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[摘要]在CDIO理念的指导下，对金属切削原理与刀具课程进行了多项改革。改革过程中以问题为驱动，强调学习中的合作精神与工程能力培养。建立了多节点式的考核评价体系，将优秀科研成果与优质教学资源有效集成，强调面向任务的实践环节并规范教师教学行为。通过构建‘厚基础、重常规、拓前沿，的知识体系，综合运用多种教学方法建立和谐的师生学习共同体。最后指出了对改革的一些思考。
[关键词]教学改革；工程教育；探究式教学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2011)02-0044-03
为充分调动学生积极性，改善当前机械类专业课程教学效果，燕山大学机械学院作为全国机械工程类专业CDIO改革牵头单位在学校内启动了基于CDIO理念的本科生教学改革。金属切削原理与刀具课程作为机械制造及其自动化专业的主干课，全程参与了本次教革活动。该课程的教学改革坚持以“厚基础、重常规、拓前沿”为指导思想，以提高学生工程实践能力为中心目标，对教学方法、评价体系、实践环节及授课教师队伍进行了一系列改革实践，改革后的金属切削原理与刀具课程授课内容更加丰富，形式更加灵活，使学生既掌握了机械切削加工的基本规律，又开阔了眼界，提高了解决工程问题的能力。
1 CDIO体系的理念与内涵
CDIO工程教育理念认为大学培养出来的毕业生应既能掌握专业基础知识，又能掌握集社会、科技、经济和人文为一体的系统适应与调控能力。这样培养出来的学生将是具有终身学习和团队交流能力的工程师，将来能在工作团队中发挥作用，生产出社会需要的产品，这才是国家工程教育的真正目的。
2 基于CDIO框架构建和谐的师生学习共同体
在CDIO工程教育理念指导下，金属切削原理与刀具的课程教学主要进行了以下方面的尝试。
2.1 遵循工程教育宗旨，构建注重过程与综合能力培养的课程评价考核体系
为适应创新型人才的培养需求，全面考核学生的综合能力，课程考核采取多节点方式进行，采取平时成绩(权重10％)、实验操作(权重15％)、研究报告与项目答辩(权重25％)、理论知识闭卷考试(权重50％)等多种手段相结合的考核方式，考查学生对教学内容的掌握程度。其中，平时表现考核贯穿整个授课过程，研究项目考核在课程教学过程的中后期进行。实践表明，将课程考核分散在不同阶段，既保证了学生全程参与课程教学，又考查了学生的综合能力。2009年春季学期，金属切削原理与刀具课程的出勤率平均在95％以上，考试平均成绩达到80，36，教学效果十分明显。
2.2 学研互动，促进优秀科研成果与优质教学资源有机集成
充分利用机电液一体化国家级教学示范中心、燕山大学机械制造及其自动化实验室及开放式创新实验室等实践教学资源，依据课程教学与科研需求，对课程有关实验教学手段、仪器设备等资源进行配置与优化，为学生提供优质的实践环境。
在授课教师科研成果的基础上成功转化出“精密及特种加工”、“基于计算机视觉的制造技术”教学科研平台。另外，根据燕山大学国家级重点学科建设规划，在中央与地方共建基金和日元贷款计划的支持下，购进德国DMG公司五轴联动高速加工中心一台，奥拓福高速水射流加工机床一台，Taylor_Hobson表面轮廓仪一台，在此基础上搭建“超精密及高速加工”教学科研平台，开展针对切削加工领域前沿技术的实践教学内容，使学生的知识结构和认知水平再上一个新台阶。
2.3 提高团队教师教学能力，规范教师授课行为，改善教学效果
