基于CDIO的《塑料成型模具》课程项目式教学改革与实践.pdf

模具工业 2023年第49卷第8期基于CDIO的 塑料成型模具 课程项目式教学改革与实践王立强，韩珩（沈阳化工大学 机械与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘要：以CDIO的教学理念，通过实施课程教学设计，对 塑料成型模具 课程开展项目式教学改革实践。课程围绕课程目标，加强课堂教学和自主学习，通过优化和完善教学内容、采用项目式教学、边学边设计促进自主学习、实施阶段性个人提交与指导、完善考核机制等5个举措进行课程改革和教学实践，以满足课程教学的需求，激发学生主动学习的兴趣和潜能，提升学生综合设计与创新能力，教学改革实践经验可为专业类课程教学改革与研究提供参考。关键词：课堂教学；自主学习；项目式教学；CDIO模式；注射模中图分类号：TG76 文献标识码：B 文章编号：1001-2168（2023）08-0076-06 DOI：10.16787/ki.1001-2168.dmi.2023.08.014Reform and practice of project-based teaching for“Mould for plastics”course based on CDIOWANG Liqiang,HAN Heng(Institute of Mechanical and Power Engineering,Shenyang University of Chemical Technology,Shenyang,Liaoning 110142,China)Abstract:Based on the teaching concept of CDIO and the course teaching design,the reform practice of project-based teaching was carried out for the course Mould for plastics.It focused on the course objectives and two ways that strengthened classroom teaching and autonomic learning,the course reform and teaching practice were implemented by optimizing and improving teaching content,adopting project-based teaching,designing while learning to promote autonomic learning,implementing phased individual submissions and guidance,and improving assessment mechanisms,so as to meet the needs of course teaching.It effectively stimulated students interest and potential for autonomic learning,and enhanced their comprehensive design and innovation abilities.Key words:classroom teaching;autonomic learning;project-based teaching;CDIO mode;injection mould0引 言构 思（conceive）、设 计（design）、实 现（implement）和运作（operate）教学模式（简称CDIO）是目前国际通用的工程教育模式，以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的方式学习工程知识，参与工程实践1，核心内容是注重学生能力全面培养，与工程教育专业认证的教育理念一致。