基于學科競賽的土木工程大學生專業(yè)課程知識應(yīng)用能力評價

武賢慧　王步??

摘要：

結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽已經(jīng)成為土木工程專業(yè)最具影響力的專業(yè)型科技賽事之一。通過競賽可考核學生專業(yè)知識的應(yīng)用程度，從而發(fā)揮其重要的反饋功能。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽與專業(yè)類課程的對接點，構(gòu)建了基于競賽的專業(yè)類課程反饋指標體系。在此基礎(chǔ)上設(shè)計調(diào)查問卷，以校內(nèi)競賽兩年的調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，結(jié)合學生提交的實體模型成果，進行學生知識能力應(yīng)用效果評價，并將結(jié)果反饋給相關(guān)課程組，為專業(yè)課程改革提供了量化依據(jù)，也為大學生學科競賽的良性發(fā)展提供了創(chuàng)新思路。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽；土木工程；力學課程；應(yīng)用能力

中圖分類號：G6423；TU文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2017）01015205

結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是中國各大高校實踐教學環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容之一，其目的在于通過方案設(shè)計、分析計算、模型制作、加載試驗和現(xiàn)場答辯等一系列過程，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神、團隊意識和實踐能力[1]。從2005年開始，全國大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽迄今已舉辦8屆。在全國競賽的輻射下，地區(qū)級、校級結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽也不斷開展起來，有很多學生從中受益。但主觀隨意的標新立異并不是土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)模型競賽的目標，參賽者只有以客觀的物理準則為基礎(chǔ)并對其正確應(yīng)用，才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型競賽所需要的合理創(chuàng)新，從而呈現(xiàn)高質(zhì)量的參賽作品，而這必須以參賽者通過傳統(tǒng)教學模式所獲得的堅實理論和專業(yè)基礎(chǔ)為條件。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中，參賽學生從開始對題目進行分析，提出一個模糊的受力模式，進而尋求適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式和具體構(gòu)造措施來保證該模型所預期的力學性能，其間會經(jīng)歷結(jié)構(gòu)選型、荷載計算、內(nèi)力分析、計算簡圖、承載能力估算、構(gòu)造設(shè)計、繪制出結(jié)構(gòu)圖以及結(jié)構(gòu)模型制作等環(huán)節(jié)。為順利完成以上競賽任務(wù)，參賽者必須掌握畫法幾何與工程制圖、理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學、土木工程材料、房屋建筑學、計算機輔助設(shè)計、材料力學試驗、土木工程材料試驗、結(jié)構(gòu)試驗、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震等基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課方面的背景知識[2]。因此，結(jié)構(gòu)模型競賽本身就是對上述知識點課堂教學成果的最直接檢驗。通過競賽，一方面可以使學生對所學知識融會貫通，更加熟練地掌握知識點；另一方面，可發(fā)現(xiàn)學生知識體系中的不足之處，從教學源頭尋找薄弱環(huán)節(jié)，及時改革教學內(nèi)容與方法。

目前絕大多數(shù)競賽在決出勝負后結(jié)束，缺乏總結(jié)和反思，忽視了競賽非常重要的功能——向理論課程的反饋功能。通過競賽可反映出學生知識體系的薄弱環(huán)節(jié)，從而在隨后的傳統(tǒng)課堂教學中做到有的放矢、查漏補缺，進一步強化傳統(tǒng)教學的質(zhì)量效果，充分發(fā)揮專業(yè)知識在參賽者創(chuàng)新、探索過程中的指導作用，推動結(jié)構(gòu)模型競賽向更深層次、更高水平的方向不斷發(fā)展。

鑒于此，文章構(gòu)建了土木工程專業(yè)類課程反饋指標體系，在此基礎(chǔ)上設(shè)計調(diào)查問卷，以長安大學兩年校內(nèi)競賽的調(diào)查數(shù)據(jù)為例進行分析，將學生專業(yè)知識應(yīng)用能力反饋給相關(guān)課程組，為課程改革提供了量化依據(jù)，也為大學生學科競賽的良性發(fā)展提供了創(chuàng)新思路。

