CDIO工程教育理念在结构力学课程教学中的实践-2019年教育文档

CDIO教育理念的结构力学课程教学实践研究摘要：针对以理论为主的结构力学的课堂讲授模式无法满足提高学生分析和解决工程实际问题能力的目标要求。

在课程教学中引入CDIO工程教育理念，以工程项目为载体和借助ABQUS软件平台两个方面，对课程教学模式进行重新的思考和设计。

实践证明，该理念指导下的课程改革可以建立符合土木工程学生学习特点的教学模式，更好地实现人才培养目标。

关键词：CDIO；结构力学；工程案例；教学实践中图分类号：G642.0文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）11-0197-02收稿日期：2019-06-26基金项目：河北工业大学教学研究项目“基于CDIO的卓越土木工程师培养的力学教学体系改革与实践构建”通讯作者：乔金丽（1978-），女，河北行唐人，博士，副教授，研究方向：结构设计优化。

结构力学在土木工程专业整个课程体系中处于承上启下的核心地位。

本课程的任务是在学习的理论力学和材料力学等课程的基础上进一步掌握结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科。

结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法，成为利用计算机进行结构计算的理论基础[1-3]。

CDIO教育理念代表构思（Conceive）、设计（De-sign）、实施（Implement）、运行（Operate）。

基于国家对“卓越工程师培养计划”的要求，根据社会对土木工程人才综合性、系统性、实践性和创新性的要求，围绕这种素质的培养需求和目前结构体系教学中存在的问题，通过CDIO工程教育理念调整纯粹的理论结构力学教学转变为工程项目或者完整工程案例的结构力学实践教学[4-5]。

一、传统的结构力学教学中存在的问题1.重教轻学。

这种教学观念极大抑制了学生学习的主动性和积极性，很难挖掘学生个性，不利于培养学生的创新能力。

2.落后的教学方法制约了学生的创造性。

课堂教学中，教师的理论课程的讲授占据了课程全部时间，师生之间缺乏互动交流，学生的创新能力和自学能力也难以培养，交流沟通和团队精神更是无从谈起。

CDIO教育理念下的机械类课程改革与实践随着经济的快速发展，我国的国际影响力不断提升，对人才培养和教育提出了新的要求。

近年来，国内高等教育体系发生了一些积极变化，但是高等教育特别是工程教育与经济发展的需要还并不十分适应，培养的工程技术人才还不能满足现代企业的要求，这种状况将直接影响我国的国际竞争力。

当CDIO工程教育模式进入我国高等教育领域的视野后，燕山大学机械工程学院把握机会，于2013年5月正式加入国际CDIO组织，是教育部CDIO工程教育改革项目的参加单位，燕山大学机械工程学院成为国内CDIO工程教育机械组的牵头单位。

学院结合国内外CDIO工程教育模式的改革成果，立足本校实际，通过开展以课程改革为主线、以教师培养为龙头、以实践创新为动力、以制度完善为保障、以卓越计划为平台的“五位一体”教育模式，本科教学实践活动颇显成效。

1 CDIO工程教育模式概述当今社会对高等院校工程教育有两方面的基本需求：在专业知识技术方面，对毕业生掌握和运用知识技术的能力要求越来越高；在现代化工程团队的适应、新产品的创新创意、新系统的开发研制等方面，对毕业生所必需的团队协作、系统分析、实际操作等能力要求越来越高。

因此，高等院校的工程教育除了在理论知识方面的教育外，在学生的团队协作能力训练、创新思维培养、人际关系构建、实践水平提升等方面都不可懈怠。

CDIO工程教育模式便是回应上述需求的一种以工程项目设计为导向、以工程能力培养为目标的教育模式。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以从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。

自2000年由美国麻省理工学院和其他世界著名的工科大学发起研究和实施以来，CDIO模式便取得了显著的成果，为教育界、产业界所瞩目。

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[1]。

在《材料力学》课程教学改革中贯彻CDIO理念的探索摘要：为了培养满足经济全球化对现代师的要求的人才，本文详细分析了具有国际共识的CDIO教育模式，结合我们的教学实践，对在《材料力学》课程教学中贯彻CDIO理念进行了初步探讨，有益于《材料力学》课程的教学改革。

关键词：材料力学；CDIO；教学在经济全球化的进程中，随着一带一路建设的发展要求，我国已在一带一路沿线国家开展了大规模的基础设施建设、在国内则大力发展实体经济，这就使得人才需求日显突出，迫切需要大量的满足社会需求、与国际接轨的现代化综合性工程技术人才。

