面向市場(chǎng)人才需求的鋼結(jié)構(gòu)課程CDIO教學(xué)模式研究

葉成杰　張春玉　薛志成等

摘要：文章針對(duì)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)建筑市場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才能力的需求，分析了鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中存在的諸多問(wèn)題，結(jié)合卓越計(jì)劃培養(yǎng)要求，引入CDIO工程教育模式，從鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、實(shí)踐試驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、主體教師素質(zhì)等方面提出了改革的相關(guān)措施，以滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才的需要。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；CDIO教學(xué)模式；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391；G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2015）03-0074-04

鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)相比，具有輕質(zhì)高強(qiáng)，造型優(yōu)美，安裝容易，施工周期短，塑性、韌性、抗震性能好等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為21世紀(jì)的 “綠色低碳材料”。隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的逐年增長(zhǎng)，鋼結(jié)構(gòu)制造水平和施工技術(shù)也在不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)在大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、工業(yè)廠房等方面得到了廣泛應(yīng)用，全國(guó)各地出現(xiàn)了大批鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)志建筑， 如鳥(niǎo)巢、國(guó)家體育館、上海世博演藝中心[1]。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，該行業(yè)的人才需求量越來(lái)越大，但與我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)蓬勃發(fā)展不協(xié)調(diào)的是，鋼結(jié)構(gòu)人才培養(yǎng)嚴(yán)重滯后，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員缺乏，尤其缺乏設(shè)計(jì)、施工、管理方面的高級(jí)技術(shù)人員和管理人才， 這已嚴(yán)重影響整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的健康發(fā)展。為適應(yīng)社會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法等進(jìn)行改革。

一、目前鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）課程設(shè)置不符合市場(chǎng)對(duì)人才的需求

黑龍江科技大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)在核心課程的設(shè)置上僅僅開(kāi)設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)這一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，而將大跨度房屋所采用的空間鋼結(jié)構(gòu)如張弦結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)等專(zhuān)業(yè)課程作為選修課程開(kāi)設(shè)或未開(kāi)設(shè)。課程設(shè)置的單一性，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)面狹窄， 與市場(chǎng)對(duì)人才的要求大相徑庭，畢業(yè)后面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作無(wú)從下手。在教學(xué)中只重視學(xué)生獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)，而對(duì)一系列工程師基本素質(zhì)培養(yǎng)，如團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)調(diào)能力、交際能力以及寬容性、承擔(dān)責(zé)任的主動(dòng)性、考慮問(wèn)題的周密性等重視不足，導(dǎo)致高校培養(yǎng)與企業(yè)需要之間存在巨大差距。

（二）授課學(xué)時(shí)少，手段落后，效果差

由于鋼材相比其他建筑材料有諸多的優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)將成為今后結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的一個(gè)非常重要的方向。目前我校對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)重視程度嚴(yán)重不足，主要反映在學(xué)時(shí)上，學(xué)校規(guī)定該課程理論與設(shè)計(jì)課時(shí)總共才 64 學(xué)時(shí)，未開(kāi)設(shè)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等后續(xù)課程來(lái)鞏固前面所學(xué)內(nèi)容。教師要在較少的學(xué)時(shí)內(nèi)把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都講清楚，只能按照規(guī)范的要求授課，幾乎變成了職業(yè)教育，這與寬口徑的素質(zhì)教育背道而馳。教學(xué)手段依然沿用一本教材、兩紙教案、三根粉筆加上滿(mǎn)頁(yè)公式或圖片的PPT模式，很難為學(xué)生建立力學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)相結(jié)合的直觀空間模型，使學(xué)生對(duì)基本概念仍是一知半解[2]。最近幾年由于土木工程專(zhuān)業(yè)就業(yè)率高，許多高校擴(kuò)大招生，我校該專(zhuān)業(yè)一個(gè)年級(jí)招生7～12個(gè)班級(jí)，任課教師3名，基本采用大班合班上課，教學(xué)效果不盡如人意。

