CDIO标准在建筑力学课程改革中的模块化应用

申中原 白雪

摘  要 CDIO人才培养理念的科学性和系统性，应用到机械、土木等高等工程教育领域，显著提高了工程人才培养质量，推动了我国工程教育改革的进程。探讨CDIO标准在高职土建专业基础课建筑力学课程改革中的应用，根据建筑力学的课程体系特点，对其进行模块划分，并根据每个模块的特征，结合CDIO标准定义的课程教育的独特特征，将CDIO标准应用于每个模块，实践证明是行之有效的。

关键词 CDIO标准;建筑力学;专业基础课;模块划分

中图分类号：G712    文献标识码：B

文章编号：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 建筑力學课程体系模块化

建筑力学是高职土建专业一门重要的专业基础课，为后续的建筑结构和建筑施工技术等重要专业课提供必要的力学基础。建筑力学的课程体系，根据内容可以划分为三个模块：理论力学模块、材料力学模块、结构力学模块。根据未来就业从事的岗位能力需要，三个模块的课时分配比为1/4、1/4、1/2。

建筑力学课程体系模块化  建筑力学课程的基础模块是理论力学模块。该模块的研究对象是刚体，主要内容是静力学的平衡理论，包括三个静力学公理（二力平衡公理、加减力系平衡公理、力的平行四边形法则）、平面汇交力系合成与平衡、平面力偶系的合成与平衡、平面一般力系的合成与平衡等。

材料力学模块是建筑力学课程的第二模块。该模块的研究对象是弹性杆件，主要内容包括杆件的轴向拉伸压缩、剪切、扭转和弯曲四种基本形式，以及每种形式对应的强度和刚度条件;对于细长受压杆件来说，容易发生屈曲失稳，所以稳定性验算也是材料力学模块的一个重要学习内容。

建筑力学的最后一个模块是结构力学模块。该模块研究对象是杆系结构，主要内容由三部分组成：第一部分计算由荷载引起的结构各部分的内力，并进行强度验算;第二部分计算由荷载、温度、支座下陷等引起的结构各部分的位移并进行刚度验算;第三部分是分析结构的几何组成并进行结构的稳定性验算。

建筑力学三个模块之间的关系如图1所示。

结构力学模块的分解  结构力学模块是建筑力学课程的最重要模块，其模块体系来源于建筑工程实例，经过一系列科学合理假定，将工程实体简化为力学模型;对力学模型进行受力分析，建立数学模型，并列出对应的力学方程（组）;接着对力学方程（组）进行数学求解，并进行力学的强度、刚度和稳定性验算。反之，力学方程（组）解还可以进一步应用于建筑工程实体的设计和施工。结构力学模块用于解决实际工程问题的流程思路如图2所示。

2 CDIO标准与建筑力学模块的关系

CDIO人才培养模式建立了由工程技术领域和个人、人际交往能力以及产品、过程和系统的建造能力等高度交叉的能力所组成的课程计划，并体现在12条CDIO标准中。同时，这些标准定义了CDIO课程教育的独特特征，作为教育课程改革和评价的指导，创立了可在全世界范围内应用的基准和目标，提供了可持续改进的框架[1]。

CDIO的12条标准中，与建筑力学课程模块对应的主要有七条标准，它们分别是标准1、标准3、标准4、标准5、标准6、标准7和标准8。

CDIO标准1描述的是建筑工程生命周期的背景环境。基于建筑工程的生命周期模型“规划—设计—施工—运维”，可将建筑工程技术知识、力学素养及学生个人能力的培养融入建筑工程实体简化为力学模型的分析过程中。实现建筑物从工程实体转换为力学模型，需要经过一系列科学合理分析和简化条件，如忽略次要因素，保留实体结构的主要特征等。所以，CDIO标准1与模块3-1和模块3-2之间的简化过程相对应[2]。

CDIO标准3描述的是建筑力学一体化课程计划。理论力学模块是材料力学模块存在的必要条件，理论力学模块和材料力学模块又是结构力学模块的重要基础，所以理论力学模块和材料力学模块之间、材料力学模块和结构力学模块之间有非常密切的关联。在模块学习过程中，学生获取了建筑工程材料—构件—结构的系统建造能力，同时，学生的个人、人际交往能力也得到了提高。由此可得，CDIO标准3与理论力学模块、材料力学模块和结构力学模块之间的转换过程相对应。

作为描述建筑力学工程导论的CDIO标准4，提供建筑工程从构件到系统的建造过程框架，并为学生能力的培养提供一个起步。理论力学模块引导学生从刚体运动到系统平衡，建立起建筑工程必须保持平衡的框架思想;结构力学模块中的分支模块力学模型模块（模块3-2），提供学生认识到建筑工程进行力学分析的基础是力学模型，这是一切工程设计和施工计算的框架。所以，CDIO标准4与理论力学模块和力学模型这一分支模块相对应。

