申中原 白雪

摘? 要 CDIO人才培養(yǎng)理念的科學性和系統(tǒng)性，應用到機械、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標準在高職土建專業(yè)基礎(chǔ)課建筑力學課程改革中的應用，根據(jù)建筑力學的課程體系特點，對其進行模塊劃分，并根據(jù)每個模塊的特征，結(jié)合CDIO標準定義的課程教育的獨特特征，將CDIO標準應用于每個模塊，實踐證明是行之有效的。

關(guān)鍵詞 CDIO標準;建筑力學;專業(yè)基礎(chǔ)課;模塊劃分

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：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 建筑力學課程體系模塊化

建筑力學是高職土建專業(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)課提供必要的力學基礎(chǔ)。建筑力學的課程體系，根據(jù)內(nèi)容可以劃分為三個模塊：理論力學模塊、材料力學模塊、結(jié)構(gòu)力學模塊。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。

建筑力學課程體系模塊化? 建筑力學課程的基礎(chǔ)模塊是理論力學模塊。該模塊的研究對象是剛體，主要內(nèi)容是靜力學的平衡理論，包括三個靜力學公理（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。

材料力學模塊是建筑力學課程的第二模塊。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，以及每種形式對應的強度和剛度條件;對于細長受壓桿件來說，容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)，所以穩(wěn)定性驗算也是材料力學模塊的一個重要學習內(nèi)容。

建筑力學的最后一個模塊是結(jié)構(gòu)力學模塊。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。

建筑力學三個模塊之間的關(guān)系如圖1所示。

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

2 CDIO標準與建筑力學模塊的關(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標準中。同時，這些標準定義了CDIO課程教育的獨特特征，作為教育課程改革和評價的指導，創(chuàng)立了可在全世界范圍內(nèi)應用的基準和目標，提供了可持續(xù)改進的框架[1]。

CDIO的12條標準中，與建筑力學課程模塊對應的主要有七條標準，它們分別是標準1、標準3、標準4、標準5、標準6、標準7和標準8。

CDIO標準1描述的是建筑工程生命周期的背景環(huán)境?；诮ㄖこ痰纳芷谀Ｐ汀耙?guī)劃—設(shè)計—施工—運維”，可將建筑工程技術(shù)知識、力學素養(yǎng)及學生個人能力的培養(yǎng)融入建筑工程實體簡化為力學模型的分析過程中。實現(xiàn)建筑物從工程實體轉(zhuǎn)換為力學模型，需要經(jīng)過一系列科學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標準1與模塊3-1和模塊3-2之間的簡化過程相對應[2]。

CDIO標準3描述的是建筑力學一體化課程計劃。理論力學模塊是材料力學模塊存在的必要條件，理論力學模塊和材料力學模塊又是結(jié)構(gòu)力學模塊的重要基礎(chǔ)，所以理論力學模塊和材料力學模塊之間、材料力學模塊和結(jié)構(gòu)力學模塊之間有非常密切的關(guān)聯(lián)。在模塊學習過程中，學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，學生的個人、人際交往能力也得到了提高。由此可得，CDIO標準3與理論力學模塊、材料力學模塊和結(jié)構(gòu)力學模塊之間的轉(zhuǎn)換過程相對應。

作為描述建筑力學工程導論的CDIO標準4，提供建筑工程從構(gòu)件到系統(tǒng)的建造過程框架，并為學生能力的培養(yǎng)提供一個起步。理論力學模塊引導學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)力學模塊中的分支模塊力學模型模塊（模塊3-2），提供學生認識到建筑工程進行力學分析的基礎(chǔ)是力學模型，這是一切工程設(shè)計和施工計算的框架。所以，CDIO標準4與理論力學模塊和力學模型這一分支模塊相對應。

CDIO標準5描述為設(shè)計—實現(xiàn)的經(jīng)驗，提供學生從模型到產(chǎn)品的一系列工程活動。此過程讓學生更深入地理解建筑工程的學科知識，強調(diào)在工程學習過程中讓學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)力學模塊的分支模塊力學模型模塊（模塊3-2）到另一個分支模塊力學方程模塊（模塊3-3）的過程中，學生需要對力學模型進行受力分析，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標準5與結(jié)構(gòu)力學模塊中的兩個分支模塊（力學模型模塊3-2和力學方程模塊3-3）相對應。

CDIO標準6描述的是工程實踐場所。實踐場所可以是傳統(tǒng)的學習空間，如實驗室、教室或演講廳等。學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]。在材料力學模塊學習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。在實驗過程中，學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。

通過科學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，學生獲得未來工程師必須具備的綜合能力。所以，CDIO標準6與材料力學模塊（模塊2）相對應。

CDIO標準7描述的是一體化學習經(jīng)驗。對于高職土建教師來說，一體化學習經(jīng)驗是一種教學方法的改革，也是對其教學能力的挑戰(zhàn)，因為此過程旨在整合土建專業(yè)相關(guān)學科知識傳授給學生，同時搭建理論學習和工程實踐問題的橋梁，指導學生提高個人綜合能力，以達到合格土木工程師的要求。結(jié)構(gòu)力學模塊的分支模塊力學方程模塊（模塊3-3）是建筑工程實體問題的凝練和升華，是力學問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學問題的結(jié)晶。學生學習時能夠深切體會到工程實踐問題與力學和數(shù)學的密不可分關(guān)系，并且能實現(xiàn)建筑力學學習過程質(zhì)的飛躍，從而培養(yǎng)嚴謹?shù)牧W思維和數(shù)學思維，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標準7與力學方程模塊（模塊3-3）相對應。

作為描述主動學習的CDIO標準8，致力于主動經(jīng)驗學習的教和學，強調(diào)教師和學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)學生更多地動手操作和分析判斷上[4]。主動學習的方式很多，如教師和學生互換角色、辯論、小組討論等。當學生對建筑工程的設(shè)計和施工過程進行模仿時，即獲得經(jīng)驗學習的能力提升，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。學生在輕松的氛圍中愉快地學到重要概念的互聯(lián)，更重要的是從教師的現(xiàn)身說法中學到如何學和學什么，突破了專業(yè)學習的瓶頸，取得很好的學習效果。所以，CDIO標準8與結(jié)構(gòu)力學模塊的分支模塊工程實體模塊（模塊3-1）以及力學方程模塊（模塊3-3）和工程實體模塊（模塊3-4）之間的轉(zhuǎn)換相對應。

CDIO標準與建筑力學模塊的對應關(guān)系詳見表1和表2。

3 CDIO標準在建筑力學模塊中的應用

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

參考文獻

[1]顧佩華，胡文龍，陸小華，等.從CDIO在中國到中國的CDIO：發(fā)展路徑、產(chǎn)生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017（1）：24-43.

[2]顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認識工程教育：國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學改革研究[J].高等工程教育研究，2014（1）：163-168.

[4]朱街祿，宋軍偉，王露.基于CDIO工程教育模式的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學改革探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（18）：74-76.