結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)土木工程專業(yè)本科教育重要性的探討

賈傳果+張川+李英民+楊溥+胡鷹+韓軍

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2014.01.034

收稿日期：2013-11-06

基金項(xiàng)目：作者簡(jiǎn)介：賈傳果（1980-），男，重慶大學(xué)土木工程學(xué)院講師，博士，主要從事結(jié)構(gòu)工程抗震等方面的研究，（E-mail）jiachuanguo@cqu.edu.cn。

摘要：大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合技能，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力和協(xié)作能力，更為重要的是，還能培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。文章以第六屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，全面闡述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)土木工程專業(yè)本科教育的重要性，詳細(xì)分析了競(jìng)賽在創(chuàng)新實(shí)踐型人才培養(yǎng)方面的積極作用，并結(jié)合實(shí)際，對(duì)如何充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的積極作用提出建議。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽；土木工程；人才培養(yǎng)模式；教育改革

中圖分類號(hào)：G642.0；TU3-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2014）01-0133-03

2012年，第六屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽在重慶大學(xué)舉行，來(lái)自全國(guó)85所高校的大學(xué)生積極參加了比賽。根據(jù)重慶地區(qū)山多地勢(shì)起伏大，易出現(xiàn)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)，比賽賽題定為四層吊腳樓框架模型的抗沖擊設(shè)計(jì)（圖1）。這一命題創(chuàng)意巧妙，體現(xiàn)了重慶的地域特色，具有實(shí)際工程背景和實(shí)用價(jià)值。同時(shí)，也考察了學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。作為土木工程專業(yè)課堂教學(xué)和書本知識(shí)學(xué)習(xí)的延伸和拓展，不論是競(jìng)賽的參與者、組織者，還是旁觀者，都能在競(jìng)賽中受到啟發(fā)，獲得鍛煉。

圖1 第六屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題簡(jiǎn)圖（單位：mm） 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)學(xué)生能力提升的具體體現(xiàn)

創(chuàng)新實(shí)踐能力是高素質(zhì)人才的重要標(biāo)志，是高水平大學(xué)建設(shè)的靈魂，也是“教育中國(guó)夢(mèng)”的重要內(nèi)涵。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力有很多方法和途徑，大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽作為大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃的一種載體和重要形式，是土木工程專業(yè)創(chuàng)新性和實(shí)踐性最強(qiáng)的學(xué)科競(jìng)賽，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)和合作精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合科研能力和工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等方面發(fā)揮著重要作用[1]。

第一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽培養(yǎng)了學(xué)生方案設(shè)計(jì)的能力。方案設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一步，如果學(xué)生方案設(shè)計(jì)能力有所欠缺，不能從整體上把握結(jié)構(gòu)，那接下來(lái)的設(shè)計(jì)工作就難以展開。然而目前包括混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等在內(nèi)的主要課程側(cè)重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分析，而對(duì)方案設(shè)計(jì)闡述偏少。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求參賽者完成符合賽題要求的模型設(shè)計(jì)，可在一定程度上提高參賽者方案設(shè)計(jì)的能力。比如吊腳樓模型抗沖擊的設(shè)計(jì)，參賽者首先應(yīng)該認(rèn)識(shí)到?jīng)_擊荷載最大的特點(diǎn)是持時(shí)短、幅值高，那么在設(shè)計(jì)中就應(yīng)該注意提高模型直接承受沖擊荷載部位的強(qiáng)度和剛度，以減小結(jié)構(gòu)底部柱子的側(cè)移和損傷；當(dāng)沖擊荷載將能量傳至結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)做出響應(yīng)時(shí)，就應(yīng)該考慮結(jié)構(gòu)的變形和耗能問(wèn)題——即適當(dāng)減小上部結(jié)構(gòu)的剛度，提高結(jié)構(gòu)的延性。由此看來(lái)，方案設(shè)計(jì)直接決定著整個(gè)模型的受力機(jī)理，因此，優(yōu)秀的模型必須具有優(yōu)秀的方案，學(xué)生的方案設(shè)計(jì)能力也在這樣的思考過(guò)程中得到鍛煉。