（三）實(shí)踐教學(xué)不足

受學(xué)時(shí)限制，該門(mén)課程只有2周的課程設(shè)計(jì)，沒(méi)有安排鋼結(jié)構(gòu)參觀和實(shí)習(xí)，因此，學(xué)生上課聽(tīng)得懂， 下課卻不會(huì)做作業(yè)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。學(xué)生通過(guò)死記硬背雖然能應(yīng)付考試，但對(duì)究竟學(xué)會(huì)了什么茫然無(wú)所知。教學(xué)計(jì)劃中安排的9周生產(chǎn)實(shí)習(xí)以混凝土結(jié)構(gòu)工程為主，很少接觸到鋼結(jié)構(gòu)工程。從學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題來(lái)看，只有10%的學(xué)生選擇了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這就讓期望從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的學(xué)生又一次失去了上崗之前最后的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)。

（四）重理論、輕實(shí)踐

高校為了提升知名度，往往重視教師的科研能力而輕視其工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，任課教師在授課過(guò)程中重理論分析研究，輕實(shí)踐能力培養(yǎng)。如重視設(shè)計(jì)計(jì)算分析，而設(shè)計(jì)成果如何在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)問(wèn)題易被忽視。例如：在講解鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件時(shí)，學(xué)生對(duì)于柱頭連接節(jié)點(diǎn)在工程中力的傳遞路徑不清楚，不知道填板、突緣、墊板、頂板、加勁肋與柱的腹板之間的相互作用形式，很難想象出節(jié)點(diǎn)的空間模型，無(wú)法建立正確的力學(xué)計(jì)算模型，影響設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，學(xué)生在日后的施工操作中也無(wú)法得心應(yīng)手。

（五）課程內(nèi)容創(chuàng)新性不足

現(xiàn)有課程內(nèi)容體系沒(méi)有完全脫離傳統(tǒng)的教學(xué)理念，對(duì)新材料、新技術(shù)、新工藝等方面知識(shí)點(diǎn)的增加比較遲緩，所用教材的知識(shí)內(nèi)容體系創(chuàng)新性跟不上時(shí)代發(fā)展需求，沒(méi)有體現(xiàn)“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃中所要求的“能力”主線，在課程內(nèi)容或知識(shí)點(diǎn)編排上與生產(chǎn)實(shí)際要求存在一定的差距。

針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合市場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，積極探索新時(shí)期應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、手段等方面的改革措施，為社會(huì)培養(yǎng)具有扎實(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)創(chuàng)新能力，

綜合能力強(qiáng)的應(yīng)用型高級(jí)人才。

二、鋼結(jié)構(gòu)課程CDIO教學(xué)模式的內(nèi)涵

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果， CDIO 分別代表構(gòu)思（ Conceive） 、設(shè)計(jì)（ Design） 、實(shí)現(xiàn)（ Implement） 和運(yùn)作（ Operate），這種教學(xué)模式重在強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力為目標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)課程理論性與實(shí)踐性較強(qiáng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)動(dòng)手能力。將CDIO模式引入該門(mén)課程的教學(xué)過(guò)程，其目的在于按照國(guó)家提出的“卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃”要求，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，改革鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式，將工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力貫徹于鋼結(jié)構(gòu)課程理論教學(xué)過(guò)程的始終，以提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)技能和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展需要的優(yōu)秀高級(jí)工程師。

三、鋼結(jié)構(gòu)課程CDIO教學(xué)模式改革的具體內(nèi)容

（一）鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式改革的構(gòu)思方案

按照“卓越計(jì)劃”要求，重新制定鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱，從“工程實(shí)踐能力”培養(yǎng)角度出發(fā)，增設(shè)相關(guān)理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，更新教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整課時(shí)及教學(xué)進(jìn)程。明確教學(xué)目標(biāo)，改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，積極探索新的教學(xué)手段，如啟發(fā)式、探究式、 案例分析等，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，積極參與課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。提升教師的工程實(shí)踐能力，教學(xué)過(guò)程注重與實(shí)踐環(huán)節(jié)的銜接，將課程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐、工程試驗(yàn)、實(shí)習(xí)等內(nèi)容穿插于理論教學(xué)之中，實(shí)踐題目結(jié)合實(shí)際工程確定，具體實(shí)施方案如圖1所示。

