劉哲　胡文龍

摘要：結(jié)構(gòu)力學(xué)作為土木專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)課在土木工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)中起到基石作用，隨著國(guó)外CDIO教育理念的引入及我國(guó)卓越工程師教育改革的深入，如何保證這門(mén)傳統(tǒng)學(xué)科符合時(shí)代需求成為土木專(zhuān)業(yè)教師和學(xué)生需要思考的問(wèn)題。文章結(jié)合汕頭大學(xué)工科基礎(chǔ)課教學(xué)改革，探討了實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目（三級(jí)項(xiàng)目）在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的應(yīng)用，為今后相關(guān)課程改革提供了一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：CDIO；工程教育；實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目；土木工程專(zhuān)業(yè)；結(jié)構(gòu)力學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU311；G6420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10052909（2014）03005206

大量教育實(shí)踐證實(shí)，教育理念既是課程與教學(xué)改革的上層建筑也是重要基礎(chǔ)，如何確定教育理念是教學(xué)改革的頂層制度設(shè)計(jì)問(wèn)題。麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等經(jīng)過(guò)四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，倡導(dǎo)工程教育應(yīng)當(dāng)從科學(xué)向工程的回歸。CDIO工程教育模式自2005年引入中國(guó)以來(lái)，在短短幾年內(nèi)就對(duì)中國(guó)工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，CDIO代表構(gòu)思Conceive、設(shè)計(jì)Design、實(shí)施Implement和運(yùn)行Operate。CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運(yùn)行維護(hù)和廢棄的全生命周期為載體建立相互支撐和有機(jī)聯(lián)系的一體化課程體系讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程[1]。CDIO工程教育模式以專(zhuān)業(yè)理論為基礎(chǔ)，關(guān)注實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)新一代卓越工程師培養(yǎng)的核心信念。

國(guó)內(nèi)工程高等教育人員發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)將其應(yīng)用于不同專(zhuān)業(yè)的工科學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中[2-4]，如信息工程、軟件工程、工業(yè)工程等，通過(guò)近些年的教育改革逐漸形成了具有中國(guó)特色的卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃及方案。與此同時(shí)，該理念也滲透到具體課程的教學(xué)大綱制定過(guò)程中[5-9]，如理論力學(xué)、路基路面、土木工程材料、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程管理等。盡管上述研究人員對(duì)不同專(zhuān)業(yè)和土木工程專(zhuān)業(yè)的相關(guān)課程圍繞CDIO理念的應(yīng)用進(jìn)行了相應(yīng)的研究，但是對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)這門(mén)課程的研究相對(duì)較少。

土木工程專(zhuān)業(yè)作為工程教育中實(shí)用性、操作性強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)與CDIO教育理念相吻合，汕頭大學(xué)土木系作為汕頭大學(xué)EIP—CDIO改革的試點(diǎn)單位在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)課方面都進(jìn)行了有益的嘗試。文章以土木專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課——結(jié)構(gòu)

力學(xué)為研究對(duì)象深入探討了三級(jí)項(xiàng)目（實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目）與CDIO教育理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用，為從事工程教育研究特別是從事土木工程專(zhuān)業(yè)教育研究的人員和學(xué)者提供一定的參考。

一、 結(jié)構(gòu)力學(xué)課程現(xiàn)狀

（一） 課程的作用與定位

結(jié)構(gòu)力學(xué)（Structure Analysis或Structure Mechanics）在國(guó)內(nèi)外高等學(xué)校土木專(zhuān)業(yè)課程中占有非常重要的地位。作為土木工程專(zhuān)業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課，結(jié)構(gòu)力學(xué)一方面以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，另一方面，又是鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)抗震等專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)力學(xué)不但為后續(xù)課程提供必需的基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算方法，而且在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也要反復(fù)用到結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)，因此，在整個(gè)課程體系中處于承上啟下的核心地位。該課程的學(xué)習(xí)效果將影響到上述專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，也是影響土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要因素之一。

（二）課程的重點(diǎn)與難點(diǎn)