一、專業(yè)類課程反饋指標構(gòu)建及調(diào)查問卷設(shè)計

土木工程專業(yè)課程包括工程制圖、工程地質(zhì)、測量學、基礎(chǔ)工程設(shè)計原理、土木工程材料、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、鋼結(jié)構(gòu)基本原理、土木工程施工、結(jié)構(gòu)概念體系、工程質(zhì)量事故分析處理、土木工程抗震等課程[3]。這些課程要求學生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計理論，熟悉設(shè)施和系統(tǒng)的設(shè)計方法；掌握土木工程施工和組織的過程和項目管理、技術(shù)經(jīng)濟分析的基本方法；掌握土木工程現(xiàn)代施工技術(shù)、工程檢測和測試的基本方法；了解土木工程的風險管理和防災減災基本原理及一般方法；了解結(jié)構(gòu)、設(shè)施和系統(tǒng)的破壞和加固維修理論[4-6]。由于每年競賽考核的內(nèi)容不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽不一定能夠涵蓋專業(yè)培養(yǎng)的全部，但在模型設(shè)計中可以充分認識各類荷載及災害作用的特點、結(jié)構(gòu)體系的選擇與概念設(shè)計以及各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的功能特點；在模型制作中可以深入理解構(gòu)件連接節(jié)點的形式與構(gòu)造；制作完成后對于結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的原理、結(jié)構(gòu)加載試驗等會有深刻的認識。

二、 專業(yè)類課程知識應(yīng)用能力評價

長安大學從2005年開始舉辦每年一屆的校級競賽，競賽已經(jīng)成為校內(nèi)最具影響力的科技活動之一，反饋指標的調(diào)查已經(jīng)持續(xù)進行了多年。本文選擇了2013年和2014年長安大學校級結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽為分析樣本，其原因有三個方面。一是由于參賽學生人數(shù)多，樣本具有廣泛性；二是因為經(jīng)過十幾年的發(fā)展，競賽已經(jīng)植根于學生和教師的實踐教學中，具有可靠性；三是因為這兩年均以結(jié)構(gòu)抗震為主題，具有相似的考核內(nèi)容。2013年競賽題目為“重檐歇山式仿古殿宇結(jié)構(gòu)模型制作與測試”，模型采用木質(zhì)材料制作。2014年賽題為“多層塔式結(jié)構(gòu)模型制作與測試”，采用竹質(zhì)材料制作。兩次競賽分別以歇山式仿古殿宇結(jié)構(gòu)和多層建筑結(jié)構(gòu)抵抗地震災害為主題，具有重要的科學價值和工程意義。

兩次競賽共收到調(diào)查問卷223份，有效問卷177份，其中2013年有效數(shù)據(jù)64份，2014年113份。為區(qū)分不同年級的應(yīng)用水平，2014年分為土木工程專業(yè)大三和大二分別進行統(tǒng)計，大三學生有效數(shù)據(jù)44份，大二學生有效數(shù)據(jù)69份。數(shù)據(jù)收集后進行統(tǒng)計，按照各項目所占的百分比進行能力分析評價。

（一）專業(yè)類課程與競賽的關(guān)聯(lián)度指標分析

（1）經(jīng)過篩選的土木工程專業(yè)類課程知識點與競賽的關(guān)聯(lián)度很高。兩年的數(shù)據(jù)均表明，這些知識點中，在競賽中“有一定應(yīng)用”所占比例最高，其次是“是技術(shù)關(guān)鍵”，“基本未涉及”所占比例最小。

（2）“基本未涉及”所占比例最大的是繪圖及結(jié)構(gòu)計算軟件的應(yīng)用，2013年為35%，2014年分別是16%和21%，這說明軟件的應(yīng)用能力較低。調(diào)查表明，很多學生認為當荷載條件及結(jié)構(gòu)體系過于復雜時，計算非常困難，希望通過試驗進行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。“基本未涉及”接近20%的指標為各類荷載及災害作用的特點，兩次競賽都是水平地震作用，說明學生對地震波的作用模式及簡化計算把握不準。“基本未涉及”在10%～20%的指標為基礎(chǔ)選型及計算方法，兩次競賽提供了模型安裝底板，模型底部通過膠水或螺栓固定在底板上，涉及到基礎(chǔ)選型的內(nèi)容較少，是此項指標超過10%的原因。其余指標“基本未涉及”者基本小于10%。

（3）“是技術(shù)關(guān)鍵”所占比例最大的是節(jié)點形式與構(gòu)造，基本上達到50%，這說明強節(jié)點的設(shè)計思路已經(jīng)為學生所領(lǐng)會；40%～50%的同學認為截面形式及計算方法是“技術(shù)關(guān)鍵點”，說明他們進行了截面形式優(yōu)化。

（4）通過以上分析，可以初步得出：應(yīng)用較好的指標是節(jié)點形式與構(gòu)造、截面形式及計算方法；應(yīng)用較差的指標是繪圖及結(jié)構(gòu)計算軟件的應(yīng)用、荷載及災害作用的特點，其余指標需要進一步分析。

