劉安中，張 速

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601）

基于CDIO工程教育理念的材料力學課程教學實踐

劉安中，張 速

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601）

針對材料力學課程傳統(tǒng)教學方法進行改革，將CDIO工程教育理念引入到課程的教學過程中，教學實踐表明：在材料力學課程教學中，采用CDIO工程教育理念，學生不僅動手能力、創(chuàng)新思維能力得到提高，而且也激發(fā)了他們學習材料力學課程的興趣.

CDIO工程教育理念；材料力學；教學；實踐

0 引言

在土木類和機械類工科院校中，材料力學課程是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課.但是，在傳統(tǒng)的教學方法下，由于材料力學課程內(nèi)容比較多，學生學習過程中缺乏必要的工程背景，一些學生便會對該課程產(chǎn)生畏難情緒，覺得枯燥無味，逐漸對這門課程失去了學習的興趣.而材料力學課程的基礎(chǔ)不扎實，將對后續(xù)專業(yè)課程的學習產(chǎn)生很大的影響.根據(jù)這種情況，我們嘗試將CDIO工程教育理念引入到材料力學課程教學中.

CDIO是由麻省理工學院連同瑞典3所頂尖工業(yè)大學共同倡導，集多國工程教育精英耗資數(shù)百萬美元所建立的一整套工程教育理念和實施體系［1-2］.CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Imple?ment）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，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程［3-4］.根據(jù)CDIO工程教育理念，將其運用到材料力學課程教學過程，教師只是作為課程教學的啟發(fā)者，而不是作為課程教學的灌輸者.教師在課程教學過程中，根據(jù)實際情況，可采用多種有效形式和手段，以啟發(fā)學生的思維為核心，通過提出問題，調(diào)動學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，從而使學生掌握所學的知識.在課堂上，教師可根據(jù)課程的教學任務和學生的學習能力為學生設(shè)計感興趣的學習項目，啟發(fā)學生獨立思考，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力.在實踐課堂上，讓學生根據(jù)實驗要求，分組合作、互相配合，培養(yǎng)學生動手的能力和團隊合作的能力.

1 教學實踐內(nèi)容

1）改進教學手段，把過去枯燥的課程教學變成讓學生感興趣的課，加深對課程內(nèi)容的理解.2）在課程教學中注重理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生動手能力和團體合作意識.3）在課程教學中，將課程內(nèi)容與力學建模結(jié)合起來，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力.

2 基于CDIO工程教育理念的材料力學課程教學

2.1 課程內(nèi)容教學方法的改進

針對每一章、每一節(jié)的教學內(nèi)容，首先對其進行構(gòu)思、設(shè)計：即采用什么樣的教學方法、手段，如何引入學生感興趣的圖片、視頻等，有條件的話不妨帶學生到實驗室進行實驗、觀察；然后構(gòu)思、設(shè)計進行運作.例如，在講授等直圓桿扭轉(zhuǎn)的強度條件這一節(jié)時，按照CDIO工程教育理念，采用的方法是引導教學法［5］，引導教學法就是引導學生通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論等途徑主動去提出問題、研究問題和總結(jié)規(guī)律，以達到獲得知識的過程.在講授這一節(jié)內(nèi)容前，首先讓學生閱讀教材，然后根據(jù)所閱讀的教材提出問題.例如，有的學生提的問題是：塑性材料低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞截面是橫截面，脆性材料鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞截面是斜截面，感到不好理解.根據(jù)學生所提出的問題，我們采用的教學手段是：在課堂上先給學生放有關(guān)這兩種材料發(fā)生扭轉(zhuǎn)的視頻，增加學生的感性認識；接著讓學生在實驗室里通過對這兩種材料的構(gòu)件做扭轉(zhuǎn)實驗，進行觀察，然后對所觀察的結(jié)果進行總結(jié)；最后根據(jù)學生總結(jié)的結(jié)果，進行針對性、啟發(fā)式講解.實踐表明：通過這種改進方法和手段，把過去枯燥的課程教學變成生動的課程教學，學生不僅掌握了所學的知識，而且也激發(fā)學習材料力學課程的興趣.