沈阳化工大学旨在培养符合社会需求的高素质应用型“113”（一个教学理念“OBE”，一种教学模式“CDIO”和“协同化”育人、“家庭化”培养、“个性化”指导的“三化”举措）人才，培养体系构建与教学改革2,3是基于工程教育认证及CDIO理念、模式的延展与扩充，是实现人才全面培养，提升创新能力的新举措。CDIO模式的教学过程强调以学生为主体，以边学边做、边做边学的方式，激发学生的学习兴趣与主动性，积极参与教学，提高课堂质量，达到培养应用型人才的目的。因此基于CDIO的模式，对 塑料成型模具 课程开展项目式教学的改革与实践，可提升课程的教学效果，培养学生的实践、创新能力。收稿日期：2023-02-22。作者简介：王立强（1969-），男（满族），辽宁北镇人，副教授，主要从事模具设计及工业设计等教学工作。76模具工业 2023年第49卷第8期1学情教情分析传统的 塑料成型模具 课程教学模式以围绕教师的课堂讲授为中心，学生被动地听课、学习，这种传统教学模式对师生都产生一定的问题，教师方面管教不管学，教师对学生学习过程中的知识掌握情况了解不足，无法有效地改进教学环节、适当地调整教学内容，只能按照教学安排完成教学授课，最后一考了之；同时在学生方面，被动学习造成学生“学而不思”与“学而不做”，导致学生对整体知识掌握不牢，缺乏独立思考能力，实践能力弱，形成课程学习与课程实践脱节以及课程考完即忘的现象，造成学生的自主学习性差、工程实践能力与创新能力的培养不足，不利于课程教学目标的达成。根据CDIO、工程教育认证的核心教育教学理念“以学生学习为中心”，CDIO的模式教授 塑料成型模具 课程，应围绕课程的教学总目标培养学生独立思考、分析、解决模具设计问题的能力，由任课教师、学生共同参与“教”与“学”活动，确保学生将模具的理论知识与设计实践相结合，提高教学效果。因此需要研究 塑料成型模具 课程教学的各个环节，采取措施和方法，对 塑料成型模具课程教学实施设计，开展改革研究与实践，提升 塑料成型模具 课程教学效果，促进模具人才培养。2课程教学改革教学设计是实现教学目标的指导与规划，是教学过程有序、合理、有效的保证。针对 塑料成型模具 课程目标和课程教学内容的特点，课程教学设计与实施过程如图1所示，包括教学目标、教学设计和教学实施3个部分，教学设计与教学实施围绕教学目标进行开展。2.1 塑料成型模具 教学目标教学要求学生有效整合机械原理、机械设计等专业基础课程的知识与内容，掌握机械专业的设计基本方法，同时要兼顾高分子材料成型工艺与技术的特点，达到能够独立设计一般注射模结构的能力，具体包括以下方面。（1）知识目标：掌握塑件、模具设计的相关知识，包括塑件、模具零件的选材、选型，模具零件的强度、刚度、使用寿命等相关计算及塑件、模具零件的加工制造工艺与设备等基础知识。（2）技能目标：具有以图纸、图表、文字或口头等形式沟通和交流能力，定量计算、设计与分析能力。（3）思政目标：通过国情教育、案例教育，鼓励学生投身材料与加工领域学习和研究，强化学生协调、合作团队的意识，增强学生节能减排的环保意识。（4）创新目标：了解和掌握新型材料应用与开发，先进加工制造、生产新工艺与新方法。2.2 塑料成型模具 教学设计为实现 塑料成型模具 教学总目标对课程教学实施教学设计，具体内容如下。（1）教学内容。围绕学生能够独立设计一般塑件及注射模的能力需求，分析教材的内容，结合教学课时，以典型注射模的结构设计为主要教学内容，确保教学知识目标达成；同时课程加强课下自主学习，以项目实践为主，开展项目式教学，提升学生设计技能；同时，课堂教学过程融入思政元素和创新创业理念，实现思政和创新教学目标。（2）教学方法。在教学实践过程中遵循 CDIO理念，让学生个性化设计一个塑件，以此为载体实施项目式教学，同时辅助案例、多媒体展示等教学手段和方法。学生个性化设计的塑件贯穿整个教学过程，实现塑件与模具结构的构思（C）、模具功能部件的设计（D）、模具各部分功能部件的统合（I）和塑件与模具结构设计（O）；同时根据CDIO的实施过程，划分不同的项目，分项进行教学与训练，系统地强化学生的工程理念，培养学生的模具设计能力。（3）教学重点与教学难点。