基于CDIO模式下《理論力學》課程教學改革

張春友+王利華+李理

摘要：將CDIO模式融入到《理論力學》的教學改革中，增強了課程的可實踐性。這種全新的工程教育理念實現(xiàn)了理論與實際的有機結合，要求學生既要進行理論學習，又要解決實際工程問題，在學習當中不斷的提高學生的科研能力。

關鍵詞：理論力學教學模式CDIO

在當前高等工程教育中，存在著三種需求：首先，用人單位對大學畢業(yè)生的專業(yè)技術知識以及專業(yè)實踐能力的要求越來越高；其次，人們漸漸意識到工程技術人員必須掌握更多的更寬泛的知識體系結構和熟練地專業(yè)實踐能力才能完成更為復雜的工程項目，并且具有獨立的思維方式和創(chuàng)新能力；而且，培養(yǎng)工程人員的團隊協(xié)作精神和能力能夠更好地發(fā)揮出每一個團隊成員的綜合能力。因此，大學本科工程教育的目標不僅僅是教授學生的技術知識，更為重要的是培養(yǎng)廣泛的個人、人際與系統(tǒng)構建的技能。學生必須在規(guī)定的時間里，綜合掌握這些領域的知識和技能[1]。

我國的工程教育模式每年都在不斷產(chǎn)生新的變化，以適應時代發(fā)展的需要。由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等4所大學組成的工程教育改革研究團隊提出并且持續(xù)發(fā)展和倡導了全新的CDIO（Conceive—Design—Implement—Operat）理念，即構思—設計—實現(xiàn)—運行的工程教育理念和以能力培養(yǎng)為目標的理念，于2004年成立了CDIO國際合作組織CDIO模式，強調綜合的創(chuàng)新能力與社會大環(huán)境的協(xié)調發(fā)展[2]。將CDIO工程教育模式引入中國，目標就是實現(xiàn)中國化的實踐教育，培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才。CDIO模式將產(chǎn)品從開發(fā)、制造到運行這一生命周期作為關鍵節(jié)點，推動學生主動的去學習解決工程問題，將實踐與課程有機的結合在一起。從CDIO工程教學理念及教育模式產(chǎn)生以來，就一直受到眾多高校的關注。

《理論力學》這門課程通過學習基本理論知識和實踐技能，使學生能夠解決工程實際力學問題，并具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的高素質工程應用型人才。因此，通過理論知識的教學，培養(yǎng)嚴謹縝密的邏輯演繹思維，同時啟發(fā)和建立學生求同辨異、融會貫通的歸納和研究型思維，提高解決實際工程問題的能力[3]。在平時的教學過程中要注重工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學生對所學的基本概念、基本理論、結題方法有更加深入的理解，并能靈活應用到實際當中去。

一、理論力學教學模式

傳統(tǒng)理論力學教學模式以面授為主，同時借助現(xiàn)代化教學手段，增加輔助性教學方法。在理論力學授課過程中，采用課堂教學與計算機輔助教學相結合的教學模式，運用多媒體課件教學，能夠更加形象生動的進行理論和實踐教學，可以實現(xiàn)理論公式清晰規(guī)范，圖文圖像形象具體的特點。中間可以穿插板書講授，充分發(fā)揮授課的靈活性、隨機性、節(jié)奏可控的特點。在進行公式推導過程，要求學生邏輯思維必須嚴謹，過程的傳遞性很強，通常采用板書的講解方法最好，便于理論的遞進和隨時的調控。在進行運動分析和動力分析時，通過工程圖片，教學視頻的演示使學生會更容易理解。在講解機構運動時，動畫的演示顯得尤為重要。使用多媒體輔助教學在有限的教學學時情況下可以增加大量直觀形象的工程實例和一定數(shù)量的討論題、思考題。板書和多媒體教學相輔相成并且互相彌補起到良好的教學效果。

盡管通過現(xiàn)代化教學手段，增加輔助性教學方法可以改善教學效果和增強學生學習的積極性，但是并沒有真正提高學生的解決工程問題的實際能力和團隊合作能力，并沒有真正接觸到產(chǎn)品從設計開發(fā)到實現(xiàn)運行整個過程中所用到的理論力學這門課程的知識體系。學生在傳統(tǒng)的教學模式下，雖然通過多媒體可以增強理論知識體系的理解能力，但仍舊對學習《理論力學》的目的和意義模糊，不清楚《理論力學》當中的抽象的客觀事物的原型，沒有應用理論知識體系應用到實際工程任務當中的能力。

二、基于CDIO理念下理論力學課程的教學模式

CDIO理念以構思—設計—實現(xiàn)—運行的工程教育理念作為課程教學改革的主要努力方向，以能力培養(yǎng)為目標，以提高學生解決實際問題能力為基本出發(fā)點，在學習理論知識體系的同時進行實踐性教學，培養(yǎng)學生獨立思考解決問題的能力。把實踐環(huán)節(jié)牢牢的貫穿學習的整個過程當中。這種創(chuàng)新型教學模式突破了教師的傳統(tǒng)填鴨式教學方法，以嶄新的角度詮釋了培養(yǎng)工程應用型人才的方法和依據(jù)。

