依托結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽談土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)*

苑苗苗　魏德敏　葉作楷（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院　土木工程學(xué)院，廣東　廣州　510800）

依托結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽談土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)*

苑苗苗魏德敏葉作楷
（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院土木工程學(xué)院，廣東廣州510800）

摘要：由于我國已將建設(shè)創(chuàng)新型國家作為重要戰(zhàn)略決策，因此教育系統(tǒng)尤其重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文以華南理工大學(xué)廣州學(xué)院為原型，以結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽為例，從競賽開展的意義，競賽的實(shí)施及保障機(jī)制等方面闡述了學(xué)科競賽對(duì)于應(yīng)用型本科高校學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的重要性。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽；應(yīng)用型人才；創(chuàng)新能力；土木工程專業(yè)

魏德敏（1955，5-），女，漢族，四川資中人，博士，教授，研究方向：結(jié)構(gòu)抗震。

葉作楷（1949，8-），男，漢族，廣東河源人，碩士，副教授，研究方向：土木工程施工。

一、開展結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽的背景及意義

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽（以下簡稱“競賽”）是一項(xiàng)針對(duì)土木工程專業(yè)學(xué)生的重要學(xué)科競賽，是極富創(chuàng)造性，挑戰(zhàn)性的科技競賽。通過學(xué)生綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)及土木工程施工等專業(yè)課知識(shí)，結(jié)合功能需求進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)和制作，比較全面地考察了學(xué)生從力學(xué)到結(jié)構(gòu)、從掌握基本理論到自主設(shè)計(jì)模型的綜合應(yīng)用能力?？梢?，在模型設(shè)計(jì)與制作過程中，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和工具解決問題的能力，這是應(yīng)用型人才所需要的基本素質(zhì)之一。

同時(shí)，空間桿系結(jié)構(gòu)的桿件多，節(jié)點(diǎn)聯(lián)接質(zhì)量要求高，模型制作過程是較為繁瑣與復(fù)雜的，學(xué)生在對(duì)設(shè)計(jì)模型反復(fù)計(jì)算、重復(fù)加載及不斷改進(jìn)的過程中，既提高了綜合利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力，又提高了發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，既掌握了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本步驟，又了解了優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的，這些素質(zhì)能力的培養(yǎng)也是土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)所追求的目標(biāo)。此外，為了完成一個(gè)好的結(jié)構(gòu)模型作品，學(xué)生需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在這樣一個(gè)過程中，可以鍛煉學(xué)生的溝通能力和合作意識(shí)。因此，該大賽是對(duì)土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的推動(dòng)。

二、競賽是對(duì)教學(xué)的有效補(bǔ)充

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽是對(duì)現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)的有效補(bǔ)充，主要表現(xiàn)在以下三方面：

（一）實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程知識(shí)的綜合運(yùn)用

為了順利完成結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)制作任務(wù)，學(xué)生不僅要掌握各門專業(yè)主干課程的相關(guān)內(nèi)容，諸如建筑制圖、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、材料力學(xué)試驗(yàn)等課程的相關(guān)知識(shí)，還要將這些所學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步消化，融會(huì)貫通。因此，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽為學(xué)生提供了綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的最佳機(jī)會(huì)。

（二）培養(yǎng)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的初步能力

學(xué)院的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽主要是大二和大三的學(xué)生參加。所以通過舉辦結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽，幫助學(xué)生從整體上認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)組成的基本原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要步驟，使他們面對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系時(shí)，能通過自己的分析判斷，給出清晰的結(jié)構(gòu)受力情況和傳力路徑，初步具備結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的能力。

（三）以競賽促進(jìn)教學(xué)相長

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽既是學(xué)生不斷學(xué)習(xí)不斷實(shí)踐的過程，同時(shí)有助于指導(dǎo)教師科研能力的提高和工程意識(shí)的增強(qiáng)，特別有利于青年教師在專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面的豐富和提高。青年教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型制作加工和優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，共同探討相關(guān)力學(xué)基本概念和分析計(jì)算方法的傳授方式，從而起到提高課堂教學(xué)能力，教學(xué)相長的作用。

