基于CDIO工程教育大綱的理論力學(xué)教學(xué)改革論文

　　【摘要】在工程師的培養和職業(yè)發(fā)展面臨國際化挑戰的大環(huán)境下，深入貫徹教育部、財政部實(shí)施本科教學(xué)質(zhì)量工程的精神，全面推行基于cdio工程教育大綱的創(chuàng )新型人才培養模式改革，并將其運用于實(shí)際的《理論力學(xué)》教學(xué)，從而培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，切實(shí)提高人才培養的質(zhì)量和水平。本文提出了《理論力學(xué)》課程教學(xué)改革的目標及課程改革的基本思路和方法。

　　【關(guān)鍵詞】cdio工程教育大綱； 理論力學(xué)； 教學(xué)改革

　　1引言

　　面對經(jīng)濟全球化和知識經(jīng)濟時(shí)代，工程師的培養和職業(yè)發(fā)展面臨國際化的挑戰。我國現行的工程教育模式與現代工業(yè)實(shí)踐對高級工程人才的要求不相適應,其存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn):一是重理論輕實(shí)踐。學(xué)科教育與工業(yè)實(shí)踐脫節是我國當前高等教育面臨的一個(gè)重大問(wèn)題,有報告顯示,我國2005 年畢業(yè)的約60 萬(wàn)工程類(lèi)畢業(yè)生中不足10%的人能適應國際化公司的工作,產(chǎn)生這種現象的原因之一在于我國當前的工程教育重理論輕實(shí)踐,學(xué)生接受到項目和團隊工作的實(shí)際訓練較少。二是專(zhuān)業(yè)設置口徑窄。長(cháng)期以來(lái),專(zhuān)業(yè)的定向型培養體制及學(xué)生重授課輕自學(xué)的思想造成了學(xué)生的知識面窄,專(zhuān)業(yè)口徑狹窄使得學(xué)生的學(xué)習能力、自主性和創(chuàng )造性難以得到充分的發(fā)揮,培養出來(lái)的學(xué)生缺乏很強的適應性和競爭力。三是工程教育缺乏系統規劃。因此，我國高等工科教育的迫切任務(wù)是盡快培養與國際接軌的中國工程師，應按照國際工程教育大綱改革現有的人才培養模式，逐步解決目前工程教育中存在的重課程輕實(shí)踐、強調個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團隊協(xié)作能力、重視知識學(xué)習而輕視創(chuàng )新能力培養等問(wèn)題，滿(mǎn)足全球化經(jīng)濟環(huán)境下對創(chuàng )新型人才的需求。

　　cdio工程教育模式是近年來(lái)國際工程教育改革的最新成果。cdio 是由麻省理工學(xué)院連同瑞典三所頂尖工業(yè)大學(xué)共同倡導,集多國工程教育精英耗資數百萬(wàn)美元所建立的一整套工程教育理念和實(shí)施體系,這種模式注重培養學(xué)生掌握扎實(shí)的工程基礎理論和專(zhuān)業(yè)知識,在此基礎上通過(guò)貫穿于整個(gè)人才培養過(guò)程的團隊設計和創(chuàng )新實(shí)踐環(huán)節的訓練,培養既有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)技能,又有良好的職業(yè)道德的國際化工程師[1]。cdio國際工程教育組織提出的新型的工程教育大綱在美國麻省理工學(xué)院等前沿的工程大學(xué)得到了很好的檢驗和應用[2-3]。國內外的經(jīng)驗都表明cdio“做中學(xué)”的理念和方法是先進(jìn)可行的，適合工科教育教學(xué)過(guò)程各個(gè)環(huán)節的改革。

　　《理論力學(xué)》研究物體機械運動(dòng)的一般規律，是高等院校工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心技術(shù)基礎課程之一，是與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的課程。教學(xué)內容是以伽利略和牛頓總結的基本定律為基礎，系統介紹靜力學(xué)、運動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本原理以及處理問(wèn)題的基本方法，屬于古典力學(xué)的范疇。不僅為《材料力學(xué)》、《機械原理》、《機械設計》、《彈性力學(xué)》、《塑性力學(xué)》等后續課程的學(xué)習打下基礎，更在于培養學(xué)生邏輯思維、抽象思維的能力[4-7]。因此，近年來(lái)對于它的教學(xué)改革和教學(xué)研究引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。為了培養與國際接軌的創(chuàng )新型人才，我們引入cdio工程教育大綱，并據此進(jìn)行理論力學(xué)的教學(xué)改革與實(shí)踐。

