馮萬輝 唐昀超

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院 廣東廣州 510000）

CDIO 理念的推行，為工程專業(yè)課程的教學(xué)改革指明了方向。若能推動材料力學(xué)課程教學(xué)與CDIO 理念的融合，意味著材料力學(xué)課程教學(xué)再上一層樓，吻合工程領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的實際要求。鑒于CDIO 理念的重要價值，有必要探討在材料力學(xué)課程教學(xué)改革中的具體應(yīng)用方式。

一、CDIO 理念概述

（一）CDIO 理念含義

CDIO 理念是一種專注于培養(yǎng)學(xué)生工程能力的教育路徑，涵蓋工程教育中常見的構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作等環(huán)節(jié)。CDIO理念覆蓋工程產(chǎn)品從研發(fā)到最終應(yīng)用的全部環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動參與到工程學(xué)習(xí)中，借助課程中的實踐模式完成課程學(xué)習(xí)。CDIO 理念強調(diào)社會環(huán)境適應(yīng)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的融合與協(xié)調(diào)，強調(diào)工程實踐的作用并提升學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。在CDIO 理念背景下，強調(diào)產(chǎn)業(yè)要求與課程教學(xué)的對接，確保專業(yè)人才培養(yǎng)吻合產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求。在此基礎(chǔ)上細分人員能力要求，具體包括基礎(chǔ)知識掌握程度，個人能力、協(xié)作能力以及工程系統(tǒng)意識。CDIO 理念融合了工程類課程教學(xué)改革的成果與精華，為培養(yǎng)學(xué)生能力提出了新的要求和思路，確保學(xué)生培養(yǎng)過程的可操作性。結(jié)合CDIO 理念的要求，逐步擬定有關(guān)課程實施和考評的具體標(biāo)準(zhǔn)，吻合全球范圍內(nèi)對工程教育的共識，也為我國工程類專業(yè)教育改革指明了方向。

（二）與材料力學(xué)教學(xué)改革的聯(lián)系

借助CDIO 理念推動材料力學(xué)教學(xué)，有效解決材料力學(xué)教學(xué)中的問題，在CDIO 理念指導(dǎo)下，重新梳理并整合材料力學(xué)知識要素并確立全新的知識框架。結(jié)合CDIO 理念中的“四要素”確定具體的教學(xué)內(nèi)容形式，在鞏固材料力學(xué)基礎(chǔ)知識的同時，強調(diào)實踐與應(yīng)用的重要性，并推動材料力學(xué)教學(xué)創(chuàng)新。換言之，就是在材料力學(xué)教學(xué)中秉承“理論與實踐相結(jié)合”理念，以材料力學(xué)課程問題為線索，引導(dǎo)學(xué)生思考分析課程問題，找到解決問題的思路。在材料力學(xué)教學(xué)中注重實踐創(chuàng)新，強調(diào)課程教學(xué)中的應(yīng)用能力導(dǎo)向，逐步強化學(xué)生的實際應(yīng)用能力。在材料力學(xué)教學(xué)中要發(fā)揮實驗操作和工程案例的獨到作用，將其作為材料力學(xué)課程的“第二課堂”，重視案例分析的作用。以“一個材料力學(xué)課堂”為依托，融合多個層次的教學(xué)環(huán)節(jié)，逐步構(gòu)建靈活有機的材料力學(xué)課程體系，吻合CDIO 理念的要求，全面鍛煉學(xué)生的學(xué)科能力，為培養(yǎng)更多、更優(yōu)質(zhì)的工程技術(shù)人才打牢基礎(chǔ)。

