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工程教育理念的材料力学课程教学实践

刘安中，张 速

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

针对材料力学课程传统教学方法进行改革，将CDIO工程教育理念引入到课程的教学过程中，教学实践表明：在材料力学课程教学中，采用CDIO工程教育理念，学生不仅动手能力、创新思维能力得到提高，而且也激发了他们学习材料力学课程的兴趣.

CDIO工程教育理念；材料力学；教学；实践

0 引言

在土木类和机械类工科院校中，材料力学课程是一门重要的专业基础课.但是，在传统的教学方法下，由于材料力学课程内容比较多，学生学习过程中缺乏必要的工程背景，一些学生便会对该课程产生畏难情绪，觉得枯燥无味，逐渐对这门课程失去了学习的兴趣.而材料力学课程的基础不扎实，将对后续专业课程的学习产生很大的影响.根据这种情况，我们尝试将CDIO工程教育理念引入到材料力学课程教学中.

CDIO是由麻省理工学院连同瑞典3所顶尖工业大学共同倡导，集多国工程教育精英耗资数百万美元所建立的一整套工程教育理念和实施体系［1-2］.CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Imple⁃ment）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］.根据CDIO工程教育理念，将其运用到材料力学课程教学过程，教师只是作为课程教学的启发者，而不是作为课程教学的灌输者.教师在课程教学过程中，根据实际情况，可采用多种有效形式和手段，以启发学生的思维为核心，通过提出问题，调动学生学习的积极性、主动性和创造性，从而使学生掌握所学的知识.在课堂上，教师可根据课程的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，启发学生独立思考，培养学生的创新思维能力.在实践课堂上，让学生根据实验要求，分组合作、互相配合，培养学生动手的能力和团队合作的能力.

1 教学实践内容

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，加深对课程内容的理解.2）在课程教学中注重理论与实践相结合，培养学生动手能力和团体合作意识.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.

2 基于CDIO工程教育理念的材料力学课程教学

2.1 课程内容教学方法的改进

针对每一章、每一节的教学内容，首先对其进行构思、设计：即采用什么样的教学方法、手段，如何引入学生感兴趣的图片、视频等，有条件的话不妨带学生到实验室进行实验、观察；然后构思、设计进行运作.例如，在讲授等直圆杆扭转的强度条件这一节时，按照CDIO工程教育理念，采用的方法是引导教学法［5］，引导教学法就是引导学生通过阅读、观察、实验、思考、讨论等途径主动去提出问题、研究问题和总结规律，以达到获得知识的过程.在讲授这一节内容前，首先让学生阅读教材，然后根据所阅读的教材提出问题.例如，有的学生提的问题是：塑性材料低碳钢扭转破坏截面是横截面，脆性材料铸铁扭转破坏截面是斜截面，感到不好理解.根据学生所提出的问题，我们采用的教学手段是：在课堂上先给学生放有关这两种材料发生扭转的视频，增加学生的感性认识；接着让学生在实验室里通过对这两种材料的构件做扭转实验，进行观察，然后对所观察的结果进行总结；最后根据学生总结的结果，进行针对性、启发式讲解.实践表明：通过这种改进方法和手段，把过去枯燥的课程教学变成生动的课程教学，学生不仅掌握了所学的知识，而且也激发学习材料力学课程的兴趣.

