基于CDIO模式下《理论力学》课程教学改革

张春友+王利华+李理

摘要：将CDIO模式融入到《理论力学》的教学改革中，增强了课程的可实践性。这种全新的工程教育理念实现了理论与实际的有机结合，要求学生既要进行理论学习，又要解决实际工程问题，在学习当中不断的提高学生的科研能力。

关键词：理论力学教学模式CDIO

在当前高等工程教育中，存在着三种需求：首先，用人单位对大学毕业生的专业技术知识以及专业实践能力的要求越来越高；其次，人们渐渐意识到工程技术人员必须掌握更多的更宽泛的知识体系结构和熟练地专业实践能力才能完成更为复杂的工程项目，并且具有独立的思维方式和创新能力；而且，培养工程人员的团队协作精神和能力能够更好地发挥出每一个团队成员的综合能力。因此，大学本科工程教育的目标不仅仅是教授学生的技术知识，更为重要的是培养广泛的个人、人际与系统构建的技能。学生必须在规定的时间里，综合掌握这些领域的知识和技能[1]。

我国的工程教育模式每年都在不断产生新的变化，以适应时代发展的需要。由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等4所大学组成的工程教育改革研究团队提出并且持续发展和倡导了全新的CDIO（Conceive—Design—Implement—Operat）理念，即構思—设计—实现—运行的工程教育理念和以能力培养为目标的理念，于2004年成立了CDIO国际合作组织CDIO模式，强调综合的创新能力与社会大环境的协调发展[2]。将CDIO工程教育模式引入中国，目标就是实现中国化的实践教育，培养创新型工程人才。CDIO模式将产品从开发、制造到运行这一生命周期作为关键节点，推动学生主动的去学习解决工程问题，将实践与课程有机的结合在一起。从CDIO工程教学理念及教育模式产生以来，就一直受到众多高校的关注。

《理论力学》这门课程通过学习基本理论知识和实践技能，使学生能够解决工程实际力学问题，并具有创新精神和创造能力的高素质工程应用型人才。因此，通过理论知识的教学，培养严谨缜密的逻辑演绎思维，同时启发和建立学生求同辨异、融会贯通的归纳和研究型思维，提高解决实际工程问题的能力[3]。在平时的教学过程中要注重工程实践能力和创新能力的培养，使学生对所学的基本概念、基本理论、结题方法有更加深入的理解，并能灵活应用到实际当中去。

一、理论力学教学模式

传统理论力学教学模式以面授为主，同时借助现代化教学手段，增加辅助性教学方法。在理论力学授课过程中，采用课堂教学与计算机辅助教学相结合的教学模式，运用多媒体课件教学，能够更加形象生动的进行理论和实践教学，可以实现理论公式清晰规范，图文图像形象具体的特点。中间可以穿插板书讲授，充分发挥授课的灵活性、随机性、节奏可控的特点。在进行公式推导过程，要求学生逻辑思维必须严谨，过程的传递性很强，通常采用板书的讲解方法最好，便于理论的递进和随时的调控。在进行运动分析和动力分析时，通过工程图片，教学视频的演示使学生会更容易理解。在讲解机构运动时，动画的演示显得尤为重要。使用多媒体辅助教学在有限的教学学时情况下可以增加大量直观形象的工程实例和一定数量的讨论题、思考题。板书和多媒体教学相辅相成并且互相弥补起到良好的教学效果。

尽管通过现代化教学手段，增加辅助性教学方法可以改善教学效果和增强学生学习的积极性，但是并没有真正提高学生的解决工程问题的实际能力和团队合作能力，并没有真正接触到产品从设计开发到实现运行整个过程中所用到的理论力学这门课程的知识体系。学生在传统的教学模式下，虽然通过多媒体可以增强理论知识体系的理解能力，但仍旧对学习《理论力学》的目的和意义模糊，不清楚《理论力学》当中的抽象的客观事物的原型，没有应用理论知识体系应用到实际工程任务当中的能力。

二、基于CDIO理念下理论力学课程的教学模式

CDIO理念以构思—设计—实现—运行的工程教育理念作为课程教学改革的主要努力方向，以能力培养为目标，以提高学生解决实际问题能力为基本出发点，在学习理论知识体系的同时进行实践性教学，培养学生独立思考解决问题的能力。把实践环节牢牢的贯穿学习的整个过程当中。这种创新型教学模式突破了教师的传统填鸭式教学方法，以崭新的角度诠释了培养工程应用型人才的方法和依据。