围绕学生能力的培图1 塑料成型模具 课程教学设计与实施过程77模具工业 2023年第49卷第8期养，系统地分析、梳理各章节的教学重点内容与教学难点，并在教案、PPT、章节教学设计中明确指出；针对重点、难点教学内容，在课程教学中采取案例、动画视频等教学方式，明确给学生说明，并重点讲解、分析及应用展示。2.3 塑料成型模具 教学实施根据 塑料成型模具 教学设计与教学实施思路，围绕课程教学目标的达成为中心，重点加强课堂教学和自主学习2个教学途径，通过优化和完善教学内容、采用项目式教学、边学边设计促进自主学习、实施阶段性个人提交与指导、完善考核机制等5个具体改革与实践措施，凸显教学过程目的性、理论教学与实践教学综合统一性，强化学生学习主动性，有效掌控项目实施的过程和考核的多样性，形成1个中心、2条途径、5个举措的项目式教学模式，如图2所示。（1）课程优化与调整，适应教学需求。围绕教学目标，对课程教学内容等实施优化调整。首先调整教学大纲，大纲是教学实施的纲领性文件：建立教学内容、考核内容与课程目标间的支撑关系，优化教学内容，确保教学内容满足课程教学目标达成的需求；调整课程考核形式，把单纯的考试考核调整为形成性考核与考试考核相结合的形式；把课程思政和创新创业元素列入大纲，融入教学具体环节、规划具体内容，确保课程全过程实施思政教育和创新教育4,5。通过对教学大纲的调整，使教学内容具有明确的目标，考核形式具有多样性，同时也保证思政教育和创新理念融入课堂教学。其次为更好达成教学目标，收集和整理了大量的动画素材，更新和完善了教学PPT，提升教学效果。最后完善和补充自主学习的资料，建立线上课程，提供QQ课程联络群、线上同步课程、网络视频、设计案例资料、设计手册、指导书等资源，保证学生自主学习具有足够的资源。（2）采取项目式教学，理论与实践教学有机统一。课程教学运用CDIO的项目式教学模式，学中做，做中学。教师讲授塑件设计及模具设计的伊始，同时布置塑件及模具设计任务学生从塑件如何设计开始，自由发挥设计塑件，再设计成型该塑件的模具；学生依据设计的塑件构思模具的结构，按照课程的授课内容，构思成型零部件的机构，并开始实施设计。教学、项目实践过程中，教师、学生的教与学相辅相成，教师边授课边指导，学生边学习边研讨、修改完善项目，最终在授课结束时完成塑件、模具的设计。项目式教学过程，任课教师的授课与指导，可实现专业知识的传授、设计技能的拓展、工程理念的传承以及创新意识的培养，达成课程的教学目标，解决传统教学中课程学习与课程实践脱节问题，使理论与实践教学有机统一，教学效果明显提高。（3）边学边设计，以设计促进自主学习。课程教学采用CDIO项目式教学模式，边学边设计，以学促进设计，以塑件及其对应的注射模设计为载体，针对塑件、模具的设计实施“构思设计实施运行”的教学过程，学生边学边设计，以学促进设计，以设计促进自主学习；同时通过优化自主学习资源，强化学生的模具设计意识，系统地培养学生模具设计能力，并提升自主学习能力。边学边设计的教学举措可促进学生课堂教学过程中学习的目的性、主动性，学生在听到涉及课程项目设计部分的介绍和讲解，注意力就会集中，学习的针对性强，使理论与实践教学有机统一，课堂教学效果明显提升。（4）实施阶段性个人提交与指导。CDIO项目实践考核采取的阶段性为学生直接提交、老师直接指导的形式上交阶段性设计及最终设计、报告，便于图2项目式教学模式78模具工业 2023年第49卷第8期教师针对学生个体的问题予以指导并修改方案，针对性强，可有效解决形成性考核过程控制及个性指导难的问题；同时教师根据学生存在的集中性问题可以在课堂上或在QQ群中通报给学生，形成个性与集中指导相结合的模式，使教师有效的掌控每个学生课程项目设计过程，确保每个学生都得到实质性训练，充分保证个性化指导。实践考核要求学生留存阶段性资料，可使学生对自身设计过程存在的问题有整体的、可复盘的资料，有助于学生自省其身，了解自己的优势与不足，进而加强相关的学习与训练，增强自主学习的主动性。（5）完善考核机制，多方位考核学习成果。塑料成型模具 的教学考核采取形成性考核与考试考核相结合的形式，CDIO项目实践部分采用形成性考核，从实践能力的培养角度考核学生的实际学习效果；考试考核重点考核学生基础知识与分析能力，采取标准答案评阅的考核方式。