劉安中，張 速

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

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基于CDIO工程教育模式理論力學(xué)課程教學(xué)的實踐

劉安中，張 速

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

在理論力學(xué)課程教學(xué)過程中，采用CDIO工程教育模式，教師要對教學(xué)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計，進(jìn)行探索性實驗教學(xué)，提高學(xué)生們對理論力學(xué)課程學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力、創(chuàng)新思維能力。

CDIO；工程教育；理論力學(xué)；教學(xué)；實踐

在機械類和建筑類工科院校中，理論力學(xué)課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。但是，在傳統(tǒng)的教學(xué)方法、教學(xué)模式下，工科學(xué)生在大學(xué)的前期學(xué)習(xí)由于缺乏必要的工程背景，部分學(xué)生會對該課程產(chǎn)生畏難情緒，覺得枯燥無味，往往逐漸失去學(xué)習(xí)的積極性和興趣。而理論力學(xué)課程的基礎(chǔ)不扎實，將對材料力學(xué)課程以及各專業(yè)的后續(xù)課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)這種情況，我們嘗試將CDIO工程教育模式引入到理論力學(xué)課程教學(xué)過程。

一、基于CDIO的理論力學(xué)課程教學(xué)實踐內(nèi)容

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2 000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。[1-2]

CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate) ，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體 ,讓學(xué)生以主動的、 實踐的、 課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。[3-4]將CDIO 工程教育理念運用到理論力學(xué)課程教學(xué)過程，就是要求教師不再是課堂上起主導(dǎo)作用的灌輸者，而是作為啟發(fā)者，把學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，從學(xué)生實際出發(fā)，采用多種有效形式和手段，以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性。啟發(fā)式教育要求教師在理清課時教學(xué)重點難點的前提下，找準(zhǔn)啟發(fā)點，提出問題導(dǎo)入教學(xué)過程。課堂上教師可根據(jù)本課時教學(xué)任務(wù)和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力為學(xué)生設(shè)計感興趣的學(xué)習(xí)項目，調(diào)動學(xué)生的主動性，啟發(fā)學(xué)生獨立思考，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。在實踐課堂上，讓學(xué)生根據(jù)實驗要求，分組合作、互相配合，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的能力和團(tuán)隊合作的意識。

圍繞CDIO工程教育模式進(jìn)行理論力學(xué)課程教學(xué)實踐內(nèi)容是：(1)改進(jìn)教學(xué)手段，把過去枯燥的課程教學(xué)，變成讓學(xué)生感興趣的課，從而提高教學(xué)質(zhì)量。(2)在課程教學(xué)中注重理論與實踐相結(jié)合，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。(3)在課程教學(xué)中，將課程內(nèi)容與力學(xué)建模結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

二、基于CDIO工程模式的理論力學(xué)課程教學(xué)

根據(jù)每一章的教學(xué)內(nèi)容，教師首先對這一章進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計，即采用什么樣的教學(xué)方法、手段，對每節(jié)所要講授的內(nèi)容如何引入學(xué)生感興趣的動畫、視頻，有條件的地方甚至帶學(xué)生到現(xiàn)場進(jìn)行參觀實踐；然后，按照構(gòu)思、設(shè)計進(jìn)行運作。例如，我們在講授點的合成運動這一章時，按照CDIO工程教育理念，采用的方法是啟發(fā)式教學(xué)法，就是先由學(xué)生閱讀教材，提出問題，然后教師歸納學(xué)生問題，進(jìn)行針對性、啟發(fā)式講解。學(xué)生閱讀教材后，提出問題是：三種運動中絕對運動好理解，但相對運動、牽連運動以及三種運動的關(guān)系不好理解，感覺很抽象。根據(jù)學(xué)生提出的問題，我們采用的教學(xué)手段是：引入這些方面的動畫、視頻向?qū)W生進(jìn)行講解，采用的動畫、視頻有：直升機上升運動螺旋槳上點運動分析、火車行駛時輪緣上點運動分析等。為了使學(xué)生進(jìn)一步掌握這一章的知識點，增強感性認(rèn)識，我們將學(xué)生帶到我校的實踐創(chuàng)新基地，進(jìn)行現(xiàn)場實踐教學(xué)，并讓學(xué)生對機械中點的三種運動及其關(guān)系仔細(xì)觀察，通過觀察,對得出的結(jié)果,要進(jìn)行總結(jié)。實踐表明，通過改進(jìn)方法和手段，把過去枯燥的滿堂灌的課程教學(xué)，變成生動有趣的課程教學(xué)，有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)課程的興趣。為了加深學(xué)生對一些難懂問題的理解，按照CDIO工程教育理念，我們引導(dǎo)學(xué)生自己先提出解決問題的設(shè)想，找出解決問題的方案，然后，按照方案來實踐，也就是所謂的探索性實驗教學(xué)法。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)剛體平面運動這一章時，對于平面運動的速度瞬心感到非常難理解。這時，我們就讓學(xué)生自己先提出觀察物體平面運動實踐的方案，然后通過實踐來觀察物體的瞬心位置。結(jié)果，一些學(xué)生提出通過騎自行車讓輪子做純滾動觀察車輪瞬心位置的方案。根據(jù)方案，很多學(xué)生進(jìn)行了實踐，并將實踐結(jié)果拍成照片，讓教師來點評。對于學(xué)生所做的理論與實踐相結(jié)合的方案以及實踐得出結(jié)果，我們不僅點評，而且給予鼓勵。實踐表明，按照CDIO工程模式來解決問題，不僅活躍了學(xué)生學(xué)習(xí)理論力學(xué)課程的課堂氣氛，拉近了教師和學(xué)生的距離，而且也培養(yǎng)了學(xué)生獨立解決問題的能力。

