机械核心专业课机械制造工艺学，基于CDIO教学理念，从授课方式变革、考核方式变革以及课程完善三个方面进行研究探讨，以期提升学生的综合素质与工程意识，培养学生的自学能力与解决实际工程问题的能力，为学生进一步深造与参与工作打下坚实基础。

一、CDIO简介

为满足日益发展的现代化工程教育需求，20世纪90年代末，CDIO教育模式被首次提出。随后，麻省理工学院、瑞典皇家工学院等多所国际知名大学联合成立跨国研究合作组织[2]，最终于21世纪初期使CDIO工程教育理念走向完善。CDIO工程教育理念一经问世，便以其先进性、系统性、实用性等诸多优点，迅速受到世界各国高校的一致认可。我国于2005年，由汕头大学顾佩华教授带领其团队，引入CDIO工程教育理念并最早实施。

CDIO是Conceive、Design、Implement、Operate四个单词的首字母缩写，分别代表构思、设计、实施、运行，每个部分相互独立，组合起来又是一个统一的有机整体。CDIO以工程项目为导向，在教学中引入实际工程问题，逐步将学生从工程科学人才转变为工程实践人才，为当下工程人才的培养提供了新模式，契合新工科背景下的时代要求，适应“百年未有之大变局”的国内外环境，可提升我国高等教育人才的国际竞争力。

二、机械制造工艺学内容及地位

机械制造工艺学是机械设计制造及其自动化专业核心骨干课程，直接支撑着机械设计制造及其自动化专业毕业要求多项指标点[3]，也是学生今后从事机械设计制造相关工作的“敲门砖”。该课程涵盖机械加工工艺、加工精度与表面质量、机床及夹具选择与应用、装配工艺等多方面的知识，并且需要学生在机械制图、机械原理、机械设计、材料成型及加工、互换性与技术测量等先修课程有较好基础。该课程培养了学生选择零件材料、设计零件形状、确定零件尺寸、衡量生产成本等多方面的能力，希望学生面对工程问题时，综合考虑成本、精度、效率，根据实际需求选择最合适的加工路线，以最低的成本获得精度与效率的最优组合。

三、传统教学痛点剖析

机械制造工艺学知识面较广，涉及从产品设计到生产的方方面面，其中每个过程均包含大量知识点，并与多门前置课程耦合，且教学过程中需要着重解释许多理论性知识，极大地提升了其复杂性，本身就是机械专业的重点课程，尽管教师们苦心孤诣，付出大量时间与精力进行备课与讲授，教学效果却难以得到保证。传统教学痛点如下：

（一）故步自封，教学无趣

教学过程最重要的两个环节：一者为教，一者为学。传统授课模式可以概括为照本宣科，能跟上时代的教师会从念课本转变为念PPT，一些教师自顾自地讲，一些学生自顾自地学，教与学分离的情况屡见不鲜。网络资源获取如此便利的今天，学生需要的绝不是一个智能朗读软件，如何进行启发式、引导式的教学，提升学生的学习兴趣，充分调动学生的积极性，加大学生参与课堂的力度，才是现阶段教学的重难点所在。

（二）先“读万卷书”，后“行万里路”

学校或学院在相关专业能力的培养上往往存在时空尺度上的割裂，理论教学与认识实习很少实现同步，这就导致在现场教学中很容易理解的问题在不直观、不具体的理论教学中变得十分抽象、繁杂，大大增加了学生理解的难度。学生在教室里学习的是课本上的“死知识”，只是暂时储存在记忆中的模糊概念，无法与工业生产一一对应，理论不能联系实际，学习印象不深，需要反复记忆，难度直线上升。这就容易导致一些学生厌恶学习的情况更加严重，更难培养学习兴趣，主动性差，做题尚有明显的滞涩感，应用于实际生产则更为困难。

（三）课设一成不变，模式无人不晓

课程设计作为校园学子知识应用最主要的一种形式，理应对学生的工程思维和工程逻辑有所训练，实际情况却是课设题目多年不变，学生选课时就已经知道课设需要完成哪方面内容。部分学生完全照搬工具书上的实例，缺乏思考，不会灵活变通，思维僵化，只会“照葫芦画瓢”，一旦工艺或参数需要调整，就无从下手，明显缺乏分析问题、解决问题的能力。因此，应加强课设改革力度，在现有知识框架中融入创新需求，全面提升学生创新能力、应用能力，着重培养实战经验丰富的高水平、高素质应用人才。