（三）材料力學(xué)教學(xué)改革基本思路

在充分理解CDIO 理念的前提下，定位CDIO 理念的要求和標(biāo)準(zhǔn)，確定具體的能力體現(xiàn)形式。關(guān)于CDIO 背景下的人才培養(yǎng)構(gòu)架，應(yīng)當(dāng)涵蓋構(gòu)思、設(shè)計、開發(fā)與運行四個階段，并將其作為培養(yǎng)專業(yè)人才能力的重要載體，拓展學(xué)生的知識面并建立學(xué)生的大工程意識。定位材料力學(xué)課程的工程能力要求后，將其細化為多種能力點，并與材料力學(xué)課程教學(xué)相融合。與此同時結(jié)合我國在工程類人才培養(yǎng)方面的具體要求，設(shè)定合理可靠的材料力學(xué)教學(xué)安排。設(shè)置材料力學(xué)教學(xué)改革綱要時，要注意大綱要求的目標(biāo)深度并設(shè)置多條能力標(biāo)準(zhǔn)，逐步形成適應(yīng)材料力學(xué)課程以及專業(yè)特征的評價指標(biāo)。

1.基礎(chǔ)知識目標(biāo)

這一目標(biāo)涵蓋的能力點有基本概念原理、核心工程基礎(chǔ)知識以及高等工程的基礎(chǔ)知識，對應(yīng)的能力點包括分析問題的方法以及解題技能。

2.個人能力目標(biāo)

涵蓋的能力點包括“實驗中探索知識”“借助工程建模方式解決問題”以及“建立系統(tǒng)思維”，對應(yīng)的能力體現(xiàn)方式包括分析問題的方法、動手能力與創(chuàng)新能力。

3.協(xié)作能力目標(biāo)

能力點具體包括“個人技能與道德”“職業(yè)能力與道德”“團隊合作與溝通”，對應(yīng)的能力體現(xiàn)方式是軟件應(yīng)用能力與合作交流。

4.工程系統(tǒng)目標(biāo)

涵蓋“工程環(huán)境”“構(gòu)思工程系統(tǒng)”“設(shè)計實施運行”等能力點，著重強調(diào)學(xué)生的“自學(xué)創(chuàng)新能力”。

二、材料力學(xué)教學(xué)改革落腳點

（一）課程設(shè)置

材料力學(xué)課程與工程領(lǐng)域緊密相關(guān)，具有較高的應(yīng)用價值。由于材料力學(xué)課程中涵蓋了很多知識點和理論基礎(chǔ)，課程內(nèi)容相對抽象，很多知識點需要花費較多時間講解，意味著材料力學(xué)課程教學(xué)的難度較大。在課程教學(xué)改革不斷深入的背景下，以材料力學(xué)為代表的理論類課程的課時被逐步壓縮，進一步導(dǎo)致材料力學(xué)教學(xué)中的課時緊張局面。如何通過優(yōu)化材料力學(xué)課程教學(xué)實現(xiàn)課程中的補償效應(yīng)成為重要課題，對材料力學(xué)課程設(shè)置提出較高要求。教師在掌握材料力學(xué)課程編排的基礎(chǔ)上，將培養(yǎng)學(xué)生能力、提升學(xué)生的工程素養(yǎng)擺在非常重要的位置，巧妙解決材料力學(xué)理論教學(xué)與培養(yǎng)工程素質(zhì)之間的矛盾，幫助學(xué)生在鞏固材料力學(xué)基礎(chǔ)知識的前提下，在實踐能力領(lǐng)域有所收獲和提升，為適應(yīng)更復(fù)雜的工程應(yīng)用環(huán)境打好基礎(chǔ)。換言之，通過材料力學(xué)教學(xué)改革，讓學(xué)生利用更少的課時獲得更好的材料力學(xué)理論知識學(xué)習(xí)效果，認識到材料力學(xué)課程的核心，還能靈活應(yīng)用材料力學(xué)課程中的概念和知識解決實際問題，最終在潛移默化中形成屬于學(xué)生的工程素質(zhì)。

