基于CDIO理念的材料力学课程教学改革探索

摘 要 文章介绍了CDIO工程教育的特点，提出基于CDIO理念进行材料力学教学改革的基本思路，并从课程改革内容、具体实施方法、实施效果等几个方面对材料力学的工程教育进行了探索。实践证明该项改革取得了良好的教学效果，培养了学生工程职业素质、团队协作精神，同时也为工程教育改革积累了宝贵经验。

关键词 材料力学 应用能力 CDIO理念 三级项目

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.08.051

Abstract The characteristics of CDIO Engineering Education are introduced in this paper， and is presented， based on the concept of CDIO is the basic train of thought of the teaching reform of mechanics of materials， and from the contents of the curriculum reform， the concrete implementation method and implementation effect， and several other aspects of mechanics of Materials Engineering Education are explored. Practice has proved that the reform has achieved good teaching effect， cultivate students' engineering professional quality， teamwork spirit， but also accumulated valuable experience for the engineering education reform.

Key words material mechanics； application ability； CDIO concept； three-level project

0 引言

材料力学是应用型本科院校机械专业一门非常重要的技术基础课程。从近几届学生的毕业设计及学生工作后反馈的情况看，学生虽然较好地掌握了力学相关概念、理论知识，但是遇到工程中的实际问题，则无从下手，不知如何解决，即学生的应用能力还有较大的欠缺。一方面是因为教学中例题、习题多为抽象的计算简图，相对简单，而工程实际问题，首先需要建立力学模型，然后才能进一步分析计算，而力学模型如何建立一般教材很少提及；另一方面，学生缺少综合性的、基于任务的交叉训练，因此学生的综合能力没有得到很好的培养。

笔者结合多年的教学实践，基于CDIO理念对材料力学教学过程进行设计如下：

1 课程改革思路

CDIO是由美国麻省理工学院等几所世界著名大学，历经四年时间构建的一种先进的工程教育理念。CDIO（Conceive- Design-Implement- Implement）表示构思、设计、实施和运作四个阶段，以培养学生的工程应用能力和创新思维为目标，是“做中学”的具体应用。

从2009 年起，沈阳工程学院机械学院开始学习、探讨CDIO 工程教育模式。CDIO项目一般分为三级：一级项目是指包含专业主干核心课程和能力的项目；二级项目是指由若干相关课程组成的项目；三级项目是针对单门课程设置的项目，用来增强和培养相关能力。

CDIO教育理念与材料力学的教学目标相吻合。CDIO 工程教育模式的核心思想是项目教学法，非常重视在实践中进行知识和能力的学习和提高，然后将学习到的内容进行升华转变为理论知识，最后通过完成一个项目和具体的产品来实现教学目标。

材料力学课程改革具体设想是在课程中设立一个三级项目。借助项目来实现这样几个目的：第一，项目内容提前安排给学生，学生带着问题听课，学习目标更加明确，学习效率更高，对相关概念、理论的理解更加透彻；第二，每一个项目都是生活或工程实际问题，首先需要将研究问题抽象成力学模型，然后进一步分析，研究、设计方案，最后进行计算，写报告。极大地提高了学生分析问题、解决实际问题的能力；第三，三级项目都是综合性非常强的问题，一般涉及到多个章节的很多知识点，有学过的，也会遇到没有学过的新知识，学生需要查阅资料或自学一些内容，很好地培养了学生的查阅资料能力与自学能力。

2 课程改革内容

2.1 项目内容

在选择项目之前应明确专业培养目标及对力学知识、素质和能力培养的要求，分析相关后续课程所涉及的知识点，构建力学课程职业能力培养方向。所选项目基本是生活中或工程中实际问题，一般综合性较强，涉及知识点较多，重点培养学生的力学建模能力、分析能力、计算能力和工程实践能力。表1是部分项目名称及教学目标。

2.2 项目安排与要求

项目以小组为单位进行。每个项目小组由4～5人组成，设组长1人。项目题目在学完第一章（轴向拉伸压缩）就下发，因为学生已初步了解材料力学的学习目的及设计方法。提前下达任务使学生学习目标更加明确，更能有针对性地学习，进一步激发学生的学习主观能动性。项目安排两学时课堂辅导，两学时答辩，