該課程在彈性小變形的假定下，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化并建立結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，利用平衡條件、力法及位移法計(jì)算靜定及超靜定結(jié)構(gòu)桿件的內(nèi)力及變形，同時(shí)在此基礎(chǔ)上計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及穩(wěn)定特性。而要熟練掌握上述課程內(nèi)容除了進(jìn)行大量習(xí)題外，更為重要的是將課程理論與實(shí)際結(jié)構(gòu)相結(jié)合，遵循從實(shí)際結(jié)構(gòu)→計(jì)算簡(jiǎn)圖→方法選擇→受力分析→結(jié)果判斷的流程。而上述流程分別對(duì)應(yīng)經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)方法、計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)方法和概念結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（圖1）。同時(shí)這些方法與流程的應(yīng)用與CDIO所倡導(dǎo)的基于項(xiàng)目和實(shí)際結(jié)構(gòu)的教育理念有共同的思路。

圖1三種結(jié)構(gòu)力學(xué)方法的關(guān)系

二、實(shí)踐型項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程設(shè)計(jì)遵循的基本思路是習(xí)題+作業(yè)+考試的模式，但是經(jīng)多年的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種方式培養(yǎng)的是學(xué)生的做題能力，并不是學(xué)生如何應(yīng)用力學(xué)基礎(chǔ)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。為此汕頭大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)教研組遵循CDIO的工程教育理念在結(jié)構(gòu)力學(xué)I和II課程中滲透了三級(jí)項(xiàng)目，建立三級(jí)實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目與CDIO相關(guān)內(nèi)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，進(jìn)一步理解結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念及方法，以及其在工程實(shí)際中的應(yīng)用。

（一）三級(jí)項(xiàng)目與CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系

課程在參考《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范》中對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程知識(shí)單元及知識(shí)點(diǎn)的描述后，確定表1所示的各教學(xué)環(huán)節(jié)，并將教學(xué)環(huán)節(jié)與CDIO能力和ASCE BOK2所確定的學(xué)習(xí)成果相對(duì)應(yīng)，建立了教學(xué)環(huán)節(jié)和能力的聯(lián)系。

（二）項(xiàng)目設(shè)計(jì)

表2表列出了結(jié)構(gòu)力學(xué)I和II課程中三級(jí)項(xiàng)目的名稱(chēng)、技術(shù)目標(biāo)、能力目標(biāo)及相關(guān)要求和考核方法。

（三）評(píng)分方式

在引入CDIO理念后的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程評(píng)分構(gòu)成（表3）及方式（表4）也相應(yīng)發(fā)生改變，采用該種評(píng)分方式后，能激發(fā)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，更為重要的是將簡(jiǎn)單枯燥的

結(jié)構(gòu)力學(xué)理論授課與實(shí)際工程討論、三級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)合，真正從應(yīng)試能力培養(yǎng)過(guò)渡到實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)，讓學(xué)生懂得什么是結(jié)構(gòu)力學(xué)（What），為什么學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)（Why），如何用結(jié)構(gòu)力學(xué)（How）。

（四） MYSTU平臺(tái)的結(jié)合

MYSTU教學(xué)平臺(tái)（圖3）是任課教師和學(xué)生的交流和學(xué)習(xí)平臺(tái)，其中包括了課程的進(jìn)度計(jì)劃、學(xué)生討論區(qū)、作業(yè)管理區(qū)、課程管理區(qū)等，教師可以通過(guò)此平臺(tái)發(fā)布作業(yè)，批改作業(yè)、登記成績(jī)，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)提交的電子化和可記錄化功能。

圖2MYSTU 操作平臺(tái)

按照CDIO理念進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的調(diào)整后，學(xué)生可以通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目報(bào)告的提交及相關(guān)問(wèn)題的提問(wèn)，課堂學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)結(jié)合，不但實(shí)現(xiàn)了教師與學(xué)生溝通的及時(shí)性，也避免了遲交作業(yè)的現(xiàn)象。

三、 問(wèn)題反思

目前國(guó)內(nèi)外的教學(xué)機(jī)構(gòu)對(duì)學(xué)生及教師在課程及項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或者稱(chēng)為反思教育尤為關(guān)注，因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革的另外一個(gè)特點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)課程目標(biāo)的重新定義及CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目的反思內(nèi)容和CDIO能力之間的關(guān)系（表5）。以結(jié)構(gòu)力學(xué)I的三級(jí)項(xiàng)目為例，其反思問(wèn)題與CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5。

