| 标题 | 基于CDIO理念及实践类项目的结构力学课程改革研究 |
| 范文 | 刘哲 胡文龙 摘要：结构力学作为土木专业传统的基础力学课在土木工程专业的教学和学生学习中起到基石作用，随着国外CDIO教育理念的引入及我国卓越工程师教育改革的深入，如何保证这门传统学科符合时代需求成为土木专业教师和学生需要思考的问题。文章结合汕头大学工科基础课教学改革，探讨了实践类项目（三级项目）在结构力学课程中的应用，为今后相关课程改革提供了一定的借鉴。 关键词：CDIO；工程教育；实践类项目；土木工程专业；结构力学 中图分类号：TU311；G6420 文献标志码：A 文章编号：10052909（2014）03005206 大量教育实践证实，教育理念既是课程与教学改革的上层建筑也是重要基础，如何确定教育理念是教学改革的顶层制度设计问题。麻省理工学院和瑞典皇家工学院等经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，倡导工程教育应当从科学向工程的回归。CDIO工程教育模式自2005年引入中国以来，在短短几年内就对中国工程教育产生了深远的影响，CDIO代表构思Conceive、设计Design、实施Implement和运行Operate。CDIO以产品研发到产品的运行维护和废弃的全生命周期为载体建立相互支撑和有机联系的一体化课程体系让学生以主动、实践的方式学习工程[1]。CDIO工程教育模式以专业理论为基础，关注实践，强调新一代卓越工程师培养的核心信念。 国内工程高等教育人员发现其优点将其应用于不同专业的工科学生的培养过程中[2-4]，如信息工程、软件工程、工业工程等，通过近些年的教育改革逐渐形成了具有中国特色的卓越工程师培养计划及方案。与此同时，该理念也渗透到具体课程的教学大纲制定过程中[5-9]，如理论力学、路基路面、土木工程材料、工程经济学、工程管理等。尽管上述研究人员对不同专业和土木工程专业的相关课程围绕CDIO理念的应用进行了相应的研究，但是对结构力学这门课程的研究相对较少。 土木工程专业作为工程教育中实用性、操作性强的专业与CDIO教育理念相吻合，汕头大学土木系作为汕头大学EIP—CDIO改革的试点单位在专业基础课及专业课方面都进行了有益的尝试。文章以土木专业基础力学课——结构 力学为研究对象深入探讨了三级项目（实践类项目）与CDIO教育理念在课程教学中的应用，为从事工程教育研究特别是从事土木工程专业教育研究的人员和学者提供一定的参考。 一、 结构力学课程现状 （一） 课程的作用与定位 结构力学（Structure Analysis或Structure Mechanics）在国内外高等学校土木专业课程中占有非常重要的地位。作为土木工程专业力学基础课，结构力学一方面以高等数学、理论力学、材料力学等课程为基础，另一方面，又是钢结构、钢筋混凝土结构、土力学与地基基础、结构抗震等专业课的基础。结构力学不但为后续课程提供必需的基础知识和计算方法，而且在课程设计、毕业设计的过程中也要反复用到结构力学知识，因此，在整个课程体系中处于承上启下的核心地位。该课程的学习效果将影响到上述专业课程的学习，也是影响土木工程专业学生培养质量的重要因素之一。 （二）课程的重点与难点 该课程在弹性小变形的假定下，对实际结构进行简化并建立结构计算简图，利用平衡条件、力法及位移法计算静定及超静定结构杆件的内力及变形，同时在此基础上计算结构动力特性及稳定特性。而要熟练掌握上述课程内容除了进行大量习题外，更为重要的是将课程理论与实际结构相结合，遵循从实际结构→计算简图→方法选择→受力分析→结果判断的流程。而上述流程分别对应经典结构力学方法、计算结构力学方法和概念结构力学方法（图1）。同时这些方法与流程的应用与CDIO所倡导的基于项目和实际结构的教育理念有共同的思路。 