從統(tǒng)計結(jié)果可以得出以下結(jié)論。

（1）所有數(shù)據(jù)均表明，“了解原理但無法應(yīng)用”超過20%的指標包括：2013年繪圖軟件及結(jié)構(gòu)計算軟件應(yīng)用。說明土木工程專業(yè)學生的軟件應(yīng)用能力，特別是結(jié)構(gòu)計算軟件的應(yīng)用能力非常薄弱。但也說明在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果結(jié)構(gòu)過于復雜，學生主要通過加載試驗來驗證模型的承載力，計算被忽略了。

（2）“了解原理但無法應(yīng)用”超過10%，小于20%的指標包括：荷載及災害作用的特點。說明學生對于水平地震作用的認識還不夠，因為抗震設(shè)計課程放在大四才學，而調(diào)查的主體為大二和大三學生。

（3）“能聯(lián)系實際直接應(yīng)用”的指標基本都未超過50%，各項指標由大到小的排序順序為：①荷載及災害作用特點；②構(gòu)件截面形式選擇及計算方法；③構(gòu)件節(jié)點連接形式與構(gòu)造；④結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造特點；⑤提高構(gòu)件穩(wěn)定的構(gòu)造方式；⑥基礎(chǔ)形式及構(gòu)造；⑦結(jié)構(gòu)加固技術(shù)原理與構(gòu)造；⑧結(jié)構(gòu)構(gòu)件的功能特點；⑨結(jié)構(gòu)體系選擇與概念；⑩=10＼*GB3＼*MERGEFORMAT結(jié)構(gòu)分析軟件及繪圖軟件的應(yīng)用。

（4）“經(jīng)自主摸索后應(yīng)用”以及“能聯(lián)系實際應(yīng)用”二者相加由大到小的排序順序為：①構(gòu)件截面形式選擇及計算方法；②荷載及災害作用特點；③構(gòu)件節(jié)點連接形式與構(gòu)造；④提高構(gòu)件穩(wěn)定的構(gòu)造方式；⑤結(jié)構(gòu)構(gòu)件的功能特點；⑥結(jié)構(gòu)加固技術(shù)原理與構(gòu)造；⑦結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造特點；⑧基礎(chǔ)形式及構(gòu)造；⑨結(jié)構(gòu)體系選擇與概念；⑩=10＼*GB3＼*MERGEFORMAT結(jié)構(gòu)分析軟件及繪圖軟件的應(yīng)用。

（三）專業(yè)類課程反饋總體意見

在以上評價的基礎(chǔ)上，結(jié)合參賽者所做的實體模型和計算任務(wù)書，得到專業(yè)類課程知識應(yīng)用能力評價，見表2。

三、結(jié)語

本文構(gòu)建了專業(yè)類課程反饋指標體系，在此基礎(chǔ)上進行了調(diào)查問卷設(shè)計，選擇校內(nèi)兩次以抗震設(shè)計為主題的競賽作為調(diào)查對象，在調(diào)查數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，得出了學生專業(yè)類課程的應(yīng)用掌握程度，為專業(yè)類課程教學改進提供了依據(jù)。該項研究在長安大學校內(nèi)已經(jīng)連續(xù)進行3年，競賽折射的問題隨著課程的改進得到了改善，擴大了競賽受益面，同時也提高了競賽的水平。參考文獻：

[1]周克榮， 陳以一.大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽與創(chuàng)新意識境界[J].同濟教育研究，2001（1）：35-37.

[2]王步，武賢慧，袁衛(wèi)寧，周天華.大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的實踐與反思[C]∥高等學校土木工程專業(yè)建設(shè)的研究與實踐——第十屆全國高校土木工程學院（系）院長（主任）工作研討會論文集，2010.

[3]高等學校土木工程專業(yè)指導委員會.高等學校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案及課程教學大綱[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2002.

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[6]劉明.土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測 [M].北京：高等教育出版社，2008.

Abstract：

Structural design competition has become one of the most influential professional science and technology events for civil engineering students.Civil engineering studentsapplication ability of professional knowledge could be assessed by this competition， thereby the feedback function of the competition are performed. According to the corresponding points of the structural design competition and professional courses， the professional course feedback index system was built.The questionnaire survey was designed based on the feedback index system. Based on the analysis of survey data of two years school competition and the entity models submitted by students， the effect of students application ability of professional knowledge was assessed， and then the results were reflected to the related course group. The research provided a quantitative basis for curriculum reform， meanwhile provided innovative ideas for the healthy development of students subject competitions.

Keywords： structural design competition； civil engineering； mechanics course； application ability

（編輯胡玥）