如何培养这种具有技术基础扎实、专业知识宽广、工程应用能力强和良好团队协作能力的工程师，就成为我国工程教育面对的首要课题。

而目前我国工程教育的现状与上述要求尚有一定的差距，还不能完全适应这种要求，出路就在教学改革。

一、CDIO理念CDIO是由美国麻省理工学院和瑞典几所高校推出的一种基于构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）全过程培养学生工程能力的新型工程教育模式。

该模式强调综合的创新能力与社会大环境的协调发展，同时更关注工程实践、加强培养学生的实践能力，并提出了可操作性性的实施及检验测评的12条标准[1]。

CDIO模式以专业理论为基础，关注实践，强调新一代卓越工程师培养的核心信念。

它是系统性、科学性和先进性的统一，反映了当代工程教育的发展趋势。

随着CDIO理念的推出，这种工程教育模式迅速推广到世界各国，很快就形成了国际共识。

在欧美高等工程教学改革试验中获得了巨大成功。

至今国内外有近百所大学加入了CDIO组织，在人才培养水平上取得了良好效果，其培养的学生深受企业与社会青睐。

在国内，推广CDIO理念的高校也日益增多，并取得了良好的预期效果。

国家教育部也举办了关于CDIO的专题研讨会，使其契合我国中长期教育改革和发展规划的要求。

二、CDIO理念下的教学改革为了贯彻CDIO理念，教学改革的目标应是通过注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实践能力，以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力，吸收世界先进的工程教育理念，建立符合国际工程教育共识的课程体系。

CDIO工程教育理念在结构力学课程教学中的实践结构力学课程实践性强，与工程技术密不可分，对培养学生分析与解决实际问题的能力有着非常重要的作用；同时，该课程也是学习后续专业课程的重要基础。

该课程传统教学方式为教师课堂讲解―学生课后练习―课程考试，教学方法与考核方式单一，也容易将学生引入题海学习的误区中，而教学内容的“重计算，轻实践”，则无法充分发挥学生学习的主体作用，对学生工程能力的培养往往达不到预想的效果。

CDIO工程教育理念是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等经过4年的探索和研究而创立的。

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate），它体现了现代工程师所应具备的服务于现代工业产品，从构思、设计、实现到运行的全过程所必须拥有的基本能力。

CDIO工程教育理念就是以此全过程为载体，培养学生的工程能力。

此能力不仅包括学科知识，而且包括学生的个人能力、人际交流能力，以及产品、系统和过程的建造能力。

该工程教育理念2005年引入中国，对国内工程教育产生了重要的影响，以汕头大学为首的院校纷纷开展了专业教育改革的尝试[1-2]，并取得了不少研究成果[3-9]。

以下主要以南京理工大学泰州科技学院的教学改革为对象展开研究。

一、 CDIO工程教育理念下结构力学课程教学改革的尝试南京理工大学泰州科技学院属于独立学院，旨在培养适应地方经济社会发展需要的专业基础扎实、实践能力强的应用技术型人才。

学院具有良好的办学条件和扎实的工程教育基础，2010年被教育部确定为CDIO工程教育改革试点高校，CDIO工程教育理念的贯彻实施有利于培养学生综合创新能力，增强学生与社会大环境协调发展的能力。

（一）课程改革的总思路及项目设计课程改革以南京理工大学泰州科技学院土木工程学院基于一级项目（即专业核心课程）建立起来的专业课程体系为总的指导，如表1所示。

2.2.1 建立假设2.2.2 查询相关书刊或者电子文献2.2.3 实验探索2.2.4 假设检验和论证2.4.3 创造性思维3.1.2 团队工作运行4.5.4 硬件、软件的结合4.5.5 测试、验证、认证以及取得证书三年级一般工程建筑、结构分析设计能力；施工管理及组织能力；建筑工程计量及计价的能力2.4.2 执着与变通2.4.5 自省个人的知识、技能、态度2.5.2 职业行为3.2.3 写作交流3.2.4 电子和多媒体交流3.2.5 图表交流3.2.6 口头表达和人际交流4.1.1 工程师的角色和责任4.5.6 实施过程管理四年级运用专业软件的能力；鉴定、检测、加固建筑物及构筑物能力；综合交叉设计能力2.5.1 职业道德、正直、责任感和负责任2.5.2 职业行为2.5.3 主动规划个人职业3.2.6 口头表达和人际交流4.1.1 工程师的角色和责任4.4.3 设计中对知识的利用4.4.4学科专业设计4.5.5 测试、验证、认证以及取得证书围绕专业核心课程体系与CDIO能力指标的对应关系，以及学院应用技术型人才培养目标，南京理工大学泰州科技学院土木工程学院力学教研组针对三级项目的具体要求，确定了结构力学课程的改革思路，即将CDIO理念贯穿于课程的教学目标中，充分发挥学生学习的主体性，以培养学生专业技术能力和人际合作能力为中心，着重进行学生工程能力和创新能力的培养。