形成性考核通过基于不同考核内容及考核侧重点，聚焦课程教学目标，制定成绩评定表，评定内容包括图纸、说明书、答辩等，分别就评定考核的要点制定评分标准；同时学生留存各个阶段提交的材料，确保整个形成性考核的全过程性。以往学生在课程考核实践中经常出现考试考核的内容在实践过程中不会应用，实践应用的知识在考试考核中又不会的问题，缺乏总结归纳、应用的能力，出现课程学习与课程实践脱节的现象，而采取形成性考核与考试考核相结合的形式，能够有效解决这一问题，提升教学效果。3教学实例与效果评估3.1教学实例塑料成型模具 教学利用课堂教学与自主学习2条教学途径6,7开展项目式教学，如图3所示。课堂教学过程以教师的讲授为主，采用板书、多媒体和动画以及工程案例分析等教学方式讲解教学内容；同时根据学生阶段性提交的成果批阅情况，不定期插入集中指导阶段性分析出现集中的问题，提出相应的解决方案；学生提交阶段性成果过程中实施随交随批，进行个别指导；最后一次提交，实施现场答辩。自主学习过程是以学生利用自主学习资源或网络其它资源进行自我学习与扩展为主。对应CDIO的各个阶段，学生围绕各个阶段的课堂教学内容，开展自主学习，并实施相应的实践，完成并提交阶段性设计成果，主动接受教师的个别指导、修改，进一步完善课程实践，最后提交完整的实践成果并答辩。以学生设计的水杯为例，如图4所示，学生完成图3CDIO项目式教学实施过程案例79模具工业 2023年第49卷第8期基于CDIO的项目式教学的课堂学习与自主学习过程如下。（1）构思阶段：课堂教学方面，教师分析塑件的用途，讲述塑件的使用技术要求，包括选材原则、造型原则、模具的基本结构类型等相关要点；引导学生构思塑件设计与模具设计。学生自主学习方面，根据课堂教学结合自主学习，完成塑件水杯的造型设计，同时分析水杯用途的使用技术参数指标，包括材料要求、环保无毒、-20100 日常使用温度内不变形、不开裂等；造型结构是否符合注射成型的条件，观察水杯的结构，带有弧形杯柄，明确模具设计应采取抽芯结构，通过技术要求选择水杯的制造材料；通过水杯造型结构构思注射模的整体结构。（2）设计阶段：课堂教学方面，教师通过介绍模具与注塑机的关系，讲授浇注系统、成型零部件与排气机构、导向与定位机构、推出机构、抽芯机构和温度控制系统的经典结构与设计8以及相应的设计计算与校核计算，分部分引导学生完成上述部分的结构设计和计算。同时学生结合课堂教学完成自主学习，自主完成教学实践水杯模具各部分的结构设计与校核。在该阶段师生保持网络与课上、课下互动，学生分别提交各个阶段实践成果，教师评阅后与学生讨论分析不足之处并提出修改建议，针对学生出现的普遍性问题，教学过程中实施集中指导。（3）实施阶段：课堂教学方面，教师以经典模具结构为案例，讲授模具与注塑机匹配关系，讲授浇注、成型、导向、排气、推出、抽芯和温度控制等各部分有效整合与设计；同时学生结合教师的指导，自主完成阶段性实践任务，完成水杯注射模各部分整合与设计。在该阶段师生同样保持上一阶段的互动，集中、个别指导的同时提交阶段性成果，接受教师审查。（4）运行阶段：课堂教学方面，教师集中讲授项目实施过程中存在问题、改进措施与方法，接受学生提交最终成果，并组织对实践结果的答辩，完成形成性成绩的考核与评定；学生方面，梳理完善实践成果，结合教师的指导，进一步规范设计、打印图纸、说明书，提交并接受答辩质疑。3.2教学效果评估围绕1个中心、2条途径、5个举措模式，塑料成型模具 课程通过实施CDIO的项目式教学的课上教学与自主学习相结合，学生在模具设计及设计文件编写的规范性、工具书与工具软件的应用能力等方面有显著的提升，表现为后续课程实践中，相关任课教师反映效果显著；同时采取阶段性提交与修改、阶段性批阅、留存，学生最终全部提交存档的做法，让学生通过复盘设计实践过程，对个人存在的问题、知识短板有了清晰的认知，有助于个人的发展，学生总体反应良好；CDIO的项目式教学有效提高了学生的学习兴趣与学习的主动性，表现为考核成绩明显提升，从实施课程改革实践开始一直保持40%以上优良率，特别是疫情3年的教学，几乎未受到影响，课程教学目标的达成评价结果均在0.75以上。