CDIO型一体化课程体系的构建

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。”
广州大学机电工程系 CDIO型一体化课程体系的构建
二、知识体系的实现
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。
3级 4级
静力学
数值计算
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
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CDIO型一体化课程体系的构建
一、知识体系的构造
4.知识点的排序
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”。
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CDIO型一体化课程体系的构建
二、知识体系的实现
（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。
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谢谢！
如力学的历史背景
如力的标量计算
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二、知识体系的实现
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。
1.知识点的无缝连接问题
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。 （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。
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二、知识体系的实现
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。
机械设计制造及其自动化专业
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
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。
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一体化课程 体系
知识体系
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能力体系
方法体系
广州大学机电工程系 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
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一、知识体系的构造
3.知识点的优化
（3）在3级及其以下层面上更新知识点 面向工程应用 以静力学为例： 以空间分析为主 (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， 面向现代技术 以数值计算为主 还是以数值计算为主？ 优化
2级
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。
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CDIO型一体化课程体系的构建
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。
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一、知识体系的构造
5.知识点的评价
很重要 ① 高频知识点 ② 贯穿知识点
很抽象 如应力与应变 重要性评价 较重要 中频知识点 抽象性评价 较抽象 如分布力 学习方式评价 选修
一般重要 低频知识点
一般 如集中力
必修
自修
如力的矢量运算
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二、知识体系的实现
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
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
现实版
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。
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。
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知识
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。
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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。
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二、知识体系的实现
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。 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” 。
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知识点1 知识点2
知识 体系
……
知识点i
……
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2.知识点的抽取与分级
抽取知识点 知识点分级 1级 2级 3级 4级 力学
静力学 运动学 动力学 材料力学 流体力学 断裂力学 热力学 蠕变 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
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一、知识体系的构造
1.构造思路
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 知识点n 与衔接等诸多问题。 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：
以传统课程为基础
继承传统：可操作
5级
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……
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一、知识体系的构造
3.知识点的优化
（1）优化原则
面向工程应用；
面向现代技术。 （2）在2级层面上增加新的知识点 2级
静力学 运动学 动力学 材料力学 流体力学 断裂力学 热力学 蠕变
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。