基于 CDIO 工程教育理念的建筑结构实训课程教学改革探索摘要：以综合能力为导向，实际项目为载体，从教学内容、教学模式、考核方式3方面对建筑结构实训课程进行基于CDIO工程教育理念的教学改革。

旨在加深学生专业知识学习，培养学生工程素养及职业能力，激发学生创新思维。

关键词：CDIO；建筑结构实训；教学改革CDIO工程教育以构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）全过程为载体，着重培养学生个人和技术能力，这一理念符合当代工程技术人员培养模式。

该理念重视理实结合，通过案例分析、实践、分析问题、解决问题这一过程，激发学生创新思维、团队合作和沟通能力，实现工程素养、职业能力的养成[1]。

将该理念深入建筑结构实训课程，既符合学生的认知、学习规律，又符合专业人才培养的思路。

因此，以CDIO工程教育理念为指导，优化建筑结构系列课程的教学体系、内容和方法，构建符合技工教育与行业发展需求的课程体系是十分必要的。

1建筑结构实训课程的特点建筑结构实训以框架结构设计为主要内容，是一门将建筑力学、建筑结构、建筑识图与构造、建筑CAD等专业课混合糅杂，应用为一体的综合性很强的专业课程，是结构设计师岗位的必要工作，也是将建筑施工图以实物方式展现出来的必不可少的一个环节。

想要完成一个设计，必须要确定工程所在地区的地质情况、环境情况、建筑设计意图及表现方式，从而确定建筑物的结构形式、平面布置方式、计算配筋等内容，因此，该课程的专业性和综合性不言而喻。

此外，一个建筑物从设计到呈现不能单靠一个人来完成，通常需要建筑、结构、水电等专业汇总沟通。

因此，在设计过程中，学会与他人沟通，才能提升工作效率。

通过实践，可以增强学生沟通协作能力，培养他们与他人交换意见的意识。

2基于CDIO理念的建筑结构实训课程改革方法1.教学内容模块化基于CDIO理念的培养要求，将课程内容划分为基础模块、综合模块和项目模块3部分。

以“CDIO”理念构建实践教学体系研究引言CDIO（Conceive, Design, Implement, Operate）是一种以“构思、设计、实施、运营”为核心的工程教育理念，旨在培养学生的创新能力、设计能力、实施能力和团队合作能力，使其具备解决复杂工程问题和应对现实挑战的能力。

本文将以CDIO理念为基础，探索如何构建实践教学体系，提升学生的工程实践能力。

一、CDIO理念概述二、CDIO理念在实践教学中的应用1.项目驱动学习：CDIO理念强调通过项目学习来培养学生的实践能力。

教师可以设计具有挑战性的项目任务，要求学生团队合作、独立思考、解决问题，从而提升其实践能力。

2.工程实践训练：CDIO理念注重工程实践的训练，要求学生在实际项目中运用所学知识和技能。

学生通过参与实践活动，掌握工程设计、模拟、实验和调试等技能，提高解决问题的能力。

3.跨学科综合能力：CDIO教育注重培养学生的跨学科综合能力，要求学生在解决问题时综合运用多学科知识和技能。

学生不仅要掌握专业知识，还要具备团队合作、沟通协调等能力，全面提升综合实践能力。

三、构建基于CDIO理念的实践教学体系1.项目设计与实施：建立基于CDIO理念的项目设计与实施机制，通过设计具有挑战性和实际性的项目任务，引导学生运用所学知识和技能解决问题，培养其实践能力。