2.2 課程教學過程中注重理論與實踐相結(jié)合

在以往的材料力學課程教學過程中，采用的教學方法基本上是滿堂灌的教學方式，至于如何將理論與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學生的動手能力卻很少涉及.為解決這個問題，按照CDIO工程教育理念：構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作，在課程某些章的教學中，將理論與實踐相結(jié)合.例如，在講授壓桿穩(wěn)定這一章中，在教學前，首先構(gòu)思設(shè)計引入什么樣的動畫和工程圖片；理論結(jié)合實踐，采用什么樣的教學方法和手段，以及如何讓學生設(shè)計一些感興趣的項目，自己動手制作.經(jīng)過具體的構(gòu)思、設(shè)計后，進行實現(xiàn)、運作.在教學中采用的動畫是：細長壓桿受荷載作用，穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡；工程圖片有：加拿大魁北克橋失穩(wěn)、南京電視臺演播中心屋頂澆筑混凝土時，腳手架失穩(wěn)等圖片；理論與實踐相結(jié)合，采用的教學方法是探索性實驗教學法［5］，首先引導學生根據(jù)書本上的理論自己先提出問題，找出解決問題的方案.然后，按照方案來實踐.例如，為了研究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有些學生提出設(shè)計一個桁架結(jié)構(gòu)來觀察.根據(jù)學生提出的設(shè)計方案，采用的教學手段是：讓學生齊心協(xié)力動手制作.圖1是學生在學習完這一章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在課外科技活動中自己動手制作的一個桁架模型，為了防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，桁架頂部用兩根交叉木桿固定.最后將實踐結(jié)果讓教師來點評.對于學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，教師不僅點評，而且給予鼓勵.實踐表明，按照CDIO工程教育理念來教學，不僅活躍學生學習材料力學課程的課堂氣氛，拉近教師和學生的距離，而且也培養(yǎng)他們動手和團結(jié)合作的能力.

圖1 學生動手制作的桁架模型

2.3 加強學生建模能力的培養(yǎng)

在實際工程中，建立力學模型是用力學知識分析問題的第一步，但是在以往材料力學課程教學過程中，關(guān)于力學建模這方面的知識卻很少介紹，以至于學生們只會做書本上力學模型已經(jīng)建立好的題目，對于碰到的力學模型還沒有建立的實際問題，如何進行力學分析，卻不知道如何解決.根據(jù)這種情況，按照CDIO工程教育理念，先考慮采用什么樣的方法來進行教學，然后具體如何運作.經(jīng)過研究后，采用的方法是啟發(fā)式教學方法和研究式教學法綜合［5］，就是先由教師指定課題，提供閱讀材料（必要時做些提示），由學生自己去研究，得出答案.在此基礎(chǔ)上，再讓學生自己去找題研究，寫出報告或研究心得，最后老師或做結(jié)論，或不做結(jié)論.例如，在講授構(gòu)件受沖擊荷載作用時動應力計算這一節(jié)時，就給了實際生活中一個跳水運動員從跳板上跳水時動應力如何計算的題目，要求學生根據(jù)所學的知識查資料.首先建立跳板的力學模型，然后再進行動應力計算.學生們根據(jù)所給的條件經(jīng)過研究后選用的力學模型是超靜定梁，在此基礎(chǔ)上進行了動應力計算.完成這項工作后，就讓同學自己去找題研究，例如在課外科技活動中，學生就學會自己找題大家齊心合力來研究，圖2就是學生通過自己找題進行結(jié)構(gòu)承載能力這方面研究的實踐.通過實踐，由老師對學生所做的結(jié)果進行點評.總之，按照CDIO工程教育理念進行課程教學，實踐表明：不僅培養(yǎng)了學生研究分析問題的能力，而且還鍛煉了團結(jié)協(xié)作、互相配合的能力，更重要的是提高了他們的創(chuàng)新思維的能力.

圖2 學生課外科技活動

3 結(jié)語

圍繞CDIO工程教育理念進行材料力學課程教學，將多種教學方法融入到課程的教學過程中，理論與實踐相結(jié)合，使枯燥的材料力學課程教學變成學生感興趣的課程教學，不僅激發(fā)學生學習材料力學課程的積極性，而且也加強了學生動手能力、建模能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng).

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

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

［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教學模式研究［J］.現(xiàn)代教育科學，2012（2）：89-91.

［5］劉舒生.教學法大全［M］.北京：經(jīng)濟日報出版社，1992：375-382.

Teaching Practice of Material Mechanics Based on CDIO Engineering Education Concept

LIU Anzhong，ZHANG Su
（School of Civil Engineering，Anhui Jianzhu University，230601，Hefei，Anhui，China）

Regarding the reform the traditional teaching method of material mechanics，the concept of CDIO engineering education is introduced in the teaching process of the mentioned course.Years of teaching prac?tice show that after the introduction of CDIO engineering education，students′problem-solving ability and creative thinking have been improved.It will also stimulate students′interest in learning the course.

CDIO engineering education；material mechanics；teaching practice

TB 301-4

C

2095-0691（2016）04-0086-03

2016-09-14

安徽省級重點教學研究項目資助（2014jyxm244）

劉安中（1958- ），男，安徽合肥人，教授，研究方向：材料、固體力學.