主要工作学生需要利用课后时间进行。各小组应根据项目题目及课程的进度，按时进行资料的查阅、制定项目计划、设计项目方案、项目设计与计算、撰写项目报告。每组要定期汇报项目进展情况，每次由组内成员轮流汇报，这样增加每一个同学的参与意识和责任感。最后组织学生答辩，答辩结束后，学生需及时上交项目研究报告和个人总结。

2.3 项目实施

首先提出项目要求，即构思阶段，学生需要弄清楚已知什么，需要解决什么问题，涉及哪些知识点，哪些内容是学过的，还需要学习哪些内容。为保证学生顺利完成本项目，教师首先要充分了解学生的基础知识和相关能力，教师可以通过提问方式进行，然后讲授与项目相关的理论。学生带着问题听课，效果非常好，可以起到事半功倍的效果。当然还要留一些内容让学生自己研究。在这过程中学生互相讨论，充分发挥主观能动性，大大调动了积极性。第二，设计阶段，学生充分研究讨论，根据目标制定具体计划，包括人员分工计划、工作计划、实施方案等。然后进入设计阶段，包括建立力学模型、计算、绘图、反复校对等等。第三，实现阶段，即学生整理项目报告，作答辩PPT。学生需要分工合作，充分发挥各自的特长。最后，运作阶段，即老师检查，进行答辩，评价。学生在这个过程中，还需要互相提问题，互相评价，指出不足。整个项目由组长全权负责，依据组员的特点进行分工及项目工作进度安排。

2.4 项目评价

项目成绩主要依据每一名学生在项目执行期间的工作表现进行评定，由平时成绩、撰写研究报告、答辩情况、组内互评四部分组成，由于最后答辩环节最能反映学生的研究水平、参与情况、工作态度，因而答辩环节占成绩比重较大，为40%。组内互评包括小组成员之间的成绩互评和组员与组长间的成绩互评，在项目研究中表现突出的学生应给予一定奖励。成绩评定标准和具体内容见表2。

项目成绩评定是整个项目实施中的最后一个环节。成绩评定一方面要考察每个项目小组的整体表现情况，同时还要对每个小组成员的贡献情况有所掌握，这样既能培养团队合作精神，又能充分调动每一个同学的积极性，避免个别同学总想依赖他人的惰性思想。

3 课程改革效果

从项目的实施结果来看，三级项目的内容合理，每个小组都按时完成全部内容。多数学生反映，经过这次三级项目的锻炼，能够将所学理论知识应用到实际工程设计中，充分将理论知识与工程应用相结合，增强了感性认识。例如机制11级两组同学的题目是“箱包斜拉杆的强度计算”。这种工程实际问题有一定难度，计算量也较大。学生需要参阅资料，了解设计方法。首先将工程中的实际问题进行力学建模，然后分析变形方式，绘制内力图，找出危险点，进行计算。两组同学经过反复研究、校验，很好地完成工作，解决实际问题的能力明显提高。同时在具体的项目实施中发现自己知识的欠缺，主动学习，进行弥补，完善知识结构。另外，项目小组的工作方式也培养了学生的团队意识和沟通能力。利用PPT进行项目汇报和答辩提高了学生的表达能力。

在取得一些效果的同时，也发现了一些不足，例如由于学生过多，工程实际题目相对较少。每组4～5人，因而有少数同学出工不出力，缺乏参与意识。个别学生的任务量偏少，没有得到锻炼和发挥。在今后的教学实践中将进行适当的调整，使每个学生得到充分锻炼。

4 结语

通过这次三级项目的实施，改变了原有的教学方式。从原来零散的、碎片化的知识的学习转变为利用项目做引导，学生在完成一个具体项目中学习新的知识、新的理论，不仅体会到了“做中学”的乐趣，而且大大提高了学生的工程意识和实践能力，为学生以后的工程实践奠定了扎实的基础。同时，这种“做中学”极大调动了学生学习的积极性和主动性，实现了从被动学习到积极自学的转变，学生们普遍表示，这种基于项目的学习真正体现了从应试教育向素质教育的转变，通过具体的项目锻炼，增强了设计能力和工程实践能力。学生不仅学到了理论知识，同时学会了分析问题、解决问题的方法。

在整个项目进行过程中，教师要启发、鼓励学生进行学习，带领学生发现问题、分析问题、解决问题，因此对教师的教学水平提出了较高要求。作为教师在教学中一定要不断探索与实践，发现不足，加以改进，不断完善，提高教学质量。

参考文献

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