（二）實踐設(shè)置

當(dāng)前“工匠精神”已經(jīng)成為工程類專業(yè)教學(xué)的重要指導(dǎo)思想，在培養(yǎng)學(xué)生“工匠精神”的基礎(chǔ)上推動教學(xué)創(chuàng)新，強化學(xué)生的創(chuàng)新意識。在材料力學(xué)課程教學(xué)全過程中，都要將創(chuàng)新能力的培養(yǎng)擺在非常關(guān)鍵的位置，強調(diào)實踐教學(xué)在材料力學(xué)課程中的重要地位。傳統(tǒng)材料力學(xué)教學(xué)中，注重課程理論知識的傳授，對實踐教學(xué)的重視力度不夠。由于材料力學(xué)實踐課時難以保障，學(xué)生運用材料力學(xué)知識參與實踐的機會可謂少之又少。教師擬訂的材料力學(xué)實踐方案未必與課程知識吻合，甚至導(dǎo)致材料力學(xué)理論與實踐教學(xué)脫節(jié)，無法建立基于材料力學(xué)課程的整體感知思維。CDIO 理念強調(diào)“大工程”理念，意味著材料力學(xué)課程教學(xué)必須緊扣“大工程”要求，將大工程背景作為材料力學(xué)課程教學(xué)背景，拓展課程教學(xué)輻射范圍，確保材料力學(xué)教學(xué)與工程背景順利對接，逐步形成屬于學(xué)生的大工程素養(yǎng)。CDIO 理念融合在材料力學(xué)教學(xué)中，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的材料力學(xué)教學(xué)模式，與工程教育模式的要求吻合。

（三）考核模式設(shè)置

材料力學(xué)教學(xué)改革要有考核模式的支撐，課程考核點應(yīng)當(dāng)全面，涵蓋知識、主體與時間三個維度。教師首先關(guān)注到學(xué)生通過學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程獲得何種能力，在此基礎(chǔ)上從學(xué)生的角度出發(fā)，不斷激發(fā)學(xué)生主動參與材料力學(xué)學(xué)習(xí)的潛力，并將學(xué)生的積極性與創(chuàng)新意識作為材料力學(xué)考核的重要指標(biāo)。時間維度對考核模式的靈活性有較高要求，教師根據(jù)材料力學(xué)課程時間節(jié)點的要求安排不同的考核模式。傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程考核采用“期末考試+考勤+實驗”的三段法，雖然覆蓋材料力學(xué)課程全過程，但實際執(zhí)行過程形式化明顯，不能起到應(yīng)有的考核效果。而且傳統(tǒng)的考核模式指標(biāo)設(shè)置簡單，也不能真實反映學(xué)生參與材料力學(xué)課程的實際情況。在CDIO 理念引導(dǎo)下，教師要逐步優(yōu)化材料力學(xué)課程評價過程，將更容易調(diào)動學(xué)生主觀能動性的因素納入考評模式中，引導(dǎo)學(xué)生在材料力學(xué)課程中勇于創(chuàng)新，積極推動理論與實際的結(jié)合，促進材料力學(xué)課程知識的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

三、材料力學(xué)教學(xué)改革思路

（一）重視基礎(chǔ)知識的教學(xué)

在工程背景與課程教學(xué)融合的背景下，將工程背景作為講授知識的重要載體，加強材料力學(xué)理論知識與計算方法的講解與推演，讓學(xué)生“知其然更知其所以然”，并引導(dǎo)學(xué)生利用材料力學(xué)的基本知識解決實際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生的運用能力。借助上述方式，學(xué)生對工程問題到模型的轉(zhuǎn)換方式理解更加深刻，掌握模型的建立方式和求解過程，真正認識到材料力學(xué)課程的價值。在材料力學(xué)各個章節(jié)的教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合多種構(gòu)件與載荷形式，秉承“由簡及繁”的原則，逐步強化學(xué)生的建模意識和能力。傳統(tǒng)材料力學(xué)教學(xué)中側(cè)重于使用計算簡圖，在力學(xué)分析中存在短板。采用建模方式分析材料力學(xué)問題，有效提升學(xué)生的職業(yè)能力。