第二，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)識(shí)。大部分結(jié)構(gòu)類課程的教材主要基于構(gòu)件，面向結(jié)構(gòu)體系的知識(shí)點(diǎn)嚴(yán)重不足。無(wú)論是高層建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)發(fā)電塔模型，還是懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)、抗震木結(jié)構(gòu)、吊腳樓模型，為滿足承載能力要求，有效的傳力和耗能途徑都是模型體系設(shè)計(jì)必須考慮的重點(diǎn)。比如在沖擊荷載的作用下，吊腳樓模型應(yīng)盡量減少力和沖量向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞，結(jié)構(gòu)模型要能誘導(dǎo)它們以最簡(jiǎn)潔的路徑傳至加速度傳感器，才能在降低加速度對(duì)結(jié)構(gòu)的不利作用的同時(shí)獲得較大的加速度實(shí)測(cè)值“a”，增大模型性能得分。另外，考慮到?jīng)_擊荷載具有持時(shí)短、幅值高的特點(diǎn)，應(yīng)注意防止薄弱層的出現(xiàn)，那么就需要控制好各層結(jié)構(gòu)的剛度比。這些問(wèn)題都需要參賽者從結(jié)構(gòu)體系的角度進(jìn)行分析和理解，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)體系重要性的認(rèn)知。

第三，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽能幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系。土木工程專業(yè)課的學(xué)習(xí)涵蓋了從地基基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)的梁、柱、板和墻的壓、彎、剪、扭等諸多方面的內(nèi)容，難度大且復(fù)雜程度高。同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分析十分抽象，如果不注意整理歸納總結(jié)，很難使學(xué)生形成系統(tǒng)全面的知識(shí)框架。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽作為一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的比賽，可以讓學(xué)生參與模型的受力分析和計(jì)算的全過(guò)程，其意義不亞于一次小的課程設(shè)計(jì)所能起到的鞏固知識(shí)體系的作用。正是將課本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐過(guò)程中的嘗試，讓學(xué)生明白了課程學(xué)習(xí)的目的和各學(xué)科之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系。

第四，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽深化了學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解。學(xué)習(xí)知識(shí)離不開實(shí)踐，只有通過(guò)實(shí)際動(dòng)手訓(xùn)練，將書本中的抽象概念轉(zhuǎn)化為實(shí)踐中的操作，才能讓學(xué)生對(duì)空洞的理論有具體的理解。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，一方面可以增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，另一方面可以促使他們從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、思考問(wèn)題，并嘗試解決問(wèn)題。

第五，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽鍛煉了學(xué)生實(shí)際操作的動(dòng)手能力。現(xiàn)階段，土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)類課程重理論輕實(shí)踐，未能充分體現(xiàn)該學(xué)科以實(shí)踐為基礎(chǔ)的特點(diǎn)[2]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽則相反，它不僅需要應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)，還需要一定的實(shí)踐動(dòng)手能力。模型的制作好比實(shí)際工程中的施工，如果構(gòu)件出現(xiàn)了初始缺陷，或者節(jié)點(diǎn)連接不夠牢靠，那么計(jì)算假定與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際工作狀態(tài)就不相符，很可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的失敗。因此，不是計(jì)算書寫得好就能讓模型受力性能好，在模型的實(shí)際制作過(guò)程中必須結(jié)合所給材料的特性，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)丶右灾谱?，才能做出穩(wěn)妥牢靠、重量適度的結(jié)構(gòu)。

第六，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和解決問(wèn)題的綜合能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽所倡導(dǎo)的“創(chuàng)新、挑戰(zhàn)、團(tuán)隊(duì)”精神，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的能力以及合作交流的能力。競(jìng)賽不僅形成了以鍛煉學(xué)生為主、教師提供支持的運(yùn)作機(jī)制，還形成了學(xué)生完成宣傳、協(xié)調(diào)、實(shí)施等前臺(tái)工作，教師負(fù)責(zé)提供資源、組織命題、競(jìng)賽評(píng)判等后臺(tái)工作的配合方式，因而極大地提高了整個(gè)競(jìng)賽過(guò)程解決問(wèn)題的效率。在培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的同時(shí)，也充分鍛煉了他們的組織協(xié)作能力。另外，競(jìng)賽也讓學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性得到充分發(fā)揮，競(jìng)賽題目的多樣化，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)答案，但有考核指標(biāo)，這樣就激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)創(chuàng)新、研究和特色來(lái)取勝，鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)。