基于CDIO教學理論的鋼結構教學改革

摘 要 鋼結構課程是高校土木工程專業(yè)的專業(yè)主干課，包括了鋼結構設計原理和鋼結構設計。本文基于CDIO的工程教育理念，在課程教學采用了理論與實踐相融合，一體化的教學思路，采用了”基于問題”的探究式教學方法，極大激發(fā)了學生的學習興趣和熱情。課程體系中注重學生實踐能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)，實現(xiàn)了CDIO教育模式中“知識、能力、素質(zhì)”的教學目標。

關鍵詞 鋼結構 CDIO 探究性教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Steel Structure Teaching Reform Based on CDIO Teaching Theory

HUANG Ling

（School of Civil Engineering and Architecture， Nanchang Hangkong University， Nanchang， Jiangxi 330063）

Abstract Steel curriculum is the backbone of Civil Engineering professional courses， including steel design principles and design of steel structures. Based on the concept of CDIO engineering education， adopted in teaching the integration of theory and practice， the integration of teaching ideas， using inquiry-based teaching methods \"problem-based\"， which greatly stimulated the students' interest and enthusiasm. Curriculum system focusing on student develop practical abilities and innovative thinking to achieve the CDIO education model in the \"knowledge， ability and quality\" teaching goals.

Key words steel structure； CDIO； inquiry teaching

0 前言

隨著我國鋼結構建筑形式增多和數(shù)量增大，鋼結構在土木工程領域的重要性不斷增強，鋼結構學科發(fā)展和更新迅速，新形勢下市場的需求對鋼結構課堂教學提出了越來越高的要求。鋼結構課程的主要內(nèi)容包括材料特性、各類基本構件（包括軸心受拉、軸心受壓、受彎、拉彎和壓彎）的受力特點和設計計算方法、構件之間連接的設計計算方法以及建筑鋼結構設計。不少高校強調(diào)鋼結構理論教學與工程訓練相結合，但傳統(tǒng)的重理論輕實踐的教學模式仍在延續(xù)。如何在鋼結構課程中強調(diào)學生“素質(zhì)和能力”并重，激發(fā)學生學習興趣和熱情尤其重要。目前國際上影響較大的CDIO工程教育培養(yǎng)模式，即代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，強調(diào)將教育過程放到工程領域的情境之中。CDIO教育模式的核心是學生的學習目的是為理解學習內(nèi)容，并通過理論的實踐應用體會到所受的教育是有用的，從而學生的學習積極性、創(chuàng)造性潛能被激發(fā)出來，達到“知識、能力、素質(zhì)”有效統(tǒng)一的教學目標。

1 教學內(nèi)容的改革

結合CDIO教育改革模式，根據(jù)鋼結構課程特點，創(chuàng)建系統(tǒng)化的課程體系和教學方法，切實解決鋼結構課程教學面臨的實際問題尤其重要。鋼結構課程基于CDIO的鋼結構課程改革主要圍繞以下幾方面進行：

1.1 理論教學部分

傳統(tǒng)鋼結構課程理論教學分為原理與設計兩大部分，鋼結構原理主要介紹鋼結構的材料特性、鋼結構的連接、鋼結構的基本構件的設計原理。鋼結構設計則介紹各種具體的工程結構的形式、體系及其設計計算方法，包括單層廠房結構、大跨度房屋結構、多層及高層房屋結構等。傳統(tǒng)的教學模式是單向的教師教學、學生被動接受的滿堂灌模式。很多年來我們沒有切實下力氣加強學生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，導致很多學生對鋼結構課程興趣不大。基于CDIO的教學模式和理論，我們對課程進行了系統(tǒng)的改革。將課堂教學與實踐教學融合，增強了課程的一體化，使得理論與實踐教學增強連貫性與整體性。以增強學生“知識、能力、素質(zhì)”為教學目標。

