基于CDIO理念的應(yīng)用型本科院?！恫牧狭W(xué)》課程教學(xué)改革初探

1、基于CDIO理念的應(yīng)用型本科院校材料力學(xué)課程教學(xué)改革初探摘 要：CDIO是一種新型的工程教育理念，注重對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。材料力學(xué)課程是土木工程專業(yè)的一門非常重要的 專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的學(xué)習(xí)效果將直接影響到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及土木工程專業(yè)技術(shù)人才專業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)建。為了解決傳統(tǒng)教 學(xué)中存在的不足，針對(duì)材料力學(xué)的課程特點(diǎn)，文章提出基于CDIO工程教育理念的材料力學(xué)課程教學(xué)改革新思路，從而對(duì)材料力學(xué) 課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法以及考核方式等方面進(jìn)行了初步的探索。關(guān)鍵詞：CDIO;材料力學(xué);教學(xué)改革Abstract： CDIO is a new concept of engineer

2、ing education, and focuses on the training of students engineering application capabilities. Material Mechanics course is a very important basic course of professional for civilengineering. The learning effect of this course will have a direct impact on the follow-up professional courses of study an

3、d the construction of professional knowledge system for civil engineering technical professionals. In order to solve the deficiencies in the traditional teaching and based on the characteristics of the Material Mechanics course, a new teaching reform program of the Material Mechanics course based on

4、 CDIO engineeringeducation concept is proposed, and the teaching content, teaching chanics course are preliminarily explored.Keywords： CDIO; material mechanics; teaching reform一、CDIO工程教育理念CDIO是由四個(gè)英文單詞的首字母組成，即Conceive （構(gòu)思）、Design（設(shè)計(jì)）、Implement（實(shí)現(xiàn)）和 Operate（運(yùn)作）， 是近些年來國(guó)際上新興的一種工程教育模式。由麻省理工 學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所

5、大學(xué)組成的跨國(guó)研究團(tuán)隊(duì) ,2000年起獲得Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)近 2000萬美元的巨額資助，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為命名的國(guó)際合 作組織。CDIO工程教育模式以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生 命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián) 系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO的三個(gè)核心文件：1個(gè)愿景、1個(gè) 大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)，首次將工程畢業(yè)生必須具備的幾項(xiàng)能 力：工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能 力以逐級(jí)細(xì)化的方式表達(dá)出來，要求以綜合的培養(yǎng)方式使 學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)1，并且對(duì)整個(gè)模式的實(shí) 施和檢驗(yàn)進(jìn)行

6、了系統(tǒng)的、全面的指引，使得工程教育改革 更加具體化、可操作、可測(cè)量,并對(duì)學(xué)生和教師都具有重要 的指導(dǎo)意義。CDIO工程教育模式體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和 先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)CDIO的工程教育理念繼承和發(fā)展了歐美國(guó)家20多 年來工程教育改革的理念，為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展奠定 了基礎(chǔ)。截至2013年，已有幾十所世界著名大學(xué)加入了 CDIO組織，均取得了良好效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生mode, teaching method and the assessment method of Material Me也深受社會(huì)與企業(yè)的歡迎。但是，目前世界各國(guó)對(duì)工程技術(shù)人才的需求仍不能滿

7、足社會(huì)發(fā)展的需要。而我國(guó)擁有世界上最大規(guī)模的工程教 育，因此盡快培養(yǎng)與國(guó)際接軌的中國(guó)工程師是我國(guó)高等工 科教育目前的首要任務(wù)。CDIO工程教育模式經(jīng)過專家和 學(xué)者的多年努力，不斷的完善，被認(rèn)為是如今國(guó)際工程教 育改革中十分成功的典范。2006年，汕頭大學(xué)成為首個(gè)中 國(guó)高校CDIO成員，其改革目標(biāo)是通過注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng) 工程技術(shù)能力，尤其是項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施能 力，以及較強(qiáng)的,學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力，吸收 世界先進(jìn)的工程教育理念，建立符合國(guó)際工程教育共識(shí)的 課程體系。汕頭大學(xué)率先在中國(guó)進(jìn)行CDIO工程教育模式 改革,意味著CDIO工程教育模式正式進(jìn)入中國(guó)。到如今， CDIO模式

