CDIO標(biāo)準(zhǔn)在建筑力學(xué)課程改革中的模塊化應(yīng)用

申中原 白雪

摘? 要 CDIO人才培養(yǎng)理念的科學(xué)性和系統(tǒng)性，應(yīng)用到機械、土木等高等工程教育領(lǐng)域，顯著提高了工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，推動了我國工程教育改革的進程。探討CDIO標(biāo)準(zhǔn)在高職土建專業(yè)基礎(chǔ)課建筑力學(xué)課程改革中的應(yīng)用，根據(jù)建筑力學(xué)的課程體系特點，對其進行模塊劃分，并根據(jù)每個模塊的特征，結(jié)合CDIO標(biāo)準(zhǔn)定義的課程教育的獨特特征，將CDIO標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于每個模塊，實踐證明是行之有效的。

關(guān)鍵詞 CDIO標(biāo)準(zhǔn);建筑力學(xué);專業(yè)基礎(chǔ)課;模塊劃分

中圖分類號：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0091-03

Modular Application of CDIO Standard in Course of Architec-tural Mechanics//SHEN Zhongyuan， BAI Xue

Abstract The scientific and systematic concept of CDIO standard is?applied to higher education in engineering such as mechanical engi-neering and civil engineering， which significantly improves the qua-lity of training for engineering professionals and promotes the pro-gress of engineering education reform in China. The study is the?application of CDIO standard in the curriculum reform of architec-tural mechanics as a basis course for civil construction specialties of?higher vocational college. The module of architectural mechanics is?divided according to the characters of curriculum structure. And fea-ture matching is realized based on the CDIO standard and the module?of architectural mechanics. It is proved to be efficient by practice.

Key words CDIO standard; construction mechanics; specialized core course; module division

1 建筑力學(xué)課程體系模塊化

建筑力學(xué)是高職土建專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)的建筑結(jié)構(gòu)和建筑施工技術(shù)等重要專業(yè)課提供必要的力學(xué)基礎(chǔ)。建筑力學(xué)的課程體系，根據(jù)內(nèi)容可以劃分為三個模塊：理論力學(xué)模塊、材料力學(xué)模塊、結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊。根據(jù)未來就業(yè)從事的崗位能力需要，三個模塊的課時分配比為1/4、1/4、1/2。

建筑力學(xué)課程體系模塊化? 建筑力學(xué)課程的基礎(chǔ)模塊是理論力學(xué)模塊。該模塊的研究對象是剛體，主要內(nèi)容是靜力學(xué)的平衡理論，包括三個靜力學(xué)公理（二力平衡公理、加減力系平衡公理、力的平行四邊形法則）、平面匯交力系合成與平衡、平面力偶系的合成與平衡、平面一般力系的合成與平衡等。

材料力學(xué)模塊是建筑力學(xué)課程的第二模塊。該模塊的研究對象是彈性桿件，主要內(nèi)容包括桿件的軸向拉伸壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種基本形式，以及每種形式對應(yīng)的強度和剛度條件;對于細(xì)長受壓桿件來說，容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)，所以穩(wěn)定性驗算也是材料力學(xué)模塊的一個重要學(xué)習(xí)內(nèi)容。

建筑力學(xué)的最后一個模塊是結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊。該模塊研究對象是桿系結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容由三部分組成：第一部分計算由荷載引起的結(jié)構(gòu)各部分的內(nèi)力，并進行強度驗算;第二部分計算由荷載、溫度、支座下陷等引起的結(jié)構(gòu)各部分的位移并進行剛度驗算;第三部分是分析結(jié)構(gòu)的幾何組成并進行結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性驗算。

建筑力學(xué)三個模塊之間的關(guān)系如圖1所示。

結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的分解? 結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊是建筑力學(xué)課程的最重要模塊，其模塊體系來源于建筑工程實例，經(jīng)過一系列科學(xué)合理假定，將工程實體簡化為力學(xué)模型;對力學(xué)模型進行受力分析，建立數(shù)學(xué)模型，并列出對應(yīng)的力學(xué)方程（組）;接著對力學(xué)方程（組）進行數(shù)學(xué)求解，并進行力學(xué)的強度、剛度和穩(wěn)定性驗算。反之，力學(xué)方程（組）解還可以進一步應(yīng)用于建筑工程實體的設(shè)計和施工。結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊用于解決實際工程問題的流程思路如圖2所示。