整門課程中，“緒論”在整個鋼結構課程中起著縱向連接的作用，它能激發(fā)學生的學習熱情，明確學習目的，建立鋼知識結構的整體性概念。“緒論”部分，我們采用的教學素材豐富，包括大量鋼結構圖片、施工視頻和綜合案例，教學中三分之一的時間由老師講解，其他時間采用開放課堂的方式進行。針對老師給出的綜合案例，由學生課前認真做好準備，課堂采用分組討論，小組代表發(fā)言，老師輔助點評的教學方式。通過真實的案例討論，增加了學生對鋼結構的感性認識，極大激發(fā)學生的學習興趣。通過老師的講解后使學生獲得初步的工程經(jīng)驗，增強了學生學習的主動性，提高學習效率。

在鋼結構性能一章中，建立了以正確選擇鋼材，了解鋼材特性，構件設計為主線的理論課程新體系，嘗試讓學生建立工程師的思維。本章以工程設計項目設計為主線，貫穿整個理論教學。以一個實際的工程項目，讓學生從選擇鋼材做起，讓學生帶著問題主動去思考，去探究，讓學生在“學中做，做中學”。在學生通過自己思考，老師講解鋼材的性質(zhì)后，將工程結構事故以案例的形式提出，進一步引導學生在工程實際中學會正確選材。同時工程案例的討論和分析加深了學生對引起脆性破壞因素的理解，各種引起鋼結構脆性破壞實例分析可以讓學生來以專業(yè)的視角來分析和判斷問題，培養(yǎng)他們成為面向工程的技術人員，更重要的是讓學生建立科學嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，提高了學生的綜合素質(zhì)。

整個課程體系中，將鋼結構穩(wěn)定和鋼結構的脆性破壞作為突出的課程重點。以穩(wěn)定為例，首先通過動畫、 工程照片形象生動展現(xiàn)實際壓桿的失穩(wěn)現(xiàn)象，讓學生建立對失穩(wěn)問題的感性認識。然后給出廠房由于桿件失穩(wěn)引起的整體倒塌事故給學生分組準備，課堂上組織學生從結構理論的穩(wěn)定、施工的要求、施工的規(guī)范等多角度進行討論。通這種教學模式，學生變被動接受為主動參與教學的過程。基于CDIO的教育理念，強調(diào)課程的連續(xù)性和貫通性。將鋼結構設計原理中構件的設計一并放入整體結構的設計中考慮。在鋼結構平臺設計、組合樓蓋設計、多層鋼框架結構設計、型鋼混凝土組合結構設計中講解單根的梁柱設計，并將鋼結構節(jié)點設計作為鋼結構整體設計的重要部分。在整體設計中加強學生的讀圖看圖能力的培養(yǎng)，通過教學內(nèi)容和實際工程的緊密結合，使得教學形式更加形象生動，繼而加深學生對鋼結構整體設計的理解。從課程內(nèi)容上真正實現(xiàn)了CDIO的培養(yǎng)目標，實現(xiàn)了學生“知識、能力、素質(zhì)”有效的高度統(tǒng)一。

1.2 實踐環(huán)節(jié)的改革

（1）在鋼結構課程中安排學生專題調(diào)研。例如：在講到“緒論”時，學生進入課題小組，可選擇自身感興趣專題給出調(diào)研報告。可選擇內(nèi)容包括“鋼結構行業(yè)發(fā)展狀況調(diào)查”，“鋼結構的防腐蝕”，“鋼結構的防火”“鋼結構的施工新技術”等，學生通過各種渠道查找相關內(nèi)容，獲得第一手資料。由課題小組匯總研究報告，制作課件和講稿，由課題小組面向全班講授，時間不宜長，最后老師進行點評和補充講解。 通過這一環(huán)節(jié)，讓學生了解了鋼結構工程的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢， 認識了現(xiàn)代鋼結構工程研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題， 讓學生明確學習目標和未來發(fā)展對人才需求的特點，極大提高了學生學習的積極性和主動性。

