基于CDIO工程教育模式的工程流体力学教学改革初探
Abstract： Aiming at existed problems in the teaching course of the engineering fluid dynamics， combined with the CDIO Engineering Educational Model， the teaching reforms are done in relationship between educational theory and practice， the style of study construction， teachers' role transformation and teaching evaluation， focusing on strengthening the training of students' abilities of active learning， engineering application and teamwork. It is proved that the expected personnel training objectives have been achieved by the practice of CDIO model， and it also provides a reference for the teaching reforms of other courses.
Key words： the CDIO Engineering Educational Model；engineering fluid dynamics；teaching innovation；third-grade project
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）11-0217-04
0 引言
随着中国工业化进程的不断推进和“再工业化”战略的提出[1]，我国需要一大批有着扎实的专业知识、具备良好工程能力的工程师人才。应用型本科院校承担着培养创新能力和工程能力人才的重任。如何使毕业生具备良好的自主学习能力、团队合作意识、系统分析和动手能力，已成为我国高等工程教育改革的重点和难点。
CDIO是一种强调创新与工程实践的新型高等教育模式，其核心是将教学与工程实践紧密结合，以满足企业对工程人才知识结构和工程能力的需求，解决传统工科高等院校在人才培养中出现的重理论教学轻实践问题。按CDIO模式培养的学生，学习迁移能力、理论联系实践能力强，具备自主学习能力和“终生学习”的习惯，深受社会与企业欢迎[2，3]。
工程流体力学是力学的一个重要分支，侧重在生产生活上与气体和液体相关的工程实际应用，它不追求数学上的严密性，而是趋向于解决工程中出现的实际问题[4]。要求学生对试验研究、理论分析和数值计算有深入的理解，才能对实际工程问题进行定性、定量分析。将CDIO教学模式引入工程流体力学的课程教学改革中，更有利于提高学生的工程实践能力和水平。
1 工程流体力学课程存在的问题
1.1 理论教学困难
随着教学计划改革的进行，工程流体力学课程的教学计划课时由传统的50课时缩减为目前的32课时。其中，教学学时为26课时，实验学时为6课时，学时少，内容多，学生理解困难。
1.2 学生学习主动性差
传统课程理论性较强，需要熟练掌握的公式复杂，内容较为抽象，学生存在理解困难、理论与实践脱节等问题。同时实验环节学生的参与度很低，看多于做，更谈不上思考和理解。
1.3 考核方式单一
传统的笔试考核方式造成了学生学习依赖心里严重，学习迁移能力差等问题。只在乎基本理论的死记硬背和卷面考试，面对实际问题无从下手，难以判断学生对课程的掌握情况。
2 CDIO工程教育理念
CDIO工程教育模式是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究团队于2001年创立的新型的工程教育模型。CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate），包括了三个核心文件：1个愿景、1个大纲和12条标准[5]。根据工程师应具备的能力以逐级细化的方式表达出来，为工程教育改革提供了系统全面的指导，代表了当代工程教育的发展趋势。
CDIO工程教育模式从2005年引进我国以来，取得了令人瞩目的成就。燕山大学作为教育部机械类、电气类的CDIO工程教育模式研究与实践课题组试点的第一批高校之一，积极推进CDIO工程教育改革进程。自2008年春季学期开始实施基于CDIO模式的教学改革以来，已经培养了七届毕业生，积累了丰富的教学改革经验，并不断进行创新，为CDIO工程教育模式在中国的发展做出了一定的贡献。
3 规划调整基于现代工程环境下的“工程流体力学”课程体系