4结束语基于CDIO的1个中心、2条途径、5个举措的项目式教学模式改革，经过多年实践表明：该模式教学有效贯彻了“以学生为中心”的原则，可有效激发学生主动学习的兴趣和潜能，提升学生的自主学习能力，主动参与实践，达到“能够独立设计一般注射模的能力”的教学目标；该模式教学实施过程中，有效促进学生将理论知识应用到实际问题的解决中，特别是部分学生将教材上未涉及内容与结构应用到实际设计中，提升了学生的综合设计与创新能力，可为专业类课程教学改革与研究提供参考和借鉴。但该模式导致教师工作量较大、耗费时间多，适合小班授课。基于CDIO的1个中心、2条途径、5个举措的教图4水 杯80模具工业 2023年第49卷第8期育教学模式在 塑料成型模具 课程上的应用与实践，一方面满足课程教学的需求；另一方面更好地架起院校与企业之间的桥梁，使课程教学更贴近企业需求，还可“零距离”满足企业对应用型人才的需求。参考文献：1 顾佩华,包能胜.CDIO在中国(上)J.高等工程教育研究,2012(3):24-40.2 李志义,袁德成.“113”应用型人才培养体系改革J.中国大学教学,2018(3):57-61.3 于玲,张金萍,王立强,等.基于CDIO的液压传动课程设计的教学改革探索J.智库时代,2019(28):180-181.4 路英华,肖国华,沈忠良,等.课程思政融入模具专业课程教学模式的改革与探索J.模具工业,2022,48(12):68-72.5 张红英.课程思政背景下 塑料成型工艺与模具设计 的教学改革探索J.模具工业,2022,48(4):74-77.6 张凯,文丞.模具专业混合式教学模式探索与实践J.模具技术,2022(4):54-56.7 王小新,黄兆阁,温时宝.基于CDIO模式的塑料工程及模具设计实践能力培养探索J.模具工业,2020,46(5):75-78.8 申开智.塑料成型模具(第三版)M.北京:中国轻工业出版社,2013:53-253.3.3信息化与网络化技术的应用以往的大赛由于受承办院校场地和接待任务的限制，参与的人员数量有限，有的学校为比赛而比赛，对几个学生进行短期培训，不能达到全员参与的目的。在2022年利用网络方式举办的模具技能大赛中，用企业资源计划（enterprise resource planning，ERP）信息化技术代替传统U盘完成了赛题下发和比赛文件回收。通过对参赛人员实时监控、操作电脑录屏并提交录屏文件的形式，使网络大赛可控、公平、诚信。网络模具技能大赛的实施为后续模具技能大赛培训和参赛人员规模的扩大，乃至国际化多赛区项目的实施提供了参考，同时学院也将EPR融入日常教学课程中，提升了学生对企业信息化管理的认识和应用能力。3.4大赛成果融入课程思政教育20192022年学院模具专业群教师和学生在各级模具技能大赛中共获奖32人次，其中国家级技能大赛“2020年全国行业职业技能竞赛”获得二等奖2人次；2022年7月在宁波承办的“新时代、新技能、新梦想”全国行业职业技能竞赛中获特等奖 2人次。通过模具技能大赛，2名教师荣获2021年“天津市技术能手”称号，1名教师荣获“全国技术能手”称号。经过模具技能大赛的历练，参赛教师团队的教学和科研能力得到了提升，将师生获得的优异成绩和备赛过程中体现的工匠精神融入教学过程中，形成典型的课程思政教学案例，反哺课堂，可以提高学生的专业自信和学习热情。4结束语总结了各类模具技能大赛的内容和特点，分析并得出了模具技能大赛内容和行业企业核心岗位所需技能能力之间的关系，并从赛教融合、赋能职业院校模具专业建设的角度，在大赛成果转化、实训基地建设、信息化网络技术应用等多方面进行了教学改革探索实践，有利于提高模具专业学生的技术技能水平，向模具行业企业输送更多的高素质技术技能人才。参考文献：1 2018一带一路暨金砖国家首届模具数字化设计与智能制造技能大赛开幕J.模具工业,2018,44(8):9.2 李忠华.产业集群与高职专业群耦合发展的动力机制研究J.中国多媒体与网络教学学报,2019(6):204-205.3 李伟国,张志斌,卢森锐,等.世界技能大赛及塑料模具工程项目综述J.机床与液压,2021,49(10):177-183.4 张俊.应用型本科高校世界技能大赛基地建设的思索与探讨以武汉工商学院为例J.创新创业理论研究与实践,2022,5(9):110-112.（上接第75页）81