2 CDIO標(biāo)準(zhǔn)與建筑力學(xué)模塊的關(guān)系

CDIO人才培養(yǎng)模式建立了由工程技術(shù)領(lǐng)域和個人、人際交往能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力等高度交叉的能力所組成的課程計劃，并體現(xiàn)在12條CDIO標(biāo)準(zhǔn)中。同時，這些標(biāo)準(zhǔn)定義了CDIO課程教育的獨特特征，作為教育課程改革和評價的指導(dǎo)，創(chuàng)立了可在全世界范圍內(nèi)應(yīng)用的基準(zhǔn)和目標(biāo)，提供了可持續(xù)改進的框架[1]。

CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)中，與建筑力學(xué)課程模塊對應(yīng)的主要有七條標(biāo)準(zhǔn)，它們分別是標(biāo)準(zhǔn)1、標(biāo)準(zhǔn)3、標(biāo)準(zhǔn)4、標(biāo)準(zhǔn)5、標(biāo)準(zhǔn)6、標(biāo)準(zhǔn)7和標(biāo)準(zhǔn)8。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)1描述的是建筑工程生命周期的背景環(huán)境。基于建筑工程的生命周期模型“規(guī)劃—設(shè)計—施工—運維”，可將建筑工程技術(shù)知識、力學(xué)素養(yǎng)及學(xué)生個人能力的培養(yǎng)融入建筑工程實體簡化為力學(xué)模型的分析過程中。實現(xiàn)建筑物從工程實體轉(zhuǎn)換為力學(xué)模型，需要經(jīng)過一系列科學(xué)合理分析和簡化條件，如忽略次要因素，保留實體結(jié)構(gòu)的主要特征等。所以，CDIO標(biāo)準(zhǔn)1與模塊3-1和模塊3-2之間的簡化過程相對應(yīng)[2]。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)3描述的是建筑力學(xué)一體化課程計劃。理論力學(xué)模塊是材料力學(xué)模塊存在的必要條件，理論力學(xué)模塊和材料力學(xué)模塊又是結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的重要基礎(chǔ)，所以理論力學(xué)模塊和材料力學(xué)模塊之間、材料力學(xué)模塊和結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊之間有非常密切的關(guān)聯(lián)。在模塊學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生獲取了建筑工程材料—構(gòu)件—結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)建造能力，同時，學(xué)生的個人、人際交往能力也得到了提高。由此可得，CDIO標(biāo)準(zhǔn)3與理論力學(xué)模塊、材料力學(xué)模塊和結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊之間的轉(zhuǎn)換過程相對應(yīng)。

作為描述建筑力學(xué)工程導(dǎo)論的CDIO標(biāo)準(zhǔn)4，提供建筑工程從構(gòu)件到系統(tǒng)的建造過程框架，并為學(xué)生能力的培養(yǎng)提供一個起步。理論力學(xué)模塊引導(dǎo)學(xué)生從剛體運動到系統(tǒng)平衡，建立起建筑工程必須保持平衡的框架思想;結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊中的分支模塊力學(xué)模型模塊（模塊3-2），提供學(xué)生認(rèn)識到建筑工程進行力學(xué)分析的基礎(chǔ)是力學(xué)模型，這是一切工程設(shè)計和施工計算的框架。所以，CDIO標(biāo)準(zhǔn)4與理論力學(xué)模塊和力學(xué)模型這一分支模塊相對應(yīng)。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)5描述為設(shè)計—實現(xiàn)的經(jīng)驗，提供學(xué)生從模型到產(chǎn)品的一系列工程活動。此過程讓學(xué)生更深入地理解建筑工程的學(xué)科知識，強調(diào)在工程學(xué)習(xí)過程中讓學(xué)生把理論知識和自己的職業(yè)興趣有機地聯(lián)系起來。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的分支模塊力學(xué)模型模塊（模塊3-2）到另一個分支模塊力學(xué)方程模塊（模塊3-3）的過程中，學(xué)生需要對力學(xué)模型進行受力分析，確定外力如何轉(zhuǎn)化為荷載，轉(zhuǎn)化為靜荷載還是動荷載，是均布荷載還是集中荷載等。學(xué)生在此過程中如果得到教師的肯定，從中獲得的成就感就會進一步激發(fā)未來的職業(yè)興趣。所以，CDIO標(biāo)準(zhǔn)5與結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊中的兩個分支模塊（力學(xué)模型模塊3-2和力學(xué)方程模塊3-3）相對應(yīng)。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)6描述的是工程實踐場所。實踐場所可以是傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)空間，如實驗室、教室或演講廳等。學(xué)生在這些直接或互動的實踐場所內(nèi)，在使用實驗器材和軟件時，既實現(xiàn)了建筑工程的建造過程，同時個人動手能力、獲取知識能力、交流能力和團隊協(xié)作能力也得到最好的發(fā)展和提高[3]。在材料力學(xué)模塊學(xué)習(xí)過程中需要進行一系列建筑工程材料的機械性能實驗，并分析實驗數(shù)據(jù)，觀察實驗現(xiàn)象并獲取材料的機械性能指標(biāo)。在實驗過程中，學(xué)生需要分成許多小組，各小組成員之間必須分工合作，才能在有限的時間內(nèi)完成教師給定的任務(wù)。

