基于CDIO工程教育理念的土木工程專業(yè)材料力學(xué)改革探索

賈磊

（石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院勘查技術(shù)與工程學(xué)院，河北 石家莊050031）

0 引言

材料力學(xué)是土木工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究各類工程結(jié)構(gòu)中普遍存在的受力和變形現(xiàn)象的學(xué)科，著重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、分析能力和解決實(shí)際問題能力。一直以來，我國大學(xué)中所講授的力學(xué)課程內(nèi)容大多由前蘇聯(lián)引進(jìn)的內(nèi)容，內(nèi)容陳舊、枯燥、抽象、重理論輕實(shí)踐。教學(xué)方法多采用灌輸式教學(xué)，造成課堂氣氛死板，有時甚至枯燥無味，大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。這些問題不但加劇了學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性，也影響到其它課程的學(xué)習(xí)狀況。

針對以上問題，如何為實(shí)際工程提供合格的力學(xué)人才；如何在材料力學(xué)教學(xué)中充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性；在目前有限的課時下，如何對舊有材料力學(xué)課程體系進(jìn)行合并、篩選等工作已經(jīng)成為教學(xué)改革工作不可回避的事實(shí)。CDIO工程教育理念提倡在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，這為該問題的解決提供了一種思路。

1 CDIO工程教育模式

CDIO模式以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO模式強(qiáng)調(diào)與社會大環(huán)境相協(xié)調(diào)的綜合的創(chuàng)新能力，同時更關(guān)注工程實(shí)踐，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，因此CDIO工程教育模式是提高大學(xué)生的創(chuàng)新和動手能力、推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及加強(qiáng)學(xué)生參與交流與合作能力的有效途徑。

2 基于CDIO模式的材料力學(xué)教學(xué)大綱設(shè)計(jì)

CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。材料力學(xué)課程既包括專業(yè)知識學(xué)習(xí)，又強(qiáng)調(diào)應(yīng)用能力的提升，根據(jù)這一教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)的教學(xué)大綱如表1所示。

3 改革方案設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

對于傳統(tǒng)教學(xué)中的基本概念、原理和方法，我們在教學(xué)中應(yīng)該重視，可為了拓寬學(xué)生的視野和運(yùn)用力學(xué)知識建模的能力，我們又應(yīng)該對教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的理論、新的學(xué)科、新的計(jì)算工具和計(jì)算方法、新的試驗(yàn)方法不斷涌現(xiàn)，在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加這方面的介紹和練習(xí)，可以拓寬和增強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)解決實(shí)際工程的能力。此外，學(xué)生普遍對繁瑣的理論推導(dǎo)缺乏熱情，因此有必要在教學(xué)中加入實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)或模型演示環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合，從而提高學(xué)生對力學(xué)課程的興趣。

3.2 教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

如何調(diào)動學(xué)生的主動思考，如何加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，如何實(shí)現(xiàn)“在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐”？顯然單純的課堂教學(xué)很難實(shí)現(xiàn)這些目的。首先，材料力學(xué)應(yīng)把課堂教學(xué)與案例教學(xué)或現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合起來，并配合一定形式的課堂討論。這樣學(xué)生就能比較生動地、直觀地去學(xué)習(xí)基本理論，并且可以明確學(xué)習(xí)的目的性。例如：彎曲問題可以在施工現(xiàn)場結(jié)合梁的配筋布設(shè)講解；組合變形可以在實(shí)驗(yàn)室用模具演示教學(xué)等等。

另一方面，CDIO教育理念重視個人能力及技能的同時，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流，因此可以在教學(xué)過程中開展分組專項(xiàng)研討。專項(xiàng)研討任務(wù)以小組為單位，每組3~5人，讓學(xué)生到施工現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合工程實(shí)際確定材料力學(xué)研討主題，然后針對工程實(shí)際問題建立力學(xué)模型，通過小組探討解決工程問題，從而鍛煉學(xué)生收集信息、主動獲取新的知識、解決問題和創(chuàng)新的能力。再一方面，還可以在教學(xué)過程中開展自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，推動學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

在教學(xué)手段上也應(yīng)結(jié)合新技術(shù)、新方法的發(fā)展，在傳統(tǒng)的板書基礎(chǔ)上，融入PPT、Flash動畫、仿真數(shù)值模擬等教學(xué)手段。一方面加強(qiáng)學(xué)生對傳統(tǒng)力學(xué)知識的理解，另一方面，新的教學(xué)手段可以豐富教學(xué)內(nèi)容，貼近工程實(shí)踐，拓寬學(xué)生的視野。例如：PPT相對于板書，可以發(fā)揮信息量大的優(yōu)點(diǎn)，讓學(xué)生在有限時間內(nèi)完成更多的課上練習(xí)；Flash動畫可以在課堂上展現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者工程實(shí)際現(xiàn)象，這有助于學(xué)生對抽象力學(xué)概念的理解等等。

表1 CDIO模式下的材料力學(xué)課程教學(xué)大綱

4 課程評價(jià)體系改革

課程的考核評價(jià)體系和考核方法主導(dǎo)著學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和方向，其改革必須匹配材料力學(xué)課程的CDIO教學(xué)大綱，起到引導(dǎo)學(xué)生有意識開展專業(yè)能力鍛煉的目的。材料力學(xué)課程成績包括三部分：書面理論考試、匯報(bào)答辯、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，權(quán)重為0.4、0.4、0.2。書面理論考試主要以基本概念、基本理論、基本技能為主。匯報(bào)答辯要求學(xué)生對小組研討專項(xiàng)做成PPT，圖文并茂的在講臺上向老師和同學(xué)做報(bào)告，并回答老師和同學(xué)對改組項(xiàng)目提出的問題，考核重點(diǎn)在：調(diào)研的充分性、CDIO綜合能力的展現(xiàn)性、技術(shù)和理論的結(jié)合度、團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力等方面。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要體現(xiàn)自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的選題調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、實(shí)物開發(fā)和交流評比等環(huán)節(jié)。

5 結(jié)束語

基于CDIO的材料力學(xué)教學(xué)模式著手改革課程體系和教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)手段、調(diào)整教學(xué)考核體系，從而調(diào)動學(xué)生的主動思考動力、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力、加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，讓學(xué)生“在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐”。

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