許 勇，張季超，王可怡

（1廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2中山大學(xué) 工學(xué)院，廣東 廣州 510275）

一、引 言

培養(yǎng)具有正確的工程與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文、科學(xué)觀念，掌握現(xiàn)代工程技術(shù)的人才是社會(huì)對土木建筑類創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的基本要求。雖然目前我國高等工程教育規(guī)模已躍居世界第一，但是培養(yǎng)的畢業(yè)生普遍存在著缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流、系統(tǒng)思維不足等問題，難以適應(yīng)國際化公司對創(chuàng)新型人才的需求[1]-[4]。因此，祛除傳統(tǒng) 工 程 技 術(shù) 人 才 培 養(yǎng) 體 系 的弊端，構(gòu)建適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的平臺(tái)課程結(jié)構(gòu)，成為了我國現(xiàn)代工程教育亟待解決的熱點(diǎn)問題?！豆こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程在揭示工程與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人文科學(xué)等相互關(guān)系方面發(fā)揮著不可替代的作用，是土木建筑工程不同學(xué)科門類之間相互關(guān)系的重要紐帶，能否通過相應(yīng)改革，發(fā)揮其在創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的積極作用，關(guān)系到土木工程、工程管理、建筑學(xué)等建筑類相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的控制。

創(chuàng)新應(yīng)用型人才的綜合素質(zhì)往往體現(xiàn)在具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、交流能力和社會(huì)適應(yīng)能力[5]。為實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的目標(biāo)，麻省理工學(xué)院等四所高校在充分研究從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的全壽命周期理論的基礎(chǔ)上，于2001年提出了新型的現(xiàn)代工程教育理念——CDIO理念（Conceiving–Designing–Implementing–Operation，即構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作），通過給學(xué)生創(chuàng)造主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的課程學(xué)習(xí)環(huán)境，CDIO教育理念為國際工程教育的改革及發(fā)展創(chuàng)新了方向和思路[6]。為了探討CDIO教育理念在高等工程教育中的實(shí)踐模式，世界30多所CDIO教育改革與試點(diǎn)高校積極聯(lián)合，分別從不同行業(yè)及角度開始了 CDIO 教 育 模 式 的 研 究[6]-[11]。 廣 州 大 學(xué) 等 高校密切結(jié)合地方社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，以國家級(jí)土木工程特色專業(yè)的建設(shè)為契機(jī)，根據(jù)質(zhì)量管理基本原則的要求，從課程的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、課程的組織與實(shí)施等方面出發(fā)，對CDIO教育理念在《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程創(chuàng)新實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

二、課程的構(gòu)思與設(shè)計(jì)

根據(jù)WTO背景下企業(yè)發(fā)展的需求，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展需要的高素質(zhì)工程人才是高等工程教育改革的發(fā)展方向，因此必須使土木建筑類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生通過《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程的學(xué)習(xí)，在系統(tǒng)分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、信息處理、文檔寫作和團(tuán)隊(duì)合作等方面的能力都有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

（一）優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)體系

受教學(xué)學(xué)時(shí)、具體專業(yè)方向與學(xué)校特色等原因的制約，傳統(tǒng)的《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程設(shè)置往往帶有明顯的行業(yè)特點(diǎn)，如以道路橋梁專業(yè)為主的學(xué)校較多的體現(xiàn)了交通部規(guī)范體系的習(xí)慣，以建筑工程專業(yè)為主的學(xué)校則帶有明顯的住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的規(guī)范體系的痕跡；對于工程結(jié)構(gòu)中涉及的不同材料所組成的結(jié)構(gòu)，也多采用相異的形式進(jìn)行表述。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生難以對工程中所涉及的相關(guān)內(nèi)容形成系統(tǒng)概念，學(xué)生綜合運(yùn)用能力以及思考問題的邏輯性、靈活性與廣泛性大打折扣，必須優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)體系。

受不同行業(yè)規(guī)范習(xí)慣的影響，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的表述往往不統(tǒng)一，如建筑規(guī)范與橋梁規(guī)范對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表達(dá)的差異、鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)的不同、以及地上與地下結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)表達(dá)的差別等等。我國現(xiàn)行的《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50153-2009）從土木建筑類專業(yè)大平臺(tái)建設(shè)的角度出發(fā)，超越各行業(yè)規(guī)范的具體表述，提出了一套整合統(tǒng)一的設(shè)計(jì)表達(dá)理論體系[12]，以這一設(shè)計(jì)表達(dá)理論為主線，構(gòu)建形成《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程結(jié)構(gòu)的一級(jí)平臺(tái)，是創(chuàng)新應(yīng)用型土木建筑類專業(yè)平臺(tái)課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化的突破口。具體的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算同樣淡化行業(yè)規(guī)范的差異，以混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等常見結(jié)構(gòu)類型分類，分別搭建二級(jí)平臺(tái)，作為優(yōu)化后課程內(nèi)容的拓展。

