CDIO教育理念的结构力学课程教学实践研究

2020-04-01乔金丽刘金春杜青杜闯高淑玲

教育教学论坛 2020年11期

乔金丽刘金春杜青杜闯高淑玲

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

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（Design）、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。实践教学环节流于形式，脱离工程实际，不利于学生培养宏观的系统工程观。

3.学生团队合作意识以及交流沟通能力差。课堂教学内容偏重经典理论讲解，忽视对学生团队意识的培养以及沟通能力的训练。

二、基于CDIO的工程实例教学

利用工程实例教学来强化学生的结构力学和工程相结合的概念。模型取自云南昆明地区内六层异形柱混凝土框架的民用住宅工程，8度抗震设防Ⅲ类场地，原结构的薄弱部位是底部三层。

根据CDIO思想，首先，对该问题进行构思。为了研究异形柱框架混凝土住宅结构薄弱层的抗震性能，同时，从方便性以及模型反映原结构薄弱层的真实性等方面考虑，简化选取原住宅结构前三层中的一榀平面框架进行研究。

其次，对该工程问题进行设计。模型的边柱横截面为T形，中柱横截面为十字形。框架的具体尺寸与配筋如图1所示，纵筋选用HRB400，箍筋选用HPB235，模型框架用C45细石混凝土浇筑，保护层厚度为10mm。

最后，对该问题进行实施。利用ABQUS对其提供了一种功能强大且相对便捷的分析方法。网格模型图如图2所示，计算结果的变形图如图3所示。

普通异形柱框架柱脚受力较大但并未出现明显破坏，混凝土各层梁端变形严重。与实际工程相符。最终实现以学生为中心，达到全面提高学生的动手能力和学习效果的目标。

三、结语

在结构力学课程教学中融入CDIO教育理念，指导学生尝试用结构力学的工程理论指导工程实践，真正从应试能力培养过渡到实际应用能力培养。该模式对大学生的自学能力、综合运用知识能力和实际工程的解决能力起到了促进作用。