传统的工程流体力学教学体系已经不能满足当今社会对工程人才素质的需求。基于CDIO思想构建的新的课程体系，加强了对学生基础知识积累和运用的要求，强化工程实践环节，重视对学生动手能力的培养。同时，重点介绍工程流体力学的最新科学技术领域和工程领域的发展，以构建新型多层次课程教学体系。在实际改革进程中，要强调基础素质的培养，采用课堂理论教学、课下多层次实验和三级项目相结合的方法，注重与学生之间的交流与反馈，将基于CDIO的课程教育改革平稳、有序地进行[6]。 4 基于CDIO的课程具体教改内容
4.1 理论教学环节改革
针对工程流体力学学科基础性强，理论难度大，应用范围广的特点，基于CDIO思想的课程改革采用将授课内容精简，关键知识点精讲，综合性知识点布置主题性任务的方法，让学生主动学习，拓展知识面，培养了学生进行独立思考的能力。充分利用互联网资源以及教师的实际工程经验，对知识点进行剖析，增强学生对知识点的感性认识。同时制作大量的流体流动动画，展示最新工程流体力学学科应用资料，极大地丰富了教学资源，便于理解重要知识点，激发学生的学习兴趣和主动性。
4.2 实践教学环节改革
华裔诺贝尔物理学奖获得者李政道先生，在关于杰出科学人才培养的问题上特别强调实验精神和实验能力。基于CDIO思想课程改革的实践环节，以三级项目为主，多层次实验教学为辅，全面锻炼学生的知识检索能力，团队协作交流能力，多学科、大系统的掌控能力，并能够对学生知识的掌握情况进行深入的了解[7]。
工程流体力学三级项目包括：系统全面的任务要求，灵活多变的题目选择，细致的团队任务分工，明确的节点汇报形式，以及一套合理的考核机制。
以2014年秋季学期工程流体力学三级项目为例，要求每个班级的学生自行组队，3-5人一组，每组选出一个组长，分别从表1的六个题目中任选一个为题，对该题目进行分析、求解，明确组内成员分工，按时进行节点汇报，最后提交三级项目的课程报告和项目感想，抽签进行PPT汇报。
通过对学生的反馈信息和实际表现进行分析可以看出，三级项目的方法可以将CDIO教育改革理念与课程知识完美融合。不仅让学生对所学知识有了更加深刻的理解，锻炼工程实践能力，而且让教师的参与者和引领者作用得到充分发挥。
4.3 学风建设环节改革
工程流体力学课程的理论难度较大，采用传统的课堂式教学和单一卷面考核的方式，使学生只关注考试得高分，做实验不提前准备、不关注原理，更让一部分学生产生了课程学了也毫无用处的想法。
基于CDIO工程教育的流体力学课程改革，严格按照CDIO的12条标准与能力大纲的要求，设计出一套合理的、循序渐进的三级项目考核机制。在项目的进展过程中，学生需要付出很多的课余时间，对项目的相关内容进行广泛的搜索和学习，通过软件仿真、理论计算以及与工程应用对比等方式，使学生对所学知识有了更深刻的认识。同时，学生充分体会到了团队合作过程中，成员间交流、沟通、共享的重要性，体会到了集体智慧带来的冲击，以及团队合力完成项目的成就感。在听取其他小组汇报的过程中，对整个课程也有了更加深刻的理解。
4.4 教师身份转换环节改革
根据CDIO工程教育改革方案的要求，教师不仅仅是知识的传播者，更是知识交流的参与者和引导者[8]。教师在自身知识和工程经验积累的基础上，严格按照CDIO工程教育改革能力大纲要求，系统、全面地整理出独具特色的课堂教学教案。表2给出了工程流体力学课程某一个单位学时的部分课堂教学教案，只有按照详尽的能力大纲的要求，才能充分保障教学质量。在三级项目考核机制的进程中，每个小组都要与教师在课下进行深入的沟通和交流。这种轻松、愉悦的沟通方式，不仅拉近了教师与学生之间的距离，而且使教师能够更加充分地发挥参与者和引领者的作用，积极地引领学生走向自主学习和探索的阶段。
4.5 考核机制环节改革
与传统单一卷面考核的方式相比，基于CDIO工程教育改革的考察机制更加注重对学生学习态度和学习能力的考察。目前采用的考核方法是：课堂出勤0.1，平时作业0.1，实验成绩0.1，三级项目0.1，考试卷面成绩0.6。其中，三级项目由二部分组成：
①组内互评等分，总分5分，最优分和最差分相差不得小于1分，组内人均得分为4分；
②导师评分，总分5分，最优分和最差分相差不得小于1分。
实践证明，CDIO工程教育改革的考核机制更加公平、合理，克服了学生对卷面考试的依赖，提高了学习的积极性，同时保证了课程、实验和三级项目的正常有序进行。近三年的课程合格率由改革前的低于75%，稳步增长并保持在90%以上，获得了学生们的广泛认可。
5 结束语
CDIO工程教育体系是基于欧美发达国家的教育基础而提出发展的，并不完全符合我国的教育情况和社会背景。如何将CDIO工程教育改革消化吸收，与中国的社会现状和教育现状相结合，走出一条具有中国特色的教学改革之路，是今后CDIO在中国发展的重点和难点。
通过对几年来基于CDIO工程教育理念的工程流体力学课程改革成果进行分析，可以得出很多宝贵的经验。应用型本科院校必须克服困难，强调方法，将改革进行下去，只有这样才能培养出符合当代社会发展需要的工程型人才。同时，教育改革是一个漫长的过程，必须本着“决策―实施―检查―反馈―修正”的闭环管理思路，才能将改革合理、平稳地进行下去。
