孟瑋　李十泉

摘要：在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中引入CDIO工程教育理念，以工程設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，以項(xiàng)目訓(xùn)練為載體，對(duì)課程教學(xué)模式進(jìn)行重新的思考和設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，該理念指導(dǎo)下的課程改革可以建立符合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的教學(xué)模式，更好地實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：CDIO；工程教育；結(jié)構(gòu)力學(xué)；課程改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642；TU311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2015）03-0070-08

結(jié)構(gòu)力學(xué)課程實(shí)踐性強(qiáng)，與工程技術(shù)密不可分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力有著非常重要的作用；同時(shí)，該課程也是學(xué)習(xí)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。該課程傳統(tǒng)教學(xué)方式為教師課堂講解—學(xué)生課后練習(xí)—課程考試，教學(xué)方法與考核方式單一，也容易將學(xué)生引入題海學(xué)習(xí)的誤區(qū)中，而教學(xué)內(nèi)容的“重計(jì)算，輕實(shí)踐”，則無(wú)法充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)往往達(dá)不到預(yù)想的效果。

CDIO工程教育理念是由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等經(jīng)過(guò)4年的探索和研究而創(chuàng)立的。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate），它體現(xiàn)了現(xiàn)代工程師所應(yīng)具備的服務(wù)于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品，從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行的全過(guò)程所必須擁有的基本能力。CDIO工程教育理念就是以此全過(guò)程為載體，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。此能力不僅包括學(xué)科知識(shí)，而且包括學(xué)生的個(gè)人能力、人際交流能力，以及產(chǎn)品、系統(tǒng)和過(guò)程的建造能力。該工程教育理念2005年引入中國(guó)，對(duì)國(guó)內(nèi)工程教育產(chǎn)生了重要的影響，以汕頭大學(xué)為首的院校紛紛開(kāi)展了專(zhuān)業(yè)教育改革的嘗試[1-2]，并取得了不少研究成果[3-9]。以下主要以南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院的教學(xué)改革為對(duì)象展開(kāi)研究。

一、 CDIO工程教育理念下結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革的嘗試

南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院屬于獨(dú)立學(xué)院，旨在培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)的應(yīng)用技術(shù)型人才。學(xué)院具有良好的辦學(xué)條件和扎實(shí)的工程教育基礎(chǔ)，2010年被教育部確定為CDIO工程教育改革試點(diǎn)

高校，CDIO工程教育理念的貫徹實(shí)施有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生與社會(huì)大環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的能力。

（一） 課程改革的總思路及項(xiàng)目設(shè)計(jì)

課程改革以南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院基于一級(jí)項(xiàng)目（即專(zhuān)業(yè)核心課程）建立起來(lái)的專(zhuān)業(yè)課程體系為總的指導(dǎo)，如表1所示。

2.2.1 建立假設(shè)

2.2.2 查詢(xún)相關(guān)書(shū)刊或者電子文獻(xiàn)

2.2.3 實(shí)驗(yàn)探索

2.2.4 假設(shè)檢驗(yàn)和論證

2.4.3 創(chuàng)造性思維

3.1.2 團(tuán)隊(duì)工作運(yùn)行

4.5.4 硬件、軟件的結(jié)合

4.5.5 測(cè)試、驗(yàn)證、認(rèn)證以及取得證書(shū)

三年級(jí)一般工程建筑、結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)能力；

施工管理及組織能力；

建筑工程計(jì)量及計(jì)價(jià)的能力2.4.2 執(zhí)著與變通

2.4.5 自省個(gè)人的知識(shí)、技能、態(tài)度

2.5.2 職業(yè)行為

3.2.3 寫(xiě)作交流

3.2.4 電子和多媒體交流

3.2.5 圖表交流

3.2.6 口頭表達(dá)和人際交流

4.1.1 工程師的角色和責(zé)任

4.5.6 實(shí)施過(guò)程管理

四年級(jí)運(yùn)用專(zhuān)業(yè)軟件的能力；

鑒定、檢測(cè)、加固建筑物及構(gòu)筑物能力；

綜合交叉設(shè)計(jì)能力2.5.1 職業(yè)道德、正直、責(zé)任感和負(fù)責(zé)任

2.5.2 職業(yè)行為

2.5.3 主動(dòng)規(guī)劃個(gè)人職業(yè)