2.2 课程教学过程中注重理论与实践相结合

在以往的材料力学课程教学过程中，采用的教学方法基本上是满堂灌的教学方式，至于如何将理论与实践相结合，培养学生的动手能力却很少涉及.为解决这个问题，按照CDIO工程教育理念：构思-设计-实现-运作，在课程某些章的教学中，将理论与实践相结合.例如，在讲授压杆稳定这一章中，在教学前，首先构思设计引入什么样的动画和工程图片；理论结合实践，采用什么样的教学方法和手段，以及如何让学生设计一些感兴趣的项目，自己动手制作.经过具体的构思、设计后，进行实现、运作.在教学中采用的动画是：细长压杆受荷载作用，稳定平衡和不稳定平衡；工程图片有：加拿大魁北克桥失稳、南京电视台演播中心屋顶浇筑混凝土时，脚手架失稳等图片；理论与实践相结合，采用的教学方法是探索性实验教学法［5］，首先引导学生根据书本上的理论自己先提出问题，找出解决问题的方案.然后，按照方案来实践.例如，为了研究结构的稳定性，有些学生提出设计一个桁架结构来观察.根据学生提出的设计方案，采用的教学手段是：让学生齐心协力动手制作.图1是学生在学习完这一章内容的基础上，在课外科技活动中自己动手制作的一个桁架模型，为了防止结构失稳，桁架顶部用两根交叉木杆固定.最后将实践结果让教师来点评.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，教师不仅点评，而且给予鼓励.实践表明，按照CDIO工程教育理念来教学，不仅活跃学生学习材料力学课程的课堂气氛，拉近教师和学生的距离，而且也培养他们动手和团结合作的能力.

图1 学生动手制作的桁架模型

2.3 加强学生建模能力的培养

在实际工程中，建立力学模型是用力学知识分析问题的第一步，但是在以往材料力学课程教学过程中，关于力学建模这方面的知识却很少介绍，以至于学生们只会做书本上力学模型已经建立好的题目，对于碰到的力学模型还没有建立的实际问题，如何进行力学分析，却不知道如何解决.根据这种情况，按照CDIO工程教育理念，先考虑采用什么样的方法来进行教学，然后具体如何运作.经过研究后，采用的方法是启发式教学方法和研究式教学法综合［5］，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，最后老师或做结论，或不做结论.例如，在讲授构件受冲击荷载作用时动应力计算这一节时，就给了实际生活中一个跳水运动员从跳板上跳水时动应力如何计算的题目，要求学生根据所学的知识查资料.首先建立跳板的力学模型，然后再进行动应力计算.学生们根据所给的条件经过研究后选用的力学模型是超静定梁，在此基础上进行了动应力计算.完成这项工作后，就让同学自己去找题研究，例如在课外科技活动中，学生就学会自己找题大家齐心合力来研究，图2就是学生通过自己找题进行结构承载能力这方面研究的实践.通过实践，由老师对学生所做的结果进行点评.总之，按照CDIO工程教育理念进行课程教学，实践表明：不仅培养了学生研究分析问题的能力，而且还锻炼了团结协作、互相配合的能力，更重要的是提高了他们的创新思维的能力.

图2 学生课外科技活动

3 结语

围绕CDIO工程教育理念进行材料力学课程教学，将多种教学方法融入到课程的教学过程中，理论与实践相结合，使枯燥的材料力学课程教学变成学生感兴趣的课程教学，不仅激发学生学习材料力学课程的积极性，而且也加强了学生动手能力、建模能力和创新思维能力的培养.

［1］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.

［2］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.

［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.

［5］刘舒生.教学法大全［M］.北京：经济日报出版社，1992：375-382.

Teaching Practice of Material Mechanics Based on CDIO Engineering Education Concept

LIU Anzhong，ZHANG Su
（School of Civil Engineering，Anhui Jianzhu University，230601，Hefei，Anhui，China）

Regarding the reform the traditional teaching method of material mechanics，the concept of CDIO engineering education is introduced in the teaching process of the mentioned course.Years of teaching prac⁃tice show that after the introduction of CDIO engineering education，students′problem-solving ability and creative thinking have been improved.It will also stimulate students′interest in learning the course.

CDIO engineering education；material mechanics；teaching practice

TB 301-4

C

2095-0691（2016）04-0086-03

2016-09-14

安徽省级重点教学研究项目资助（2014jyxm244）

刘安中（1958- ），男，安徽合肥人，教授，研究方向：材料、固体力学.