（二）鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式改革的設(shè)計(jì)思路

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，將與該門(mén)課程緊密相關(guān)的前后接續(xù)基礎(chǔ)課和相關(guān)主干課程、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)（實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、工程試驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)）等有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，要求各門(mén)課程內(nèi)容相互滲透、互相補(bǔ)充，突出重點(diǎn)，拓寬知識(shí)面，避免教學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)單重復(fù)。在授課過(guò)程中，嚴(yán)格按照應(yīng)用型人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)人才進(jìn)行教學(xué)，將“大德育、大工程、大實(shí)踐”教育理念貫穿于課堂和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力為目標(biāo)。

（三）鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式改革的實(shí)現(xiàn)途徑

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐等教學(xué)環(huán)節(jié)，有意識(shí)地將工程實(shí)踐素質(zhì)、技能、經(jīng)驗(yàn)等市場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程師需求融入課堂和實(shí)踐之中，以各類(lèi)工程實(shí)踐為主線，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力的訓(xùn)練。以實(shí)際工程項(xiàng)目作為課程設(shè)計(jì)題目，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)單位對(duì)圖紙深度的要求完成任務(wù)。理論授課過(guò)程中加大鋼結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目案例分析的數(shù)量和力度，介紹一些成功案例和國(guó)內(nèi)外大師的經(jīng)典作品激發(fā)學(xué)生從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的興趣和斗志。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各種級(jí)別的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽或模型制作，激勵(lì)學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新科研項(xiàng)目，利用鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將課堂教學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容、綜合方案、計(jì)算、制作、試驗(yàn)等有機(jī)結(jié)合，形成第一課堂（課程、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)）和第二課堂（工程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽與科研創(chuàng)新項(xiàng)目）的互動(dòng)效應(yīng)，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[3]?？傊ㄟ^(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的高度統(tǒng)一，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)和能力，達(dá)到市場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人才的需求。

（四）鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式改革的具體運(yùn)作

（1）完善課程體系。增設(shè)相關(guān)課程如鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論、輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)施工等，從鋼結(jié)構(gòu)的理論、設(shè)計(jì)、施工到管理，構(gòu)建全面、系統(tǒng)的知識(shí)體系，使學(xué)生在校期間接觸到工程中可能出現(xiàn)的鋼結(jié)構(gòu)類(lèi)型，，畢業(yè)后盡快融入工程實(shí)踐。

（2）增加鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中工程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。考慮到鋼結(jié)構(gòu)與混凝土等結(jié)構(gòu)體系相比，具有構(gòu)造復(fù)雜，措施繁多等特點(diǎn)，理論授課過(guò)程中必須安排適當(dāng)?shù)默F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)，可以利用校企合作建立實(shí)踐、實(shí)習(xí)基地，也可以利用校園內(nèi)存在的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，結(jié)合課堂內(nèi)容機(jī)動(dòng)安排現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生切實(shí)感受鋼結(jié)構(gòu)的連接、軸心受力構(gòu)件、屋架設(shè)計(jì)施工等知識(shí)，豐富學(xué)生的空間想象力和對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)。為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解和運(yùn)用，安排8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，可以選擇鋼材基本材性力學(xué)試驗(yàn)、焊縫連接力學(xué)性能試驗(yàn)、梁柱節(jié)點(diǎn)螺栓鏈接力學(xué)試驗(yàn)、軸壓型鋼長(zhǎng)柱穩(wěn)定試驗(yàn)及梯形縮尺鋼屋架力學(xué)性能試驗(yàn)等作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[4]。通過(guò)學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，掌握理論教學(xué)內(nèi)容，能達(dá)到事半功倍的效果。