图1三种结构力学方法的关系 二、实践型项目在结构力学课程中的应用 传统的结构力学课程设计遵循的基本思路是习题+作业+考试的模式，但是经多年的结构力学教学实践发现，这种方式培养的是学生的做题能力，并不是学生如何应用力学基础解决实际工程问题的能力。为此汕头大学结构力学教研组遵循CDIO的工程教育理念在结构力学I和II课程中渗透了三级项目，建立三级实践类项目与CDIO相关内力的对应关系，在构思—设计—实现的过程中，激发学习兴趣，发挥学生的主观能动性，进一步理解结构力学的基本概念及方法，以及其在工程实际中的应用。 （一）三级项目与CDIO能力的对应关系 课程在参考《高等学校土木工程本科指导性专业规范》中对结构力学课程知识单元及知识点的描述后，确定表1所示的各教学环节，并将教学环节与CDIO能力和ASCE BOK2所确定的学习成果相对应，建立了教学环节和能力的联系。 （二）项目设计 表2表列出了结构力学I和II课程中三级项目的名称、技术目标、能力目标及相关要求和考核方法。 （三）评分方式 在引入CDIO理念后的结构力学课程评分构成（表3）及方式（表4）也相应发生改变，采用该种评分方式后，能激发学生对结构力学的学习兴趣，更为重要的是将简单枯燥的 结构力学理论授课与实际工程讨论、三级项目设计结合，真正从应试能力培养过渡到实际应用能力培养，让学生懂得什么是结构力学（What），为什么学习结构力学（Why），如何用结构力学（How）。 （四） MYSTU平台的结合 MYSTU教学平台（图3）是任课教师和学生的交流和学习平台，其中包括了课程的进度计划、学生讨论区、作业管理区、课程管理区等，教师可以通过此平台发布作业，批改作业、登记成绩，实现了作业提交的电子化和可记录化功能。 图2MYSTU 操作平台 按照CDIO理念进行结构力学课程的调整后，学生可以通过该平台进行项目报告的提交及相关问题的提问，课堂学习与网络学习结合，不但实现了教师与学生沟通的及时性，也避免了迟交作业的现象。 三、 问题反思 目前国内外的教学机构对学生及教师在课程及项目实施过程中发现的问题或者称为反思教育尤为关注，因此，结构力学课程改革的另外一个特点就是通过对课程目标的重新定义及CDIO能力的对应关系，确定实践类项目的反思内容和CDIO能力之间的关系（表5）。以结构力学I的三级项目为例，其反思问题与CDIO能力的对应关系如表5。 四、 成果与展示 学习效果对评价课程改革起很重要的作用，评价CDIO理念在结构力学三级项目改革中的效果也成为衡量该课程改革效果的标准。以结构力学I及II中的三级项目为例，学生按学号分组（5～6人），待项目完成后对其项目成果进行汇报，教师和学生均可以对其展示内容进行提问，最后通过学生小组成员的综合表现确定项目的分数（图3）。 成果展示可以培养学生的表达和小组组织能力，并且通过对三级项目的计算及不同工程结构的理解，加深结构力学同实际工程的联系，进一步加深计算结构力学概念在经典结构力学中的应用。这些过程从本质上培养了学生对力学问题的理解以及学生探索、求知的能力。 图3三级项目试验过程 通过将CDIO理念与结构力学课程的结合，学生充分了解了结构力学的上述流程，在学生三级项目中得到了应用。 五、 结语 CDIO工程教育模式是直接按照工业界要求建立的一整套工程教育实施体系，它回答了工业界提出的“培养什么人”和“怎样培养人”这两个对工程教育人士提出的根本问题。文章对实践类项目如何与CDIO教育模式及结构力学课程结合进行了描述，通过上述内容的阐述发现将CDIO教育理念和实践类项目引入结构力学课程后，将传统的教师理论讲授和学生题海战术的教学方式进行了改革，激发了学生主动学习力学基础知识的兴趣，从一定程度上解决了为什么学习结构力学，什么是结构力学及如何应用结构力学这三个一直困扰学生和主讲教师的问题。参考文献： [1]顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-19. [2]何朝阳，曹祁，杜树旺，等.