在講授材料力學(xué)中的拉伸、壓縮等課程內(nèi)容時，可以將活塞桿引入課程內(nèi)容中，了解在油壓和工作阻力的影響下發(fā)生拉伸變形的情況。力學(xué)課程中可以引入的工程實例還有很多，教師要善于利用工程實例中的力學(xué)因素，以常見的工程實例作為傳授知識的載體，對“拉伸變形”的認識更加深刻，由此得到拉伸變形的力學(xué)模型。在引入液壓傳動機構(gòu)活塞桿的實例時，引導(dǎo)學(xué)生注意到外載種類與構(gòu)件之間的關(guān)系。如果外載荷作用線與構(gòu)件縱軸線相同，但是力作用在構(gòu)件內(nèi)部，則會導(dǎo)致壓縮變形的情況，將其作為力學(xué)模型。借助力學(xué)模型，明確模型與構(gòu)件載荷的受力點方向有關(guān)。在此基礎(chǔ)上延展壓縮變形的場景，引入內(nèi)燃機連桿燃氣爆發(fā)沖程場景，進一步展示壓縮變形的特征。通過引入工程實例，不難看出構(gòu)件與載荷之間的相對位置與方向直接影響壓縮變形的形態(tài)，并對應(yīng)不同的力學(xué)模型，逐步形成屬于學(xué)生的工程思維。此前展示的力學(xué)模型，存在外載荷作用方向與縱軸線共線的特征。但是很多工程場景中，兩者并不是共線的關(guān)系，而是呈現(xiàn)出相互垂直的狀態(tài)，意味著壓縮變形呈現(xiàn)出彎曲的狀態(tài)，這種情況下需要創(chuàng)建新的力學(xué)模型，反映壓縮變形的彎曲狀態(tài)。另外，載荷的種類也會影響力學(xué)模型的建立，在教學(xué)中選擇并展示反映載荷種類變化對力學(xué)模型影響的工程案例。

在上述材料力學(xué)的教學(xué)過程中，采用了層層推進的方式，并融合諸多工程背景。借助工程背景載體，學(xué)生意識到力學(xué)模型的建立取決于多種因素的影響，對工程實例到實際模型的轉(zhuǎn)換認識更加深刻，自身的建模能力也在潛移默化中提升，推動材料力學(xué)知識與實際情況的有效結(jié)合。

教師引入工程實例時，注意結(jié)合多媒體手段，全面展示工程實例的實際情況。例如教師將圖片、微視頻等融合在工程實例的展示階段，評價工程實例可能引發(fā)的安全事故以及理論發(fā)展過程，幫助學(xué)生從多個角度理解材料力學(xué)知識，更好地定位理論與技術(shù)之間的關(guān)系，對工程技術(shù)的認識更深一層，同時擴展了學(xué)生的視野，認識到材料力學(xué)知識的應(yīng)用價值。多媒體方式的應(yīng)用，還能簡化教師的知識講授過程，課時資源應(yīng)用效率更高，充分適應(yīng)材料力學(xué)課程改革要求，獲得更優(yōu)質(zhì)的課程教學(xué)效果。

（二）重視個人能力培養(yǎng)

工程類專業(yè)人才的能力包括思維能力與動手能力。在個人能力培養(yǎng)過程中，結(jié)合材料力學(xué)課程教學(xué)進程融合專題知識競賽，教師根據(jù)材料力學(xué)的某個知識點提出工程問題并作為探究作業(yè)，學(xué)生根據(jù)教師提供的主題檢索相關(guān)資料和文獻，總結(jié)處理工程問題的思路和方式，并對擬訂的方案進行可行性論證，最終以實驗報告或者小論文的方式提交給教師，由教師評選優(yōu)勝者。專題知識競賽與材料力學(xué)教學(xué)的融合，幫助學(xué)生盡快將材料力學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的成果。以專題知識競賽為載體，在解決問題的過程中，加深對材料力學(xué)知識的理解，并強化個人的運用能力，潛移默化中形成學(xué)生的思維能力。