8、在我國(guó)工程教育界逐漸開花結(jié)果，對(duì)我國(guó)的工 程技術(shù)人才培養(yǎng)模式改革產(chǎn)生了重大的影響叫CDIO工程教育模式本身就是通過實(shí)證研究和實(shí)踐探 索總結(jié)而來，其價(jià)值更多地體現(xiàn)在思想、理念和方法上。它 不是一成不變的固定模式，不同類型的學(xué)校和專業(yè)都可以 根據(jù)社會(huì)的多樣化需求、學(xué)校的定位和特色，以及學(xué)生的 特點(diǎn)，從CDIO模式中獲得啟示和借鑒，靈活構(gòu)建具有實(shí)效 性的CDIO人才培養(yǎng)模式。為了使這種工程人才培養(yǎng)模式 在中國(guó)得到進(jìn)一步的普及和推廣，為更多的國(guó)內(nèi)高校服 務(wù)，汕頭大學(xué)以及國(guó)內(nèi)外的兄弟院校在教育部高教司理工 處的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，圍繞著CDIO開展了各種形式的交流、 研討、推廣和培訓(xùn)活動(dòng)：2007年11月教育

9、部組織召開了 2007中國(guó)高等工程教育改革論壇和CDIO國(guó)際合作組織 會(huì)議兩個(gè)大型會(huì)議;2008年4月，教育部高等教育司發(fā)文 成立“CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐課題組”；同年12月 14日至15日，教育部高教司理工處和汕頭大學(xué)聯(lián)合主辦 了 CDIO工程教育模式試點(diǎn)工作會(huì)議；,2009年起，試點(diǎn) 工作組每年舉行兩次全國(guó)性的CDIO試點(diǎn)工作會(huì)議，對(duì) CDIO試點(diǎn)工作進(jìn)行交流、研討和總結(jié)，并舉辦相關(guān)的 CDIO培訓(xùn)班，為全國(guó)高校實(shí)施CDIO培養(yǎng)骨干人才；, 2011年起，試點(diǎn)工作組以年會(huì)和培訓(xùn)班的形式對(duì)CDIO研 究與實(shí)踐工作進(jìn)行交流、研討和總結(jié)；2016年1月8日至 9日，“全國(guó)CDIO工程教育

10、聯(lián)盟”成立大會(huì)在廣東汕頭開 幕;2017年4月27日至28日，2017 CDIO工程教育聯(lián)盟 會(huì)議在浙江大學(xué)城市學(xué)院召開。這些有益的探索與實(shí)踐必 將為在中國(guó)全面推進(jìn)發(fā)展CDIO工程教育模式，提高工程 教育質(zhì)量，滿足國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展需要提供強(qiáng)大的新興工程科 技人才支撐。二、應(yīng)用型本科院校材料力學(xué)課程教學(xué)的特點(diǎn)及現(xiàn) 狀在國(guó)內(nèi)外所有高校的土木工程專業(yè)課程設(shè)置中，材 料力學(xué)都是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程學(xué)習(xí)效果的 好壞將直接影響到學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析和計(jì)算能力， 從而影響到許多后續(xù)設(shè)計(jì)類專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果，如混 凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等，故該課程的 學(xué)習(xí)效果也是影響土木工程系學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要

11、因素 之,。而土木工程專業(yè)是以實(shí)踐性為主的工科專業(yè)，突出 應(yīng)用是土木工程專業(yè)應(yīng)用型本科教育的核心與立足點(diǎn)。在 轉(zhuǎn)型的大背景下，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該是培養(yǎng) 思維活躍、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)，知識(shí)結(jié)構(gòu)合理、具有相當(dāng)?shù)耐聊?工程特色、一定的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、吃苦耐勞、善于溝 通和協(xié)作的“應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型”高素質(zhì)本科人才。材料力學(xué)作為土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基 礎(chǔ)課，其發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間，其經(jīng)典理論在現(xiàn)代工程 和科學(xué)技術(shù)中一直被廣泛應(yīng)用，而對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用型本科 院校而言，材料力學(xué)的教學(xué)主要存在以下三個(gè)方面的問 題：,是理論教學(xué)方面，材料力學(xué)的經(jīng)典理論將工程中的 實(shí)際問題抽象成力學(xué)模型，因而

12、注重了冗長(zhǎng)的理論推導(dǎo)和 繁瑣的數(shù)字計(jì)算四，卻很少去介紹工程背景。因此，在材料 力學(xué)課程的教學(xué)過程中，任課教師則容易拘泥于其系統(tǒng) 性，課堂上以講授為主，學(xué)生只能被動(dòng)的接受，不能給學(xué)生 足夠的思維空間，抑制了學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新能力，而 且講授內(nèi)容偏重于理論的講解與推導(dǎo)，不能很好地聯(lián)系實(shí) 際工程，學(xué)生帶有很大的盲目性去學(xué)習(xí)，可想而知不會(huì)有 好的學(xué)習(xí)效果，學(xué)生自然也就不知道在工程實(shí)踐中應(yīng)該如 何應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)的，制約了對(duì)學(xué)生的工程素質(zhì)的培 養(yǎng)。二是實(shí)踐環(huán)節(jié)方面，材料力學(xué)作為工科專業(yè)的一門重 要的專業(yè)基礎(chǔ)課，自然與工程實(shí)際之間有著緊密的聯(lián)系， 對(duì)于教師：大多數(shù)教師都是多年從事教學(xué)工作，工程經(jīng)驗(yàn) 十