三、競賽實(shí)施方案的規(guī)范與完善

目前，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽已經(jīng)成為學(xué)校學(xué)術(shù)科技節(jié)的特色品牌活動(dòng)。學(xué)院本著“實(shí)基礎(chǔ)、重實(shí)踐”的人才培養(yǎng)理念，將在每年的春季學(xué)期舉辦一屆結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽，面向全校學(xué)生。為了保障結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽的可持續(xù)開展，學(xué)院將從以下幾方面進(jìn)一步規(guī)范和完善這項(xiàng)活動(dòng)：

（一）建立健全大賽的相關(guān)機(jī)構(gòu)與制度

建立健全相關(guān)制度對(duì)學(xué)科競賽進(jìn)行規(guī)范化管理是保障競賽可持續(xù)開展的基礎(chǔ)。

1.建立三級(jí)組織管理機(jī)構(gòu)

由于我校高度重視學(xué)科競賽，按照“學(xué)校主辦、學(xué)院承辦、目標(biāo)管理”的原則，采用校、院、競賽項(xiàng)目負(fù)責(zé)人三級(jí)組織管理，可以確保信息流和資金流的順暢。

圖1　結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽部分作品

圖2　結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)課學(xué)生作品

2.完善競賽管理制度

高效的競賽管理除了有健全的組織機(jī)構(gòu)，還要有完善的管理機(jī)制。為了使競賽管理工作更加科學(xué)化、規(guī)范化和制度化，有效達(dá)到競賽目的，預(yù)先要制定競賽實(shí)施方案，然后按照方案要求，分工負(fù)責(zé)組織實(shí)施競賽。

3.構(gòu)建師生激勵(lì)機(jī)制

只有構(gòu)建師生雙贏的激勵(lì)機(jī)制，實(shí)施科學(xué)管理，才能充分調(diào)動(dòng)大多數(shù)教師和學(xué)生的積極性，即教師認(rèn)真積極指導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生認(rèn)真積極參加競賽，從而做到教學(xué)相長。對(duì)于競賽獲獎(jiǎng)的學(xué)生給予一定的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，并在綜合測評(píng)中給予綜合素質(zhì)加分及學(xué)分認(rèn)定；對(duì)于參加指導(dǎo)的教師，在年度評(píng)優(yōu)評(píng)先考核中，給予優(yōu)先考慮。

（二）大賽的組織運(yùn)作模式

為了提高大賽的有效性，除需建立健全相關(guān)制度外，還要確定每屆大賽的主題，不斷探索競賽運(yùn)作模式的多樣化。譬如，2015年舉辦的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽主題為“砼力創(chuàng)新，專筑設(shè)計(jì)”。下面以2015年結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽為例，簡要介紹該賽事的相關(guān)流程：

1.競賽的組織

由于此次競賽是面向全校學(xué)生開展的，所以分別設(shè)置了專業(yè)組和興趣組，一般非土木工程專業(yè)的學(xué)生分在興趣組。從組織報(bào)名、競賽宣講會(huì)、模型材料的選擇、采購及領(lǐng)取乃至模型制作及作品提交，整個(gè)過程有條不紊。競賽是由學(xué)院學(xué)生工作辦組織跟進(jìn)，競賽前制定了詳細(xì)的策劃書。

2.競賽規(guī)則及制作技能培訓(xùn)

為了使結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽更具專業(yè)性和規(guī)范性，組織機(jī)構(gòu)將邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)競賽規(guī)則及模型制作技能給予專業(yè)指導(dǎo)，如結(jié)構(gòu)模型的選型，模型材料的力學(xué)特性，設(shè)計(jì)計(jì)算書的內(nèi)容綱要等。另外，為每支參賽隊(duì)伍安排指導(dǎo)老師，學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下完成結(jié)構(gòu)選型和初步分析。同時(shí)，召開所有報(bào)名參賽學(xué)生（數(shù)十支參賽隊(duì)伍）的培訓(xùn)會(huì)，專業(yè)教師就結(jié)構(gòu)選型及模型制作等開展專題講座。