材料力學(xué)知識的價值要通過應(yīng)用方可實現(xiàn)，在培養(yǎng)學(xué)生思維能力的同時，也要重視動手能力的培養(yǎng)，意味著材料力學(xué)實驗在課程教學(xué)中扮演關(guān)鍵角色。在材料力學(xué)教學(xué)中，一定要保證思維與動手能力的平衡，避免出現(xiàn)材料力學(xué)學(xué)科內(nèi)的“偏科”現(xiàn)象。由于實驗課在材料力學(xué)教學(xué)中居于重要地位，可以將開放實驗室融合在材料力學(xué)教學(xué)中。將開放實驗室作為材料力學(xué)實驗教學(xué)的載體，設(shè)置多級別的實驗課程，在吻合教學(xué)進階特征的同時，滿足不同類型的學(xué)生需求。關(guān)于材料力學(xué)的基本實驗，以材料力學(xué)課程大綱中要求的實驗內(nèi)容為主要內(nèi)容。材料力學(xué)自選實驗則根據(jù)學(xué)生和項目的實際情況，合理安排自選項目的具體方案。學(xué)生獨立完成材料力學(xué)的自選項目可能比較困難，教師可以協(xié)助學(xué)生完成實驗器材的安裝與調(diào)試任務(wù)，但是不能包辦過多的事項。學(xué)生在親自安排實驗方案、動手調(diào)試實驗設(shè)備的過程中，真正掌握實驗設(shè)備的操作方式，對材料力學(xué)知識原理的理解也更加深刻。借助材料力學(xué)實驗教學(xué)，對傳感器、測試技術(shù)有更加到位的認識，對于學(xué)生進入職場大有裨益。對于學(xué)有余力的學(xué)生，可以進一步提升材料力學(xué)實驗的深度和難度，以力學(xué)模型為基礎(chǔ)，將計算機仿真技術(shù)融入其中，引導(dǎo)學(xué)生利用更先進的技術(shù)完成更復(fù)雜的材料力學(xué)實驗任務(wù)，并將實驗成果與心得寫成電子版的論文。

（三）重視協(xié)作意識培養(yǎng)

材料力學(xué)課程中利用到的工程模型規(guī)模龐大，意味著任何教學(xué)任務(wù)都要由多名人員共同完成。與此同時，有關(guān)材料力學(xué)的工程知識涵蓋多個學(xué)科，意味著人員及部門之間的合作與協(xié)調(diào)也成為重要課題。在編制材料力學(xué)的工程教學(xué)方案時，要充分考慮部門之間任務(wù)分工與資源分配的情況，確保工程中的資源合理分配。在材料力學(xué)教學(xué)中，一定要有團隊意識，融合現(xiàn)代工程實際特征，提升材料力學(xué)的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。在落實材料力學(xué)課程任務(wù)的同時，還要注重學(xué)生人際關(guān)系能力的培養(yǎng)，推動學(xué)生綜合素養(yǎng)全面提升。協(xié)作意識的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)結(jié)合材料力學(xué)課程的特征，由于材料力學(xué)知識體系相對復(fù)雜，人際關(guān)系層面的培養(yǎng)必須對接課程要求。

以材料力學(xué)課程中的力學(xué)分析教學(xué)為例，結(jié)合材料力學(xué)的課程知識提出相關(guān)的課題，由學(xué)生分組完成教師布置的課題。學(xué)生拿到材料力學(xué)課題后，將其分解為多項任務(wù)，例如建模、實驗驗證、撰寫報告等，小組團隊中的每一名成員都有各自的分工，團隊人員之間的合作至關(guān)重要。而且分解后的材料力學(xué)任務(wù)涉及多門學(xué)科，意味著相關(guān)的小組成員需要與對應(yīng)的學(xué)科人員交流。例如完成電算任務(wù)時，需要與計算機專業(yè)人員交流編程的技巧和經(jīng)驗。在撰寫實驗報告時，需要聽取小組全部成員的意見和建議，最終方可定稿。在力學(xué)分析的主題任務(wù)中，融合了很多人員之間的交流任務(wù)，反復(fù)強化小組成員之間的協(xié)作交流意識，顯著提升人員的協(xié)作配合能力。在此基礎(chǔ)上推動材料力學(xué)教學(xué)與工廠實地環(huán)境的對接，將參觀工廠的任務(wù)融合在材料力學(xué)課程中，為學(xué)生提供更多接觸實際環(huán)境的機會。學(xué)生在工程環(huán)境中，對工程實踐環(huán)境的認識更加深刻，有效擴展學(xué)生的視野和觀察能力。在與工廠人員的交流過程中，還能強化個人的人際交往能力。