在上述教学方法与课程评价体系改革的同时，也加强了对授课教师教学质量的评价与督导。“授人一升，自备十斗”，要想把课程讲好，教师除了应当具备一定的课堂组织能力外，最关键的还是对课程内容本身的掌握程度。
为了提高青年教师业务水准，系部为讲授该课程的青年教师配备导师，由教学经验丰富的教师指导青年教师尽快达到上岗标准。这样既优化了教师队伍的学缘结构，又保证了青年教师的成长。
2.4 以理论知识为导向，以工程能力培养为目标，构建“厚基础、重常规、拓前沿”的多层次课程知识体系
根据金属切削原理与刀具课程各知识模块之间的关系，将授课内容按照“基础”、“常规”与“前沿”的分类来构建课程体系，整个课程知识体系见图1所示。
在授课时，做到“基础内容”讲清讲透、“常规内容”注意横向联系、“前沿内容”紧密结合国家发展方向。对于高年级工科大学生而言，即将走上工作岗位，拓展其视野范围，了解国家科技动态对于其以后的生活与工作规划有重要影响。因此授课团队紧密围绕我国当前科技发展的热点问题，结合金属切削原理与刀具的课程知识点，开展课堂小专题活动，使学生既了解了我国的科技前沿，又增加了对本专业的认知度。
2.5 采取探究式、项目式和讨论式等教学方法构建师生学习共同体
在教育心理学中有一个公认的准则，那就是只有当人们对某一事物表现出兴趣时，他才会产生主动学习的欲望。在传统的“给出命题一模型推导一举例”的演绎式授课模式下，学生被动接受知识，即使在某一短时间内可以获得较多的知识点，但遗忘的速度非常快。
基于对以上教育学基本原理的认识，授课团队对教学方式进行了多方改进，积极借鉴国外大学在授课中更普遍采用的“探究式教学”、“项目式教学”以及“讨论式教学”等方法来提高学生在师生学习共同体中的参与意识。
1)针对培养目标，精心规划系列面向任务的实践项目。按照燕山大学机械学院本科生教学改革总体规划，机制类本科生课程项目的规模和范围划分为三级，金属切削原理与刀具作为专业主干课主要参与第三级项目的实施。以“可转位车刀设计”项目为例，该三级项目要求学生根据任务要求设计一把机夹式可转位车刀，给出装配图、刀具工作图及说明书。成绩考核包含“方案拟定、设计计算，最终图纸与说明书和PPT项目报告”4个小节点，按照进度安排定期进行相应节点考核，最后总成绩由4个节点考核成绩综合给出。通过这样的项目实施和考核方式最大限度的保证了学生对项目的全程参与，避免了部分学生最后突击抄图的现象。
2)以小组为单位采用讨论式教学法培养学生合作精神。课堂作为教育教学的主阵地和学生成长的重要场所，规约着学生的发展方向和质量。循规蹈矩，漠视学生主体性的课堂文化难以培养出充满活力和富有创造性的学生。
授课过程中适当增加以小组为单位的讨论及大作业的次数，锻炼学生之间密切合作的能力。比如，针对当前各种新型刀具材料的涌现，学生小组自行确定一个题目去分析某一种新型刀具的优缺点和发展历史，形成书面报告。并且在书面报告中要标出各人的贡献之处，这样即明确了义务 也体现了成绩。在此研究报告的基础上已经由学生作为负责人申请了一项燕山大学“大学生创新性试验计划”项目，经过该项目的锻炼，学生对课程知识的综合运用能力得到了更大的提高。
3)实施探究式教学，激发学生参与意识。探究式学习过程会使学生产生很强的成就感，从而激发更大的学习兴趣。在进行探究式教学时，教师首先从某一具体问题出发，给出一组有待解释的现象，学生想要解决问题，就要先去把握事实，弄清原理，之后教师在此基础上再向学生提供所需的支撑信息。例如，在学习了“刀具角度的基本定义”之后，经常会有学生提问：是否可以定量的给出正交平面参考系与法平面参考系中前后角位置的确定关系?此时教师就可借机要求学生利用课余时间完成一个大作业——“以车刀为例，求证不同参考系间刀具几何角度的解析关系”。学生课下可以单独也可以几人一组给出完整的解析推导过程，之后教师给出点评，通过这样的探究式学习学生体会到了自己解决问题后的成就感。
