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CDIO模式下航天专业固体力学系列课程的设计与应用 摘要：本文提出将国际工程教化模式CDIO模式引入至航天专业固体力学系列课程的设计与应用，是增加航天专业学生实践比重、培育工程实力的一种有益尝试。本文给出了CDIO模式与航天专业力学系列课程的结合途径，并描述了CDIO模式下航天专业固体力学系列课程的详细设计与教学实践等详细内容，希望为目前航天或力学专业工程师的培育供应参考。 关键词：CDIO模式；航天专业；课程体系；高校生创新实践项目 中图分类号：G642.0 文献标记码：A 文章编号：1674-932421-0051-02 一、引言 目前诸多高校针对空间工程、飞行器系统与工程、导弹工程等多种航天专业设置的本科生课程，可划分为力学、航空宇航、电子、信息与限制等多个系列课程。同时，航空航天等技术领域内许多问题，其探讨对象可能既是航天问题又是力学问题，具有与多学科多专业广泛交叉、相互渗透，与实际工程结合紧密的特点。基于上述缘由，为了提高航天专业本科人才的培育质量，如何在有限的课时安排内、在有限的课程数目内有效设计航天专业固体力学系列课程，是一个值得探讨的问题。 随着高校内部增高校生的实践比重、面对工程实力培育的呼声日渐高涨，笔者所在的教学组借鉴了起源于美国麻省理工MIT的国际工程教化模式CDIO模式，在航天专业的固体力学系列课程的设计与应用中进行了相应的教学探究与教学实践，期望通过该模式在教学实践中的正确引入与有效发展，更新老师教学理念与实践手段，增加课程实践比重，充分调动学生学习效率与主动性，为航天或力学专业工程师的培育供应参考。 二、CDIO模式与航天专业力学系列课程的结合途径 国际工程教化模式CDIO，是以产品、过程和系统全生命周期的开发与运用为背景，包含了构思、设计、实施和运行4个教化和实践训练环节。它与航天专业力学系列课程的有机结合，可以考虑如下几个途径： CDIO模式的起源 CDIO是一种基于传授航天领域技术学问与培育预备工程师实力而起源产生的工程教化模式，其创始人是美国麻省理工MIT航空航天系Edward Crawley教授，其发展初期在2004年左右。可见，将CDIO模式与航天专业力学系列课程的结合，则具有肯定的合理性和先天优势，是一种主动有益的尝试。 基于CDIO教化理念形成课程观 CDIO模式是基于“做中学”的教化理念，是一种将实践过程与理论教化相结合的教化理念，结合该模式在航天专业力学系列课程的设计中可形成两种课程观：首先，是一种凸显了“社会需求”的课程观，即依据工程师的社会角色与责任，培育工科毕业生具备较好的工程实力与深厚的技术基础学问，在课程体系与课程内容上，并不是根据严密的学科学问体系来组织课程，而是强调基于社会现实需求来选择和编排；其次，亦是一种强调了“学生为主体”的课程观，即学生的学习效果侧重于从学生的实践感知和实践阅历动身来构件学问和实力，基于“做中学”强化学生探究爱好和实践实力，从而体现了学与做的结合、知与行的统一。 明的确践对象与执行方案 CDIO工程教化模式主要特点是深化技术学问基础和实际职业实力的二元学习阅历模式，且该模式的基本原则是反复强化实践，因此CDIO模式的实践必需包括两个或者更多的设计与实施环节。详细来说，航天专业固体力学系列课程体系的实践对象包括如下三类环节：第一个是突出导论性基础课程，即引导学生入门工程实践，领会工程技术的魅力；其次个是初级的实践环节，即针对核心基础课程工程力学开展课堂一线教学改革探讨；第三个是高级的实践环节，即针对来源于科研任务的设计综合项目进行教学改革实践。 三、CDIO模式下航天专业固体力学系列课程的详细设计与教学实践 教学理念的转变最终体现为课程设置、教学内容与实践对象的改革。在我校2022本科人才培育方案中，我院结合CDIO模式对航天专业固体力学系列导论课程进行了详细设计与教学实践的工作，主要包括如下三个方面： 导论性课程的设置 导论性课程是一个早期的基础工科课程，我院针对航天专业的大一新生设置了导论课程空天工程导论，要求选课学生具有肯定的数理基础即可。该课程内容主要介绍飞行简史、工程学简介、航空器飞行原理、结构与动力系统等基本概念、基本学问，通过它为入学新生搭建了航空航天器设计、构造、应用所需的学问框架。同时，课程还供应了一个初级的设计实现的实践，让学员参加水火箭或LTA飞行器的设计与制作。 设置导论课程的主要目的快速引导学生了解航天器的基本构造及工作原理，让学生参加入门的工程实践，从而激发学生爱好和后期加强学习的主动性。 