（四）理论与实践考核程度不对等

传统的考核方式以期末的卷面成绩为主，过程成绩比重不大[4]，部分学生平时上课不认真，期末加班加点突击，应付考试，知识掌握得并不牢靠，考完就忘；也有部分学生平时认真努力，但因为种种原因，考试“马失前蹄”，期末成绩并不能代表其学习能力，“高分低能”与“低分高能”现象时有发生。并且理论考试多考验记忆能力，实际应用操作能力得不到检验，一味追求分数的观念驱使大部分学生重理论、轻应用，但在实际生产中，哪怕理论知识再丰富的学生，在前期实际操作中也难免出现种种失误。

（五）综合素质难以得到培养

传统教学仅仅是知识的传授，学生无法获得面对实际工程问题的经验，也没有亲身参与整个工程项目的经历，工程意识、职业素质、职业道德、沟通能力、领导能力、团队合作能力等难以得到培养。学校的作用自古以来就是教书育人，不仅要教书，更要育人，以学生为中心的理念要求高校对每一位学生负责，要舍得花精力，愿意花时间，以专业知识传授为核心，以实际项目训练为载体，以培养智慧全面的高校人才为重点，构建更加多元的教学体系，积极发挥高校的育人作用。

在深入推进新工科国家战略的背景下，新的国际形势对工科人才提出了新的要求，越来越多的技术知识被认为是工科毕业生必须掌握的[5]，传统的机械制造工艺学授课模式已无法满足新形势、新要求，因此，将CDIO理念引入机械制造工艺学进行多元化教学模式研究是十分重要且必要的。

四、多元化教学模式

（一）授课方式

1.加强实操训练，培养实战经验

开展现场教学，视听结合，以工程项目为驱动，以实际应用为导向，按实际工程流程进行相应知识传授，工程进行到何处，知识就传授到何处，使知识传授有一条逻辑主线，理论与实际相结合，便于学生理解，加强学生记忆。开设讨论课，采用小组PPT展示的形式，每个小组可从教师给出的题库中挑选试题，彼此不同，试题为完成一份工艺过程编制项目训练，小组内分工要明确（如“零件图分析—工艺规程设计—加工精度分析—表面质量分析”[6]等），每位小组成员均需上台答辩，由相关专家与所有小组选出代表组成评审团进行评分，小组得分作为平时成绩的一项。每个小组还需提交一份项目分析报告，项目分析报告由任课教师评分，分数也作为平时成绩之一。

2.发挥企业引领作用，紧跟专业前沿发展趋势

进行校企联动，建立校外工科大学生孵化基地，加强高校与企业良性互动，增加实习含金量，培养学生综合素质，真正让学生在实习中得到锻炼，让高校成为企业的优质人才输送基地。了解当下企业需要什么样的人才，需要哪方面的知识，侧重哪方面的知识，并把相关要求落实到教育中，按照工程需求培养学生，提升学生就业竞争力。保持知识更新迭代迅速，紧跟时代要求，适应企业发展，增加增材技术、超精密加工技术、超高速加工技术等前沿最新成果，将其部分纳入考试范围。

3.利用虚拟仿真技术，化抽象为具体

授课时使用相关仿真模拟软件，将知识点进行可视化处理，可以调动学生积极性，提高学生学习兴趣，降低学生理解难度。可引入仿真实验平台，在仿真平台上可以调整原材料、处理工艺、形状尺寸等条件，并观察各种条件下的动态仿真显示，既降低了学习成本，又保证了“学”与“做”的统一。

4.以学生为中心，大开方便之门

保持校内工训基地、先进制造中心时刻对学生开放，保持学生实践热情。招募勤工俭学的学生进行安全操作培训，作为学生操作器械时的安全监督员。学院牵头，在校内举办机械创意设计活动，参加的作品从设计到成品，均需学生自己动手，发挥学生主观能动性，培养其动手能力。

5.线上线下教学结合，加强师生交流互动

学生可充分利用网络资源进行线上学习，坚持学习打卡，在线上提交作业，一方面可以解决课时紧张的问题，另一方面也可提高学生自学的能力和查找资料的能力。可利用的平台包括MOOC、超星泛雅学习平台、雨课堂、微助教、微信、QQ群等。保证师生沟通渠道畅通，学生可随时向教师请教，解决学习上的困惑。

