基于CDIO模式土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究★

江飛飛 馬 劍

(江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院,江蘇 張家港 215600)

基于CDIO模式土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究★

江飛飛 馬 劍

(江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院,江蘇 張家港 215600)

針對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)和實(shí)際教學(xué)情況，運(yùn)用CDIO理念對(duì)現(xiàn)有教學(xué)平臺(tái)和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了整改，提出了包含交叉學(xué)科的綜合性實(shí)踐試驗(yàn)、接軌本創(chuàng)的創(chuàng)新性試驗(yàn)等新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)體系，使實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)體系適應(yīng)新高等教育發(fā)展方針。

CDIO，教學(xué)，土木工程，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

0 引言

我國(guó)土木工程專業(yè)教指委指出“培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德智體全面發(fā)展，掌握土木工程學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，獲得工程師基本訓(xùn)練并具有創(chuàng)新精神的高級(jí)專門人才”[1]，即要求土木專業(yè)學(xué)生具備一定創(chuàng)新能力和較強(qiáng)應(yīng)用能力。面向施工一線的復(fù)合型人才是獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)土木工程師的主要類型[2，3]，然而長(zhǎng)期以來(lái)形成的重課堂教學(xué)輕工程實(shí)踐、重理論灌輸輕創(chuàng)新思維培養(yǎng)等現(xiàn)狀[4-6]，使得針對(duì)施工工程師培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)無(wú)論在教學(xué)研究和實(shí)踐上都與企業(yè)要求存在很大的差距。本校土木工程專業(yè)針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)和教學(xué)體系建設(shè)已經(jīng)開展了相應(yīng)的改革，提出了包含交叉學(xué)科的綜合性實(shí)踐試驗(yàn)、接軌本創(chuàng)的創(chuàng)新性試驗(yàn)等新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)體系。盡管已經(jīng)取得一些進(jìn)步，但改革現(xiàn)有陳舊的觀念和實(shí)際情況，尚需投入更多精力和財(cái)力。

1 目前本校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有顯著特點(diǎn)：以材料的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，涉及多學(xué)科試驗(yàn)方法；以構(gòu)件實(shí)驗(yàn)和縮尺模型實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般從課程教學(xué)出發(fā)，按課程進(jìn)行切割，造成各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“門戶現(xiàn)象”比較嚴(yán)重，缺乏系統(tǒng)性和連貫性。而已有的研究仍多局限于以課程為體系的實(shí)驗(yàn)方法和內(nèi)容上。當(dāng)前，土木施工工程師培養(yǎng)面臨如下問(wèn)題：

1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理體系不科學(xué)；2)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一、陳舊，與學(xué)科發(fā)展脫節(jié)；3)畢業(yè)生缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，普遍反映本科生不熟悉建筑圖紙、施工流程。

鑒于以上情況，我校以施工工程師培養(yǎng)為定位，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建和教學(xué)實(shí)踐，提升學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生解決工程施工實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。

2 本校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法與思路

主要內(nèi)容有：研究以土木施工工程師培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合和開發(fā)，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)組織等方面的研究，利用現(xiàn)代信息技術(shù)與教育技術(shù)，特別是通過(guò)開發(fā)虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的工程施工綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建土木工程施工系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并進(jìn)行教學(xué)改革的實(shí)踐。

1)圍繞土木工程施工，系統(tǒng)梳理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的內(nèi)容和方法，包括教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整、獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的組成、系列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，明確提出基礎(chǔ)型、提高型和創(chuàng)新型三個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次，施行分層次和開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2)建立科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)實(shí)踐體系,將“課堂+實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)教學(xué)活動(dòng)，轉(zhuǎn)向“知識(shí)+能力”進(jìn)階型的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)性教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)與電子平臺(tái)學(xué)習(xí)環(huán)境相結(jié)合。

3)引入影子工廠概念，利用現(xiàn)代多媒體與信息技術(shù)，構(gòu)建虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的混合實(shí)驗(yàn)室。尤其是借鑒我校經(jīng)管院開設(shè)影子工廠實(shí)驗(yàn)室的成功經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)土木工程施工工程師培養(yǎng)的要求，構(gòu)建影子實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)融技術(shù)、管理和信息于一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其中，基于工種工程，開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)裝置和配套試驗(yàn)軟件；基于項(xiàng)目工程層次，建設(shè)基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目管理影子實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在職業(yè)情境中提高工程能力。

4)將CDIO理念貫穿于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的整合和開發(fā)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建。設(shè)計(jì)直接面向工程的項(xiàng)目載體，基于項(xiàng)目過(guò)程整合和開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，把培養(yǎng)目標(biāo)融入到整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系中。形成具有地方院校特色的基于工程問(wèn)題創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

5)以校企合作方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建和實(shí)踐。充分利用我校合作的優(yōu)秀施工企業(yè)的資源，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建過(guò)程中，引入企業(yè)導(dǎo)師直接參與，及時(shí)把握行業(yè)的最新動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)反饋信息，通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化反映在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)之中。

6)根據(jù)我?？蒲?、競(jìng)賽情況，特別是校企合作的研發(fā)項(xiàng)目，開發(fā)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與內(nèi)容整合研究與實(shí)踐

建立健全以專業(yè)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)保障體系。

將土木工程專業(yè)的《土木工程材料》《材料力學(xué)》《土力學(xué)》《混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)理論》《鋼結(jié)構(gòu)》《建筑結(jié)構(gòu)抗震》《道路工程》《橋梁工程》《土木工程施工》等課程實(shí)驗(yàn)全部獨(dú)立于課程理論教學(xué)之外，形成《土木工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》，內(nèi)容包括《土木工程材料》《材料力學(xué)》《土力學(xué)》《測(cè)量學(xué)》課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，該課程為專業(yè)通修課。土木工程實(shí)驗(yàn)整合體系如圖1所示。

