【摘要】在工程师的培养和职业发展面临国际化挑战的大环境下，深入贯彻教育部、财政部实施本科教学质量工程的精神，全面推行基于cdio工程教育大纲的创新型人才培养模式改革，并将其运用于实际的《理论力学》教学，从而培养学生发现问题、分析问题及解决实际问题的能力，切实提高人才培养的质量和水平。本文提出了《理论力学》课程教学改革的目标及课程改革的基本思路和方法。
【关键词】cdio工程教育大纲； 理论力学； 教学改革
【中图分类号】g642.42【文献标识码】a【文章编号】1009-5071(2011)05-0014-021
引言
面对经济全球化和知识经济时代，工程师的培养和职业发展面临国际化的挑战。我国现行的工程教育模式与现代工业实践对高级工程人才的要求不相适应,其存在的问题主要有以下几点:一是重理论轻实践。学科教育与工业实践脱节是我国当前高等教育面临的一个重大问题,有报告显示,我国2005 年毕业的约60 万工程类毕业生中不足10%的人能适应国际化公司的工作,产生这种现象的原因之一在于我国当前的工程教育重理论轻实践,学生接受到项目和团队工作的实际训练较少。二是专业设置口径窄。长期以来,专业的定向型培养体制及学生重授课轻自学的思想造成了学生的知识面窄,专业口径狭窄使得学生的学习能力、自主性和创造性难以得到充分的发挥,培养出来的学生缺乏很强的适应性和竞争力。三是工程教育缺乏系统规划。因此，我国高等工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的中国工程师，应按照国际工程教育大纲改革现有的人才培养模式，逐步解决目前工程教育中存在的重课程轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作能力、重视知识学习而轻视创新能力培养等问题，满足全球化经济环境下对创新型人才的需求。
cdio工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。cdio 是由麻省理工学院连同瑞典三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,这种模式注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识,在此基础上通过贯穿于整个人才培养过程的团队设计和创新实践环节的训练,培养既有过硬的专业技能,又有良好的职业道德的国际化工程师[1]。cdio国际工程教育组织提出的新型的工程教育大纲在美国麻省理工学院等前沿的工程大学得到了很好的检验和应用[2-3]。国内外的经验都表明cdio“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。
《理论力学》研究物体机械运动的一般规律，是高等院校工科专业的一门核心技术基础课程之一，是与工程实际紧密联系的课程。教学内容是以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，系统介绍静力学、运动学与动力学的基本概念、基本原理以及处理问题的基本方法，属于古典力学的范畴。不仅为《材料力学》、《机械原理》、《机械设计》、《弹性力学》、《塑性力学》等后续课程的学习打下基础，更在于培养学生逻辑思维、抽象思维的能力[4-7]。因此，近年来对于它的教学改革和教学研究引起了学术界的广泛关注。为了培养与国际接轨的创新型人才，我们引入cdio工程教育大纲，并据此进行理论力学的教学改革与实践。
2将cdio工程教育大纲应用于理论力学教学改革
cdio代表构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）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。cdio培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、 个人能力、 人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
就理论力学课程本身而言，具有一些对激发学习兴趣和培养创新人才不利的因素。其一，理论力学的发展历史悠久，传统性知识所占比例极大，内容大多几代沿袭，知识陈旧，力学模型过于抽象，工程背景不够明显，和学生普遍觉得它枯燥、乏味，又难以掌握。其二，受传统观念的束缚和影响，与其它基础课程一样，无论是教材还是教学内容，都重理论，轻应用。其三，理论力学的一般研究方法多为演绎法，反映在教材和教学中均是从已知的基本公理或定律出发，进行理论分析，导出一些定理和推论，由此来对力学问题做出预示[8-10]。这样，学生在课程中很少接触归纳法和发散性思维的训练，这对学生创新思维的培养极为不利。理论力学课程的教学创新迫在眉睫。
改革目标是通过注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力，吸收世界先进的工程教育理念，建立符合国际工程教育共识的课程体系。培养目标是使学生具有：较强的项目开发、设计和建造的能力；较强的创新能力；较强的团队精神和领导能力；较强的沟通能力；较强的、英语语言表达能力。