目前，我院30学时的空天工程导论课程已经胜利申请为我校的精品视频课程，主讲老师的授课教案和讲义脚本已经完成，且授课视频录制已完成一半以上。 工程力学课程的教学改革 首先，调研了近年来国内高校在工程力学课程中的改革探讨：例如，天津科技高校的李秋玥在建构主义教学基础上建立“刨设问题情境”教学法1，山东英才学院的来小丽实施项目驱动教学法2，哈尔滨学院的张田梅探究了探讨性教学法在工程力学课程教学中的实践。上述内容从不同方法与形式来提高学生处理分析和解决工程实际问题的实力，均可作为低年级核心力学课程改革的组成部分。 其次，调整了我院的工程力学教学内容：在静力学部分中重点介绍构件的受力分析、简化与平衡规律；在材料力学部分中以杆件的轴向拉压、扭转和弯曲三个基本变形为探讨目标，以“内力分析内力计算应力应变计算”为逻辑分析主线，结合强度理论、稳定性分析或能量法来优化组织教学内容，并删除了图乘法和摩尔圆等内容。 然后，改革了我院的工程力学教学方法与成果评定：理论讲授采纳了习题讲解、启发式、研讨式、案例式等多元化教学方法；试验操作侧重学生动手实力培育，要求学生根据23人合作或单人独立完成课程内13项试验内容，同时试验室实行了激励课外开放式试验的机制；成果评定是将考核点分布于教学全过程中，即由平常成果、课堂探讨、试验操作、试验报告、科技小论文、期末成果等考核点综合评定最终成果。 最终，给出工程力学课程近年内取得的成果：2022年工程力学评为校优课程；2022年托付科学出版社再版了工程力学教材；2022年胜利申报了36学时的MOOC课程工程力学，目前主讲人和授课内容已确定，2022年完成了省精品课程工程力学复核工作，并向湖南省高校数字教学资源中心提交了课程教学视频、课件、教学大纲、电子教案、教学案例、试题习题、文献资料、教学成果、软件工具等电子材料整理；2022年该课程主讲老师分别获得了学校教学质量新星奖和学校本科教学优秀个人一等奖；2022年试验室新增加了XL3418K互动式普及型材料力学试验装置，完成了12个虚拟试验的材料整理。 高校生创新实践项目与本科毕业设计综合项目的优化 CDIO模式将顶峰级实践体验作为本科教化的顶点。该实践环节往往侧重于学生对以前所学学问的综合运用以及创新实力的培育，要求学生在大三或大四年级中申请了综合项目实践，以团队或个人形式担当来源于科研项目的、更为困难的实际任务。 我院高年级本科生顶峰级实践环节大多数包括高校生创新实践项目与本科毕业设计综合项目两类。例如，为了优化本科毕业设计模式，笔者所在课题团队实行“双团队设计项目”的集成教学方法进行了如下实践工作：首先，成立了以航天方面的学科带头人为核心，包括结构动力学与设计、振动限制、姿态限制、电子电路共5人组成的老师团队；将总体设计、主控分系统、姿控分系统、动力学建模与分析、帆板振动分系统、星体结构设计等六个子项目形成课题任务书，让学生自主选择，并形成了自然分工、相互合作的学生团队；之后，学生会在老师的指导下，根据任务书安排在规定的时间段内逐步完成开题审查、中期检查、方案设计、理论推导与计算、设计制造、试验验证、撰写报告、项目验收或毕业答辩等步骤。 在课题团队的努力下，近年来取得了如下可喜的成果：2022年课题团队成员指导的省级高校生创新实践项目座椅弹性缓冲器等效刚度分析与试验探讨顺当验收，并且验收结论为优秀；课题团队指导了2022年国家级高校生创新实践项目非对称复合材料拉伸-扭转耦合结构设计，目前为在研阶段；接着完善了学校级的基础力学虚拟仿真试验教学分中心、应用力学虚拟仿真试验教学分中心、力学与航天工程虚拟仿真试验教学中心的工作，并且在省实践教学示范中心的基础上，试验室2022年胜利申请为国家级力学与航天工程虚拟仿真试验教学中心。 四、结束语 对航天专业固体力学系列课程进行设计与应用的教学实践表明，由于航天航空领域内许多问题是多学科交叉融合、与实际工程联系紧密的问题，应用CDIO教化理念中深化技术学问基础和实际职业实力的二元学习阅历模式，对于学生驾驭扎实的专业学问和技能，感受鲜活的科学探讨过程，激发创新意识起到了良好的促进作用。 参考文献： 1李秋玥，马健，刘恒科.刨设问题情境教学法在“工程力学”教学中的应用J.教化时空，2022，：211. 2来小丽.项目驱动教学法在“工程力学”教学中的应用J.中国电力教化，课程教材，2022，：103-104. 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页