3.模型制作的過程化管理

（1）材料性能試驗(yàn)

對(duì)于專業(yè)組的結(jié)構(gòu)模型，評(píng)價(jià)的技術(shù)指標(biāo)主要是模型的荷載-質(zhì)量比，即質(zhì)量越輕而承載能力越強(qiáng)的結(jié)構(gòu)模型將在競賽中獲勝。而材料的力學(xué)性能優(yōu)劣直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力，但是，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽所用材料可能不是一般常用的土木工程材料，譬如白卡紙、竹皮等，這些材料的力學(xué)性能參數(shù)從現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中難以獲知。因此，參賽學(xué)生首先要自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)模型所用材料的力學(xué)性能進(jìn)行測試。在此過程中，學(xué)生通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、操作材料試驗(yàn)機(jī)、采集和處理數(shù)據(jù)等，鍛煉和提高了動(dòng)手能力，強(qiáng)化了對(duì)材料性能及其試驗(yàn)方法的了解與掌握。

（2）結(jié)構(gòu)模型制作

構(gòu)模型的制作相當(dāng)于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)施工過程的模擬，這是結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽中相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。雖然前期已經(jīng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)合理性的初步分析，但是如果模型制作不夠精細(xì)，構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)處理不得當(dāng)，均可能導(dǎo)致前功盡棄。

另外，為了減輕結(jié)構(gòu)模型的自重，在設(shè)計(jì)中一般會(huì)選用薄壁構(gòu)件，而薄壁桿件的截面尺寸和幾何形狀，關(guān)系到其拉、壓、彎、剪性能。這就需要學(xué)生從基本力學(xué)概念出發(fā)，充分發(fā)揮空間想象力，根據(jù)不同桿件截面的受力特點(diǎn)及材料力學(xué)特性，在結(jié)構(gòu)模型的不同部位選用合適的桿件材料、截面形式及幾何尺寸。此外，模型的制作必須耐心細(xì)致，每一構(gòu)件的幾何尺寸和空間定位都要保證精確。

通過結(jié)構(gòu)模型的加工制作，學(xué)生在一次次的失敗和改進(jìn)過程中，既能得到專業(yè)技能訓(xùn)煉，同時(shí)也能提高發(fā)現(xiàn)問題并加以解決的能力。在這一過程中，學(xué)生往往能夠設(shè)計(jì)出一些巧妙新穎的結(jié)構(gòu)形式和節(jié)點(diǎn)連接方式，對(duì)于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)大有幫助。圖1為部分學(xué)生的參賽作品-桁架式橋梁結(jié)構(gòu)模型。

（三）課程教學(xué)與競賽的融通

為了培養(yǎng)大多數(shù)土木工程本科生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，除了組織結(jié)構(gòu)模型等競賽以外，還需要開設(shè)相應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，如結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，隸屬于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其課程選題及操作環(huán)節(jié)與競賽較為接近，但相對(duì)于競賽而言，在此類課程教學(xué)中，教師對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力輔導(dǎo)會(huì)多一些，具體一些，而接受相應(yīng)培訓(xùn)學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)要多一些，接受效果會(huì)好一些。圖2為選修結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生制作的結(jié)構(gòu)模型。

四、競賽成效與相關(guān)啟示

（一）競賽成效

1.學(xué)科競賽獲獎(jiǎng)情況。兩年來，通過舉辦結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽，在學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一批理論基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)踐能力較強(qiáng)的苗子，如“敏捷杯”華南理工大學(xué)第十一屆土木結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽中，我院學(xué)生在與一本學(xué)校學(xué)生的競爭中毫不遜色，獲得了三等獎(jiǎng)。在第五屆中南地區(qū)（七省）高校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)競賽中，我院兩名學(xué)生分別榮獲三等獎(jiǎng)和優(yōu)秀獎(jiǎng)，這對(duì)于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生而言，實(shí)屬不易。