　　2將cdio工程教育大綱應用于理論力學(xué)教學(xué)改革

　　cdio代表構思（conceive）、設計（design）、實(shí)現（implement）和運作（operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、 實(shí)踐的、 課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習工程。cdio培養大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、 個(gè)人能力、 人際團隊能力和工程系統能力四個(gè)層面,大綱要求以綜合的培養方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達到預定目標。

　　就理論力學(xué)課程本身而言，具有一些對激發(fā)學(xué)習興趣和培養創(chuàng )新人才不利的因素。其一，理論力學(xué)的發(fā)展歷史悠久，傳統性知識所占比例極大，內容大多幾代沿襲，知識陳舊，力學(xué)模型過(guò)于抽象，工程背景不夠明顯，和學(xué)生普遍覺(jué)得它枯燥、乏味，又難以掌握。其二，受傳統觀(guān)念的束縛和影響，與其它基礎課程一樣，無(wú)論是教材還是教學(xué)內容，都重理論，輕應用。其三，理論力學(xué)的一般研究方法多為演繹法，反映在教材和教學(xué)中均是從已知的基本公理或定律出發(fā)，進(jìn)行理論分析，導出一些定理和推論，由此來(lái)對力學(xué)問(wèn)題做出預示[8-10]。這樣，學(xué)生在課程中很少接觸歸納法和發(fā)散性思維的訓練，這對學(xué)生創(chuàng )新思維的培養極為不利。理論力學(xué)課程的教學(xué)創(chuàng )新迫在眉睫。

　　改革目標是通過(guò)注重培養學(xué)生系統工程技術(shù)能力，尤其是項目的構思、設計、開(kāi)發(fā)和實(shí)施能力，以及較強的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調能力，吸收世界先進(jìn)的工程教育理念，建立符合國際工程教育共識的課程體系。培養目標是使學(xué)生具有：較強的項目開(kāi)發(fā)、設計和建造的能力；較強的創(chuàng )新能力；較強的團隊精神和領(lǐng)導能力；較強的溝通能力；較強的、英語(yǔ)語(yǔ)言表達能力。

　　3理論力學(xué)教學(xué)改革的主要內容

　　主要包括以下幾個(gè)方面：

　�。�1）革新教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量：依據cdio教學(xué)大綱，教學(xué)內容上注重先進(jìn)性、科學(xué)性，力求與工程實(shí)際相結合，借助多媒體視聽(tīng)素材，集文字、聲音、圖片、動(dòng)畫(huà)等信息于一體，進(jìn)行圖文并茂、生動(dòng)形象的課堂教育。如利用動(dòng)畫(huà)技術(shù)，顯示各種機構的運動(dòng)過(guò)程，讓學(xué)生在感性認識的基礎上加深對基本概念的理解，提高條理性分析問(wèn)題的能力。開(kāi)創(chuàng )新的教學(xué)模式，給學(xué)生營(yíng)造一種立體的、全面的、動(dòng)態(tài)的學(xué)習情境，使一些抽象的概念、理論變得直觀(guān)明了；使一些難以言傳的知識形象化，使學(xué)生對教學(xué)內容吸收得快，理解得深,激發(fā)他們學(xué)習的興趣和積極性，增強教學(xué)效果。

　�。�2）注重實(shí)驗教學(xué)：《理論力學(xué)》實(shí)驗課是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗掌握某種測試方法或研究某類(lèi)具體工程結構的實(shí)驗方法。長(cháng)期以來(lái)，對實(shí)驗課不夠重視。因此，開(kāi)設緊密聯(lián)系科技新動(dòng)態(tài)的力學(xué)實(shí)驗，是培養學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)的重要手段之一。結合學(xué)科的具體情況實(shí)施再創(chuàng )造，對理論力學(xué)的靜力學(xué)、運動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)三大部分分別安排相關(guān)的實(shí)驗，切實(shí)抓好學(xué)生實(shí)驗報告的完成質(zhì)量，對于加強學(xué)生對理論知識的深入理解有很大的幫助，同時(shí)，對于他們的動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力及團隊協(xié)作能力的培養也非常重要。