（2）以“實踐項目”為載體，與CDIO的工程理念實現(xiàn)對接，實現(xiàn)從“設計一實現(xiàn)”項目的轉(zhuǎn)變。例如，將實際工程項目中的“節(jié)點設計”作為一個專題項目。由教師提供實際工程狀況，讓學生在掌握一定知識的基礎上， 自己提出設計方案，并用圖紙繪出設計意圖。學生根據(jù)已有力學概念和鋼結構基礎知識先自行設計節(jié)點，通過項目小組課交流討論，對節(jié)點設計做出合理解釋，針對學生出現(xiàn)問題教師糾正學生錯誤的力學概念及設計誤區(qū)。然后與實際工程設計節(jié)點進行對比，講清楚蘊含了哪些知識點，如何考慮，施工中應注意的問題等，加深了學生印象，通過這一教學過程讓學生深刻理解如何運用概念進行設計，并做到融會貫通。以實踐項目為載體，以能力培養(yǎng)為紐帶，將課程群中相關知識點連接起來， 使學生學到的知識具有較嚴密的邏輯性，較豐富的關聯(lián)度，培養(yǎng)了學生分析、解決問題的能力，提高他們的創(chuàng)新精神、綜合素質(zhì)， 達到 “ 知識、能力、素質(zhì)”有機統(tǒng)一的教學目標。

2 教學方法的改革

在鋼結構傳統(tǒng)教學中，講授已成為最主要的教學方式，相比于組織討論、指導自學等教學行為，講授顯然是一種最便于教師掌控的教學行為。在鋼結構教學中對于講授的改革不是簡單地放棄使用講授，而是應按照研究性學習的特征及其實施要求，對講授進行結構性的調(diào)整和變革。鋼結構課程中著重講授如：鋼結構產(chǎn)業(yè)的背景性知識、前沿重點問題、研究問題的方法、及如何加強各知識點之間的聯(lián)系、知識與生活的關聯(lián)及實踐運用等。對于促進學生的研究性學習而言，講授的核心價值不在于直接給學生傳遞知識結論本身，而是為學生學習發(fā)現(xiàn)問題和獨立解決問題提供支持、幫助、刺激和鼓勵。在鋼結構課程中，我們嘗試采用了PBL（Proble m - based l earning）教學法，即以問題為基礎的教學方法，強調(diào)把學習設置到復雜的、有意義、相對真實的問題情境中，通過學習者合作解決問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，形成解決問題的技能，培養(yǎng)自主學習、 終身學習的能力。例如在講到鋼結構的整體穩(wěn)定時，引出學生感興趣的整體失穩(wěn)事故，由教師給出工程概況，提出系列問題，鼓勵學生多角度根據(jù)已有知識分析整體失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，繼而總結在遇到此類現(xiàn)象時該從哪里著手進行分析。為了在教學改革中更加客觀、準確地評價PBL的效果和效率，通過調(diào)查問卷了解到學生對PBL學習的主觀感受以及綜合能力的提高。大部分學生認為 PBL提高了他們的興趣和熱情及自學能力，增加他們獨立學習的能力。但在學習中也出現(xiàn)了某些困難，包括壓力增大，老師提問對學生的強制感、緊張感等，因為老師正在對他們進行評估。調(diào)查結果顯示：93. 1%的學生認為這種方法調(diào)動了學習的興趣和積極性；87 % 的學生認為 PBL可以變被動學習為主動學習，激發(fā)了思維，對自學能力有很大提高，85%的學生認為可以掌握重點內(nèi)容，尤其對于理解難點內(nèi)容有幫助。

3 結論

本文為解決鋼結構傳統(tǒng)教學中存在的系列問題，采用基于CDIO教育理念，對鋼結構教學進行了改革，提出通過課程一體化教學和教學方式的改革，將理論教學與工程實踐相結合，引導學生主動思考與探索，極大激發(fā)了學生學習興趣，提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，從而達到提高教育質(zhì)量的最終目的。

本課題受江西省“十二五”規(guī)劃課題資助（課題編號：11YB376）

參考文獻

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