土木工程专业材料力学改革研究

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【摘要】结合土木工程专业材料力学课程教学中存在的问题，从卓越工程师的培养目标出发，把CDIO教学理念引入到材料力学教学体系中，从教学内容、教学手段和方法、考核评价等方面提出来了有效的教学改革措施，建立了基于CDIO理念的材料力学教学模式。该教学模式对于提高学生的学习热情，培养学生的综合实践和创新能力有积极意义，是解决目前土木工程专业在力学教学中遇到问题的一个很好的借鉴途径。

【关键词】CDIO教育理念；材料力学；教学改革；课程考核体系

0引言

材料力学是土木工程专业的技术基础课，是研究各类工程结构中普遍存在的受力和变形现象的学科，着重培养学生的逻辑思维、分析能力和解决实际问题能力。一直以来，我国大学中所讲授的力学课程内容大多由前苏联引进的内容，内容陈旧、枯燥、抽象、重理论轻实践。教学方法多采用灌输式教学，造成课堂气氛死板，有时甚至枯燥无味，大大降低了学生的学习热情。这些问题不但加剧了学生的学习惰性，也影响到其它课程的学习状况。针对以上问题，如何为实际工程提供合格的力学人才；如何在材料力学教学中充分调动学生的主动性和积极性；在目前有限的课时下，如何对旧有材料力学课程体系进行合并、筛选等工作已经成为教学改革工作不可回避的事实。CDIO工程教育理念提倡在实践中学习，在学习中实践，这为该问题的解决提供了一种思路。

1CDIO工程教育模式

CDIO模式以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO模式强调与社会大环境相协调的综合的创新能力，同时更关注工程实践，加强培养学生的实践能力，因此CDIO工程教育模式是提高大学生的创新和动手能力、推进产学研结合、加强实践教学环节以及加强学生参与交流与合作能力的有效途径。

2基于CDIO模式的材料力学教学大纲设计

CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。材料力学课程既包括专业知识学习，又强调应用能力的提升，根据这一教学目标设计的教学大纲如表1所示。

3改革方案设计

3.1教学内容的改革

对于传统教学中的基本概念、原理和方法，我们在教学中应该重视，可为了拓宽学生的视野和运用力学知识建模的能力，我们又应该对教学内容优化。随着科学技术的发展，新的理论、新的学科、新的计算工具和计算方法、新的试验方法不断涌现，在教学内容中适当增加这方面的介绍和练习，可以拓宽和增强学生系统解决实际工程的能力。此外，学生普遍对繁琐的理论推导缺乏热情，因此有必要在教学中加入实习环节或模型演示环节，实现教学与实践的结合，从而提高学生对力学课程的兴趣。

3.2教学方法和教学手段的改革

如何调动学生的主动思考，如何加强学生独立解决问题的能力，如何实现“在实践中学习，在学习中实践”？显然单纯的课堂教学很难实现这些目的。首先，材料力学应把课堂教学与案例教学或现场教学结合起来，并配合一定形式的课堂讨论。这样学生就能比较生动地、直观地去学习基本理论，并且可以明确学习的目的性。例如：弯曲问题可以在施工现场结合梁的配筋布设讲解；组合变形可以在实验室用模具演示教学等等。另一方面，CDIO教育理念重视个人能力及技能的同时，强调团队协作与交流，因此可以在教学过程中开展分组专项研讨。专项研讨任务以小组为单位，每组3~5人，让学生到施工现场进行调研，结合工程实际确定材料力学研讨主题，然后针对工程实际问题建立力学模型，通过小组探讨解决工程问题，从而锻炼学生收集信息、主动获取新的知识、解决问题和创新的能力。再一方面，还可以在教学过程中开展自主实验设计，推动学生自主学习能力。在教学手段上也应结合新技术、新方法的发展，在传统的板书基础上，融入PPT、Flash动画、仿真数值模拟等教学手段。一方面加强学生对传统力学知识的理解，另一方面，新的教学手段可以丰富教学内容，贴近工程实践，拓宽学生的视野。例如：PPT相对于板书，可以发挥信息量大的优点，让学生在有限时间内完成更多的课上练习；Flash动画可以在课堂上展现一些实验现象或者工程实际现象，这有助于学生对抽象力学概念的理解等等。

4课程评价体系改革

课程的考核评价体系和考核方法主导着学生的学习动力和方向，其改革必须匹配材料力学课程的CDIO教学大纲，起到引导学生有意识开展专业能力锻炼的目的。材料力学课程成绩包括三部分：书面理论考试、汇报答辩、实验报告，权重为0.4、0.4、0.2。书面理论考试主要以基本概念、基本理论、基本技能为主。汇报答辩要求学生对小组研讨专项做成PPT，图文并茂的在讲台上向老师和同学做报告，并回答老师和同学对改组项目提出的问题，考核重点在：调研的充分性、CDIO综合能力的展现性、技术和理论的结合度、团队的协作能力等方面。实验报告要体现自主实验设计的选题调研、方案设计、实物开发和交流评比等环节。

5结束语

基于CDIO的材料力学教学模式着手改革课程体系和教学模式、创新教学方法和教学手段、调整教学考核体系，从而调动学生的主动思考动力、培养学生的团队协作和交流能力、加强学生独立解决问题的能力，让学生“在实践中学习，在学习中实践”。

【参考文献】

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［3］林建.面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究，2011（5）.

［4］胡志刚，任胜兵，吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式[J].中国高等教育，2010（22）.

［5]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）.

作者：贾磊 单位：石家庄经济学院勘查技术与工程学院