基于CDIO原理《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》教學(xué)研究*

祝睿娟（河北水利電力學(xué)院，河北滄州061001）

近年來(lái)，土木工程專(zhuān)業(yè)人才需求量呈遞增趨勢(shì)，對(duì)于專(zhuān)業(yè)教師來(lái)說(shuō)，應(yīng)深入研究混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)模式，探索CDIO原理與專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)融合方法，最終培養(yǎng)優(yōu)秀的專(zhuān)業(yè)人才。可見(jiàn)，這一論題具有探究的現(xiàn)實(shí)性意義，具體內(nèi)容如下。

1 CDIO原理基本介紹

CDIO工程教育模式以CDIO大綱為指導(dǎo)，在理論知識(shí)與實(shí)際操作結(jié)合方面提供可行性策略。CDIO原理總結(jié)為：基于工程教育模式思想科學(xué)制定設(shè)計(jì)方案，在具體技術(shù)輔助下呈現(xiàn)原理及設(shè)計(jì)思想，最后以項(xiàng)目實(shí)習(xí)方式有機(jī)融合理論知識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，為社會(huì)發(fā)展提供推助力[1]。其中，C、D、I、O分別是構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作的代表，以工程項(xiàng)目為例，這是全生命周期的過(guò)程式構(gòu)建。工程教育教學(xué)改革的關(guān)鍵期，CDIO原理在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)中運(yùn)用，一定程度上能夠鍛煉專(zhuān)業(yè)學(xué)生綜合能力，并與國(guó)際工程教育接軌，真正為工程實(shí)踐提供所需人才。

2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程特點(diǎn)及教學(xué)問(wèn)題

2.1 課程特點(diǎn)

土木工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，教師既要傳授理論知識(shí)，又要提升學(xué)生實(shí)踐技能，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程具備理論教育和實(shí)踐教育雙重優(yōu)勢(shì)，這也是該課程核心地位提升的主要原因。課程特點(diǎn)總結(jié)如下：

第一，知識(shí)點(diǎn)范圍廣。課程內(nèi)容包括定義、公式，以及受力變形下構(gòu)件的承載力計(jì)算等，專(zhuān)業(yè)學(xué)生既要扎實(shí)鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，又要在專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中拓寬思路，從而為課程實(shí)踐提供知識(shí)支撐。

第二，課程實(shí)踐性?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐以基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)課為支撐，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等課程知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，確保力學(xué)分析、模型構(gòu)建等活動(dòng)有效開(kāi)展，最終混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案返修次數(shù)會(huì)大大減少，并且設(shè)計(jì)作品能夠達(dá)到規(guī)范化要求[2]。

第三，計(jì)算模型。試驗(yàn)研究、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為計(jì)算公式形成與運(yùn)用提供基礎(chǔ)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)中，教師參照現(xiàn)行規(guī)范完成多公式教學(xué)任務(wù)，即便計(jì)算公式的實(shí)際應(yīng)用存在一定阻力，但能夠鍛煉學(xué)生綜合實(shí)踐能力。

第四，解答方法多樣性?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)中，教師向?qū)W生介紹視情而定原則，取得資源優(yōu)配、設(shè)計(jì)方案實(shí)用性提高的良好效果，當(dāng)影響因素動(dòng)態(tài)變化，所以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果不相一致。實(shí)際教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)習(xí)慣及方法，徹悟混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，為實(shí)際操作提供理論指導(dǎo)。