3 正确认识、执行并深化CDIO理念指引下的教学改革
结合CDIO理念实施教学改革并不是一件可以轻松完成的事情，不论是学生还是教师都会有一个“改进一适应一调整一提高”的过程。以下几方面是在课程改革中碰到的一些问题和体会。
1)对于CDIO工程教育理念要有正确的解读，避免简单与片面化，尤其是不能将CDIO高等工程教育等同于职业教育培训。
2)在注重学生工程能力培养的同时，重点解决硬件资源缺乏的问题。受到实践教学资源的限制，当前很多学校在进行CDIO改革的过程中面临着纸上谈兵多，具体实施少的问题。积极筹措资金，建立更多的配合课堂教学的实践平台是提高学生工程实践能力的保障。
3)提倡教学过程中以学生为主体不等于忽视教师的主导作用，相反，在以学生为中心的学习共同体中如果教师不能很好的引导，任何教学活动都会陷入混乱与无序的状态。
4)以学生为教学中心的教学改革应当逐步开展，避免过犹不及。对于学生而言，一方面已经习惯了多年的满堂灌被动式学习，与此同时很多学生从大学三年级第二学期开始将大量的时间用于考研复习，突然间要他积极主动参与教学会在相当一部分学生中遇到阻力。另外，对于教学经验还相对欠缺的青年教师而言积极提高自身对课程内容的理解深度也很重要。
4 结束语
CDIO工程教育理念是我国高校教育改革探索的重要方向，探究式、项目式、讨论式等教学手段是实现CDIO工程教育理念行之有效的方法。金属切削原理与刀具课程教学过程中，尝试在教学方法、评价体系、实践环节及教师队伍建设等多方面进行改革探索，取得了较好的效果。对于学生而言：工程实践能力得以提高；开阔了眼界，培养了基本的合作习惯；增进了批判性思维的能力：提高了学习的主动性和责任心。同时，对于教师来讲：提高了教学质量，改善了教学效果；加深了对讲授课程的把握深度，教师的知识领域也得以扩展。
[关键词]教学改革；工程教育；探究式教学
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2011)02-0044-03
为充分调动学生积极性，改善当前机械类专业课程教学效果，燕山大学机械学院作为全国机械工程类专业CDIO改革牵头单位在学校内启动了基于CDIO理念的本科生教学改革。金属切削原理与刀具课程作为机械制造及其自动化专业的主干课，全程参与了本次教革活动。该课程的教学改革坚持以“厚基础、重常规、拓前沿”为指导思想，以提高学生工程实践能力为中心目标，对教学方法、评价体系、实践环节及授课教师队伍进行了一系列改革实践，改革后的金属切削原理与刀具课程授课内容更加丰富，形式更加灵活，使学生既掌握了机械切削加工的基本规律，又开阔了眼界，提高了解决工程问题的能力。
1 CDIO体系的理念与内涵
CDIO工程教育理念认为大学培养出来的毕业生应既能掌握专业基础知识，又能掌握集社会、科技、经济和人文为一体的系统适应与调控能力。这样培养出来的学生将是具有终身学习和团队交流能力的工程师，将来能在工作团队中发挥作用，生产出社会需要的产品，这才是国家工程教育的真正目的。
2 基于CDIO框架构建和谐的师生学习共同体
在CDIO工程教育理念指导下，金属切削原理与刀具的课程教学主要进行了以下方面的尝试。
2.1 遵循工程教育宗旨，构建注重过程与综合能力培养的课程评价考核体系
