基于CDIO教学理论的钢结构教学改革

摘 要 钢结构课程是高校土木工程专业的专业主干课，包括了钢结构设计原理和钢结构设计。本文基于CDIO的工程教育理念，在课程教学采用了理论与实践相融合，一体化的教学思路，采用了”基于问题”的探究式教学方法，极大激发了学生的学习兴趣和热情。课程体系中注重学生实践能力和创新思维培养，实现了CDIO教育模式中“知识、能力、素质”的教学目标。

关键词 钢结构 CDIO 探究性教学

中图分类号：G424 文献标识码：A

Steel Structure Teaching Reform Based on CDIO Teaching Theory

HUANG Ling

（School of Civil Engineering and Architecture， Nanchang Hangkong University， Nanchang， Jiangxi 330063）

Abstract Steel curriculum is the backbone of Civil Engineering professional courses， including steel design principles and design of steel structures. Based on the concept of CDIO engineering education， adopted in teaching the integration of theory and practice， the integration of teaching ideas， using inquiry-based teaching methods "problem-based"， which greatly stimulated the students' interest and enthusiasm. Curriculum system focusing on student develop practical abilities and innovative thinking to achieve the CDIO education model in the "knowledge， ability and quality" teaching goals.

Key words steel structure； CDIO； inquiry teaching

0 前言

随着我国钢结构建筑形式增多和数量增大，钢结构在土木工程领域的重要性不断增强，钢结构学科发展和更新迅速，新形势下市场的需求对钢结构课堂教学提出了越来越高的要求。钢结构课程的主要内容包括材料特性、各类基本构件（包括轴心受拉、轴心受压、受弯、拉弯和压弯）的受力特点和设计计算方法、构件之间连接的设计计算方法以及建筑钢结构设计。不少高校强调钢结构理论教学与工程训练相结合，但传统的重理论轻实践的教学模式仍在延续。如何在钢结构课程中强调学生“素质和能力”并重，激发学生学习兴趣和热情尤其重要。目前国际上影响较大的CDIO工程教育培养模式，即代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），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，强调将教育过程放到工程领域的情境之中。CDIO教育模式的核心是学生的学习目的是为理解学习内容，并通过理论的实践应用体会到所受的教育是有用的，从而学生的学习积极性、创造性潜能被激发出来，达到“知识、能力、素质”有效统一的教学目标。

1 教学内容的改革

结合CDIO教育改革模式，根据钢结构课程特点，创建系统化的课程体系和教学方法，切实解决钢结构课程教学面临的实际问题尤其重要。钢结构课程基于CDIO的钢结构课程改革主要围绕以下几方面进行：

1.1 理论教学部分

传统钢结构课程理论教学分为原理与设计两大部分，钢结构原理主要介绍钢结构的材料特性、钢结构的连接、钢结构的基本构件的设计原理。钢结构设计则介绍各种具体的工程结构的形式、体系及其设计计算方法，包括单层厂房结构、大跨度房屋结构、多层及高层房屋结构等。传统的教学模式是单向的教师教学、学生被动接受的满堂灌模式。很多年来我们没有切实下力气加强学生工程素质的培养，导致很多学生对钢结构课程兴趣不大。基于CDIO的教学模式和理论，我们对课程进行了系统的改革。将课堂教学与实践教学融合，增强了课程的一体化，使得理论与实践教学增强连贯性与整体性。以增强学生“知识、能力、素质”为教学目标。

整门课程中，“绪论”在整个钢结构课程中起着纵向连接的作用，它能激发学生的学习热情，明确学习目的，建立钢知识结构的整体性概念。“绪论”部分，我们采用的教学素材丰富，包括大量钢结构图片、施工视频和综合案例，教学中三分之一的时间由老师讲解，其他时间采用开放课堂的方式进行。针对老师给出的综合案例，由学生课前认真做好准备，课堂采用分组讨论，小组代表发言，老师辅助点评的教学方式。通过真实的案例讨论，增加了学生对钢结构的感性认识，极大激发学生的学习兴趣。通过老师的讲解后使学生获得初步的工程经验，增强了学生学习的主动性，提高学习效率。

在钢结构性能一章中，建立了以正确选择钢材，了解钢材特性，构件设计为主线的理论课程新体系，尝试让学生建立工程师的思维。本章以工程设计项目设计为主线，贯穿整个理论教学。以一个实际的工程项目，让学生从选择钢材做起，让学生带着问题主动去思考，去探究，让学生在“学中做，做中学”。在学生通过自己思考，老师讲解钢材的性质后，将工程结构事故以案例的形式提出，进一步引导学生在工程实际中学会正确选材。同时工程案例的讨论和分析加深了学生对引起脆性破坏因素的理解，各种引起钢结构脆性破坏实例分析可以让学生来以专业的视角来分析和判断问题，培养他们成为面向工程的技术人员，更重要的是让学生建立科学严谨的工作态度，提高了学生的综合素质。