2.2 教學(xué)問(wèn)題

當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)效果不容樂(lè)觀，實(shí)際教學(xué)中存在學(xué)時(shí)不足、教材內(nèi)容更新遲緩、教學(xué)方法陳舊、教材評(píng)價(jià)單一等問(wèn)題。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)點(diǎn)較多，并且理論體系具有學(xué)科綜合性，從學(xué)生角度來(lái)看，應(yīng)獲得充足課時(shí)，否則，專(zhuān)業(yè)課知識(shí)消化效果不盡如人意?，F(xiàn)今，專(zhuān)業(yè)課課時(shí)呈壓縮態(tài)勢(shì)，教師為在規(guī)定課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，只能選擇重點(diǎn)內(nèi)容講解，實(shí)際上，知識(shí)點(diǎn)講解停留于淺顯層面，最終不利于學(xué)生完整知識(shí)架構(gòu)的建立，并且會(huì)影響基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)化和實(shí)踐技能的提升[3]?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教材例題更新速度緩慢，這與新規(guī)范背道而馳，不利于提高教育教學(xué)有效性。課堂教學(xué)中，專(zhuān)業(yè)教師更多的是運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)法，即通過(guò)填鴨方式、灌輸方式進(jìn)行知識(shí)傳授，實(shí)則理論知識(shí)在實(shí)踐中的指導(dǎo)效用難以全面發(fā)揮。除此之外，教學(xué)評(píng)價(jià)方式不夠豐富，最終得到的評(píng)價(jià)結(jié)果并不能真實(shí)反映混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教與學(xué)效果，這對(duì)教學(xué)策略科學(xué)化制定、有效化實(shí)施會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。

3 CDIO原理用于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)的策略

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目

CDIO原理應(yīng)用的過(guò)程中，圍繞具體項(xiàng)目運(yùn)用理論知識(shí)，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)活動(dòng)規(guī)范化開(kāi)展，從而豐富學(xué)生的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為日后實(shí)踐能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。案例項(xiàng)目涉及截面承載力，這既能考查學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握情況，又能讓學(xué)生在多種截面破壞情境中靈活運(yùn)用公式完成計(jì)算任務(wù)，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，取得理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)效果。每組實(shí)驗(yàn)成員約八名，各組員分別負(fù)責(zé)資料獲取、公式計(jì)算、實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)，最終組長(zhǎng)以PPT形式展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 建設(shè)CDIO理念為指導(dǎo)的教學(xué)體系

3.2.1 構(gòu)思

學(xué)生在圖書(shū)館或電子閱覽室查閱文獻(xiàn)資料，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索方式得知試驗(yàn)原理及方法，并逐項(xiàng)細(xì)分試驗(yàn)環(huán)節(jié)，為試驗(yàn)知識(shí)運(yùn)用做足充分準(zhǔn)備。了解截面承載力安全范圍時(shí)，準(zhǔn)備適宜重量、輕質(zhì)量、重質(zhì)量筋梁試件，科學(xué)制定測(cè)試方案，在這一過(guò)程中，組員集思廣益，教師正確指導(dǎo)，為承載力計(jì)算提供新思路。

3.2.2 設(shè)計(jì)

項(xiàng)目構(gòu)思后，學(xué)生細(xì)化試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)活動(dòng)，在承載力計(jì)算基礎(chǔ)上，逐項(xiàng)完成臺(tái)座、支座，以及其他部件的承載力設(shè)計(jì)方案。在此期間，組員圍繞可行性、潛在問(wèn)題進(jìn)行討論，針對(duì)性制定問(wèn)題處理預(yù)案。

3.2.3 實(shí)施

基于上述步驟將試驗(yàn)內(nèi)容付諸實(shí)踐，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的變化情況，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案合理性，客觀總結(jié)截面裂縫規(guī)律、撓度變化特征。一旦出現(xiàn)荷載超支現(xiàn)象出現(xiàn)，那么通過(guò)彎矩替換再次記錄數(shù)據(jù)。最后比較理論層面和實(shí)際層面承載力，盡可能減少實(shí)施環(huán)節(jié)的失誤。

3.2.4 運(yùn)行

試驗(yàn)結(jié)束后，各小組整理、分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，據(jù)此填寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告。接下來(lái)從多層面分析誤差原因，并記錄CDIO理念應(yīng)用感受。最后組員之間互相評(píng)價(jià)各自表現(xiàn)，組長(zhǎng)客觀匯總組內(nèi)協(xié)配情況。

3.3 創(chuàng)新CDIO原理常態(tài)運(yùn)用策略

3.3.1 調(diào)整課時(shí)結(jié)構(gòu)

專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的課時(shí)壓縮，要想在有限課時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，這對(duì)教師專(zhuān)業(yè)能力提出挑戰(zhàn)。課堂教學(xué)中，教師應(yīng)梳理教材重難點(diǎn)，將易理解、難度低的知識(shí)放在導(dǎo)學(xué)、課后自學(xué)等環(huán)節(jié)，課上教師重點(diǎn)講解學(xué)生難以理解的知識(shí)點(diǎn)。這既能鍛煉學(xué)生自學(xué)能力，又能從整體上提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)質(zhì)量，能使CDIO原理實(shí)用價(jià)值全面提高。

