摘 要 文章介紹了CDIO工程教育的特點(diǎn)，提出基于CDIO理念進(jìn)行材料力學(xué)教學(xué)改革的基本思路，并從課程改革內(nèi)容、具體實(shí)施方法、實(shí)施效果等幾個方面對材料力學(xué)的工程教育進(jìn)行了探索。實(shí)踐證明該項(xiàng)改革取得了良好的教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生工程職業(yè)素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，同時也為工程教育改革積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 材料力學(xué) 應(yīng)用能力 CDIO理念 三級項(xiàng)目

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.08.051

Abstract The characteristics of CDIO Engineering Education are introduced in this paper， and is presented， based on the concept of CDIO is the basic train of thought of the teaching reform of mechanics of materials， and from the contents of the curriculum reform， the concrete implementation method and implementation effect， and several other aspects of mechanics of Materials Engineering Education are explored. Practice has proved that the reform has achieved good teaching effect， cultivate students' engineering professional quality， teamwork spirit， but also accumulated valuable experience for the engineering education reform.

Key words material mechanics； application ability； CDIO concept； three-level project

0 引言

材料力學(xué)是應(yīng)用型本科院校機(jī)械專業(yè)一門非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。從近幾屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)及學(xué)生工作后反饋的情況看，學(xué)生雖然較好地掌握了力學(xué)相關(guān)概念、理論知識，但是遇到工程中的實(shí)際問題，則無從下手，不知如何解決，即學(xué)生的應(yīng)用能力還有較大的欠缺。一方面是因?yàn)榻虒W(xué)中例題、習(xí)題多為抽象的計(jì)算簡圖，相對簡單，而工程實(shí)際問題，首先需要建立力學(xué)模型，然后才能進(jìn)一步分析計(jì)算，而力學(xué)模型如何建立一般教材很少提及；另一方面，學(xué)生缺少綜合性的、基于任務(wù)的交叉訓(xùn)練，因此學(xué)生的綜合能力沒有得到很好的培養(yǎng)。

筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，基于CDIO理念對材料力學(xué)教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)如下：

1 課程改革思路

CDIO是由美國麻省理工學(xué)院等幾所世界著名大學(xué)，歷經(jīng)四年時間構(gòu)建的一種先進(jìn)的工程教育理念。CDIO（Conceive- Design-Implement- Implement）表示構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作四個階段，以培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維為目標(biāo)，是“做中學(xué)”的具體應(yīng)用。

從2009 年起，沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院開始學(xué)習(xí)、探討CDIO 工程教育模式。CDIO項(xiàng)目一般分為三級：一級項(xiàng)目是指包含專業(yè)主干核心課程和能力的項(xiàng)目；二級項(xiàng)目是指由若干相關(guān)課程組成的項(xiàng)目；三級項(xiàng)目是針對單門課程設(shè)置的項(xiàng)目，用來增強(qiáng)和培養(yǎng)相關(guān)能力。

CDIO教育理念與材料力學(xué)的教學(xué)目標(biāo)相吻合。CDIO 工程教育模式的核心思想是項(xiàng)目教學(xué)法，非常重視在實(shí)踐中進(jìn)行知識和能力的學(xué)習(xí)和提高，然后將學(xué)習(xí)到的內(nèi)容進(jìn)行升華轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撝R，最后通過完成一個項(xiàng)目和具體的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

材料力學(xué)課程改革具體設(shè)想是在課程中設(shè)立一個三級項(xiàng)目。借助項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)這樣幾個目的：第一，項(xiàng)目內(nèi)容提前安排給學(xué)生，學(xué)生帶著問題聽課，學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，學(xué)習(xí)效率更高，對相關(guān)概念、理論的理解更加透徹；第二，每一個項(xiàng)目都是生活或工程實(shí)際問題，首先需要將研究問題抽象成力學(xué)模型，然后進(jìn)一步分析，研究、設(shè)計(jì)方案，最后進(jìn)行計(jì)算，寫報告。極大地提高了學(xué)生分析問題、解決實(shí)際問題的能力；第三，三級項(xiàng)目都是綜合性非常強(qiáng)的問題，一般涉及到多個章節(jié)的很多知識點(diǎn)，有學(xué)過的，也會遇到?jīng)]有學(xué)過的新知識，學(xué)生需要查閱資料或自學(xué)一些內(nèi)容，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的查閱資料能力與自學(xué)能力。

