CDIO教育理念的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)實踐研究

喬金麗 劉金春 杜青 杜闖 高淑玲

摘要：針對以理論為主的結(jié)構(gòu)力學(xué)的課堂講授模式無法滿足提高學(xué)生分析和解決工程實際問題能力的目標(biāo)要求。在課程教學(xué)中引入CDIO工程教育理念，以工程項目為載體和借助ABQUS軟件平臺兩個方面，對課程教學(xué)模式進(jìn)行重新的思考和設(shè)計。實踐證明，該理念指導(dǎo)下的課程改革可以建立符合土木工程學(xué)生學(xué)習(xí)特點的教學(xué)模式，更好地實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：CDIO;結(jié)構(gòu)力學(xué);工程案例;教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）11-0197-02

結(jié)構(gòu)力學(xué)在土木工程專業(yè)整個課程體系中處于承上啟下的核心地位。本課程的任務(wù)是在學(xué)習(xí)的理論力學(xué)和材料力學(xué)等課程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握結(jié)構(gòu)受力和傳力的規(guī)律，以及如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的學(xué)科。結(jié)構(gòu)力學(xué)通常有三種分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩陣位移法后來發(fā)展出有限元法，成為利用計算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算的理論基礎(chǔ)[1-3]。

CDIO教育理念代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate）。基于國家對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的要求，根據(jù)社會對土木工程人才綜合性、系統(tǒng)性、實踐性和創(chuàng)新性的要求，圍繞這種素質(zhì)的培養(yǎng)需求和目前結(jié)構(gòu)體系教學(xué)中存在的問題，通過CDIO工程教育理念調(diào)整純粹的理論結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ添椖炕蛘咄暾こ贪咐慕Y(jié)構(gòu)力學(xué)實踐教學(xué)[4-5]。

一、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)中存在的問題

1.重教輕學(xué)。這種教學(xué)觀念極大抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，很難挖掘?qū)W生個性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.落后的教學(xué)方法制約了學(xué)生的創(chuàng)造性。課堂教學(xué)中，教師的理論課程的講授占據(jù)了課程全部時間，師生之間缺乏互動交流，學(xué)生的創(chuàng)新能力和自學(xué)能力也難以培養(yǎng)，交流溝通和團(tuán)隊精神更是無從談起。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)流于形式，脫離工程實際，不利于學(xué)生培養(yǎng)宏觀的系統(tǒng)工程觀。

3.學(xué)生團(tuán)隊合作意識以及交流溝通能力差。課堂教學(xué)內(nèi)容偏重經(jīng)典理論講解，忽視對學(xué)生團(tuán)隊意識的培養(yǎng)以及溝通能力的訓(xùn)練。

二、基于CDIO的工程實例教學(xué)

利用工程實例教學(xué)來強化學(xué)生的結(jié)構(gòu)力學(xué)和工程相結(jié)合的概念。模型取自云南昆明地區(qū)內(nèi)六層異形柱混凝土框架的民用住宅工程，8度抗震設(shè)防Ⅲ類場地，原結(jié)構(gòu)的薄弱部位是底部三層。

根據(jù)CDIO思想，首先，對該問題進(jìn)行構(gòu)思。為了研究異形柱框架混凝土住宅結(jié)構(gòu)薄弱層的抗震性能，同時，從方便性以及模型反映原結(jié)構(gòu)薄弱層的真實性等方面考慮，簡化選取原住宅結(jié)構(gòu)前三層中的一榀平面框架進(jìn)行研究。

其次，對該工程問題進(jìn)行設(shè)計。模型的邊柱橫截面為T形，中柱橫截面為十字形。框架的具體尺寸與配筋如圖1所示，縱筋選用HRB400，箍筋選用HPB235，模型框架用C45細(xì)石混凝土澆筑，保護(hù)層厚度為10mm。

最后，對該問題進(jìn)行實施。利用ABQUS對其提供了一種功能強大且相對便捷的分析方法。網(wǎng)格模型圖如圖2所示，計算結(jié)果的變形圖如圖3所示。

普通異形柱框架柱腳受力較大但并未出現(xiàn)明顯破壞，混凝土各層梁端變形嚴(yán)重。與實際工程相符。最終實現(xiàn)以學(xué)生為中心，達(dá)到全面提高學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)效果的目標(biāo)。

三、結(jié)語

在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中融入CDIO教育理念，指導(dǎo)學(xué)生嘗試用結(jié)構(gòu)力學(xué)的工程理論指導(dǎo)工程實踐，真正從應(yīng)試能力培養(yǎng)過渡到實際應(yīng)用能力培養(yǎng)。該模式對大學(xué)生的自學(xué)能力、綜合運用知識能力和實際工程的解決能力起到了促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]于桂蘭，曹艷梅，賈影，等.工程化教學(xué)理念在《結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程中的實踐[J].教育教學(xué)論壇，2018，（7）：99-101.

[2]路維，楊建功，王邵臻，等.結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)方法改革和實踐的探討[J].教育教學(xué)論壇，2017，（19）：125-126.

[3]林健.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

[4]孟瑋，李十泉.CDIO工程教育理念在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)中的實踐[J].高等建筑教育，2015，（24）：70-73.

[5]劉哲，胡文龍.基于CDIO理念及實踐類項目的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程改革研究[J].高等建筑教育，2014，（3）：52-57.