4 交叉學(xué)科綜合性試驗(yàn)改革實(shí)例

1)基于平法鋼筋節(jié)點(diǎn)模型實(shí)訓(xùn)試驗(yàn)。土木工程施工、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理兩門課程是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)課，都是實(shí)踐性很強(qiáng)且與現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程等有關(guān)的專業(yè)課。通過(guò)兩門課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握混凝土結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)的基本理論和知識(shí)，為以后實(shí)踐操作夯實(shí)基礎(chǔ)。然而構(gòu)造原理和鋼筋節(jié)點(diǎn)等內(nèi)容如果沒(méi)有形象、直觀的方法，很難在課堂講解清楚。

本試驗(yàn)輻射制圖、施工，涉及設(shè)計(jì)、制圖、加工制作、施工全過(guò)程，可以貫穿CDIO全過(guò)程，打通制圖、設(shè)計(jì)、施工等孤立的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)通過(guò)對(duì)平法原理的學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求的了解，一定程度上改變當(dāng)前“重設(shè)計(jì)，輕構(gòu)造”的現(xiàn)象。

本實(shí)訓(xùn)模型做成兩套鋼筋節(jié)點(diǎn)模型，每套30種經(jīng)典節(jié)點(diǎn)，其中一套用于實(shí)訓(xùn)室展示，另外一套通過(guò)讓學(xué)生親自對(duì)結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)、基礎(chǔ)、樓梯、剪力墻等構(gòu)件鋼筋模型的設(shè)計(jì)、綁扎組裝，既可以培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的方法技能，又可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，以達(dá)到鞏固和提高所學(xué)的理論知識(shí)的目的，并能靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行工程實(shí)踐應(yīng)用。同時(shí)掌握一些常用的測(cè)試儀器的測(cè)試原理和方法，并能正確使用儀器設(shè)備，提高分析判斷實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力和水平。有利于基于項(xiàng)目化的教學(xué)，必將成為CDIO教學(xué)改革中的重要一環(huán)。

2)土木工程材料創(chuàng)新試驗(yàn)。依托本科生創(chuàng)新基地平臺(tái)，依靠科研項(xiàng)目，本校邱濤、高中洋等12名本科生參與了自密實(shí)再生骨料混凝土研發(fā)，項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中涉及以往三項(xiàng)分支式試驗(yàn)，即：a.水泥實(shí)驗(yàn);b.砂石試驗(yàn);c.混凝土實(shí)驗(yàn)，由于整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程，需要運(yùn)用大量土木工程材料知識(shí)，因此，先開設(shè)開放性選修實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化其基礎(chǔ)知識(shí)，再運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)直接開展自密實(shí)再生骨料混凝土研發(fā)試驗(yàn)，結(jié)果表明，蘇理工12名本科生很好的掌握了全部三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能，并能熟練應(yīng)用于科研試驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與改革，堅(jiān)持貫徹CDIO理念，始終以工程素質(zhì)培養(yǎng)為主線，學(xué)習(xí)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與科研、實(shí)際工程、社會(huì)應(yīng)用密切聯(lián)系。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系調(diào)整，實(shí)驗(yàn)教學(xué)完全獨(dú)立于理論授課，改變了從屬地位。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為必修與選修兩類，均采用學(xué)分制，實(shí)驗(yàn)類型也分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等。

將教師科研項(xiàng)目、學(xué)生本科生創(chuàng)新項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)耦合，可以培育學(xué)生創(chuàng)新精神，如改普通混凝土實(shí)驗(yàn)為再生骨料自密實(shí)混凝土試驗(yàn)；在鋼筋混凝土設(shè)計(jì)原理附屬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中添加平法鋼筋節(jié)點(diǎn)模型實(shí)訓(xùn)，能極大增強(qiáng)學(xué)生主觀認(rèn)識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力。但是整個(gè)改革過(guò)程中，尚有不少問(wèn)題有待解決，需要在土木工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面作進(jìn)一步改革。

[1] 高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[2] 馮 端.實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃——從卡文迪什實(shí)驗(yàn)室看實(shí)驗(yàn)室的作用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2008,27(8)：69-71.

[3] 李廉水.實(shí)驗(yàn)室是建設(shè)一流大學(xué)的基礎(chǔ)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2008,27(7)：19-20.

[4] 李 青.深化土木建筑專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào),2006(17)：55-56.

[5] 張 麗,李 利,萬(wàn)瑞義，等.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)特色人才培養(yǎng)的促進(jìn)[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24(5)：98-100.

[6] 張 偉.應(yīng)用型本科土木實(shí)驗(yàn)中心實(shí)訓(xùn)體系的創(chuàng)新與構(gòu)建[J].新校園,2015(2)：33-35.

Study on fundamental teaching of civil engineering on the basis of CDIO mode★

Jiang Feifei Ma Jian

(CollegeofShip&BuildingEngineering,SuzhouInstituteofTechnology,JiangsuUniversityofScience&Technology,Zhangjiagang215600,China)

In light of students’ characteristics and actual teaching conditions of independent college, the paper transforms current teaching platform and practical points by applying CDIO concept, puts forward new experimental projects and teaching system including comprehensive practical experiment of interdisciplinary and creative jointing experiment and so on, so as to make experimental platform and teaching system meet new higher education development demand.

CDIO, teaching, civil engineering, fundamental experiments

2015-06-08 ★：本文系江蘇科技大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目“土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號(hào)：123021047)和“力學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐基地”(項(xiàng)目編號(hào)：121020713)的研究成果

江飛飛(1989- )，男，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師； 馬 劍(1980- )，男，碩士，講師

1009-6825(2015)23-0225-03

G642.0

A