3.3.2 選擇適合教材

教材例題更新情況與新規(guī)范要求相一致，即教材內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)規(guī)范、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、學(xué)時(shí)相匹配，這既能突破專(zhuān)業(yè)知識(shí)傳授阻力，又能讓學(xué)生在理解知識(shí)的基礎(chǔ)上，有效內(nèi)化理論知識(shí)。教材內(nèi)容更新落實(shí)到過(guò)程，意味著CDIO原理的應(yīng)用價(jià)值全面顯現(xiàn)，這能真正優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)效果。

3.3.3 創(chuàng)新教學(xué)方法

CDIO原理實(shí)踐階段，教師將傳統(tǒng)教學(xué)法與多媒體教學(xué)法相結(jié)合，即以PPT展示法、視頻教學(xué)法細(xì)致介紹工程結(jié)構(gòu)、工藝特點(diǎn)，同時(shí)，受力情況能夠直觀顯現(xiàn)。涉及公式推導(dǎo)時(shí)，板書(shū)教學(xué)方法更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷W(xué)生能有更多時(shí)間記憶公式，通過(guò)理解式記憶力來(lái)解答實(shí)際工程問(wèn)題。由于教學(xué)情況受多種因素影響，所以教師能夠通過(guò)推廣慕課教學(xué)法來(lái)利用碎片時(shí)間，幫助學(xué)生鞏固舊知、拓展新知，從而豐富學(xué)生知識(shí)體系、完善知識(shí)架構(gòu)。最為重要的是，慕課教學(xué)法能夠打破時(shí)空局限性，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等需求。由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程知識(shí)點(diǎn)繁雜，為確保學(xué)生內(nèi)化所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，教師每講解一節(jié)知識(shí)點(diǎn)，會(huì)為學(xué)生提供組件討論時(shí)間，必要時(shí)提供工程素材，鼓勵(lì)學(xué)生以組件合作方式完成規(guī)范設(shè)計(jì)任務(wù)，將設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題經(jīng)討論高效解決，這既能鍛煉學(xué)生協(xié)作協(xié)配能力，又能實(shí)現(xiàn)CDIO原理子環(huán)節(jié)之間的有效連接。

3.3.4 改革考核方式

為了解階段性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)中CDIO原理實(shí)踐情況，務(wù)必全過(guò)程考核教與學(xué)活動(dòng)，基于常規(guī)考試考核方式，將課堂表現(xiàn)、設(shè)計(jì)構(gòu)思、實(shí)踐表現(xiàn)等內(nèi)容納入考核范圍，并從學(xué)生、學(xué)生家長(zhǎng)、科任教師口中得知客觀評(píng)價(jià)。考核結(jié)果出具后，教師有依據(jù)地調(diào)整CDIO工程教育方案，引導(dǎo)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，鼓勵(lì)學(xué)生活用綜合知識(shí)，從而提升學(xué)生理論知識(shí)運(yùn)用能力和實(shí)踐操作水平。

3.3.5 組建教師團(tuán)隊(duì)

專(zhuān)業(yè)教師聘用時(shí)，既要在高質(zhì)量授課方面提出要求，又要教師具備混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這能為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。教師聘用后，組建雙師型團(tuán)隊(duì)，這既能提高教師專(zhuān)業(yè)教學(xué)能力，又能在課程教學(xué)改革方面提供豐富的師資力量，確?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)活動(dòng)又好又快開(kāi)展。

4 結(jié)論

綜上所述，土木工程教育教學(xué)改革的關(guān)鍵期，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)理念革新、教學(xué)方法改進(jìn)十分關(guān)鍵。當(dāng)CDIO原理用于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)當(dāng)中，應(yīng)調(diào)整課時(shí)結(jié)構(gòu)、選擇適合教材、創(chuàng)新教學(xué)方法、改革考核方式、組建教師團(tuán)隊(duì)，真正提高專(zhuān)業(yè)學(xué)生理論知識(shí)運(yùn)用能力，并鍛煉學(xué)生實(shí)踐操作能力。