四、 成果與展示

學(xué)習(xí)效果對(duì)評(píng)價(jià)課程改革起很重要的作用，評(píng)價(jià)CDIO理念在結(jié)構(gòu)力學(xué)三級(jí)項(xiàng)目改革中的效果也成為衡量該課程改革效果的標(biāo)準(zhǔn)。以結(jié)構(gòu)力學(xué)I及II中的三級(jí)項(xiàng)目為例，學(xué)生按學(xué)號(hào)分組（5～6人），待項(xiàng)目完成后對(duì)其項(xiàng)目成果進(jìn)行匯報(bào)，教師和學(xué)生均可以對(duì)其展示內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，最后通過(guò)學(xué)生小組成員的綜合表現(xiàn)確定項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)（圖3）。

成果展示可以培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)和小組組織能力，并且通過(guò)對(duì)三級(jí)項(xiàng)目的計(jì)算及不同工程結(jié)構(gòu)的理解，加深結(jié)構(gòu)力學(xué)同實(shí)際工程的聯(lián)系，進(jìn)一步加深計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)概念在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用。這些過(guò)程從本質(zhì)上培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)力學(xué)問(wèn)題的理解以及學(xué)生探索、求知的能力。

圖3三級(jí)項(xiàng)目試驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)將CDIO理念與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的結(jié)合，學(xué)生充分了解了結(jié)構(gòu)力學(xué)的上述流程，在學(xué)生三級(jí)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。

五、 結(jié)語(yǔ)

CDIO工程教育模式是直接按照工業(yè)界要求建立的一整套工程教育實(shí)施體系，它回答了工業(yè)界提出的“培養(yǎng)什么人”和“怎樣培養(yǎng)人”這兩個(gè)對(duì)工程教育人士提出的根本問(wèn)題。文章對(duì)實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目如何與CDIO教育模式及結(jié)構(gòu)力學(xué)課程結(jié)合進(jìn)行了描述，通過(guò)上述內(nèi)容的闡述發(fā)現(xiàn)將CDIO教育理念和實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目引入結(jié)構(gòu)力學(xué)課程后，將傳統(tǒng)的教師理論講授和學(xué)生題海戰(zhàn)術(shù)的教學(xué)方式進(jìn)行了改革，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的興趣，從一定程度上解決了為什么學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)，什么是結(jié)構(gòu)力學(xué)及如何應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)這三個(gè)一直困擾學(xué)生和主講教師的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008（1）：12-19.

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[8]劉國(guó)買(mǎi).基于CDIO的工程經(jīng)濟(jì)學(xué)課程教學(xué)改革[J].高等建筑教育，2012，21（6）：64-67.

[9]馮治詔，劉龍龍，陳卓，等.基于CDIO的工程管理實(shí)習(xí)基地建設(shè)模式探索[J]. 高等工程教育研究，2012（4）：165-170.

三、 問(wèn)題反思

目前國(guó)內(nèi)外的教學(xué)機(jī)構(gòu)對(duì)學(xué)生及教師在課程及項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或者稱(chēng)為反思教育尤為關(guān)注，因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革的另外一個(gè)特點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)課程目標(biāo)的重新定義及CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目的反思內(nèi)容和CDIO能力之間的關(guān)系（表5）。以結(jié)構(gòu)力學(xué)I的三級(jí)項(xiàng)目為例，其反思問(wèn)題與CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5。

四、 成果與展示

學(xué)習(xí)效果對(duì)評(píng)價(jià)課程改革起很重要的作用，評(píng)價(jià)CDIO理念在結(jié)構(gòu)力學(xué)三級(jí)項(xiàng)目改革中的效果也成為衡量該課程改革效果的標(biāo)準(zhǔn)。以結(jié)構(gòu)力學(xué)I及II中的三級(jí)項(xiàng)目為例，學(xué)生按學(xué)號(hào)分組（5～6人），待項(xiàng)目完成后對(duì)其項(xiàng)目成果進(jìn)行匯報(bào)，教師和學(xué)生均可以對(duì)其展示內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，最后通過(guò)學(xué)生小組成員的綜合表現(xiàn)確定項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)（圖3）。

成果展示可以培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)和小組組織能力，并且通過(guò)對(duì)三級(jí)項(xiàng)目的計(jì)算及不同工程結(jié)構(gòu)的理解，加深結(jié)構(gòu)力學(xué)同實(shí)際工程的聯(lián)系，進(jìn)一步加深計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)概念在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用。這些過(guò)程從本質(zhì)上培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)力學(xué)問(wèn)題的理解以及學(xué)生探索、求知的能力。