通過科學(xué)使用先進的實驗儀器、小組成員之間的交流協(xié)作、實驗現(xiàn)象的觀察和描述、實驗數(shù)據(jù)的整理和分析等，學(xué)生獲得未來工程師必須具備的綜合能力。所以，CDIO標(biāo)準(zhǔn)6與材料力學(xué)模塊（模塊2）相對應(yīng)。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)7描述的是一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗。對于高職土建教師來說，一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗是一種教學(xué)方法的改革，也是對其教學(xué)能力的挑戰(zhàn)，因為此過程旨在整合土建專業(yè)相關(guān)學(xué)科知識傳授給學(xué)生，同時搭建理論學(xué)習(xí)和工程實踐問題的橋梁，指導(dǎo)學(xué)生提高個人綜合能力，以達(dá)到合格土木工程師的要求。結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的分支模塊力學(xué)方程模塊（模塊3-3）是建筑工程實體問題的凝練和升華，是力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題的結(jié)晶。學(xué)生學(xué)習(xí)時能夠深切體會到工程實踐問題與力學(xué)和數(shù)學(xué)的密不可分關(guān)系，并且能實現(xiàn)建筑力學(xué)學(xué)習(xí)過程質(zhì)的飛躍，從而培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)思維和數(shù)學(xué)思維，體會專業(yè)基礎(chǔ)知識和個人綜合能力有機融合提升的快樂。所以，CDIO標(biāo)準(zhǔn)7與力學(xué)方程模塊（模塊3-3）相對應(yīng)。

作為描述主動學(xué)習(xí)的CDIO標(biāo)準(zhǔn)8，致力于主動經(jīng)驗學(xué)習(xí)的教和學(xué)，強調(diào)教師和學(xué)生都主動參與并進行互動。對于高職教師來說，此過程的重點不僅僅是傳授理論知識，更是讓被動的信息傳遞在互動中實現(xiàn)學(xué)生更多地動手操作和分析判斷上[4]。主動學(xué)習(xí)的方式很多，如教師和學(xué)生互換角色、辯論、小組討論等。當(dāng)學(xué)生對建筑工程的設(shè)計和施工過程進行模仿時，即獲得經(jīng)驗學(xué)習(xí)的能力提升，教師也在組織實現(xiàn)的過程中，更靈活地將專業(yè)知識和技能寓于情景中。學(xué)生在輕松的氛圍中愉快地學(xué)到重要概念的互聯(lián)，更重要的是從教師的現(xiàn)身說法中學(xué)到如何學(xué)和學(xué)什么，突破了專業(yè)學(xué)習(xí)的瓶頸，取得很好的學(xué)習(xí)效果。所以，CDIO標(biāo)準(zhǔn)8與結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的分支模塊工程實體模塊（模塊3-1）以及力學(xué)方程模塊（模塊3-3）和工程實體模塊（模塊3-4）之間的轉(zhuǎn)換相對應(yīng)。

CDIO標(biāo)準(zhǔn)與建筑力學(xué)模塊的對應(yīng)關(guān)系詳見表1和表2。

3 CDIO標(biāo)準(zhǔn)在建筑力學(xué)模塊中的應(yīng)用

CDIO標(biāo)準(zhǔn)與建筑力學(xué)模塊的有機結(jié)合如圖3所示，實現(xiàn)了CDIO標(biāo)準(zhǔn)在高職土建專業(yè)基礎(chǔ)課的落地實施，為建筑力學(xué)的教學(xué)改革提出世界通行的舉措，也為建筑力學(xué)的教改成效提供了科學(xué)評估框架。上海城建職業(yè)學(xué)院的建筑力學(xué)課程采用CDIO理念制定課程標(biāo)準(zhǔn)，并將CDIO標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于建筑力學(xué)課程的模塊化教學(xué)中。通過四年的實施，學(xué)生、用人單位和教師的調(diào)查滿意度達(dá)98%，說明CDIO標(biāo)準(zhǔn)在建筑力學(xué)模塊中的應(yīng)用是行之有效的，可以推廣應(yīng)用到高職土建專業(yè)的其他專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課的教學(xué)改革中?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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