基于CDIO理念的應(yīng)用型本科院?！恫牧狭W》課程教學改革初探

1、基于CDIO理念的應(yīng)用型本科院校材料力學課程教學改革初探摘 要：CDIO是一種新型的工程教育理念，注重對學生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。材料力學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，該課程的學習效果將直接影響到后續(xù)專業(yè)課程的學習以及土木工程專業(yè)技術(shù)人才專業(yè)知識體系的構(gòu)建。為了解決傳統(tǒng)教 學中存在的不足，針對材料力學的課程特點，文章提出基于CDIO工程教育理念的材料力學課程教學改革新思路，從而對材料力學 課程的教學內(nèi)容、教學模式、教學方法以及考核方式等方面進行了初步的探索。關(guān)鍵詞：CDIO;材料力學;教學改革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是由四個英文單詞的首字母組成，即Conceive （構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實現(xiàn)）和 Operate（運作）， 是近些年來國際上新興的一種工程教育模式。由麻省理工 學院和瑞典皇家工學院等四所

5、大學組成的跨國研究團隊 ,2000年起獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近 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為命名的國際合 作組織。CDIO工程教育模式以產(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。CDIO的三個核心文件：1個愿景、1個 大綱和12條標準，首次將工程畢業(yè)生必須具備的幾項能 力：工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能 力以逐級細化的方式表達出來，要求以綜合的培養(yǎng)方式使 學生在這四個層面達到預(yù)定目標1，并且對整個模式的實 施和檢驗進行

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、可測量,并對學生和教師都具有重要 的指導意義。CDIO工程教育模式體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學性和 先進性的統(tǒng)一，代表了當代工程教育的發(fā)展趨勢CDIO的工程教育理念繼承和發(fā)展了歐美國家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加入了 CDIO組織，均取得了良好效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學生mode, teaching method and the assessment method of Material Me也深受社會與企業(yè)的歡迎。但是，目前世界各國對工程技術(shù)人才的需求仍不能滿

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

8、在我國工程教育界逐漸開花結(jié)果，對我國的工 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證研究和實踐探 索總結(jié)而來，其價值更多地體現(xiàn)在思想、理念和方法上。它 不是一成不變的固定模式，不同類型的學校和專業(yè)都可以 根據(jù)社會的多樣化需求、學校的定位和特色，以及學生的 特點，從CDIO模式中獲得啟示和借鑒，靈活構(gòu)建具有實效 性的CDIO人才培養(yǎng)模式。為了使這種工程人才培養(yǎng)模式 在中國得到進一步的普及和推廣，為更多的國內(nèi)高校服 務(wù)，汕頭大學以及國內(nèi)外的兄弟院校在教育部高教司理工 處的領(lǐng)導和支持下，圍繞著CDIO開展了各種形式的交流、 研討、推廣和培訓活動：2007年11月教育

9、部組織召開了 2007中國高等工程教育改革論壇和CDIO國際合作組織 會議兩個大型會議;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聯(lián)合主辦 了 CDIO工程教育模式試點工作會議；,2009年起，試點 工作組每年舉行兩次全國性的CDIO試點工作會議，對 CDIO試點工作進行交流、研討和總結(jié)，并舉辦相關(guān)的 CDIO培訓班，為全國高校實施CDIO培養(yǎng)骨干人才；, 2011年起，試點工作組以年會和培訓班的形式對CDIO研 究與實踐工作進行交流、研討和總結(jié)；2016年1月8日至 9日，“全國CDIO工程教育

10、聯(lián)盟”成立大會在廣東汕頭開 幕;2017年4月27日至28日，2017 CDIO工程教育聯(lián)盟 會議在浙江大學城市學院召開。這些有益的探索與實踐必 將為在中國全面推進發(fā)展CDIO工程教育模式，提高工程 教育質(zhì)量，滿足國家戰(zhàn)略發(fā)展需要提供強大的新興工程科 技人才支撐。二、應(yīng)用型本科院校材料力學課程教學的特點及現(xiàn) 狀在國內(nèi)外所有高校的土木工程專業(yè)課程設(shè)置中，材 料力學都是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程學習效果的 好壞將直接影響到學生對結(jié)構(gòu)力學的分析和計算能力， 從而影響到許多后續(xù)設(shè)計類專業(yè)課程的學習效果，如混 凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等，故該課程的 學習效果也是影響土木工程系學生培養(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。在 轉(zhuǎn)型的大背景下，土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標應(yīng)該是培養(yǎng) 思維活躍、專業(yè)基礎(chǔ)扎實，知識結(jié)構(gòu)合理、具有相當?shù)耐聊?工程特色、一定的創(chuàng)新意識和創(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)歷了漫長的時間，其經(jīng)典理論在現(xiàn)代工程 和科學技術(shù)中一直被廣泛應(yīng)用，而對于大多數(shù)應(yīng)用型本科 院校而言，材料力學的教學主要存在以下三個方面的問 題：,是理論教學方面，材料力學的經(jīng)典理論將工程中的 實際問題抽象成力學模型，因而

