基于CDIO工程教育模式理论力学课程教学的实践

刘安中，张 速

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601)



基于CDIO工程教育模式理论力学课程教学的实践

刘安中，张 速

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601)

在理论力学课程教学过程中，采用CDIO工程教育模式，教师要对教学进行构思、设计，进行探索性实验教学，提高学生们对理论力学课程学习兴趣，培养学生独立思考能力、创新思维能力。

CDIO；工程教育；理论力学；教学；实践

在机械类和建筑类工科院校中，理论力学课程是一门重要的专业基础课。但是，在传统的教学方法、教学模式下，工科学生在大学的前期学习由于缺乏必要的工程背景，部分学生会对该课程产生畏难情绪，觉得枯燥无味，往往逐渐失去学习的积极性和兴趣。而理论力学课程的基础不扎实，将对材料力学课程以及各专业的后续课程的学习产生很大的影响。根据这种情况，我们尝试将CDIO工程教育模式引入到理论力学课程教学过程。

一、基于CDIO的理论力学课程教学实践内容

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2 000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。[1-2]

CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate) ，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ,让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。[3-4]将CDIO 工程教育理念运用到理论力学课程教学过程，就是要求教师不再是课堂上起主导作用的灌输者，而是作为启发者，把学生作为学习的主体，从学生实际出发，采用多种有效形式和手段，以启发学生的思维为核心，调动学生学习的积极性、主动性和创造性。启发式教育要求教师在理清课时教学重点难点的前提下，找准启发点，提出问题导入教学过程。课堂上教师可根据本课时教学任务和学生的学习能力为学生设计感兴趣的学习项目，调动学生的主动性，启发学生独立思考，培养学生的逻辑思维能力。在实践课堂上，让学生根据实验要求，分组合作、互相配合，培养学生独立解决问题的能力和团队合作的意识。

围绕CDIO工程教育模式进行理论力学课程教学实践内容是：(1)改进教学手段，把过去枯燥的课程教学，变成让学生感兴趣的课，从而提高教学质量。(2)在课程教学中注重理论与实践相结合，加深学生对课程内容的理解。(3)在课程教学中，将课程内容与力学建模结合起来，培养学生创新思维能力。

二、基于CDIO工程模式的理论力学课程教学

根据每一章的教学内容，教师首先对这一章进行构思、设计，即采用什么样的教学方法、手段，对每节所要讲授的内容如何引入学生感兴趣的动画、视频，有条件的地方甚至带学生到现场进行参观实践；然后，按照构思、设计进行运作。例如，我们在讲授点的合成运动这一章时，按照CDIO工程教育理念，采用的方法是启发式教学法，就是先由学生阅读教材，提出问题，然后教师归纳学生问题，进行针对性、启发式讲解。学生阅读教材后，提出问题是：三种运动中绝对运动好理解，但相对运动、牵连运动以及三种运动的关系不好理解，感觉很抽象。根据学生提出的问题，我们采用的教学手段是：引入这些方面的动画、视频向学生进行讲解，采用的动画、视频有：直升机上升运动螺旋桨上点运动分析、火车行驶时轮缘上点运动分析等。为了使学生进一步掌握这一章的知识点，增强感性认识，我们将学生带到我校的实践创新基地，进行现场实践教学，并让学生对机械中点的三种运动及其关系仔细观察，通过观察,对得出的结果,要进行总结。实践表明，通过改进方法和手段，把过去枯燥的满堂灌的课程教学，变成生动有趣的课程教学，有效激发了学生学习理论力学课程的兴趣。为了加深学生对一些难懂问题的理解，按照CDIO工程教育理念，我们引导学生自己先提出解决问题的设想，找出解决问题的方案，然后，按照方案来实践，也就是所谓的探索性实验教学法。例如，学生在学习刚体平面运动这一章时，对于平面运动的速度瞬心感到非常难理解。这时，我们就让学生自己先提出观察物体平面运动实践的方案，然后通过实践来观察物体的瞬心位置。结果，一些学生提出通过骑自行车让轮子做纯滚动观察车轮瞬心位置的方案。根据方案，很多学生进行了实践，并将实践结果拍成照片，让教师来点评。对于学生所做的理论与实践相结合的方案以及实践得出结果，我们不仅点评，而且给予鼓励。实践表明，按照CDIO工程模式来解决问题，不仅活跃了学生学习理论力学课程的课堂气氛，拉近了教师和学生的距离，而且也培养了学生独立解决问题的能力。

在工程力学课程教学过程中，建立力学模型是用力学知识分析工程实际问题的第一步。在以往理论力学课程教学过程中，很少给学生讲授这方面的知识，在课堂上讲授的只是力学建模已经建立好的物体力学分析，但学生很缺乏对实际问题如楼梯、桥梁、房屋建筑中的主梁、次梁等力学模型的建立，并在此基础上进行力学分析等方面的知识。根据这种情况，按照CDIO工程教育理念，我们采用的方法是启发式教学方法和研究式教学法相结合，就是先由教师指定课题，提供阅读材料(必要时做些提示)，由学生自己去研究，得出答案。在此基础上，再让学生自己去找题研究，写出报告或研究心得，最后教师分析，或做结论，或不做结论。例如，在讲授利用平面任意力系平衡方程对物体进行力学分析时，就采用这种方法：首先我们给出实际工程钢桥梁的实例(包括跨度、自重等)，然后，要求学生根据所学的知识，查资料来建立桥梁的力学模型，同时对其进行力学分析(包括画受力图、荷载简化、反力计算)，学生在完成这项工作后，就要求他们自己去找题研究。总之，按照CDIO工程教育理念进行课程教学，不仅培养了学生研究分析问题的能力，而且还锻炼了学生团结协作、互相配合的能力，更重要的是提高了学生的创新思维的能力。

三、结语

围绕CDIO工程教育模式进行理论力学课程教学，将启发式教学法、探索性实验教学法、研究式教学法融入到课程的教学过程中，理论与实践相结合，使过去枯燥的理论力学课程教学变成了学生感兴趣的课程。按照这种教学模式进行该课程教学，不仅激发了学习理论力学的热情和动力，而且也加强了学生解决实际问题能力和创新思维能力的培养。

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

[2]邵广军，吕平，王军.CDIO工程教育模式下大学生非专业素质培养研究[J].黑龙江高教研究，2011(5):136-138.

[3]田海梅，朱保平，陈爱萍.基于CDIO模式的综合项目改革的实践[J].实验技术与管理，2011(4)：130-132.

[4]王金娥.基于兴趣和自主的CDIO教学模式研究[J].现代教育科学，2012(2)：89-91.

(责任编辑 文双全)

Practice on the Teaching of the Course Theoretical Mechanics Based on CDIO Engineering Education Model

LIU An-zhong, ZHANG Su

(School of Civil Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601 Anhui, China)

In the teaching of Theoretical Mechanics teachers are supposed, by use of CDIO engineering education model, to make a good conceiving and design on teaching focused on exploratory experiment, raise their interest in course learning and cultivate their capabilities in independent thinking and innovative thinking.

CDIO(=conceive, design, implement and operate); engineering education; Theoretical Mechanics; teaching; practice

2015-10-10

安徽高校省级教学研究重点项目(2014jyxm244)

刘安中(1958-)，男，安徽合肥人，安徽建筑大学土木工程学院教授。 张 速(1963-)，男，安徽合肥人，安徽建筑大学土木工程学院副教授。

G642.0

A

1671-9247(2016)02-0093-02