CDIO型一体化课程体系的构建

CDIO型一体化课程体系的构建王一军广州大学2011/12/11广州大学鸟瞰图机械设计制造及其自动化专业广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建现实强调工程实践能力培养是大势所趋。要求工程教育回归工程实践是大势所趋，即必须全面改革传统的强调理论学习而忽视工程实践的模式。强调现代技术的学习已是共识。以CAD/CAE/CAM为代表的信息技术在生产实践中的广泛应用，对以传统机械技术为主的机械专业教育模式提出了挑战。问题：学时冲突知识传授和工程能力培养在时间上的冲突问题。即在学生有限的本科学习时间内，学术界：要求用更多的学时传授更多、更新的知识。工程界：要求用更多的学时使学生得到更多的工程训练、更多的工程经验和能力。一体化课程体系知识体系能力体系方法体系引言我们以三大体系为基础构建了“CDIO型一体化课程体系”。由于时间有限，在这里，仅介绍我们在知识体系建设时的一些思路和做法。广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建CDIO型一体化课程体系的构建一、知识体系的构造1.构造思路2.知识点的抽取与分级3.知识点的优化4.知识点的排序5.知识点的评价二、知识体系的实现1.知识点的无缝连接问题2.工程背景知识的介入问题3.体系的理想与现实问题4.知识体系的重要性问题广州大学机电工程系1.构造思路知识点1知识点2……知识点i……知识点n知识体系广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建一、知识体系的构造知识体系的基本单元不是课程：有时知识点交叉。而是课程之下的知识点。知识点的基本要素理论知识：概念、原理、方法实验知识：原理、方法、结论工程背景知识：构造实践中的问题：在设计一个试图解决学时冲突的课程体系时，面临知识点的优化、排序、评价与衔接等诸多问题。2.知识点的抽取与分级广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建继承传统：可操作抽取知识点以传统课程为基础知识点分级蠕变热力学断裂力学流体力学材料力学动力学运动学静力学力学力的性质,力的矢量运算,力系的合成与平衡,受力分析,分布力,结构,摩擦点积、叉积、三重混合积二维问题、三维问题重心、形心、分布载荷1级2级3级4级5级……一、知识体系的构造3.知识点的优化广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建（2）在2级层面上增加新的知识点（1）优化原则面向工程应用；面向现代技术。蠕变热力学断裂力学流体力学材料力学动力学运动学静力学2级流体力学:理论知识的工程应用方法。即以工程案例分析为主。断裂力学:理论原理的基本思想。-作为工程背景知识。热力学：理论知识的工程应用方法。即以工程案例分析为主。蠕变：理论原理的基本思想。-作为工程背景知识。一、知识体系的构造3.知识点的优化广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建以静力学为例：(1)以空间分析为主，还是以平面分析为主？(2)以手工计算为主，还是以数值计算为主？以空间分析为主以数值计算为主面向工程应用面向现代技术优化（3）在3级及其以下层面上更新知识点静力学力的性质,力的矢量运算,力系的合成与平衡,受力分析,分布力,结构,摩擦点积、叉积、三重混合积二维问题、三维问题重心、形心、分布载荷数值计算2级3级4级一、知识体系的构造4.知识点的排序广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建为了彻底搞清知识点的内在关系，在抽取、分级与优化后，我们对知识点在多个级别上进行了次序分析，发现，关系复杂得令人“大吃一惊”！前后关系：大多数3级及其以下知识点存在着这种关系。混合关系：如“设计”与“制造”-是我们讨论的热点。平行关系：如“机械设计”与“电工电子”等。紧密关系：如“力学”与“机械原理”、“机械设计”。松散关系：如“机械设计”与“自动控制原理”等。贯穿关系：如“机械制图”贯穿在许多课程与实践中。高频知识点：如“力学”；如“零件图”。☆☆☆☆☆中频知识点：如“工程材料”等。低频知识点：如“C语言”“画法几何”。一、知识体系的构造5.