基于CDIO理念的应用型本科《材料力学》课程教学改革初探※

孙峙华

（江汉大学，湖北 武汉 430056）

基于CDIO理念的应用型本科《材料力学》课程教学改革初探※

孙峙华

（江汉大学，湖北 武汉 430056）

为了适应经济全球化、贯彻国家创新驱动的战略，培养与国际接轨的中国工程师已成为我国工程教育的迫切任务。通过分析应用型本科《材料力学》课程教学的特点及实际状况，在学习和借鉴国外经验的基础上，引入了CDIO的工程教学理念，对《材料力学》课程的教学模式、教学内容和教学方法的改革进行了初步探讨，以实现“少学时、新内容、高水平、好效果”的课程改革要求。

CDIO；教学改革；材料力学

一、应用型本科《材料力学》课程教学的特点及现状

材料力学是工科院校一门重要的技术基础课。它既要为机电工程和建筑工程等专业的后续课程如《机器零件》、《结构分析》等奠定所必需的力学基础，又要在培养学生分析、研究、解决工程问题的能力、提高专业素养方面起到重要的作用。

材料力学自S·铁摩辛柯的《Strength of Materials》一书在1930年出版开始，至今已有漫长的历史，在长期的发展过程中已形成了本身理论的完整系统。它将工程中的实际问题抽象出力学模型，因而注重了冗长的理论推导和繁琐的数字计算，而缺少工程背景。

因此，在《材料力学》课程的教学中，教师则长期采用“满堂灌”的教学方法，以传授知识为主导，缺少探索性和创新性，制约了对学生的能力培养。

对于在大学二年级上学期开课学习《材料力学》课程的学生来说，他们对于工程无论是直接经验或间接经验均较缺乏，而课程本身又缺少工程背景，则感到抽象难懂，只能靠死记硬背来应付“闭卷”考试。加之实验环节中的诸多不足，使得学习的主动性积极性就不高，更谈不上提高发现、分析、解决工程实际问题的能力。

二、CDIO理念[1]

CDIO是由美国麻省理工学院和瑞典几所高校推出的一种基于构思、设计、实施和运作全过程培养学生工程能力的新型工程教育模式。

CDIO是四个英文单词（Conceive,Design,Implement,Operate）的首字母。它以产品研发产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有联系的方式学习工程。CDIO模式强调综合的创新能力与社会大环境的协调发展，同时更关注工程实践，加强培养学生的实践能力。它要求在每门课程、每个教学环节都能落实产业对能力的要求，以满足产业对工程人才质量的要求。并将这种能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。

CDIO继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，系统地提出了可操作性的能力培养、全面实施及检验测评的12条标准。该理念体现了当今工程教育的国际共识，为我们实现工程教育国际化奠定了坚实的基础。

三、基于CDIO理念的《材料力学》课程教学改革初探

（一）改革的总体思路

课程教学改革要考虑科学技术的发展（如微电子技术、新型传感器、计算机技术等）和工程实际的需要（如低碳、节能、环保等）以学生获取知识为基础、开发智力为手段、发展创造能力为核心、提高综合素质为目标，通过改革教学内容、教学方法，提高学生解决具体力学问题的能力，培养学生将工程实际问题转为力学建模的能力及自主获取知识的能力，以形成创新型人材培养目标的教学模式。

（二）确定改革方向，重构教学内容

“少学时、新内容、高水平、好效果”是力学课程改革的方向[2]。但是，现行的《材料力学》课程是自成系统的，在拉、压、剪、扭、弯等基本力学模型的基础上，通过详细的理论推导和计算，求取材料的应力和变形。由于缺少工程背景，学生对于这些基本力学模型感到过于抽象难懂，逐渐失去学习兴趣。为了适应课程改革方向，就必须对教学内容进行优化调整、对教学方法进行改革。达到既少学时，又提高学生的学习兴趣和主动性及提高学生力学建模能力的好效果。

对教学内容，可对各类基本力学模型引入工程背景。如桁架（屋架）在结点载荷作用下，组成桁架的各杆件所受轴向拉伸或压缩，起重设备中的吊索等等；机器中的铆钉连接中的铆钉、螺栓连接中的螺栓、销钉连接中的销钉均为剪切的工程背景。而机械中的各类传动轴、石油钻井中的钻杆则为扭转变形的典型工程背景。大量存在于房屋建筑中的楼板梁、起重行车的钢梁，火车轮轴等等则是弯曲变形的工程背景的实例。而组合变形则广泛存在于工程和生活中。

这些工程背景的引入，可增加学生的感性知识，产生由物理模型转化为力学模型的学习兴趣，逐步提高由观察工程实际到解决工程实际问题的能力。但是这些引入并不导致增加课程学时，因为这些工程背景的引入可借助多媒体（图片、视频、动画）来完成。达到少学时、好效果的目的。