基于C&P-CDIO模式的电子信息工程专业人才培养[J].高等工程教育研究，2013（2）：60-63. [3]杨夏妮.基于CDIO工程教育模式的“软件工程”实践教学研究[J].玉林师范学院学报：自然科学，2012，33（2）：139-142. [4]慕光宇，薛冬娟，潘颖.基于CDIO 理念的工业工程专业实践教学初探[J].装备制造技术，2013（8）：52-53. [5]张世民，史晟邑，丁智，等.CDIO实践项目在《理论力学》教学中的应用[J].武汉理工大学学报：社会科学版，2013（26）：225-227. [6]吴鸣，熊光晶.基于CDIO理念的路基路面工程教学改革实践与探讨[J].长沙铁道学院学报，2007（4）：244-246. [7]陈会凡，李广慧.CDIO工程教育模式在土木工程材料中的应用研究[J].高等建筑教育，2011，20（4）：39-43. [8]刘国买.基于CDIO的工程经济学课程教学改革[J].高等建筑教育，2012，21（6）：64-67. [9]冯治诏，刘龙龙，陈卓，等.基于CDIO的工程管理实习基地建设模式探索[J]. 高等工程教育研究，2012（4）：165-170. 三、 问题反思 目前国内外的教学机构对学生及教师在课程及项目实施过程中发现的问题或者称为反思教育尤为关注，因此，结构力学课程改革的另外一个特点就是通过对课程目标的重新定义及CDIO能力的对应关系，确定实践类项目的反思内容和CDIO能力之间的关系（表5）。以结构力学I的三级项目为例，其反思问题与CDIO能力的对应关系如表5。 四、 成果与展示 学习效果对评价课程改革起很重要的作用，评价CDIO理念在结构力学三级项目改革中的效果也成为衡量该课程改革效果的标准。以结构力学I及II中的三级项目为例，学生按学号分组（5～6人），待项目完成后对其项目成果进行汇报，教师和学生均可以对其展示内容进行提问，最后通过学生小组成员的综合表现确定项目的分数（图3）。 成果展示可以培养学生的表达和小组组织能力，并且通过对三级项目的计算及不同工程结构的理解，加深结构力学同实际工程的联系，进一步加深计算结构力学概念在经典结构力学中的应用。这些过程从本质上培养了学生对力学问题的理解以及学生探索、求知的能力。 图3三级项目试验过程 通过将CDIO理念与结构力学课程的结合，学生充分了解了结构力学的上述流程，在学生三级项目中得到了应用。 五、 结语 CDIO工程教育模式是直接按照工业界要求建立的一整套工程教育实施体系，它回答了工业界提出的“培养什么人”和“怎样培养人”这两个对工程教育人士提出的根本问题。文章对实践类项目如何与CDIO教育模式及结构力学课程结合进行了描述，通过上述内容的阐述发现将CDIO教育理念和实践类项目引入结构力学课程后，将传统的教师理论讲授和学生题海战术的教学方式进行了改革，激发了学生主动学习力学基础知识的兴趣，从一定程度上解决了为什么学习结构力学，什么是结构力学及如何应用结构力学这三个一直困扰学生和主讲教师的问题。参考文献： [1]顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-19. [2]何朝阳，曹祁，杜树旺，等.基于C&P-CDIO模式的电子信息工程专业人才培养[J].高等工程教育研究，2013（2）：60-63. [3]杨夏妮.基于CDIO工程教育模式的“软件工程”实践教学研究[J].玉林师范学院学报：自然科学，2012，33（2）：139-142. [4]慕光宇，薛冬娟，潘颖.基于CDIO 理念的工业工程专业实践教学初探[J].装备制造技术，2013（8）：52-53. [5]张世民，史晟邑，丁智，等.CDIO实践项目在《理论力学》教学中的应用[J].武汉理工大学学报：社会科学版，2013（26）：225-227. [6]吴鸣，熊光晶.