（3）將課程設(shè)計(jì)分散于理論教學(xué)之中，從授課開(kāi)始就將課程設(shè)計(jì)任務(wù)布置，教學(xué)過(guò)程帶著設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，分階段完成課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，嚴(yán)格按照進(jìn)度檢查學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)展，通過(guò)設(shè)計(jì)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和運(yùn)用程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，適時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度讓學(xué)生有充分的時(shí)間吸收難點(diǎn)知識(shí)，即所謂的化整為零[5]。

（4）采取多種教學(xué)方法。鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容多、理論應(yīng)用性強(qiáng)、涉及的計(jì)算圖式、規(guī)范條文多，傳統(tǒng)的滿(mǎn)堂灌教學(xué)模式常使學(xué)生感到枯燥乏味，理論運(yùn)用于實(shí)踐力不從心，根據(jù)授課特點(diǎn)靈活采取其他教學(xué)方法十分必要?？蓪?duì)比其他材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的類(lèi)比式教學(xué)，也可采取問(wèn)題式教學(xué)法，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考、分析解決問(wèn)題的能力。最主要的還是要以工程實(shí)踐實(shí)例分析進(jìn)行案例式教學(xué)，可以引入鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的軼聞趣事，收集國(guó)內(nèi)外著名的鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例等，增加課堂的趣味性。

（5）教學(xué)手段更新。鋼結(jié)構(gòu)課程要充分利用高科技時(shí)代的高新技術(shù)，制作豐富多彩的工程圖片和動(dòng)畫(huà)多媒體課件，收集鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)照片和視頻，結(jié)合實(shí)物制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停菇虒W(xué)內(nèi)容形象化、動(dòng)態(tài)化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為學(xué)生分享鋼結(jié)構(gòu)國(guó)家級(jí)精品課程資料，建立師生互動(dòng)論壇、博客、微信和 QQ 群等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使師生之間交流暢通無(wú)阻[6]。

（6）增加鋼結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)力度。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)4年學(xué)習(xí)知識(shí)的全面綜合應(yīng)用，也是走向工作崗位的一次實(shí)戰(zhàn)演練。要求畢業(yè)設(shè)計(jì)選題必須根據(jù)學(xué)生就業(yè)單位的性質(zhì)確定，選擇在鋼結(jié)構(gòu)方面有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的教師擔(dān)任指導(dǎo)教師，且每人只能指導(dǎo)8～10名學(xué)生，可以聘請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院的高工擔(dān)任指導(dǎo)教師，也可以采取校企合作的模式進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。

（7）提高任課教師的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在鋼結(jié)構(gòu)課程任課教師的選擇上，一定要以工程實(shí)踐能力為主，可以聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的校外教師或設(shè)計(jì)單位人員，要求主講教師必須有鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、管理方面的工作經(jīng)歷。結(jié)合“卓越工程師”實(shí)施計(jì)劃，以校企合作為平臺(tái)，加大教師深入實(shí)踐基地的力度，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作模式，提升教師的實(shí)踐能力，通過(guò)教師的言傳身教培養(yǎng)學(xué)生作為鋼結(jié)構(gòu)工程師所具備的基本素養(yǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)自身所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)以及國(guó)內(nèi)外重大鋼結(jié)構(gòu)工程的成功建設(shè)，預(yù)示著其擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ摻Y(jié)構(gòu)人才在市場(chǎng)需求中將不斷增加。作為培養(yǎng)鋼結(jié)構(gòu)卓越工程師的高等院校應(yīng)當(dāng)積極行動(dòng)，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力為主，不斷開(kāi)展教學(xué)模式、內(nèi)容、手段、方法等方面的改革，培養(yǎng)和提升學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)等綜合能力，做到校企無(wú)縫銜接，達(dá)到市場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才能力要求的標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)：

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（編輯 周 沫）