此外，在教学中还要注意新闻中发生的与工程实际相关的问题，使学生在实际工程问题的解决中学习知识，如航天飞机隔热装置由于疲劳损伤而导致的重大事故等等。

而对获取重要基础知识、尤其是涉及计算与理论推导部分，则应适当增加板书内容，如求解力的平衡方程、弯曲应力计算等，使学生了解求解过程及步骤，培养学生的逻辑思维能力，提高举一反三解决同类问题的能力。

（三）建立多样化教学手段和方法

1、课堂教学

学习知识是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。在这个过程中，学生在教师的指导和辅助下，进行自主式学习尤其重要。为此，教师应明确在《材料力学》课程中学生应该掌握的基本知识和能力，引导学生将这些基本知识和能力与工程实践相结合，提出若干思考题，教会学生查阅资料，在此基础上进行思考和讨论，提出解决问题的方案，或组织统一答疑，学生写出专题学习小结，由此提高学生自我获取知识的能力以及撰写专业论文的能力。这种教学方法的改变还可以克服单纯依靠“闭卷”考试的某些弊端，充分调动学生学习的主动性。

2、实践教学

实践教学的目的是使学生接触工程实际、增强对理论学习的认识、提高进行力学实验的动手能力。因此它包含力学实验及接触工程实际等多个方面。

现行的《材料力学》实验大纲，限于学时和某些原因，多数是属于演示试验，学生失去了设计实验方案、动手操作仪器设备的机会。为了克服这种不足，应建立开放实验室，带着工程实际中的课题，由学生自行设计实验方案、选用合适的仪器设备，学生自己（或在教师帮助指导下）进行实验，并作出观测记录，撰写实验报告。

除了力学实验外，接触工程实际也是重要的一个方面。要争取条件，带着目的参观工厂、工地，接触实际。学习发现、分析、解决问题的能力。还可参观各类相关产业博览会，如医疗器械、起重机械、工程机械、包装机械、机器人等，扩大视野，了解力学的工程应用，拓宽知识面。

3、建立完整的考核方式

由于在基于CDIO理论理论下《材料力学》课程的教学改革中，教学内容和教学方法均已作出了改变，则对课程的考核与评价体系也需作相应的改变。

按照CDIO的理念，应以记录、报告、自评、互评等方式进行评估，建立完整的评价系统。而在《材料力学》教学改革中，针对新的教学内容和教学方法，我们可根据课堂讲授、个人作业和小组的项目来分别进行测试。对于课堂讲授，可用传统的试卷测试。对个人作业（包括小结和论文）可根据其作业中的创新性和完成情况进行测评。对于小组的项目可根据自评、互评、口头测试及发表论文的情况进行综合评价。

由于这种评价系统是一个新生事物，涉及面很广，又涉及学生的切身利益，故应逐步推行，根据情况逐步完善。

四、结束语

本文将CDIO理念引入到应用型本科《材料力学》课程的教学改革中，对该课程的教学理念、教学内容、教学方法及评价体系进行了讨论，为《材料力学》课程教学与国际接轨进行了有益的探索。

[1]林艺真，CDIO高等工程教育模式探析[J]，哈尔滨学院学报，2008，29（4）：137～140.

[2]Zh an Shifang,Zhan Shupeng,Li Jiuxi,Teaching Innovation for MechanicsofMaterials[J].ChinaEducationResearch,2006(11):80-80(ch)

[3]张世芳，赵树明，李久熙，刍议《材料力学》教学创新[J]。中国高教研究，2006（11）：80-80.

责任编校：饶 敏

Curriculum Reform of"Material Mechanics"of Applied Undergraduates Based on CDIO Concept

SUN Zhi-hua
(Jianghan University,Wuhan,Hubei,430056,China)

In order to adapt to economic globalization,implement the strategy of national innovation drive,it has become urgent in China to nurture Chinese engineers in line with international standards.After analyzing the characteristics and the actual situation of the course"Material Mechanics",the paper puts forth its preliminary discussion on the reform of the teaching mode,teaching content and teaching method of the course by introducing CDIO engineering teaching ideas based on the reference of foreign experience.The reform is intended to meet the curriculum reform demands of"teaching renewed content of higher level in fewer teaching hours and achieving good effect".

CDIO;education reform;Material Mechanism

O341-4;C642

A

2095-7955（2016）05-0094-03

2013年武汉市属高校教学研究重点项目（项目编号：2013001）。

2016-09-11

孙峙华：江汉大学机电与建筑工程学院教师，博士。主要研究方向：材料力学。