對于課程中涉及具體行業(yè)的計(jì)算及構(gòu)造要求，則以模塊的形式進(jìn)行表述，為學(xué)生實(shí)踐操作提供條件，是優(yōu)化后課程內(nèi)容的必要補(bǔ)充。

采用兩級(jí)平臺(tái)+模塊的形式，一方面有利于學(xué)生形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念，另一方面還可有效解決課時(shí)不足的現(xiàn)狀。

（二）配套課程實(shí)踐項(xiàng)目

目前我國各高校制定土木建筑類專業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案時(shí)，一般均將《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》這一平臺(tái)課程的教學(xué)活動(dòng)安排在《專業(yè)概論》、《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)環(huán)節(jié)之后，此時(shí)學(xué)生除具備了一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)能力外，往往具有較多的自由時(shí)間和精力，適于深入進(jìn)行科學(xué)的工程實(shí)踐和創(chuàng)新。

工程信息模型是創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營管理的過程[12]，通過將其應(yīng)用于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和管理等全壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，工程信息模型正在快速引起建筑行業(yè)產(chǎn)生巨大的變革。參考實(shí)際工程的設(shè)計(jì)運(yùn)作模式，我們在不增加教學(xué)成本的基礎(chǔ)上，將工程信息模型的教學(xué)概念引入了《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)環(huán)節(jié)，為學(xué)生在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)完成項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)（軟硬件）、制作、調(diào)試及文檔寫作等能力的培養(yǎng)和提高課程實(shí)踐的投入產(chǎn)出比奠定了基礎(chǔ)。其優(yōu)勢集中體現(xiàn)在：通過整合課程設(shè)計(jì)，使協(xié)作在設(shè)計(jì)開始就“自然”地通過中心數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，無須具體人員的參與、組織、管理，設(shè)計(jì)中的交流、溝通顯而易見，但基本上不需要任何成本；改變了學(xué)生認(rèn)識(shí)工程結(jié)構(gòu)的方式，通過數(shù)字模型達(dá)到了更直接、更快速、更有效、更準(zhǔn)確、更便宜的效果；通過數(shù)字化表現(xiàn)的“設(shè)計(jì)—檢查—協(xié)調(diào)修改—再設(shè)計(jì)”循環(huán)過程，強(qiáng)化了方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)手段教學(xué)效果，使學(xué)生明確了設(shè)計(jì)與施工問題的系統(tǒng)一致性，為培養(yǎng)學(xué)生消除設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和設(shè)計(jì)忽略的意識(shí)，養(yǎng)成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的習(xí)慣提供了條件。

在鍛煉和培養(yǎng)土木建筑類學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力的過程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮著不可替代的作用，應(yīng)通過科學(xué)規(guī)劃來提高其在教學(xué)過程中的效率。首先，在《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)理論教學(xué)目標(biāo)的基本要求，按照“刪、減、并、留、增”的策略[14]，在保證總體學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)減少砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等非常用工程結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)學(xué)時(shí)，確保實(shí)踐性環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)；其次，在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)中通過調(diào)整規(guī)劃實(shí)踐指導(dǎo)書，設(shè)置基本要求、提高要求和思考題等措施，使學(xué)生借助綜合性設(shè)計(jì)課程試驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，掌握工程結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、研究測試結(jié)果采集、各種相關(guān)數(shù)據(jù)的后處理、實(shí)踐環(huán)節(jié)報(bào)告編制等方面的基礎(chǔ)知識(shí)；再次，實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)體現(xiàn)針對性、科學(xué)性和側(cè)重性，宜從實(shí)際工程中常用的行業(yè)規(guī)范中選擇重要的部分用于教學(xué)，避免將規(guī)范已經(jīng)淘汰或禁止使用的內(nèi)容用于實(shí)踐教學(xué)，從而使學(xué)生在原理設(shè)計(jì)、實(shí)物制作、文檔寫作和語言表達(dá)等方面更加規(guī)范。

三、課程的組織與實(shí)施

（一）教學(xué)過程的設(shè)計(jì)

通過《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程的學(xué)習(xí)，最后要求學(xué)生每人完成一個(gè)不同方案的梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。因此，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度要求，在理論和試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)要穿插完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施方法、設(shè)計(jì)常識(shí)、規(guī)范和技巧的講解。學(xué)生根據(jù)自己所選定的題目要求，要求在教師指導(dǎo)下完成調(diào)研、討論、設(shè)計(jì)、實(shí)施和總結(jié)的全部過程。