为适应创新型人才的培养需求，全面考核学生的综合能力，课程考核采取多节点方式进行，采取平时成绩(权重10％)、实验操作(权重15％)、研究报告与项目答辩(权重25％)、理论知识闭卷考试(权重50％)等多种手段相结合的考核方式，考查学生对教学内容的掌握程度。其中，平时表现考核贯穿整个授课过程，研究项目考核在课程教学过程的中后期进行。实践表明，将课程考核分散在不同阶段，既保证了学生全程参与课程教学，又考查了学生的综合能力。2009年春季学期，金属切削原理与刀具课程的出勤率平均在95％以上，考试平均成绩达到80，36，教学效果十分明显。
2.2 学研互动，促进优秀科研成果与优质教学资源有机集成
充分利用机电液一体化国家级教学示范中心、燕山大学机械制造及其自动化实验室及开放式创新实验室等实践教学资源，依据课程教学与科研需求，对课程有关实验教学手段、仪器设备等资源进行配置与优化，为学生提供优质的实践环境。
在授课教师科研成果的基础上成功转化出“精密及特种加工”、“基于计算机视觉的制造技术”教学科研平台。另外，根据燕山大学国家级重点学科建设规划，在中央与地方共建基金和日元贷款计划的支持下，购进德国DMG公司五轴联动高速加工中心一台，奥拓福高速水射流加工机床一台，Taylor_Hobson表面轮廓仪一台，在此基础上搭建“超精密及高速加工”教学科研平台，开展针对切削加工领域前沿技术的实践教学内容，使学生的知识结构和认知水平再上一个新台阶。
2.3 提高团队教师教学能力，规范教师授课行为，改善教学效果
在上述教学方法与课程评价体系改革的同时，也加强了对授课教师教学质量的评价与督导。“授人一升，自备十斗”，要想把课程讲好，教师除了应当具备一定的课堂组织能力外，最关键的还是对课程内容本身的掌握程度。
为了提高青年教师业务水准，系部为讲授该课程的青年教师配备导师，由教学经验丰富的教师指导青年教师尽快达到上岗标准。这样既优化了教师队伍的学缘结构，又保证了青年教师的成长。
2.4 以理论知识为导向，以工程能力培养为目标，构建“厚基础、重常规、拓前沿”的多层次课程知识体系
根据金属切削原理与刀具课程各知识模块之间的关系，将授课内容按照“基础”、“常规”与“前沿”的分类来构建课程体系，整个课程知识体系见图1所示。
在授课时，做到“基础内容”讲清讲透、“常规内容”注意横向联系、“前沿内容”紧密结合国家发展方向。对于高年级工科大学生而言，即将走上工作岗位，拓展其视野范围，了解国家科技动态对于其以后的生活与工作规划有重要影响。因此授课团队紧密围绕我国当前科技发展的热点问题，结合金属切削原理与刀具的课程知识点，开展课堂小专题活动，使学生既了解了我国的科技前沿，又增加了对本专业的认知度。
2.5 采取探究式、项目式和讨论式等教学方法构建师生学习共同体
在教育心理学中有一个公认的准则，那就是只有当人们对某一事物表现出兴趣时，他才会产生主动学习的欲望。在传统的“给出命题一模型推导一举例”的演绎式授课模式下，学生被动接受知识，即使在某一短时间内可以获得较多的知识点，但遗忘的速度非常快。
基于对以上教育学基本原理的认识，授课团队对教学方式进行了多方改进，积极借鉴国外大学在授课中更普遍采用的“探究式教学”、“项目式教学”以及“讨论式教学”等方法来提高学生在师生学习共同体中的参与意识。
1)针对培养目标，精心规划系列面向任务的实践项目。按照燕山大学机械学院本科生教学改革总体规划，机制类本科生课程项目的规模和范围划分为三级，金属切削原理与刀具作为专业主干课主要参与第三级项目的实施。以“可转位车刀设计”项目为例，该三级项目要求学生根据任务要求设计一把机夹式可转位车刀，给出装配图、刀具工作图及说明书。成绩考核包含“方案拟定、设计计算，最终图纸与说明书和PPT项目报告”4个小节点，按照进度安排定期进行相应节点考核，最后总成绩由4个节点考核成绩综合给出。通过这样的项目实施和考核方式最大限度的保证了学生对项目的全程参与，避免了部分学生最后突击抄图的现象。