2 課程改革內(nèi)容

2.1 項(xiàng)目內(nèi)容

在選擇項(xiàng)目之前應(yīng)明確專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及對力學(xué)知識、素質(zhì)和能力培養(yǎng)的要求，分析相關(guān)后續(xù)課程所涉及的知識點(diǎn)，構(gòu)建力學(xué)課程職業(yè)能力培養(yǎng)方向。所選項(xiàng)目基本是生活中或工程中實(shí)際問題，一般綜合性較強(qiáng)，涉及知識點(diǎn)較多，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)建模能力、分析能力、計(jì)算能力和工程實(shí)踐能力。表1是部分項(xiàng)目名稱及教學(xué)目標(biāo)。

2.2 項(xiàng)目安排與要求

項(xiàng)目以小組為單位進(jìn)行。每個項(xiàng)目小組由4～5人組成，設(shè)組長1人。項(xiàng)目題目在學(xué)完第一章（軸向拉伸壓縮）就下發(fā)，因?yàn)閷W(xué)生已初步了解材料力學(xué)的學(xué)習(xí)目的及設(shè)計(jì)方法。提前下達(dá)任務(wù)使學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，更能有針對性地學(xué)習(xí)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性。項(xiàng)目安排兩學(xué)時課堂輔導(dǎo)，兩學(xué)時答辯，

主要工作學(xué)生需要利用課后時間進(jìn)行。各小組應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目題目及課程的進(jìn)度，按時進(jìn)行資料的查閱、制定項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與計(jì)算、撰寫項(xiàng)目報告。每組要定期匯報項(xiàng)目進(jìn)展情況，每次由組內(nèi)成員輪流匯報，這樣增加每一個同學(xué)的參與意識和責(zé)任感。最后組織學(xué)生答辯，答辯結(jié)束后，學(xué)生需及時上交項(xiàng)目研究報告和個人總結(jié)。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施

首先提出項(xiàng)目要求，即構(gòu)思階段，學(xué)生需要弄清楚已知什么，需要解決什么問題，涉及哪些知識點(diǎn)，哪些內(nèi)容是學(xué)過的，還需要學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容。為保證學(xué)生順利完成本項(xiàng)目，教師首先要充分了解學(xué)生的基礎(chǔ)知識和相關(guān)能力，教師可以通過提問方式進(jìn)行，然后講授與項(xiàng)目相關(guān)的理論。學(xué)生帶著問題聽課，效果非常好，可以起到事半功倍的效果。當(dāng)然還要留一些內(nèi)容讓學(xué)生自己研究。在這過程中學(xué)生互相討論，充分發(fā)揮主觀能動性，大大調(diào)動了積極性。第二，設(shè)計(jì)階段，學(xué)生充分研究討論，根據(jù)目標(biāo)制定具體計(jì)劃，包括人員分工計(jì)劃、工作計(jì)劃、實(shí)施方案等。然后進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，包括建立力學(xué)模型、計(jì)算、繪圖、反復(fù)校對等等。第三，實(shí)現(xiàn)階段，即學(xué)生整理項(xiàng)目報告，作答辯PPT。學(xué)生需要分工合作，充分發(fā)揮各自的特長。最后，運(yùn)作階段，即老師檢查，進(jìn)行答辯，評價。學(xué)生在這個過程中，還需要互相提問題，互相評價，指出不足。整個項(xiàng)目由組長全權(quán)負(fù)責(zé)，依據(jù)組員的特點(diǎn)進(jìn)行分工及項(xiàng)目工作進(jìn)度安排。

2.4 項(xiàng)目評價

項(xiàng)目成績主要依據(jù)每一名學(xué)生在項(xiàng)目執(zhí)行期間的工作表現(xiàn)進(jìn)行評定，由平時成績、撰寫研究報告、答辯情況、組內(nèi)互評四部分組成，由于最后答辯環(huán)節(jié)最能反映學(xué)生的研究水平、參與情況、工作態(tài)度，因而答辯環(huán)節(jié)占成績比重較大，為40%。組內(nèi)互評包括小組成員之間的成績互評和組員與組長間的成績互評，在項(xiàng)目研究中表現(xiàn)突出的學(xué)生應(yīng)給予一定獎勵。成績評定標(biāo)準(zhǔn)和具體內(nèi)容見表2。