在教學(xué)實(shí)施過程中，學(xué)生首先要學(xué)會(huì)按工程要求進(jìn)行項(xiàng)目分析、擬定《項(xiàng)目計(jì)劃書》；利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器和建筑CAD技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上完成原理設(shè)計(jì)、工程信息模型設(shè)計(jì)，然后撰寫《設(shè)計(jì)說明書》；經(jīng)過課程開放性試驗(yàn)設(shè)計(jì)，完成構(gòu)件設(shè)計(jì)、制作、安裝、調(diào)試和試驗(yàn)等環(huán)節(jié)，提交《課程試驗(yàn)方案》和《課程試驗(yàn)報(bào)告》等文檔寫作；最后還要進(jìn)行演講答辯。

（二）教學(xué)方法的改進(jìn)

按照CDIO教學(xué)模式框架的要求，課程的教學(xué)必須應(yīng)材施教，突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，因此，《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)過程中需靈活將CDIO理念中“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”思想有機(jī)貫穿于教與學(xué) 的各個(gè) 環(huán)節(jié)[5]-[10]。在 教學(xué) 過 程 中 教師可多采用提出問題、分析問題、解決問題的模式引導(dǎo)學(xué)生思考研討，靈活應(yīng)用宣講方案和討論方式，增加學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)。在教學(xué)過程中教師不僅要引入工程的概念，而且要按照行業(yè)規(guī)范、工程標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)要求不斷規(guī)范學(xué)生行為，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作意識(shí)。

為了規(guī)范教學(xué)行為，教師應(yīng)注意遵循持續(xù)改進(jìn)的原則，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，做到講解內(nèi)容來源于規(guī)范又高于規(guī)范。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)按照CDIO工程教育模式的基本要求組織課程教學(xué)內(nèi)容、選擇教學(xué)方法并通過積極參與各種工程實(shí)踐持續(xù)提高自身的工程素質(zhì)；在系統(tǒng)把握和教授基本概念的基礎(chǔ)上，應(yīng)突出學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，教師通過課堂引導(dǎo)和答疑解惑等方式，推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)養(yǎng)成一體化的學(xué)習(xí)習(xí)慣，為其掌握適合自身特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)方法創(chuàng)造有利條件。

（三）考核方式的完善

根據(jù)現(xiàn)代建筑企業(yè)對創(chuàng)新應(yīng)用型人才的能力要求，體現(xiàn)CDIO工程教育特點(diǎn)的土木建筑類工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式的改革與發(fā)展必須強(qiáng)調(diào)人才綜合能力的培養(yǎng)和個(gè)人開放性學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成。因此，我們改變了傳統(tǒng)課程考核“一考定終身”的考核方式，強(qiáng)調(diào)了過程管理及考核的方法，從考勤、平時(shí)作業(yè)、作品演示、報(bào)告文檔和演講答辯等方面進(jìn)行綜合考評(píng)。在考評(píng)時(shí)突出團(tuán)隊(duì)的作用，綜合作業(yè)、作品和報(bào)告以團(tuán)隊(duì)進(jìn)行評(píng)分，同一團(tuán)隊(duì)中不同組員的成績完全相同；通過過程管理，避免了過程中“做多做少一個(gè)樣”現(xiàn)象的出現(xiàn)，真正為團(tuán)隊(duì)實(shí)踐創(chuàng)造了條件；課程綜合考試參照國家注冊工程師考試的模式，采用有限開卷的形式進(jìn)行，強(qiáng)化了概念層面的基本知識(shí)熟練程度的要求，減少了學(xué)習(xí)過程中死記硬背的能力考核。實(shí)踐證明，采用這種評(píng)價(jià)方式，強(qiáng)化了全員參與的意識(shí)，改變了以往課程實(shí)踐環(huán)節(jié)由個(gè)別優(yōu)秀學(xué)生獨(dú)立承擔(dān)的局面，可以更真實(shí)地培養(yǎng)和評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié) 論

基于CDIO理念的基本要求和總體框架，廣州大學(xué)等高校結(jié)合國家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)，經(jīng)過多年的人才培養(yǎng)創(chuàng)新與實(shí)踐，逐步確立了現(xiàn)代工程教育中土木建筑類專業(yè)“以人為本”的教育價(jià)值觀、“以學(xué)生為主體”的教育角色觀，“以能力為中心”的教育質(zhì)量觀和“以素質(zhì)為中心”的人才培養(yǎng)觀，建立了“兩級(jí)平臺(tái)+模塊”的《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程結(jié)構(gòu)，并將工程信息模型等教學(xué)方法和概念有機(jī)融入教學(xué)過程。實(shí)踐證明，這種模式不僅可以有效培養(yǎng)大學(xué)生的綜合創(chuàng)新應(yīng)用能力，滿足經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展大潮下企業(yè)對工程技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，而且通過對學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)習(xí)慣的鍛煉，有利于學(xué)生培養(yǎng)建成開放性知識(shí)體系，滿足企業(yè)對現(xiàn)代化工程技術(shù)人才的綜合能力要求。

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