1.采用問題驅動式教學

教學方法的好壞直接關系到教學質量，影響教學效果。理論力學課程的學習目的是提高學生分析問題并解決問題的能力。所謂問題驅動式教學就是將課堂授課方案的設計以問題求解為突破點。學生在問題的驅動下，獨立進行思考、討論并探索解決問題的方法。學生在解決問題的過程中逐漸掌握更多的知識和技能。

學生是課堂的主題，教師而是問題引導者。教師“穿針引線”地將解決問題所運用到的新舊知識、相關技能和方法傳授給學生。教師應根據(jù)每個教學單元的重難點知識，合理設計問題。教師提出的問題不能太復雜，復雜的問題會挫敗學生的自信心。面對容易解決的簡單問題，學生又會掉以輕心。問題太難或太簡單都會降低學生對課堂的重視程度，同時也會降低學生對新知識的關注度，從而影響課堂教學質量。因此，教師應選擇難易適中的有代表性的問題，以典型性的問題為驅動力開展課堂教學活動。

問題驅動式教學可以快速地集中學生的注意力，誘發(fā)學生的好奇心和求知欲，激發(fā)他們的學習動機。問題驅動式的教學方法，可以很好地營造活躍、積極的課堂氛圍，教學質量明顯提升。

2.以應用為目標實現(xiàn)教學內容的改革

對于培養(yǎng)應用型人才的高等院校來說，《理論力學》課程教學應以理論為輔、應用為主的指導思想作為授課理念。培養(yǎng)應用型人才并不是要拋棄理論教學，而是要以應用為中心，進行理論知識的教學改革和方法的改進。在整個教學環(huán)節(jié)要緊緊把理論和應用相結合，每一個環(huán)節(jié)都要有實際應用的例子。例如，在動力學章節(jié)，可以先讓學生熟悉各種機電產(chǎn)品的傳動部件，每一個傳動部件的受力特點，在結合動力學微分方程，通過動力學分析軟件ADAMS或者數(shù)值分析軟件MATLAB針對具體機電產(chǎn)品的傳動部件設計問題進行聯(lián)合求解。這樣可以更好地提高學生應用理論的能力。通過對產(chǎn)品的實際設計過程進行分析計算求解，提高了學生的綜合設計能力。教師可以在產(chǎn)品的設計過程中提出問題，或者依據(jù)目前市場上某些產(chǎn)品存在的問題，將實際工程問題抽象化，利用理論力學的相關知識引導學生去解決實際問題，并進行團隊協(xié)作。

3.增加以項目為中心的實踐環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的《理論力學》教學中并沒有實踐環(huán)節(jié)和課程設計環(huán)節(jié)，而CDIO理念是為工程教育創(chuàng)建一個優(yōu)質的教學環(huán)境。因此可以將實踐環(huán)節(jié)和課程設計引入到《理論力學》的教學環(huán)節(jié)。采用CDIO的理念設計實踐項目，師生共同圍繞這個項目進行教學。項目的設計要以學生能力水平為依據(jù)，將工程項目作為實踐內容來培養(yǎng)應用型人才。以項目為中心的教學可以有效轉換學生的學習態(tài)度，將其從被動操作轉為主動實踐，使學生對學習產(chǎn)生濃厚的興趣和求知欲。由于項目具有綜合性，在教學當中，把學生按規(guī)定人數(shù)進行分組，每組自己推薦一名項目負責人，負責跟進項目的進度，并帶領整個團隊共同解決項目中所遇到的問題。以項目為中心的實踐教學對于培養(yǎng)學生工程實踐能力具有重要的作用。在完成項目的過程中，組員之間可以擬定出實施方案并進行小組討論，從而實現(xiàn)相互溝通、團隊協(xié)作。

三、結束語

基于CDIO理念的教學模式能夠使學生擺脫傳統(tǒng)教學模式的束縛，開拓了學生在專業(yè)領域的視野，激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。為了實現(xiàn)新教學模式，教師的理念也必須發(fā)生改變，從原來的面授型教師轉型為實踐型教師，以引導學生解決工程問題為主要努力方向。

參考文獻：

[1]張平格，趙月羅，盧軍民.談談CDIO模式下《液壓傳動與控制》課程的教學改革[J].液壓與氣動，2010，（8）：14-16.

[2]Cdio.http：//baike.baidu.com/view/2402813.htm，2011.

[3]劉燕，李紅梅，張華，祝捷.基于“卓越工程師”培養(yǎng)的土建類理論力學教學改革研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報，2012，14（1）：57-61.

作者簡介：

張春友（1980.01-），男，漢族，內蒙古通遼人，內蒙古民族大學講師。研究方向：機械設計。