6.研读国外最新教材，开阔国际视野

技术发展日新月异，教师应当积极跟上时代步伐，了解国内外先进技术，与国际接轨，保证自身理论知识水平处于最前沿，同时应将其在课堂教学中充分展现，可引导学生学习如《德国先进制造技术丛书》《Integrated Design and Manufacture in Mechanical Engineering》等国外的原版教材或翻译资料[7]，探索国内外在知识框架、授课逻辑、知识细节等方面的差异，开阔视野，中西交融，取长补短。也可在课堂上播放国外尖端制造视频，培养学生的好奇心，激发学生的求知欲。要求学生撰写教材与视频的学习心得，教师进行评分并计入平时成绩。

（二）考核方式

1.优化成绩分布

当前的成绩分布不合理，理论考试成绩占比过大，几乎达到总成绩比重的70%，为此对成绩分布进行优化，总成绩将由理论考试成绩、实验成绩、课设成绩、实习成绩、平时成绩共同组成，保证各项成绩占比均衡，将成绩分散到整个课程学习过程中，确保每位学生的真实学习情况得到检验。

2.理论考试增加综合性大题，增加主观题和应用题比重

相较于针对单一知识点所设的考题，综合应用型大题更能从宏观上考查学生对整个课程的把握程度，一道大题需要学生将多个章节所学的知识结合起来，需要同学们具有系统性与全面性的知识结构，解决部分同学考前突击复习、知识掌握不深入、知识没吃透的问题。

3.增加当堂检测

当堂检测是检查每节课学习情况的好方法，能够给学生增加紧迫感，要保证每节课预留合理的时间进行检测，考查一道核心选择题或一道重要填空题均可，题贵精不贵多。给学生施加适当的压力，保证课堂的严肃性，提升课堂效率。

4.创造奖励分机制

对于在教学环节中积极配合老师，引导学习风气，制造良好学习氛围的同学，老师可在平时给予奖励分。期末按照奖励分高低进行排序，1～3名给予总成绩加3分奖励，4～6名给予总成绩加2分奖励，7～10名给予总成绩加1分奖励，培养学生的竞争意识。

（三）课程完善

1.统计分析

提取每年成绩数据，进行统计学分析，从数据反推教学环节的优劣，主要分析五项成绩的平均分、极差、标准差、最高分和最低分，对统计数据进行客观评价，针对薄弱环节，来年加大授课力度。

2.广发问卷

向所有学生发放匿名问卷，要求学生据实填写，力求问卷结论客观，实事求是。问卷主要询问学生学习中的疑难环节、觉得疑难的原因、需要改进的环节，要求说明具体原因。广泛听取学生意见，采纳学生的合理建议，对深刻指出教育问题的学生给予期末加分奖励。

3.见贤思齐

每个学校总有几个十分受学生欢迎的“明星教师”，其他教师可去他们的课堂旁听，学习他们的授课方式、授课技巧，取长补短。也可邀请教育专家莅临自己的授课现场旁听，课后虚心求教，请其指出授课过程中的优点与不足。

五、总结

基于CDIO教学理念的机械制造工艺学课程教学模式相比传统授课方式，其优势在于，适应了国家“新工科”战略要求，采取“构思—设计—实施—运行”的系统化培养模式，培养了一批适应国家经济发展与职业需要的全面人才。通过进行课程多元化教学模式研究，优化授课方式与考核方式，完善课程，学生的学习积极性明显被调动起来，课堂氛围更为活跃，学生的团队意识、工程意识、沟通表达能力、发散思维能力等都得到了明显提升。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 赵琳，刘高鹏.基于CDIO的机械制造工艺学课程改革与实践[J].教育观察，2020，9（33）：107-110.

[2] 包秋燕.基于CDIO理念探讨大学生现代工程意识培养[J].福建工程学院学报，2008（5）：451-454.

[3] 宋江，李玉清，王明，等.《机械制造工艺学》课程达成度评价与教学改进[J].农业开发与装备，2021（12）：120-121.

[4] 翁灿，蒋炳炎，彭华建.机械制造工艺学课程混合式教学模式探索[J].中国教育技术装备，2020（22）：66-67.

[5] 李佳欣，周玲.从CDIO模式到NEET计划：美国工程教育改革路径分析与经验启示[J].化工高等教育，2022，39（6）：22-29.

[6] 陶丽佳，袁明新，张金铮，等.机械工艺设计能力培养导向的机械制造工艺学教学改革[J].中国现代教育装备，2022（7）：123-125.

[7] 潘斌凤，汪惠群.工程教育专业认证背景下机械制造类专业课程教学改革探讨：以上海电机学院机械制造工艺学为例[J].成都师范学院学报，2020，36（9）：57-63.

［责任编辑：雷 艳］