圖3三級(jí)項(xiàng)目試驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)將CDIO理念與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的結(jié)合，學(xué)生充分了解了結(jié)構(gòu)力學(xué)的上述流程，在學(xué)生三級(jí)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。

五、 結(jié)語(yǔ)

CDIO工程教育模式是直接按照工業(yè)界要求建立的一整套工程教育實(shí)施體系，它回答了工業(yè)界提出的“培養(yǎng)什么人”和“怎樣培養(yǎng)人”這兩個(gè)對(duì)工程教育人士提出的根本問(wèn)題。文章對(duì)實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目如何與CDIO教育模式及結(jié)構(gòu)力學(xué)課程結(jié)合進(jìn)行了描述，通過(guò)上述內(nèi)容的闡述發(fā)現(xiàn)將CDIO教育理念和實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目引入結(jié)構(gòu)力學(xué)課程后，將傳統(tǒng)的教師理論講授和學(xué)生題海戰(zhàn)術(shù)的教學(xué)方式進(jìn)行了改革，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的興趣，從一定程度上解決了為什么學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)，什么是結(jié)構(gòu)力學(xué)及如何應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)這三個(gè)一直困擾學(xué)生和主講教師的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：

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三、 問(wèn)題反思

目前國(guó)內(nèi)外的教學(xué)機(jī)構(gòu)對(duì)學(xué)生及教師在課程及項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或者稱(chēng)為反思教育尤為關(guān)注，因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革的另外一個(gè)特點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)課程目標(biāo)的重新定義及CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目的反思內(nèi)容和CDIO能力之間的關(guān)系（表5）。以結(jié)構(gòu)力學(xué)I的三級(jí)項(xiàng)目為例，其反思問(wèn)題與CDIO能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5。

四、 成果與展示

學(xué)習(xí)效果對(duì)評(píng)價(jià)課程改革起很重要的作用，評(píng)價(jià)CDIO理念在結(jié)構(gòu)力學(xué)三級(jí)項(xiàng)目改革中的效果也成為衡量該課程改革效果的標(biāo)準(zhǔn)。以結(jié)構(gòu)力學(xué)I及II中的三級(jí)項(xiàng)目為例，學(xué)生按學(xué)號(hào)分組（5～6人），待項(xiàng)目完成后對(duì)其項(xiàng)目成果進(jìn)行匯報(bào)，教師和學(xué)生均可以對(duì)其展示內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，最后通過(guò)學(xué)生小組成員的綜合表現(xiàn)確定項(xiàng)目的分?jǐn)?shù)（圖3）。

成果展示可以培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)和小組組織能力，并且通過(guò)對(duì)三級(jí)項(xiàng)目的計(jì)算及不同工程結(jié)構(gòu)的理解，加深結(jié)構(gòu)力學(xué)同實(shí)際工程的聯(lián)系，進(jìn)一步加深計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)概念在經(jīng)典結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用。這些過(guò)程從本質(zhì)上培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)力學(xué)問(wèn)題的理解以及學(xué)生探索、求知的能力。

圖3三級(jí)項(xiàng)目試驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)將CDIO理念與結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的結(jié)合，學(xué)生充分了解了結(jié)構(gòu)力學(xué)的上述流程，在學(xué)生三級(jí)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。

五、 結(jié)語(yǔ)

CDIO工程教育模式是直接按照工業(yè)界要求建立的一整套工程教育實(shí)施體系，它回答了工業(yè)界提出的“培養(yǎng)什么人”和“怎樣培養(yǎng)人”這兩個(gè)對(duì)工程教育人士提出的根本問(wèn)題。文章對(duì)實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目如何與CDIO教育模式及結(jié)構(gòu)力學(xué)課程結(jié)合進(jìn)行了描述，通過(guò)上述內(nèi)容的闡述發(fā)現(xiàn)將CDIO教育理念和實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目引入結(jié)構(gòu)力學(xué)課程后，將傳統(tǒng)的教師理論講授和學(xué)生題海戰(zhàn)術(shù)的教學(xué)方式進(jìn)行了改革，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的興趣，從一定程度上解決了為什么學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)，什么是結(jié)構(gòu)力學(xué)及如何應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)這三個(gè)一直困擾學(xué)生和主講教師的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：

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