2)以小组为单位采用讨论式教学法培养学生合作精神。课堂作为教育教学的主阵地和学生成长的重要场所，规约着学生的发展方向和质量。循规蹈矩，漠视学生主体性的课堂文化难以培养出充满活力和富有创造性的学生。
授课过程中适当增加以小组为单位的讨论及大作业的次数，锻炼学生之间密切合作的能力。比如，针对当前各种新型刀具材料的涌现，学生小组自行确定一个题目去分析某一种新型刀具的优缺点和发展历史，形成书面报告。并且在书面报告中要标出各人的贡献之处，这样即明确了义务 也体现了成绩。在此研究报告的基础上已经由学生作为负责人申请了一项燕山大学“大学生创新性试验计划”项目，经过该项目的锻炼，学生对课程知识的综合运用能力得到了更大的提高。
3)实施探究式教学，激发学生参与意识。探究式学习过程会使学生产生很强的成就感，从而激发更大的学习兴趣。在进行探究式教学时，教师首先从某一具体问题出发，给出一组有待解释的现象，学生想要解决问题，就要先去把握事实，弄清原理，之后教师在此基础上再向学生提供所需的支撑信息。例如，在学习了“刀具角度的基本定义”之后，经常会有学生提问：是否可以定量的给出正交平面参考系与法平面参考系中前后角位置的确定关系?此时教师就可借机要求学生利用课余时间完成一个大作业——“以车刀为例，求证不同参考系间刀具几何角度的解析关系”。学生课下可以单独也可以几人一组给出完整的解析推导过程，之后教师给出点评，通过这样的探究式学习学生体会到了自己解决问题后的成就感。
3 正确认识、执行并深化CDIO理念指引下的教学改革
结合CDIO理念实施教学改革并不是一件可以轻松完成的事情，不论是学生还是教师都会有一个“改进一适应一调整一提高”的过程。以下几方面是在课程改革中碰到的一些问题和体会。
1)对于CDIO工程教育理念要有正确的解读，避免简单与片面化，尤其是不能将CDIO高等工程教育等同于职业教育培训。
2)在注重学生工程能力培养的同时，重点解决硬件资源缺乏的问题。受到实践教学资源的限制，当前很多学校在进行CDIO改革的过程中面临着纸上谈兵多，具体实施少的问题。积极筹措资金，建立更多的配合课堂教学的实践平台是提高学生工程实践能力的保障。
3)提倡教学过程中以学生为主体不等于忽视教师的主导作用，相反，在以学生为中心的学习共同体中如果教师不能很好的引导，任何教学活动都会陷入混乱与无序的状态。
4)以学生为教学中心的教学改革应当逐步开展，避免过犹不及。对于学生而言，一方面已经习惯了多年的满堂灌被动式学习，与此同时很多学生从大学三年级第二学期开始将大量的时间用于考研复习，突然间要他积极主动参与教学会在相当一部分学生中遇到阻力。另外，对于教学经验还相对欠缺的青年教师而言积极提高自身对课程内容的理解深度也很重要。
4 结束语
CDIO工程教育理念是我国高校教育改革探索的重要方向，探究式、项目式、讨论式等教学手段是实现CDIO工程教育理念行之有效的方法。金属切削原理与刀具课程教学过程中，尝试在教学方法、评价体系、实践环节及教师队伍建设等多方面进行改革探索，取得了较好的效果。对于学生而言：工程实践能力得以提高；开阔了眼界，培养了基本的合作习惯；增进了批判性思维的能力：提高了学习的主动性和责任心。同时，对于教师来讲：提高了教学质量，改善了教学效果；加深了对讲授课程的把握深度，教师的知识领域也得以扩展。