整个课程体系中，将钢结构稳定和钢结构的脆性破坏作为突出的课程重点。以稳定为例，首先通过动画、 工程照片形象生动展现实际压杆的失稳现象，让学生建立对失稳问题的感性认识。然后给出厂房由于杆件失稳引起的整体倒塌事故给学生分组准备，课堂上组织学生从结构理论的稳定、施工的要求、施工的规范等多角度进行讨论。通这种教学模式，学生变被动接受为主动参与教学的过程。基于CDIO的教育理念，强调课程的连续性和贯通性。将钢结构设计原理中构件的设计一并放入整体结构的设计中考虑。在钢结构平台设计、组合楼盖设计、多层钢框架结构设计、型钢混凝土组合结构设计中讲解单根的梁柱设计，并将钢结构节点设计作为钢结构整体设计的重要部分。在整体设计中加强学生的读图看图能力的培养，通过教学内容和实际工程的紧密结合，使得教学形式更加形象生动，继而加深学生对钢结构整体设计的理解。从课程内容上真正实现了CDIO的培养目标，实现了学生“知识、能力、素质”有效的高度统一。

1.2 实践环节的改革

（1）在钢结构课程中安排学生专题调研。例如：在讲到“绪论”时，学生进入课题小组，可选择自身感兴趣专题给出调研报告。可选择内容包括“钢结构行业发展状况调查”，“钢结构的防腐蚀”，“钢结构的防火”“钢结构的施工新技术”等，学生通过各种渠道查找相关内容，获得第一手资料。由课题小组汇总研究报告，制作课件和讲稿，由课题小组面向全班讲授，时间不宜长，最后老师进行点评和补充讲解。 通过这一环节，让学生了解了钢结构工程的现状和发展趋势， 认识了现代钢结构工程研究及产业发展的问题， 让学生明确学习目标和未来发展对人才需求的特点，极大提高了学生学习的积极性和主动性。

（2）以“实践项目”为载体，与CDIO的工程理念实现对接，实现从“设计一实现”项目的转变。例如，将实际工程项目中的“节点设计”作为一个专题项目。由教师提供实际工程状况，让学生在掌握一定知识的基础上， 自己提出设计方案，并用图纸绘出设计意图。学生根据已有力学概念和钢结构基础知识先自行设计节点，通过项目小组课交流讨论，对节点设计做出合理解释，针对学生出现问题教师纠正学生错误的力学概念及设计误区。然后与实际工程设计节点进行对比，讲清楚蕴含了哪些知识点，如何考虑，施工中应注意的问题等，加深了学生印象，通过这一教学过程让学生深刻理解如何运用概念进行设计，并做到融会贯通。以实践项目为载体，以能力培养为纽带，将课程群中相关知识点连接起来， 使学生学到的知识具有较严密的逻辑性，较丰富的关联度，培养了学生分析、解决问题的能力，提高他们的创新精神、综合素质， 达到 “ 知识、能力、素质”有机统一的教学目标。

2 教学方法的改革

在钢结构传统教学中，讲授已成为最主要的教学方式，相比于组织讨论、指导自学等教学行为，讲授显然是一种最便于教师掌控的教学行为。在钢结构教学中对于讲授的改革不是简单地放弃使用讲授，而是应按照研究性学习的特征及其实施要求，对讲授进行结构性的调整和变革。钢结构课程中着重讲授如：钢结构产业的背景性知识、前沿重点问题、研究问题的方法、及如何加强各知识点之间的联系、知识与生活的关联及实践运用等。对于促进学生的研究性学习而言，讲授的核心价值不在于直接给学生传递知识结论本身，而是为学生学习发现问题和独立解决问题提供支持、帮助、刺激和鼓励。在钢结构课程中，我们尝试采用了PBL（Proble m - based l earning）教学法，即以问题为基础的教学方法，强调把学习设置到复杂的、有意义、相对真实的问题情境中，通过学习者合作解决问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能，培养自主学习、 终身学习的能力。例如在讲到钢结构的整体稳定时，引出学生感兴趣的整体失稳事故，由教师给出工程概况，提出系列问题，鼓励学生多角度根据已有知识分析整体失稳现象出现的原因，继而总结在遇到此类现象时该从哪里着手进行分析。为了在教学改革中更加客观、准确地评价PBL的效果和效率，通过调查问卷了解到学生对PBL学习的主观感受以及综合能力的提高。大部分学生认为 PBL提高了他们的兴趣和热情及自学能力，增加他们独立学习的能力。但在学习中也出现了某些困难，包括压力增大，老师提问对学生的强制感、紧张感等，因为老师正在对他们进行评估。调查结果显示：93. 1%的学生认为这种方法调动了学习的兴趣和积极性；87 % 的学生认为 PBL可以变被动学习为主动学习，激发了思维，对自学能力有很大提高，85%的学生认为可以掌握重点内容，尤其对于理解难点内容有帮助。

3 结论

本文为解决钢结构传统教学中存在的系列问题，采用基于CDIO教育理念，对钢结构教学进行了改革，提出通过课程一体化教学和教学方式的改革，将理论教学与工程实践相结合，引导学生主动思考与探索，极大激发了学生学习兴趣，提高学生的工程实践能力和创新能力，从而达到提高教育质量的最终目的。

本课题受江西省“十二五”规划课题资助（课题编号：11YB376）

参考文献

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