CDIO标准5描述为设计—实现的经验，提供学生从模型到产品的一系列工程活动。此过程让学生更深入地理解建筑工程的学科知识，强调在工程学习过程中让学生把理论知识和自己的职业兴趣有机地联系起来。实现结构力学模块的分支模块力学模型模块（模块3-2）到另一個分支模块力学方程模块（模块3-3）的过程中，学生需要对力学模型进行受力分析，确定外力如何转化为荷载，转化为静荷载还是动荷载，是均布荷载还是集中荷载等。学生在此过程中如果得到教师的肯定，从中获得的成就感就会进一步激发未来的职业兴趣。所以，CDIO标准5与结构力学模块中的两个分支模块（力学模型模块3-2和力学方程模块3-3）相对应。

CDIO标准6描述的是工程实践场所。实践场所可以是传统的学习空间，如实验室、教室或演讲厅等。学生在这些直接或互动的实践场所内，在使用实验器材和软件时，既实现了建筑工程的建造过程，同时个人动手能力、获取知识能力、交流能力和团队协作能力也得到最好的发展和提高[3]。在材料力学模块学习过程中需要进行一系列建筑工程材料的机械性能实验，并分析实验数据，观察实验现象并获取材料的机械性能指标。在实验过程中，学生需要分成许多小组，各小组成员之间必须分工合作，才能在有限的时间内完成教师给定的任务。

通过科学使用先进的实验仪器、小组成员之间的交流协作、实验现象的观察和描述、实验数据的整理和分析等，学生获得未来工程师必须具备的综合能力。所以，CDIO标准6与材料力学模块（模块2）相对应。

CDIO标准7描述的是一体化学习经验。对于高职土建教师来说，一体化学习经验是一种教学方法的改革，也是对其教学能力的挑战，因为此过程旨在整合土建专业相关学科知识传授给学生，同时搭建理论学习和工程实践问题的桥梁，指导学生提高个人综合能力，以达到合格土木工程师的要求。结构力学模块的分支模块力学方程模块（模块3-3）是建筑工程实体问题的凝练和升华，是力学问题转化为数学问题的结晶。学生学习时能够深切体会到工程实践问题与力学和数学的密不可分关系，并且能实现建筑力学学习过程质的飞跃，从而培养严谨的力学思维和数学思维，体会专业基础知识和个人综合能力有机融合提升的快乐。所以，CDIO标准7与力学方程模块（模块3-3）相对应。

作为描述主动学习的CDIO标准8，致力于主动经验学习的教和学，强调教师和学生都主动参与并进行互动。对于高职教师来说，此过程的重点不仅仅是传授理论知识，更是让被动的信息传递在互动中实现学生更多地动手操作和分析判断上[4]。主动学习的方式很多，如教师和学生互换角色、辩论、小组讨论等。当学生对建筑工程的设计和施工过程进行模仿时，即获得经验学习的能力提升，教师也在组织实现的过程中，更灵活地将专业知识和技能寓于情景中。学生在轻松的氛围中愉快地学到重要概念的互联，更重要的是从教师的现身说法中学到如何学和学什么，突破了专业学习的瓶颈，取得很好的学习效果。所以，CDIO标准8与结构力学模块的分支模块工程实体模块（模块3-1）以及力学方程模块（模块3-3）和工程实体模块（模块3-4）之间的转换相对应。

CDIO标准与建筑力学模块的对应关系详见表1和表2。

3 CDIO标准在建筑力学模块中的应用

CDIO标准与建筑力学模块的有机结合如图3所示，实现了CDIO标准在高职土建专业基础课的落地实施，为建筑力学的教学改革提出世界通行的举措，也为建筑力学的教改成效提供了科学评估框架。上海城建职业学院的建筑力学课程采用CDIO理念制定课程标准，并将CDIO标准应用于建筑力学课程的模块化教学中。通过四年的实施，学生、用人单位和教师的调查满意度达98%，说明CDIO标准在建筑力学模块中的应用是行之有效的，可以推广应用到高职土建专业的其他专业基础课以及专业课的教学改革中。■

参考文献

[1]顾佩华，胡文龙，陆小华，等.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究，2017（1）：24-43.

[2]顾佩华，沈民奋，陆小华.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

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

[4]朱街禄，宋军伟，王露.基于CDIO工程教育模式的混凝土结构设计原理课程教学改革探索[J].中国教育技术装备，2019（18）：74-76.