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

13、分匱乏,在教學過程中也是避重就輕，對實踐環(huán)節(jié)的教 學不夠重視;對于學生：筆者所在的應(yīng)用型本科院校，在第 三個學期就開設(shè)材料力學課程，對于大學二年級的他們 來講，無論是直接工程經(jīng)驗還是間接工程經(jīng)驗均較為缺 乏，而課程本身對于工程背景的介紹又很缺乏，所以學生 會感到抽象難懂,遇到實際工程問題不懂得具體問題具體 分析，只會照搬照抄教材，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)在的課程成績雖然也是 由期末的筆試成績和平時成績組成，但是期末的筆試成績 占絕大比例，而平時成績也基本是由出勤，作業(yè)和測驗等 組成，缺少對學生實踐應(yīng)用能力的考核，所以大多數(shù)學生 不注重課堂的平時積累，就是期末

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

15、的培養(yǎng)，即能夠運用所學的理論知識去分析和 解決工程中具體的實際問題，樹立“以學生為主體,教為學 服務(wù)”的新型教學理念，以學生為核心，讓學生成為整個教 學過程的主體教師也需要改變傳統(tǒng)的填鴨式教學方式， 通過靈活多樣的教學手段對學生進行引導和啟發(fā)，在課堂 上講授基本知識的同時要引入相關(guān)的工程案例，并且積極 引導學生參與其中，展開積極的討論與思考，以培養(yǎng)學生 運用所學的理論知識去解決實際工程問題的能力，彌補傳 統(tǒng)的材料力學課程教學中對學生工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的 忽視材料力學教學內(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)好材料力學與其他力學課程間的教學內(nèi)容

16、,對一 些重復(fù)的教學內(nèi)容進行整合使材料力學與其他課程之間 可以相互貫通、相互補充，相輔相成，形成一個完整完善的 整個課程體系基于此，在教學大綱的目的要求之下，我們 將材料力學的授課內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)知識和拓展知識兩部 分基礎(chǔ)知識面向全體學生講授，可對各類基本力學模型 引入工程背景,例如講到軸向拉壓變形時可以提到桁架在 結(jié)點載荷作用下，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;講到彎曲變形時可以提到房屋建筑中的樓板、梁和 火車輪軸等方面使學生能夠掌握和理解所學的知識， 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)學生的工程意識，

17、也有助于加深學生對材 料力學的概念和定理的理解而拓展知識主要是面向那些 學有余力或者是有考研計劃的學生，同樣通過引入工程背 景向他們重點介紹廣泛存在于工程和生活中的組合變形， 一方面使學生能夠掌握材料力學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與其他課程間形 成緊密的聯(lián)系與補充對于這部分拓展知識的學習，學生 ,由組合成若干個小組，每個小組有一個組長，且組長采 取輪流制，組長協(xié)助老師工作，負責工作進度、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 以加深學生對各課程之間聯(lián)系的理解，有助于對學生思維 能力、創(chuàng)新能力以及整體分析能力的培養(yǎng)（二）改革教學模式，改進教學

18、方法CDIO工程教育理念強調(diào)重視學生在學習活動中的主 體地位，重視培養(yǎng)學生主動探求知識的意識，使學生具備 獨立獲取知識的能力基于此，針對材料力學的課程特點 以及傳統(tǒng)教學中存在的問題，對材料力學課程的教學模式 以及教學方法進行改革在教學過程中，將CDIO工程教育理念引入到教學模 式的改革和實踐中，以實際的工程問題為載體，在講述理 論知識時對各類力學模型引入工程背景進而闡述相關(guān)工 程項目的全過程，讓學生在了解相關(guān)工程項目運行過程的 同時，分析整個過程中可能遇到的各種力學問題實際工 程的復(fù)雜多樣性僅僅靠材料力學的知識是遠遠不能解決 的，還需要借助后續(xù)一系列專業(yè)課程的學習，這樣老師只 需提到其中涉及的

19、知識點，督促學生在以后的學習中加以 注意，這樣自然就建立起了材料力學與后續(xù)其他專業(yè)課程 以及工程實際之間的聯(lián)系提高學生解決具體力學問題的 能力，培養(yǎng)學生將工程實際問題轉(zhuǎn)為力學建模的能力及, 主獲取知識的能力，以形成創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標的教學模 式基于上述教學模式的改革，為了達到事半功倍的效 果，對于材料力學的教學方法也要進行改進和完善，改變 傳統(tǒng)的“灌輸式”方法，將CDIO理念引入到教學方法的改 革和實踐中，采用理論教學與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的教學方 式，著重培養(yǎng)學生的綜合能力在教學過程中，無論是理論 教學還是實踐環(huán)節(jié)均以小組的形式進行其中在理論教學 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，針對提出的問題小組內(nèi)進行討論，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 動氛圍，又提高了學生的課堂參與度，有利于激發(fā)學生學 習的積極性在實踐環(huán)節(jié)中，我們給出了一些自主學習的 方案，比如：閱讀材料力學相關(guān)課外書籍，寫讀書報告;針 對某一工程問題的學習，寫研究報告;梳理課堂知識，寫知 識框架圖等學生可以根據(jù)興趣,主選擇其中某一項進行 學習，學習成果以書面形式上交記入平時考核成績這樣 一來，在整個的學習過程中就體現(xiàn)了學生的主體地位，教 師主要起到引導學生學習和實踐的作用，引導學生將課堂 中學習的理論知識運用到實踐項目中，并在實踐中驗證學 到的理論知識，真正做到“學中做，做中學”。（三）改革課程考核方式在上述新的教學模式和教學方法下，有必要對材料 力學課程的考核與評價