13、分匱乏,在教學(xué)過程中也是避重就輕，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教 學(xué)不夠重視;對(duì)于學(xué)生：筆者所在的應(yīng)用型本科院校，在第 三個(gè)學(xué)期就開設(shè)材料力學(xué)課程，對(duì)于大學(xué)二年級(jí)的他們 來講，無論是直接工程經(jīng)驗(yàn)還是間接工程經(jīng)驗(yàn)均較為缺 乏，而課程本身對(duì)于工程背景的介紹又很缺乏，所以學(xué)生 會(huì)感到抽象難懂,遇到實(shí)際工程問題不懂得具體問題具體 分析，只會(huì)照搬照抄教材，不懂得舉,反三，缺少靈活性和 創(chuàng)新性。最后是課程考核方面，現(xiàn)在的課程成績(jī)雖然也是 由期末的筆試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)組成，但是期末的筆試成績(jī) 占絕大比例，而平時(shí)成績(jī)也基本是由出勤，作業(yè)和測(cè)驗(yàn)等 組成，缺少對(duì)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的考核，所以大多數(shù)學(xué)生 不注重課堂的平時(shí)積累，就是期末

14、的幾天靠死記硬背來應(yīng) 付考試，這樣大大打消了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也影響老師 上課的精神狀態(tài)，對(duì)于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際工 程問題的能力就更難實(shí)現(xiàn)了 三、基于CDIO理念的材料力學(xué)課程教學(xué)改革初探（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容教學(xué)理念是教學(xué)過程的旗幟和核心時(shí)。傳統(tǒng)的材料力 學(xué)課程的教學(xué)理念是以教師講授為主，忽視了學(xué)生的中 心地位而在工程教育認(rèn)證理念中，教學(xué)過程中的中心是 學(xué)生,應(yīng)該讓學(xué)生的自主能動(dòng)性得到充分的發(fā)揮所以，在 課程教學(xué)中應(yīng)該以理論為本，以實(shí)踐為輔，將CDIO理念運(yùn) 用到材料力學(xué)的教學(xué)中依據(jù)CDIO理念,課堂教學(xué)不僅 僅是要將課程最基本的理論知識(shí)傳授給學(xué)生，更重要的是 對(duì)學(xué)生能力

15、的培養(yǎng)，即能夠運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去分析和 解決工程中具體的實(shí)際問題，樹立“以學(xué)生為主體,教為學(xué) 服務(wù)”的新型教學(xué)理念，以學(xué)生為核心，讓學(xué)生成為整個(gè)教 學(xué)過程的主體教師也需要改變傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式， 通過靈活多樣的教學(xué)手段對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和啟發(fā)，在課堂 上講授基本知識(shí)的同時(shí)要引入相關(guān)的工程案例，并且積極 引導(dǎo)學(xué)生參與其中，展開積極的討論與思考，以培養(yǎng)學(xué)生 運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)去解決實(shí)際工程問題的能力，彌補(bǔ)傳 統(tǒng)的材料力學(xué)課程教學(xué)中對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的 忽視材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和優(yōu)化也應(yīng)以應(yīng)用型人才 培養(yǎng)目標(biāo)為主線加以貫穿，主要體現(xiàn)在工程上的應(yīng)用并 且要協(xié)調(diào)好材料力學(xué)與其他力學(xué)課程間的教學(xué)內(nèi)容

16、,對(duì)一 些重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合使材料力學(xué)與其他課程之間 可以相互貫通、相互補(bǔ)充，相輔相成，形成一個(gè)完整完善的 整個(gè)課程體系基于此，在教學(xué)大綱的目的要求之下，我們 將材料力學(xué)的授課內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)知識(shí)和拓展知識(shí)兩部 分基礎(chǔ)知識(shí)面向全體學(xué)生講授，可對(duì)各類基本力學(xué)模型 引入工程背景,例如講到軸向拉壓變形時(shí)可以提到桁架在 結(jié)點(diǎn)載荷作用下，組成桁架的各桿件所發(fā)生的變形；講到 剪切變形時(shí)可以提到螺栓連接中的螺栓和銷釘連接中的 銷釘;講到彎曲變形時(shí)可以提到房屋建筑中的樓板、梁和 火車輪軸等方面使學(xué)生能夠掌握和理解所學(xué)的知識(shí)， 為后續(xù)的專業(yè)課程打好基礎(chǔ)；另一方面通過工程背景的引 入，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，

