土木工程專業材料力學改革研究

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【摘要】結合土木工程專業材料力學課程教學中存在的問題，從卓越工程師的培養目標出發，把CDIO教學理念引入到材料力學教學體系中，從教學內容、教學手段和方法、考核評價等方面提出來了有效的教學改革措施，建立了基于CDIO理念的材料力學教學模式。該教學模式對于提高學生的學習熱情，培養學生的綜合實踐和創新能力有積極意義，是解決目前土木工程專業在力學教學中遇到問題的一個很好的借鑒途徑。

【關鍵詞】CDIO教育理念；材料力學；教學改革；課程考核體系

0引言

材料力學是土木工程專業的技術基礎課，是研究各類工程結構中普遍存在的受力和變形現象的學科，著重培養學生的邏輯思維、分析能力和解決實際問題能力。一直以來，我國大學中所講授的力學課程內容大多由前蘇聯引進的內容，內容陳舊、枯燥、抽象、重理論輕實踐。教學方法多采用灌輸式教學，造成課堂氣氛死板，有時甚至枯燥無味，大大降低了學生的學習熱情。這些問題不但加劇了學生的學習惰性，也影響到其它課程的學習狀況。針對以上問題，如何為實際工程提供合格的力學人才；如何在材料力學教學中充分調動學生的主動性和積極性；在目前有限的課時下，如何對舊有材料力學課程體系進行合并、篩選等工作已經成為教學改革工作不可回避的事實。CDIO工程教育理念提倡在實踐中學習，在學習中實踐，這為該問題的解決提供了一種思路。

1CDIO工程教育模式

CDIO模式以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO模式強調與社會大環境相協調的綜合的創新能力，同時更關注工程實踐，加強培養學生的實踐能力，因此CDIO工程教育模式是提高大學生的創新和動手能力、推進產學研結合、加強實踐教學環節以及加強學生參與交流與合作能力的有效途徑。

2基于CDIO模式的材料力學教學大綱設計

CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面,大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。材料力學課程既包括專業知識學習，又強調應用能力的提升，根據這一教學目標設計的教學大綱如表1所示。

3改革方案設計

3.1教學內容的改革

對于傳統教學中的基本概念、原理和方法，我們在教學中應該重視，可為了拓寬學生的視野和運用力學知識建模的能力，我們又應該對教學內容優化。隨著科學技術的發展，新的理論、新的學科、新的計算工具和計算方法、新的試驗方法不斷涌現，在教學內容中適當增加這方面的介紹和練習，可以拓寬和增強學生系統解決實際工程的能力。此外，學生普遍對繁瑣的理論推導缺乏熱情，因此有必要在教學中加入實習環節或模型演示環節，實現教學與實踐的結合，從而提高學生對力學課程的興趣。

3.2教學方法和教學手段的改革

如何調動學生的主動思考，如何加強學生獨立解決問題的能力，如何實現“在實踐中學習，在學習中實踐”？顯然單純的課堂教學很難實現這些目的。首先，材料力學應把課堂教學與案例教學或現場教學結合起來，并配合一定形式的課堂討論。這樣學生就能比較生動地、直觀地去學習基本理論，并且可以明確學習的目的性。例如：彎曲問題可以在施工現場結合梁的配筋布設講解；組合變形可以在實驗室用模具演示教學等等。另一方面，CDIO教育理念重視個人能力及技能的同時，強調團隊協作與交流，因此可以在教學過程中開展分組專項研討。專項研討任務以小組為單位，每組3~5人，讓學生到施工現場進行調研，結合工程實際確定材料力學研討主題，然后針對工程實際問題建立力學模型，通過小組探討解決工程問題，從而鍛煉學生收集信息、主動獲取新的知識、解決問題和創新的能力。再一方面，還可以在教學過程中開展自主實驗設計，推動學生自主學習能力。在教學手段上也應結合新技術、新方法的發展，在傳統的板書基礎上，融入PPT、Flash動畫、仿真數值模擬等教學手段。一方面加強學生對傳統力學知識的理解，另一方面，新的教學手段可以豐富教學內容，貼近工程實踐，拓寬學生的視野。例如：PPT相對于板書，可以發揮信息量大的優點，讓學生在有限時間內完成更多的課上練習；Flash動畫可以在課堂上展現一些實驗現象或者工程實際現象，這有助于學生對抽象力學概念的理解等等。

4課程評價體系改革

課程的考核評價體系和考核方法主導著學生的學習動力和方向，其改革必須匹配材料力學課程的CDIO教學大綱，起到引導學生有意識開展專業能力鍛煉的目的。材料力學課程成績包括三部分：書面理論考試、匯報答辯、實驗報告，權重為0.4、0.4、0.2。書面理論考試主要以基本概念、基本理論、基本技能為主。匯報答辯要求學生對小組研討專項做成PPT，圖文并茂的在講臺上向老師和同學做報告，并回答老師和同學對改組項目提出的問題，考核重點在：調研的充分性、CDIO綜合能力的展現性、技術和理論的結合度、團隊的協作能力等方面。實驗報告要體現自主實驗設計的選題調研、方案設計、實物開發和交流評比等環節。

5結束語

基于CDIO的材料力學教學模式著手改革課程體系和教學模式、創新教學方法和教學手段、調整教學考核體系，從而調動學生的主動思考動力、培養學生的團隊協作和交流能力、加強學生獨立解決問題的能力，讓學生“在實踐中學習，在學習中實踐”。

【參考文獻】

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作者：賈磊 單位：石家莊經濟學院勘查技術與工程學院