3.2.6 口頭表達(dá)和人際交流

4.1.1 工程師的角色和責(zé)任

4.4.3 設(shè)計(jì)中對(duì)知識(shí)的利用

4.4.4學(xué)科專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)

4.5.5 測(cè)試、驗(yàn)證、認(rèn)證以及取得證書(shū)

圍繞專(zhuān)業(yè)核心課程體系與CDIO能力指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及學(xué)院應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)

目標(biāo)，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院土木工程學(xué)院力學(xué)教研組針對(duì)三級(jí)項(xiàng)目的具體要求，確定了結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的改革思路，即將CDIO理念貫穿于課程的教學(xué)目標(biāo)中，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，以培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力和人際合作能力為中心，著重進(jìn)行學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)的增加、考核方式的改進(jìn)等手段，進(jìn)行工程教育理念指導(dǎo)下的三級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，如表2所示。

（二）課程改革的具體實(shí)施

1.教學(xué)內(nèi)容的項(xiàng)目化設(shè)計(jì)

在工程教育的理念下，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)更加注重工程背景的引入，突出教學(xué)案例的基礎(chǔ)性和前沿性，注重學(xué)生創(chuàng)造性及動(dòng)手能力的培養(yǎng)。筆者在課程教學(xué)內(nèi)容上充分結(jié)合CDIO能力指標(biāo)進(jìn)行項(xiàng)目化設(shè)計(jì)。如在學(xué)生學(xué)習(xí)完“拱結(jié)構(gòu)”相關(guān)知識(shí)后，布置學(xué)生從身邊的工程實(shí)例出發(fā)，建立拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算模型，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求解內(nèi)力，對(duì)結(jié)果給予分析，并以此為基礎(chǔ)制作模型進(jìn)行加載設(shè)計(jì)；在講解完漸近法中的“力矩分配法”后，要求學(xué)生以三層框架結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行荷載作用下的受力及變形分析，自主查閱資料編寫(xiě)Excel命令求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，同時(shí)與結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器的內(nèi)力求解結(jié)果作比對(duì)分析。所有項(xiàng)目成果都要求以小組為單位作總結(jié)匯報(bào)。通過(guò)項(xiàng)目化設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，加深學(xué)生對(duì)課程教學(xué)大綱難重點(diǎn)的理解與掌握，以達(dá)到CDIO相應(yīng)能力指標(biāo)要求。

3.2.4 電子和多媒體交流

3.2.6 口頭表達(dá)和人際交流

鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房沉降分析模型制作、微視頻錄制、PPT演示、計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算分析、小論文總結(jié)小組匯報(bào)2.1.2 建立模型

2.2.1 建立假設(shè)

2.2.2 查詢(xún)相關(guān)書(shū)刊或者電子文獻(xiàn)

2.2.3 實(shí)驗(yàn)探索

2.2.4 假設(shè)檢驗(yàn)和論證

2.4.3 創(chuàng)造性思維

3.1.2 團(tuán)隊(duì)工作運(yùn)行

4.5.4 硬件，軟件的結(jié)合

4.4.3 設(shè)計(jì)中對(duì)知識(shí)的利用

2.利用學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

筆者在注重教學(xué)內(nèi)容工程背景的基礎(chǔ)上，還充分利用學(xué)生的最新關(guān)注點(diǎn)，拉近與學(xué)生的距離，調(diào)動(dòng)課堂氣氛。如在講授每一章節(jié)知識(shí)后，引入“i微視頻”環(huán)節(jié)，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容或工程案例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微視頻、微課堂的制作，由學(xué)生與教師溝通并選定相關(guān)主題，以宿舍成員為單位組成小組來(lái)制作道具和視頻，在視頻中對(duì)自己制作的分析模型作力學(xué)原理的介紹，實(shí)現(xiàn)CDIO中創(chuàng)新性思維、團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)目標(biāo)。圖1為學(xué)生在學(xué)習(xí)“平面體系的幾何機(jī)動(dòng)分析”后制作的微視頻道具。學(xué)生制作相應(yīng)視頻后，在課堂上展示成果，讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用，同時(shí)增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作

能力，提高學(xué)生的溝通與表達(dá)能力，也為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)輕松的課堂氛圍。

3.課堂表現(xiàn)形式的多樣化設(shè)計(jì)