知识点的评价广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建重要性评价很重要较重要一般重要①高频知识点②贯穿知识点中频知识点低频知识点抽象性评价很抽象较抽象一般如应力与应变如分布力如集中力学习方式评价必修选修自修如力的矢量运算如力学的历史背景如力的标量计算一、知识体系的构造二、知识体系的实现广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建1.知识点的无缝连接问题（1）“化整为零”法即将贯穿型知识点拆解为零散的知识点，融入到相关的几门课程中。如将“零件图”与“装配图”的知识拆解融入到后续的设计与制造类课程中。知识体系是以课程的形式实现的。即必须用课程组织知识点。我们在组织时，面临到以下问题。后续课程所用到的知识应体现在前置课程中；同一知识点不能在几门课程中重复讲解。广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建（2）“一体化”法将原散落几门课程中的知识点，若其存在着紧密或复杂的关系，干脆整合为一门课程，即构建一个“一体化课程”。如将原“工程制图”与“计算机辅助绘图”整合为一门“工程制图与3D建模”课程。事实上，这种一体化课程在传统课程体系中也是存在的。如理论力学就是整合了静力学、运动学和动力学的内容。（3）“前置体验”法我们发现，一些课程需要共同的概念与方法体验。如“机械制图”、“机械设计”、“公差与配合”与“机械制造”课程，都需要学生对零件的尺寸、形状、误差及其加工过程有所体验，才能更好地学习概念。因此，我们前置了一门拆装与制造类的实践课。二、知识体系的实现广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建2.工程背景知识的介入问题（1）历史背景知识如果在介绍理论概念及原理时，介绍一些其产生与发展的历史背景知识，将使学生看到理论背后的工程背景，也将激发其学习的动力。已故著名化学家傅鹰说过：“一门科学的历史是那门科学中最宝贵的一部分，因为科学只能给我们知识，而历史却能给我们智慧。”例如：材料力学—伽利略在《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》一书中说，空心梁“能大大提高强度而无需增加重量，所以在技术上得到广泛的应用。在自然界就更为普遍了。这样的例子在鸟类的骨骼和各种芦苇中可以看到，它们既轻巧，而又对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。二、知识体系的实现广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建2.工程背景知识的介入问题（2）项目背景知识如果一个工程实践项目缺乏必要的工程应用背景，则这个项目的能力训练效果将大打折扣。如减速器设计是“机械零件课程设计”的一个经典项目，但由于缺乏工程应用背景，学生既不知设计的减速器用来干什么，也不知按照自己的设计制造出来，能不能正常使用。因此，学习积极性并不是很高，学习效果不能达到预期的要求。如果改为要求学生为一个产品（或一部机器）设计并制造一个减速器，并提供除减速器外的所有产品零件与部件。则不仅能够极大地激发学生的积极性，而且，学生在这一过程中将学到大量的工程应用背景知识。这也符合CDIO标准所要求的“设计-实现”经验。二、知识体系的实现广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建3.体系的理想与现实问题在实际构造工作中，我们认为，最好制定2个版本的知识体系方案。理想版现实版是人才引进的依据部分教师知识结构有缺陷部分教师工程能力有缺陷如：将理想版中一门课拆分为现实版的几门课，以适应现有部分教师知识与能力方面的缺陷。二、知识体系的实现广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建4.知识体系的重要性问题无论人才培养目标定位在何处，无论是采取以掌握知识为主的培养模式，还是采取以培养能力为主的培养模式，都回避不了以下两个基本事实：（1）学生必须具备一定的知识；（2）更多的时候，我们所讲的工程能力，其实是理论知识的应用能力。再有工程实践能力的工人，也不具备解决高级工程技术问题的可能性。再没有工程实践能力的工程师，也具备解决高级工程技术问题的可能性。知识二、知识体系的实现结语在构造实践中，上述每一步工作，甚至一些貌似简单的工作，问题都层出不穷，都存在着巨大的争议或质疑，甚至有无暇应接之感。许多问题，至今也没有形成一个基本共识，或有一个满意的结论。广州大学机电工程系CDIO型一体化课程体系的构建谢谢！