2.科技創(chuàng)新情況。土木工程學(xué)院創(chuàng)辦以來，積極組織學(xué)生參加各類科技創(chuàng)新活動(dòng)，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，多次獲得相關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)。其中大學(xué)生研究計(jì)劃共立項(xiàng)4項(xiàng)，學(xué)生在國家、省級(jí)學(xué)術(shù)期刊中發(fā)表論文2篇，2015年獲批省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)。

幾年來的實(shí)踐證明，華廣土木工程學(xué)院學(xué)科競賽體系運(yùn)行效果良好，學(xué)生的參與面逐漸擴(kuò)大，不僅提高了學(xué)習(xí)主動(dòng)性，擴(kuò)寬了專業(yè)知識(shí)面，動(dòng)手能力也得到了明顯提高。學(xué)科競賽在促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面起到了重要作用。

（二）相關(guān)啟示

學(xué)科競賽在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面具有獨(dú)特的功能，尤其在應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)中更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了確保學(xué)科競賽活動(dòng)的持久良性發(fā)展，需要建立相應(yīng)的保障機(jī)制。

1.組織保障。校院兩級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視是學(xué)科競賽活動(dòng)持久有序開展的前提，學(xué)校應(yīng)將學(xué)科競賽活動(dòng)列為學(xué)校的常規(guī)工作，成立專門的校、院兩級(jí)學(xué)科競賽工作委員會(huì)，形成校院目標(biāo)管理，過程管理機(jī)制。

2.訓(xùn)練保障。學(xué)生是學(xué)科競賽的主體，只有形成科學(xué)合理的學(xué)生訓(xùn)練、選拔機(jī)制，才能保證學(xué)科競賽活動(dòng)的持久、健康發(fā)展。注重賽前規(guī)劃與訓(xùn)練，實(shí)施項(xiàng)目化運(yùn)行，以競賽成績作為相關(guān)考核依據(jù)，并將學(xué)科競賽納入人才培養(yǎng)計(jì)劃中，如開設(shè)與學(xué)科競賽相關(guān)的選修課，吸收學(xué)生參與教師科研活動(dòng)，多種形式普及學(xué)科競賽知識(shí)等。

3.隊(duì)伍保障。指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)科競賽的開展起到了主導(dǎo)作用，因此需要構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)多樣化的指導(dǎo)教師隊(duì)伍，吸引教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心較強(qiáng)、有工作熱情、有一定科研經(jīng)驗(yàn)的教師加入指導(dǎo)教師隊(duì)伍。

4.經(jīng)費(fèi)保障。經(jīng)費(fèi)投入是學(xué)科競賽能夠順利開展的重要物質(zhì)保證。學(xué)校應(yīng)設(shè)立學(xué)科競賽專項(xiàng)基金，按學(xué)科競賽的性質(zhì)和類別，設(shè)定相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)支持標(biāo)準(zhǔn)，例如可以考慮通過立項(xiàng)方式對(duì)學(xué)科競賽資金進(jìn)行管理。

總之，用保障機(jī)制推動(dòng)學(xué)科競賽的可持續(xù)開展，對(duì)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽作品選編[M].北京：中國建筑工

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Abstract:Since China took building an innovative country as an important strategic decision, the education system has particularly put emphasis on cultivating students' innovation ability. Taking Guangzhou College of South China of Technology as the prototype, this paper described the importance of discipline competition for development of students' creative ability from the meaning, the implementation and safeguard mechanism of competition.

Keywords:Structural Model Design Competition; applied talents; innovative ability; civil engineering major

中圖分類號(hào)：C961

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）05-0011-03

*基金項(xiàng)目:華南理工大學(xué)廣州學(xué)院2015年度“創(chuàng)新強(qiáng)校工程”建設(shè)項(xiàng)目(JY150317）。

作者簡介：苑苗苗（1982，2-），女，吉林長春人，博士，講師，研究方向：道路工程。