　　通過(guò)理論教學(xué)與實(shí)驗操作相結合的教學(xué)模式，提高學(xué)生的綜合能力，培養學(xué)生運用課程知識分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在這里，教師不再是傳統教學(xué)的“傳道授業(yè)解惑”角色，而是在引導、幫助學(xué)生了解解決問(wèn)題的基本思路，鼓勵學(xué)生自己探究解決問(wèn)題。

　�。�3）研究型力學(xué)建模綜合實(shí)踐（3-4人團隊完成）：建模能力是cdio工程教育大綱中的重要內容。建立力學(xué)模型是用力學(xué)知識分析新的工程實(shí)際問(wèn)題的第一步�；�于理論力學(xué)課程的力學(xué)建模與分析從選題開(kāi)始，然后進(jìn)行考察、查閱資料、分析研究、到寫(xiě)結題報告，此過(guò)程就是進(jìn)行科學(xué)研究的過(guò)程。參加這樣的實(shí)踐不僅使學(xué)生對科學(xué)研究的全過(guò)程有了初步的感受和認識，還能培養學(xué)生研究分析問(wèn)題的能力，提高學(xué)生電子文稿的表達與溝通能力。開(kāi)展基于理論力學(xué)課程的建模與分析實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，具體要求和內容如下：

　　1）從身邊的生活和工程實(shí)際問(wèn)題中，提煉、抽象出一個(gè)力學(xué)模型，確定約束鏈接方式，并畫(huà)出力學(xué)模型的簡(jiǎn)圖；

　　2）對力學(xué)模型進(jìn)行受力分析，包括對主動(dòng)力的簡(jiǎn)化和約束力的分析計算；

　　3）對力學(xué)模型進(jìn)行運動(dòng)分析，確定自由度，建立坐標系等；

　　4）根據力學(xué)模型的受力情況和運動(dòng)情況選擇動(dòng)力學(xué)定理，建立動(dòng)力學(xué)方程；

　　5）選定若干個(gè)參數進(jìn)行分析；

　　6）有條件的可對分析的結果進(jìn)行實(shí)驗測量分析；

　　7）完成并提交電子版的小論文。

　　通過(guò)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐，發(fā)現問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的方法，進(jìn)行討論與交流，培養學(xué)生分析歸納、溝通與交流等方面的能力。通過(guò)上述訓練，引導學(xué)生在團隊協(xié)作的環(huán)境里,通過(guò)與人有效地溝通、交流,體驗合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)品/系統的“構想-設計-實(shí)施-操作”的全過(guò)程的學(xué)習,把“高智能型學(xué)生”轉化為“高創(chuàng )造型學(xué)生”,培養具備一定專(zhuān)業(yè)級別的知識、能力和素質(zhì)協(xié)調發(fā)展的創(chuàng )新型工科畢業(yè)生,使他們具備在現代工程環(huán)境下賴(lài)以生存和成長(cháng)的團隊協(xié)作精神、交流溝通能力和多學(xué)科、大系統掌控能力。

　　(4）評價(jià)方法的改革：學(xué)生學(xué)習《理論力學(xué)》的效果如何，傳統的檢查方法主要是基于期末考試學(xué)生的成績(jì)，這也從很大程度上影響了學(xué)生參與實(shí)踐學(xué)習的積極性，造成了學(xué)生平時(shí)不學(xué)習，臨考前搞突擊的學(xué)習態(tài)度，更無(wú)法保證與國際接軌的高層次、創(chuàng )新型人才的培養。要改變這種狀態(tài)，只有改革考核方法。把作業(yè)成績(jì)、實(shí)驗成績(jì)、小論文的成績(jì)作為課程最終成績(jì)的一部分， 作業(yè)成績(jì)（10%）、實(shí)驗成績(jì)（10%）、小論文的成績(jì)（20%）、考試成績(jì)（60%），這種考核機制可幫助提高作業(yè)、實(shí)驗及小論文的完成質(zhì)量，充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和積極性，培養學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力及團隊協(xié)作能力。