（四）強化工程系統(tǒng)認識

材料力學(xué)課程知識的運用，與工程系統(tǒng)環(huán)境關(guān)系密切。強化學(xué)生的工程系統(tǒng)認識，引導(dǎo)學(xué)生站在更高的層次理解材料力學(xué)知識，促進能力的全面提升。材料力學(xué)雖然是一門獨立的課程，但是學(xué)科知識與諸多專業(yè)課程密切相關(guān)，在實際的工程環(huán)境中扮演關(guān)鍵角色。從安全角度出發(fā)，反復(fù)觀察工程結(jié)構(gòu)并定位其中的力學(xué)問題，并借助反復(fù)的思考與驗證，確定解決材料力學(xué)問題的思路和方法。由此可見，若要真正認識到材料力學(xué)課程的重要性，必須有工程系統(tǒng)的認識，引導(dǎo)學(xué)生在工程系統(tǒng)環(huán)境中運用材料力學(xué)知識，體會到材料力學(xué)知識的獨到價值。在材料力學(xué)教學(xué)中充分發(fā)揮工程實例的關(guān)鍵作用，探討實際工程中全部構(gòu)件的載荷狀態(tài)與力學(xué)性能，總結(jié)解決力學(xué)問題的有效思路和方法，列出處理問題的計算公式，保證工程系統(tǒng)的絕對安全。在材料力學(xué)教學(xué)中，注重構(gòu)件與工程系統(tǒng)的聯(lián)系，并將傳感器、計算機等技術(shù)融合在材料力學(xué)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生真正認識到工程系統(tǒng)的特征，從多個角度看待工程系統(tǒng)的問題，并形成屬于自己的學(xué)科習(xí)慣。另外，教師可以將各類研討會、展會等因素融合在材料力學(xué)課程中，帶領(lǐng)學(xué)生接觸醫(yī)療器械、工業(yè)機器人、工程機械等高端裝備的研究成果，探討其中的材料力學(xué)知識，使得學(xué)生領(lǐng)悟到材料力學(xué)知識的巨大價值，為材料力學(xué)知識儲備奠定基礎(chǔ)。

（五）考核模式設(shè)置

關(guān)于材料力學(xué)考核模式，秉承“以學(xué)生為中心”的原則，結(jié)合CDIO 理念的要求細化考核的要求并分配權(quán)重，全面衡量學(xué)生的材料力學(xué)課程學(xué)習(xí)成果?？己四Ｊ揭m應(yīng)學(xué)生的實際情況，推動教學(xué)反饋與實施過程的結(jié)合，多角度保證考核結(jié)果的科學(xué)性，準(zhǔn)確反饋學(xué)生在材料力學(xué)課程中的表現(xiàn)。例如教師編制材料力學(xué)課程的“綜合試卷”，考查學(xué)生對基本概念、理論和技能的掌握情況。將角色扮演方式融合在匯報答辯考核模式中，每個小組利用多媒體手段展示本小組的研究成果。另外將選題調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)、交流等環(huán)節(jié)融入材料力學(xué)考核中，確?？己诉^程的全面性。

結(jié)語

CDIO 理念覆蓋工程專業(yè)教學(xué)的全部過程，吻合專業(yè)課程教學(xué)改革的實際需求。在今后的教學(xué)過程中，在更廣闊的范圍內(nèi)探索課程教學(xué)與CDIO 理念的融合路徑，推動專業(yè)課程教學(xué)取得新的突破，更好地適應(yīng)全社會對工程人才的最新要求，保證工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。