17、也有助于加深學(xué)生對(duì)材 料力學(xué)的概念和定理的理解而拓展知識(shí)主要是面向那些 學(xué)有余力或者是有考研計(jì)劃的學(xué)生，同樣通過引入工程背 景向他們重點(diǎn)介紹廣泛存在于工程和生活中的組合變形， 一方面使學(xué)生能夠掌握材料力學(xué)中各種基本變形之間的 組合與聯(lián)系，另一方面又能夠使材料力學(xué)與其他課程間形 成緊密的聯(lián)系與補(bǔ)充對(duì)于這部分拓展知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生 ,由組合成若干個(gè)小組，每個(gè)小組有一個(gè)組長(zhǎng)，且組長(zhǎng)采 取輪流制，組長(zhǎng)協(xié)助老師工作，負(fù)責(zé)工作進(jìn)度、成員的工作 任務(wù)安排等這樣既可以加深課程之間內(nèi)容的交融，又可 以加深學(xué)生對(duì)各課程之間聯(lián)系的理解，有助于對(duì)學(xué)生思維 能力、創(chuàng)新能力以及整體分析能力的培養(yǎng)（二）改革教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)

18、方法CDIO工程教育理念強(qiáng)調(diào)重視學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主 體地位，重視培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探求知識(shí)的意識(shí)，使學(xué)生具備 獨(dú)立獲取知識(shí)的能力基于此，針對(duì)材料力學(xué)的課程特點(diǎn) 以及傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，對(duì)材料力學(xué)課程的教學(xué)模式 以及教學(xué)方法進(jìn)行改革在教學(xué)過程中，將CDIO工程教育理念引入到教學(xué)模 式的改革和實(shí)踐中，以實(shí)際的工程問題為載體，在講述理 論知識(shí)時(shí)對(duì)各類力學(xué)模型引入工程背景進(jìn)而闡述相關(guān)工 程項(xiàng)目的全過程，讓學(xué)生在了解相關(guān)工程項(xiàng)目運(yùn)行過程的 同時(shí)，分析整個(gè)過程中可能遇到的各種力學(xué)問題實(shí)際工 程的復(fù)雜多樣性僅僅靠材料力學(xué)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解決 的，還需要借助后續(xù)一系列專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，這樣老師只 需提到其中涉及的

19、知識(shí)點(diǎn)，督促學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中加以 注意，這樣自然就建立起了材料力學(xué)與后續(xù)其他專業(yè)課程 以及工程實(shí)際之間的聯(lián)系提高學(xué)生解決具體力學(xué)問題的 能力，培養(yǎng)學(xué)生將工程實(shí)際問題轉(zhuǎn)為力學(xué)建模的能力及, 主獲取知識(shí)的能力，以形成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)模 式基于上述教學(xué)模式的改革，為了達(dá)到事半功倍的效 果，對(duì)于材料力學(xué)的教學(xué)方法也要進(jìn)行改進(jìn)和完善，改變 傳統(tǒng)的“灌輸式”方法，將CDIO理念引入到教學(xué)方法的改 革和實(shí)踐中，采用理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的教學(xué)方 式，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力在教學(xué)過程中，無論是理論 教學(xué)還是實(shí)踐環(huán)節(jié)均以小組的形式進(jìn)行其中在理論教學(xué) 中，教師在講授課程內(nèi)容之前先提出問題，隨著講課過程

20、 的深入，針對(duì)提出的問題小組內(nèi)進(jìn)行討論，然后小組間互 相討論，最后任課教師總結(jié)，這樣既創(chuàng)造了良好的師生互 動(dòng)氛圍，又提高了學(xué)生的課堂參與度，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué) 習(xí)的積極性在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，我們給出了一些自主學(xué)習(xí)的 方案，比如：閱讀材料力學(xué)相關(guān)課外書籍，寫讀書報(bào)告;針 對(duì)某一工程問題的學(xué)習(xí)，寫研究報(bào)告;梳理課堂知識(shí)，寫知 識(shí)框架圖等學(xué)生可以根據(jù)興趣,主選擇其中某一項(xiàng)進(jìn)行 學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)成果以書面形式上交記入平時(shí)考核成績(jī)這樣 一來，在整個(gè)的學(xué)習(xí)過程中就體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，教 師主要起到引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的作用，引導(dǎo)學(xué)生將課堂 中學(xué)習(xí)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐項(xiàng)目中，并在實(shí)踐中驗(yàn)證學(xué) 到的理論知識(shí)，真正做到“學(xué)中做，做中學(xué)”。（三）改革課程考核方式在上述新的教學(xué)模式和教學(xué)方法下，有必要對(duì)材料 力學(xué)課程的考核與評(píng)價(jià)