項(xiàng)目成績評定是整個項(xiàng)目實(shí)施中的最后一個環(huán)節(jié)。成績評定一方面要考察每個項(xiàng)目小組的整體表現(xiàn)情況，同時還要對每個小組成員的貢獻(xiàn)情況有所掌握，這樣既能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，又能充分調(diào)動每一個同學(xué)的積極性，避免個別同學(xué)總想依賴他人的惰性思想。

3 課程改革效果

從項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果來看，三級項(xiàng)目的內(nèi)容合理，每個小組都按時完成全部內(nèi)容。多數(shù)學(xué)生反映，經(jīng)過這次三級項(xiàng)目的鍛煉，能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識應(yīng)用到實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，充分將理論知識與工程應(yīng)用相結(jié)合，增強(qiáng)了感性認(rèn)識。例如機(jī)制11級兩組同學(xué)的題目是“箱包斜拉桿的強(qiáng)度計(jì)算”。這種工程實(shí)際問題有一定難度，計(jì)算量也較大。學(xué)生需要參閱資料，了解設(shè)計(jì)方法。首先將工程中的實(shí)際問題進(jìn)行力學(xué)建模，然后分析變形方式，繪制內(nèi)力圖，找出危險點(diǎn)，進(jìn)行計(jì)算。兩組同學(xué)經(jīng)過反復(fù)研究、校驗(yàn)，很好地完成工作，解決實(shí)際問題的能力明顯提高。同時在具體的項(xiàng)目實(shí)施中發(fā)現(xiàn)自己知識的欠缺，主動學(xué)習(xí)，進(jìn)行彌補(bǔ)，完善知識結(jié)構(gòu)。另外，項(xiàng)目小組的工作方式也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識和溝通能力。利用PPT進(jìn)行項(xiàng)目匯報和答辯提高了學(xué)生的表達(dá)能力。

在取得一些效果的同時，也發(fā)現(xiàn)了一些不足，例如由于學(xué)生過多，工程實(shí)際題目相對較少。每組4～5人，因而有少數(shù)同學(xué)出工不出力，缺乏參與意識。個別學(xué)生的任務(wù)量偏少，沒有得到鍛煉和發(fā)揮。在今后的教學(xué)實(shí)踐中將進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使每個學(xué)生得到充分鍛煉。

4 結(jié)語

通過這次三級項(xiàng)目的實(shí)施，改變了原有的教學(xué)方式。從原來零散的、碎片化的知識的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)槔庙?xiàng)目做引導(dǎo)，學(xué)生在完成一個具體項(xiàng)目中學(xué)習(xí)新的知識、新的理論，不僅體會到了“做中學(xué)”的樂趣，而且大大提高了學(xué)生的工程意識和實(shí)踐能力，為學(xué)生以后的工程實(shí)踐奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。同時，這種“做中學(xué)”極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，實(shí)現(xiàn)了從被動學(xué)習(xí)到積極自學(xué)的轉(zhuǎn)變，學(xué)生們普遍表示，這種基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)真正體現(xiàn)了從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變，通過具體的項(xiàng)目鍛煉，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力。學(xué)生不僅學(xué)到了理論知識，同時學(xué)會了分析問題、解決問題的方法。

在整個項(xiàng)目進(jìn)行過程中，教師要啟發(fā)、鼓勵學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，因此對教師的教學(xué)水平提出了較高要求。作為教師在教學(xué)中一定要不斷探索與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)不足，加以改進(jìn)，不斷完善，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳春林，朱張青.基于CDIO理念的工程學(xué)科教育改革與實(shí)踐[J].教育與現(xiàn)代化，2010.3（1）：31-33.

[2] 王偉，王殿君等.基于CDIO人才培養(yǎng)模式的機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的改革與實(shí)踐[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報，2010.33（2）：136-138.

[3] 唐靜靜，范欽珊.基礎(chǔ)力學(xué)課程研究型教學(xué)方法的探索[J].力學(xué)與實(shí)踐，2008.30（4）：88-89.

[4] 孫雅珍，侯祥林.理論力學(xué)課程考試改革探索[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報，2008.10（4）：501-503.

[5] 陳麗華.工程力學(xué)課程探究式教學(xué)法研究與實(shí)踐[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報，2012.10（4）：544-545.

[6] 鄒龍成.CDIO工程教育12條標(biāo)準(zhǔn)及其對院校教學(xué)評價的啟示[J].繼續(xù)教育，2015（4）：52-53.