1.采用问题驱动式教学

教学方法的好坏直接关系到教学质量，影响教学效果。理论力学课程的学习目的是提高学生分析问题并解决问题的能力。所谓问题驱动式教学就是将课堂授课方案的设计以问题求解为突破点。学生在问题的驱动下，独立进行思考、讨论并探索解决问题的方法。学生在解决问题的过程中逐渐掌握更多的知识和技能。

学生是课堂的主题，教师而是问题引导者。教师“穿针引线”地将解决问题所运用到的新旧知识、相关技能和方法传授给学生。教师应根据每个教学单元的重难点知识，合理设计问题。教师提出的问题不能太复杂，复杂的问题会挫败学生的自信心。面对容易解决的简单问题，学生又会掉以轻心。问题太难或太简单都会降低学生对课堂的重视程度，同时也会降低学生对新知识的关注度，从而影响课堂教学质量。因此，教师应选择难易适中的有代表性的问题，以典型性的问题为驱动力开展课堂教学活动。

问题驱动式教学可以快速地集中学生的注意力，诱发学生的好奇心和求知欲，激发他们的学习动机。问题驱动式的教学方法，可以很好地营造活跃、积极的课堂氛围，教学质量明显提升。

2.以应用为目标实现教学内容的改革

对于培养应用型人才的高等院校来说，《理论力学》课程教学应以理论为辅、应用为主的指导思想作为授课理念。培养应用型人才并不是要抛弃理论教学，而是要以应用为中心，进行理论知识的教学改革和方法的改进。在整个教学环节要紧紧把理论和应用相结合，每一个环节都要有实际应用的例子。例如，在动力学章节，可以先让学生熟悉各种机电产品的传动部件，每一个传动部件的受力特点，在结合动力学微分方程，通过动力学分析软件ADAMS或者数值分析软件MATLAB针对具体机电产品的传动部件设计问题进行联合求解。这样可以更好地提高学生应用理论的能力。通过对产品的实际设计过程进行分析计算求解，提高了学生的综合设计能力。教师可以在产品的设计过程中提出问题，或者依据目前市场上某些产品存在的问题，将实际工程问题抽象化，利用理论力学的相关知识引导学生去解决实际问题，并进行团队协作。

3.增加以项目为中心的实践环节

传统的《理论力学》教学中并没有实践环节和课程设计环节，而CDIO理念是为工程教育创建一个优质的教学环境。因此可以将实践环节和课程设计引入到《理论力学》的教学环节。采用CDIO的理念设计实践项目，师生共同围绕这个项目进行教学。项目的设计要以学生能力水平为依据，将工程项目作为实践内容来培养应用型人才。以项目为中心的教学可以有效转换学生的学习态度，将其从被动操作转为主动实践，使学生对学习产生浓厚的兴趣和求知欲。由于项目具有综合性，在教学当中，把学生按规定人数进行分组，每组自己推荐一名项目负责人，负责跟进项目的进度，并带领整个团队共同解决项目中所遇到的问题。以项目为中心的实践教学对于培养学生工程实践能力具有重要的作用。在完成项目的过程中，组员之间可以拟定出实施方案并进行小组讨论，从而实现相互沟通、团队协作。

三、结束语

基于CDIO理念的教学模式能够使学生摆脱传统教学模式的束缚，开拓了学生在专业领域的视野，激发了学生的创新意识和创新能力。为了实现新教学模式，教师的理念也必须发生改变，从原来的面授型教师转型为实践型教师，以引导学生解决工程问题为主要努力方向。

参考文献：

[1]张平格，赵月罗，卢军民.谈谈CDIO模式下《液压传动与控制》课程的教学改革[J].液压与气动，2010，（8）：14-16.

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

[3]刘燕，李红梅，张华，祝捷.基于“卓越工程师”培养的土建类理论力学教学改革研究[J].河北农业大学学报，2012，14（1）：57-61.

作者简介：

张春友（1980.01-），男，汉族，内蒙古通辽人，内蒙古民族大学讲师。研究方向：机械设计。