2.跨学科综合实践：构建跨学科综合实践平台，整合不同学科资源和教学内容，促进学生跨学科综合能力的培养，培养其团队合作、沟通协调等能力。

3.实践教学评估机制：建立基于CDIO理念的实践教学评估机制，通过考核学生在项目实施过程中的表现和成果，评价其实践能力和综合素质，为其提供有效的反馈和指导。

结论CDIO理念是一种重要的工程教育理念，可以有效提升学生的工程实践能力和综合素质。

构建基于CDIO理念的实践教学体系，将有助于培养学生的创新能力、设计能力和团队合作能力，使其具备解决复杂工程问题和应对现实挑战的能力。

工程化教学理念在《结构力学》课程中的实践摘要：基于多年《结构力学》教学过程中积累的经验和发现的问题，提出了“感性入手，理性探究”的《结构力学》工程化教学理念。

在建设和引入素材库、案例库等教学媒介的基础上，探索出了“素材辅助、案例引导、问题聚焦”的《结构力学》工程化教学方法并在课堂教学中进行了实践。

结果表明：该教学理念和教学方法有益于学生全面、深入、系统地掌握《结构力学》基础知识，激发学生的学习热情和对专业的热爱，深受同学欢迎。

关键词：结构力学；工程化；教学理念；案例；教学方法中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）07-0099-03收稿日期：2017-07-06教改项目：基于实际结构的工程化教学理念在结构力学课程中的实践（132776522）作者简介：于桂兰（1965-），女，黑龙江人，教授，博士，主要研究方向为弹性动力学。

随着我国大规模经济建设特别是基础建设的开展，国家越来越需要大量的高层次土木工程方面的创新型专业人才。

《结构力学》是土木工程专业的主干课，对学生分析问题、解决问题能力的培养具有极为重要的作用。

如果把土木工程专业知识比作一幢大厦，那么《结构力学》无疑便是这座大厦的基石[1，2]。

多年来，许多教学工作者对《结构力学》的教学理念和教学方法进行了多方面的研究和探索[3-8]，有力推动和促进了《结构力学》教学方法的改进和教学水平的提高。

然而，我们在教学过程中发现，在目前现有的《结构力学》教学体系中，基本概念、基本理论和基本方法等的引入都是以理想化后的模型为载体，学生不能真切地感受到实际工程问题对知识储备的要求以及所学知识在解决实际问题中的作用，一定程度上存在理论与实践的脱节。

虽然教师在授课时可以尽量联系实际，但教师的工程背景不尽相同，又缺少必要的资源和媒介，效果并不理想。

这使得学生很难形象地将理论与实践有机地结合起来，利用所学知识去解决实际问题，也无法通过解决实际工程问题加深对理论知识的理解。

智库时代 ·209·智库理论CDIO 模式下结构力学课程教学改革张茫茫 张驰 周行利（湖北工业大学工程技术学院，湖北武汉 430068）摘要：本文在分析目前结构力学课程教学中存在的问题基础上，基于CDIO 模式改革教学方法，充分利用计算机软件、专业竞赛等，提升教学效果和教学质量；探索CDIO 模式在教学过程中的设计与应用，培养学生对力学问题的理解与应用能力，为实际工程提供合格的力学人才。

关键词：CDIO 模式；结构力学；教学改革中图分类号：H191文献标识码：A 文章编号：2096-4609（2019）44-0209-002一、引言《结构力学》课程是土木工程专业一门重要的学科基础必修课，课程理论性强，又与工程实践密切相关，可以为研究、解决实际工程中力学问题提供理论依据和计算方法，是大学生走向社会，培养大学生对工程结构基本认知的必要课程[1]。

二、教学现状及问题传统的结构力学在教学方法上多采用注入式、在教学内容上重理论轻实践，重计算轻应用，缺乏工程实践；同时结构力学考核方式单一，造成学生“期末突击复习”和“一考定乾坤”的局面。

具体表现如下：（一）教学方法枯燥单调结构力学基本概念多、知识系统庞大，教师需要在有限学时中将环环相扣的知识点灌输给学生，这就造成在教学方法上往往采用以教师讲授为主的注入式教学法，整个课堂呈现“教师一张嘴，学生一双耳”的授课模式，枯燥单调。

学生处于被动学习状态，使学习成为负担。

（二）教学内容与实际工程脱轨结构力学中的概念、原理及其结构体系的简化都有其深刻的工程背景[2]。

传统的教学内容大多忽视了这一点，更多的去讲授每一道题目的计算方法和步骤，重理论轻实践、重计算轻应用。

这就造成了学生会解题，在考试中能拿高分，却在遇到工程问题时束手无策的“高分低能”的普遍现象。

（三）考核方式单一结构力学大多采用平时成绩加闭卷考试的考核方式，一般平时考核占30%，闭卷试卷考试占70%。