在工程力學(xué)課程教學(xué)過程中，建立力學(xué)模型是用力學(xué)知識分析工程實際問題的第一步。在以往理論力學(xué)課程教學(xué)過程中，很少給學(xué)生講授這方面的知識，在課堂上講授的只是力學(xué)建模已經(jīng)建立好的物體力學(xué)分析，但學(xué)生很缺乏對實際問題如樓梯、橋梁、房屋建筑中的主梁、次梁等力學(xué)模型的建立，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)分析等方面的知識。根據(jù)這種情況，按照CDIO工程教育理念，我們采用的方法是啟發(fā)式教學(xué)方法和研究式教學(xué)法相結(jié)合，就是先由教師指定課題，提供閱讀材料(必要時做些提示)，由學(xué)生自己去研究，得出答案。在此基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生自己去找題研究，寫出報告或研究心得，最后教師分析，或做結(jié)論，或不做結(jié)論。例如，在講授利用平面任意力系平衡方程對物體進(jìn)行力學(xué)分析時，就采用這種方法：首先我們給出實際工程鋼橋梁的實例(包括跨度、自重等)，然后，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識，查資料來建立橋梁的力學(xué)模型，同時對其進(jìn)行力學(xué)分析(包括畫受力圖、荷載簡化、反力計算)，學(xué)生在完成這項工作后，就要求他們自己去找題研究?？傊?，按照CDIO工程教育理念進(jìn)行課程教學(xué)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生研究分析問題的能力，而且還鍛煉了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、互相配合的能力，更重要的是提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維的能力。

三、結(jié)語

圍繞CDIO工程教育模式進(jìn)行理論力學(xué)課程教學(xué)，將啟發(fā)式教學(xué)法、探索性實驗教學(xué)法、研究式教學(xué)法融入到課程的教學(xué)過程中，理論與實踐相結(jié)合，使過去枯燥的理論力學(xué)課程教學(xué)變成了學(xué)生感興趣的課程。按照這種教學(xué)模式進(jìn)行該課程教學(xué)，不僅激發(fā)了學(xué)習(xí)理論力學(xué)的熱情和動力，而且也加強了學(xué)生解決實際問題能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

[1]林藝真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報，2008(4)：137-140.

[2]邵廣軍，呂平，王軍.CDIO工程教育模式下大學(xué)生非專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)研究[J].黑龍江高教研究，2011(5):136-138.

[3]田海梅，朱保平，陳愛萍.基于CDIO模式的綜合項目改革的實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2011(4)：130-132.

[4]王金娥.基于興趣和自主的CDIO教學(xué)模式研究[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2012(2)：89-91.

(責(zé)任編輯 文雙全)

Practice on the Teaching of the Course Theoretical Mechanics Based on CDIO Engineering Education Model

LIU An-zhong, ZHANG Su

(School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601 Anhui, China)

In the teaching of Theoretical Mechanics teachers are supposed, by use of CDIO engineering education model, to make a good conceiving and design on teaching focused on exploratory experiment, raise their interest in course learning and cultivate their capabilities in independent thinking and innovative thinking.

CDIO(=conceive, design, implement and operate); engineering education; Theoretical Mechanics; teaching; practice

2015-10-10

安徽高校省級教學(xué)研究重點項目(2014jyxm244)

劉安中(1958-)，男，安徽合肥人，安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院教授。 張 速(1963-)，男，安徽合肥人，安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院副教授。

G642.0

A

1671-9247(2016)02-0093-02