　�。�5）人文精神的熏陶：在理論力學(xué)教學(xué)中滲透物理學(xué)史料，既可以增加教學(xué)內容的親和力。又可以對學(xué)生進(jìn)行人文教育。因為物理學(xué)史中充滿(mǎn)了唯物論與辯證法的思想，充滿(mǎn)了科學(xué)家們追求真理、獻身科學(xué)的事例與典范，體現了物理學(xué)家求實(shí)、求真、開(kāi)拓創(chuàng )新精神，揭示了解決問(wèn)題的途徑和方法。通過(guò)介紹牛頓、伽利略、開(kāi)普勒、傅科、拉格朗日、達朗貝爾、哈密頓等科學(xué)家的研究歷程、研究方法、科學(xué)貢獻等史料，可以滲透物理知識和理論的產(chǎn)生、發(fā)展背景，把物理學(xué)家的創(chuàng )造過(guò)程展示給學(xué)生，能使學(xué)生獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神、科學(xué)觀(guān)念和創(chuàng )新精神的熏陶和培養，避免學(xué)生對物理概念、規律的絕對化和模式化理解。樹(shù)立正確的科學(xué)價(jià)值觀(guān)。

　　同時(shí)，在基于cdio進(jìn)行教學(xué)改革的同時(shí)，強調職業(yè)道德的重要性，注重職業(yè)道德與構思－設計－實(shí)現－運作進(jìn)行有機結合、并在培養過(guò)程中注重人文精神的熏陶，從而使培養出的工程師具備優(yōu)秀的職業(yè)道德。

　　4結束語(yǔ)

　　本文提出了基于cdio工程教育大綱的理論力學(xué)教學(xué)改革的思想，并就如何實(shí)現這一思想提出了具體的改革內容和方法，通過(guò)引入cdio工程教育大綱，推行研究型教學(xué)等先進(jìn)教學(xué)模式，強調基礎教育應同與工程實(shí)際相結合，以培養工科大學(xué)生自主創(chuàng )新、溝通、協(xié)調及團隊合作的能力。

　　參考文獻

　�。�1］高雪梅，孫子文，紀志成.cdio方法與我國高等工程教育改革.《教學(xué)研究》，2008:5，69-71

　　[2]陶勇芳，商存慧.cdio大綱對高等工科教育創(chuàng )新的啟示.《中國高教研究》，2006:11，81-83

　　[3]劉筠，王劍華.理論力學(xué)課程教學(xué)改革的思考與實(shí)踐.《教育實(shí)踐研究》，2008:11，116-117

　　[4]李學(xué)平，劉長(cháng)文.理論力學(xué)教學(xué)改革初探. 《長(cháng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報》， 2006:7，55-56

　　[5]孫海濱，官衍香.理論力學(xué)教學(xué)改革的實(shí)踐與探索.《高等理科教育》，2007:5，93-96

　　[6]李享榮，張雷.對理論力學(xué)教學(xué)改革的認識與實(shí)踐.《上海理工大學(xué)學(xué)報》，2005:27，27-29

　　[7]劉靜香，陳新亞.理論力學(xué)教學(xué)與機械工程實(shí)際相聯(lián)系淺析.《河南機電高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報》，2002:10，82-85

　　[8]周一峰，李豐良.理論力學(xué)創(chuàng )新教學(xué)探索.《長(cháng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報》，2006:7，50

　　[9]彭獻，唐駕時(shí)，劉又文，彭凡，賀新柱.理論力學(xué)課程的教學(xué)創(chuàng )新與創(chuàng )新訓練.《高等理科教育》，2007:4，116-118

　　[10]李俊峰，任革學(xué)， 張雄， 高云峰， 陸明萬(wàn)， 鼓勵獨創(chuàng )，注重實(shí)效.深化理論-力學(xué)教學(xué)改革.《力學(xué)與實(shí)踐》，2000:22，55-56

【基于CDIO工程教育大綱的理論力學(xué)教學(xué)改革論文】相關(guān)文章：

工程力學(xué)教學(xué)改革論文12-09

土木工程理論力學(xué)教學(xué)改革11-19

高職工程力學(xué)教學(xué)改革探索教育論文11-15

CDIO信息成人教育論文12-04

工程力學(xué)論文06-22

制冷與低溫工程專(zhuān)業(yè)流體力學(xué)教學(xué)改革探索論文11-19

淺談《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)改革探討論文11-15

工程力學(xué)論文（精品）06-26

高職高專(zhuān)工程力學(xué)課程教學(xué)改革探討論文11-18

工程材料教學(xué)改革論文11-13