3理论力学教学改革的主要内容
主要包括以下几个方面：
（1）革新教学手段，提高教学质量：依据cdio教学大纲，教学内容上注重先进性、科学性，力求与工程实际相结合，借助多媒体视听素材，集文字、声音、图片、动画等信息于一体，进行图文并茂、生动形象的课堂教育。如利用动画技术，显示各种机构的运动过程，让学生在感性认识的基础上加深对基本概念的理解，提高条理性分析问题的能力。开创新的教学模式，给学生营造一种立体的、全面的、动态的学习情境，使一些抽象的概念、理论变得直观明了；使一些难以言传的知识形象化，使学生对教学内容吸收得快，理解得深,激发他们学习的兴趣和积极性，增强教学效果。
（2）注重实验教学：《理论力学》实验课是让学生通过实验掌握某种测试方法或研究某类具体工程结构的实验方法。长期以来，对实验课不够重视。因此，开设紧密联系科技新动态的力学实验，是培养学生实际动手能力和综合素质的重要手段之一。结合学科的具体情况实施再创造，对理论力学的静力学、运动学及动力学三大部分分别安排相关的实验，切实抓好学生实验报告的完成质量，对于加强学生对理论知识的深入理解有很大的帮助，同时，对于他们的动手能力、创新能力及团队协作能力的培养也非常重要。
通过理论教学与实验操作相结合的教学模式，提高学生的综合能力，培养学生运用课程知识分析和解决实际问题的能力。在这里，教师不再是传统教学的“传道授业解惑”角色，而是在引导、帮助学生了解解决问题的基本思路，鼓励学生自己探究解决问题。
（3）研究型力学建模综合实践（3-4人团队完成）：建模能力是cdio工程教育大纲中的重要内容。建立力学模型是用力学知识分析新的工程实际问题的第一步。基于理论力学课程的力学建模与分析从选题开始，然后进行考察、查阅资料、分析研究、到写结题报告，此过程就是进行科学研究的过程。参加这样的实践不仅使学生对科学研究的全过程有了初步的感受和认识，还能培养学生研究分析问题的能力，提高学生电子文稿的表达与沟通能力。开展基于理论力学课程的建模与分析实践教学活动，具体要求和内容如下：
1）从身边的生活和工程实际问题中，提炼、抽象出一个力学模型，确定约束链接方式，并画出力学模型的简图；
2）对力学模型进行受力分析，包括对主动力的简化和约束力的分析计算；
3）对力学模型进行运动分析，确定自由度，建立坐标系等；
4）根据力学模型的受力情况和运动情况选择动力学定理，建立动力学方程；
5）选定若干个参数进行分析；
6）有条件的可对分析的结果进行实验测量分析；
7）完成并提交电子版的小论文。
通过学生主动实践，发现问题，提出解决问题的方法，进行讨论与交流，培养学生分析归纳、沟通与交流等方面的能力。通过上述训练，引导学生在团队协作的环境里,通过与人有效地沟通、交流,体验合作开发产品/系统的“构想-设计-实施-操作”的全过程的学习,把“高智能型学生”转化为“高创造型学生”,培养具备一定专业级别的知识、能力和素质协调发展的创新型工科毕业生,使他们具备在现代工程环境下赖以生存和成长的团队协作精神、交流沟通能力和多学科、大系统掌控能力。
(4）评价方法的改革：学生学习《理论力学》的效果如何，传统的检查方法主要是基于期末考试学生的成绩，这也从很大程度上影响了学生参与实践学习的积极性，造成了学生平时不学习，临考前搞突击的学习态度，更无法保证与国际接轨的高层次、创新型人才的培养。要改变这种状态，只有改革考核方法。把作业成绩、实验成绩、小论文的成绩作为课程最终成绩的一部分， 作业成绩（10%）、实验成绩（10%）、小论文的成绩（20%）、考试成绩（60%），这种考核机制可帮助提高作业、实验及小论文的完成质量，充分调动学生学习的主动性和积极性，培养学生解决实际问题的能力及团队协作能力。
（5）人文精神的熏陶：在理论力学教学中渗透物理学史料，既可以增加教学内容的亲和力。又可以对学生进行人文教育。因为物理学史中充满了唯物论与辩证法的思想，充满了科学家们追求真理、献身科学的事例与典范，体现了物理学家求实、求真、开拓创新精神，揭示了解决问题的途径和方法。通过介绍牛顿、伽利略、开普勒、傅科、拉格朗日、达朗贝尔、哈密顿等科学家的研究历程、研究方法、科学贡献等史料，可以渗透物理知识和理论的产生、发展背景，把物理学家的创造过程展示给学生，能使学生获得科学思想、科学精神、科学观念和创新精神的熏陶和培养，避免学生对物理概念、规律的绝对化和模式化理解。树立正确的科学价值观。
同时，在基于cdio进行教学改革的同时，强调职业道德的重要性，注重职业道德与构思－设计－实现－运作进行有机结合、并在培养过程中注重人文精神的熏陶，从而使培养出的工程师具备优秀的职业道德。
4结束语
本文提出了基于cdio工程教育大纲的理论力学教学改革的思想，并就如何实现这一思想提出了具体的改革内容和方法，通过引入cdio工程教育大纲，推行研究型教学等先进教学模式，强调基础教育应同与工程实际相结合，以培养工科大学生自主创新、沟通、协调及团队合作的能力。
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