基于CDIO理念的路基路面工程教学改革实践与探讨[J].长沙铁道学院学报，2007（4）：244-246. [7]陈会凡，李广慧.CDIO工程教育模式在土木工程材料中的应用研究[J].高等建筑教育，2011，20（4）：39-43. [8]刘国买.基于CDIO的工程经济学课程教学改革[J].高等建筑教育，2012，21（6）：64-67. [9]冯治诏，刘龙龙，陈卓，等.基于CDIO的工程管理实习基地建设模式探索[J]. 高等工程教育研究，2012（4）：165-170. 三、 问题反思 目前国内外的教学机构对学生及教师在课程及项目实施过程中发现的问题或者称为反思教育尤为关注，因此，结构力学课程改革的另外一个特点就是通过对课程目标的重新定义及CDIO能力的对应关系，确定实践类项目的反思内容和CDIO能力之间的关系（表5）。以结构力学I的三级项目为例，其反思问题与CDIO能力的对应关系如表5。 四、 成果与展示 学习效果对评价课程改革起很重要的作用，评价CDIO理念在结构力学三级项目改革中的效果也成为衡量该课程改革效果的标准。以结构力学I及II中的三级项目为例，学生按学号分组（5～6人），待项目完成后对其项目成果进行汇报，教师和学生均可以对其展示内容进行提问，最后通过学生小组成员的综合表现确定项目的分数（图3）。 成果展示可以培养学生的表达和小组组织能力，并且通过对三级项目的计算及不同工程结构的理解，加深结构力学同实际工程的联系，进一步加深计算结构力学概念在经典结构力学中的应用。这些过程从本质上培养了学生对力学问题的理解以及学生探索、求知的能力。 图3三级项目试验过程 通过将CDIO理念与结构力学课程的结合，学生充分了解了结构力学的上述流程，在学生三级项目中得到了应用。 五、 结语 CDIO工程教育模式是直接按照工业界要求建立的一整套工程教育实施体系，它回答了工业界提出的“培养什么人”和“怎样培养人”这两个对工程教育人士提出的根本问题。文章对实践类项目如何与CDIO教育模式及结构力学课程结合进行了描述，通过上述内容的阐述发现将CDIO教育理念和实践类项目引入结构力学课程后，将传统的教师理论讲授和学生题海战术的教学方式进行了改革，激发了学生主动学习力学基础知识的兴趣，从一定程度上解决了为什么学习结构力学，什么是结构力学及如何应用结构力学这三个一直困扰学生和主讲教师的问题。参考文献： [1]顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-19. [2]何朝阳，曹祁，杜树旺，等.基于C&P-CDIO模式的电子信息工程专业人才培养[J].高等工程教育研究，2013（2）：60-63. [3]杨夏妮.基于CDIO工程教育模式的“软件工程”实践教学研究[J].玉林师范学院学报：自然科学，2012，33（2）：139-142. [4]慕光宇，薛冬娟，潘颖.基于CDIO 理念的工业工程专业实践教学初探[J].装备制造技术，2013（8）：52-53. [5]张世民，史晟邑，丁智，等.CDIO实践项目在《理论力学》教学中的应用[J].武汉理工大学学报：社会科学版，2013（26）：225-227. [6]吴鸣，熊光晶.基于CDIO理念的路基路面工程教学改革实践与探讨[J].长沙铁道学院学报，2007（4）：244-246. [7]陈会凡，李广慧.CDIO工程教育模式在土木工程材料中的应用研究[J].高等建筑教育，2011，20（4）：39-43. [8]刘国买.基于CDIO的工程经济学课程教学改革[J].高等建筑教育，2012，21（6）：64-67. [9]冯治诏，刘龙龙，陈卓，等.基于CDIO的工程管理实习基地建设模式探索[J]. 高等工程教育研究，2012（4）：165-170. |
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