CDIO理念倡導(dǎo)以“項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)”作為工程實(shí)踐教育的組織原則，培養(yǎng)學(xué)生的交流溝通能力和多學(xué)科、大系統(tǒng)的掌控意識(shí)和能力，鼓勵(lì)將教師與學(xué)生的關(guān)系從教師單向的知識(shí)傳授擴(kuò)展至師生基于問(wèn)題解決的互動(dòng)學(xué)習(xí)。教師在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中除課堂講授外，還精心設(shè)計(jì)了小組匯報(bào)及專(zhuān)題討論會(huì)環(huán)節(jié)，提供幾大討論主題：“瞬變體系有哪些特點(diǎn)”、“速畫(huà)彎矩圖的訣竅”、“力法基本結(jié)構(gòu)是否一定為超靜定結(jié)構(gòu)”、“如何繪制梁的變形曲線(xiàn)”等等。要求學(xué)生提前查閱資料做好準(zhǔn)備，課堂上組織交流討論，鼓勵(lì)學(xué)生更多參與思想交流，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

4.課程考評(píng)方式

課程評(píng)價(jià)不應(yīng)是一個(gè)孤立的行為。結(jié)構(gòu)力學(xué)課程考評(píng)內(nèi)容由“i微視頻”制作（占10%）、模型制作（占20%）、計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用（占10%）、PPT制作及報(bào)告（占10%）、平時(shí)作業(yè)及試卷考核（占50%）等五部分組成，通過(guò)小組內(nèi)自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等形式，重點(diǎn)考察學(xué)生在項(xiàng)目中所起的作用、個(gè)人負(fù)責(zé)部分項(xiàng)目完成的質(zhì)量情況，以及與其他同學(xué)團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等指標(biāo)，旨在促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，保證項(xiàng)目實(shí)施的效果。

通過(guò)相應(yīng)課程評(píng)價(jià)方式的改革，學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣。同時(shí)由于“i微視頻”是學(xué)生自己制作完成的，因而受到學(xué)生的關(guān)注。通過(guò)幾個(gè)階段的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生感到“結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)有意義，對(duì)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)有幫助”，“創(chuàng)新能力得到了提高”。

二、實(shí)踐成果

CDIO工程理念在教學(xué)實(shí)踐中的貫徹和實(shí)施，使得學(xué)生的創(chuàng)新能力得到了顯著提高。通過(guò)三級(jí)項(xiàng)目的實(shí)施，加強(qiáng)了學(xué)生理論知識(shí)與工程實(shí)踐的聯(lián)系，從根本上增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)力學(xué)知識(shí)的理解和掌握，提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

在每年一屆的江蘇省土木工程大學(xué)生結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽上，學(xué)校作為參賽數(shù)量不多的獨(dú)立學(xué)院，連續(xù)幾年均有良好表現(xiàn)。圖2為學(xué)生制作的參賽模型“沙漏天文館”，在2011年江蘇省土木工程大學(xué)生“雙高杯”結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽中獲得三等獎(jiǎng)。圖3為學(xué)生對(duì)該模型提取的空間計(jì)算模型，該成果是學(xué)生針對(duì)課程項(xiàng)目“超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析”而制作的結(jié)構(gòu)模型。圖4為學(xué)生針對(duì)課程項(xiàng)目“拱結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析”而設(shè)計(jì)的桁架拱，在2014年江蘇省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中獲得現(xiàn)場(chǎng)模型制作與加載試驗(yàn)類(lèi)二等獎(jiǎng)。

三、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在CDIO工程教育理念指導(dǎo)下的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革，激發(fā)了學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的熱愛(ài)，學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)得到加強(qiáng)，在學(xué)生中營(yíng)造了一種團(tuán)結(jié)向上的學(xué)習(xí)氛圍，全面提高了學(xué)生的綜合能力，所采用的教學(xué)模式符合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，同時(shí)也符合學(xué)院應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

值得進(jìn)一步思考的是，本三層次院校要更好地實(shí)現(xiàn)CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)教師的業(yè)務(wù)能力和水平應(yīng)提出更高的要求。同時(shí)，在現(xiàn)有的專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃下，課程教學(xué)學(xué)時(shí)受到局限。要更好地為項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及實(shí)施提供空間，除了將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和對(duì)課堂進(jìn)行充分設(shè)計(jì)外，還需要充分利用學(xué)生的課余時(shí)間，這也給學(xué)生課后學(xué)習(xí)帶來(lái)壓力。上述問(wèn)題，有待在今后的實(shí)踐中去探討解決。參考文獻(xiàn)：

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（編輯 王 宣）