工程教育理念下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽研究

曾武華 王逢朝 楊焓 張仁巍

摘 要：工程教育專業(yè)認(rèn)證理念以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向，堅(jiān)持持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)，是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的必然趨勢(shì)。在此教育理念的指導(dǎo)下，探討了以全體學(xué)生需求為中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題的設(shè)計(jì)。以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為平臺(tái)，積極開展教學(xué)改革探索，研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽在工程教育成果導(dǎo)向中的支撐作用。同時(shí)，提出大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)建設(shè)持續(xù)改進(jìn)的對(duì)策。文章提出的思路和措施對(duì)于土木工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)綜合改革具有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：工程教育；應(yīng)用型人才；土木工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）07-0063-03

Abstract： The programmatic accreditation of engineering education based on the new concept of being student-centered， outcome-based and continuous improvement is the future trend for improving talent training quality. In this paper， the design of contest problems of the student-centered structural competition is discussed under the guidance of the concept of engineering education. Based on the platform of structural design competition， the teaching reform is carried out to promote teaching， and the supporting role of the structural design competition in the engineering education is researched. At the same time， the proposals of continuous improvement for the platform of structural design competition are put forward. The ideas and measures provided in this paper have good reference value for the comprehensive reform of training civil engineering applied talents.

Keywords： engineering education； applied talents； civil engineering； structural design competition

引言

在我國走向工業(yè)化社會(huì)的進(jìn)程中，如何培養(yǎng)工業(yè)化發(fā)展所需要的應(yīng)用型人才是社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)問題[1，2]。1989年工程教育的國際互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》出臺(tái)，為工業(yè)化發(fā)展所需要的應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了更寬闊的交流平臺(tái)，也對(duì)我國提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的制度建設(shè)提供參考和建議[3-6]。2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，以國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證助推工程教育質(zhì)量提升。

工程教育專業(yè)認(rèn)證體現(xiàn)的核心理念主要包括以下三個(gè)方面：第一，以全體學(xué)生需求為中心；第二，以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)能力（包括熟用專業(yè)實(shí)務(wù)所需的知識(shí)、技能及工具等技術(shù)的能力以及具備終身學(xué)習(xí)，持續(xù)發(fā)展的能力）、專業(yè)實(shí)務(wù)技能（包括具備專業(yè)所需的實(shí)務(wù)技能和確實(shí)執(zhí)行專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序的能力）、應(yīng)用創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作整合能力等綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力為成果導(dǎo)向；第三，建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。在構(gòu)建土木工程專業(yè)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)踐平臺(tái)的過程中，借鑒工程教育專業(yè)認(rèn)證核心理念對(duì)大學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，全方位設(shè)計(jì)土木工程專業(yè)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽過程中得到多層次的實(shí)踐過程訓(xùn)練。通過大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽改革實(shí)踐，我校大學(xué)生在參加2016年福建省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得了7項(xiàng)一等獎(jiǎng)中的3項(xiàng)，為土木工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)綜合改革提供較好的借鑒。

一、以學(xué)生為中心

以學(xué)生為中心的工程教育的目標(biāo)是圍繞全體學(xué)生的培養(yǎng)，核心任務(wù)是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。然而，通過觀察各國工程教育的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用型人才的成長(zhǎng)過程可以看出，高質(zhì)量的應(yīng)用型人才培養(yǎng)不僅需要工程教育內(nèi)部的努力，更需要從工程教育外部整合高校、政府、企業(yè)、專業(yè)學(xué)會(huì)等各個(gè)相關(guān)利益群體的力量[7]。因此，通過構(gòu)建以全體學(xué)生需求為中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為平臺(tái)，可以加強(qiáng)高校、政府、土木工程學(xué)會(huì)及行業(yè)間的交流與合作，共同參與土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

為了使全體學(xué)生參與實(shí)踐鍛煉的需求得到滿足，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題應(yīng)當(dāng)要具有普遍適應(yīng)性。表1～表3列出了部分賽區(qū)的大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題資料。從表1～表3可以看出：首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型形式豐富，包括建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、塔結(jié)構(gòu)等常用結(jié)構(gòu)形式，與工程問題聯(lián)系緊密。其次，模型制作的主要材料發(fā)展趨勢(shì)為采用竹材，原材料成本相對(duì)不高，并且這也充分體現(xiàn)了綠色環(huán)保的時(shí)代主題。全國各高校通過搭建校級(jí)、省級(jí)以及國家級(jí)等不同層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)，不僅充分發(fā)揮學(xué)生的才能，同時(shí)也燃起他們的學(xué)習(xí)熱情、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[8]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括結(jié)構(gòu)模型計(jì)算書（該部分內(nèi)容通常包括設(shè)計(jì)構(gòu)思、模型設(shè)計(jì)圖紙和理論分析）、結(jié)構(gòu)模型制作、結(jié)構(gòu)模型加載以及現(xiàn)場(chǎng)陳述與答辯等，競(jìng)賽設(shè)計(jì)內(nèi)容需要根據(jù)對(duì)學(xué)生的期望而設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)以全體學(xué)生需求為中心的工程教育新理念。

二、以綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力為成果導(dǎo)向

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽把學(xué)生能力的培養(yǎng)當(dāng)作教育質(zhì)量之本，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)的搭建，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生在參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽過程中綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高。學(xué)生參加結(jié)構(gòu)競(jìng)賽的成果除了模型作品外，還需要說明作品設(shè)計(jì)構(gòu)思，給出模型設(shè)計(jì)效果圖、施工圖紙以及對(duì)模型結(jié)構(gòu)預(yù)期破壞情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，另外，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行加載以及現(xiàn)場(chǎng)陳述與答辯等過程。因此，通過整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽過程各個(gè)環(huán)節(jié)的鍛煉，學(xué)生各方面能力得到綜合培養(yǎng)。

（一）熟用土木工程專業(yè)知識(shí)的能力

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求綜合運(yùn)用工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地震工程學(xué)、土木工程材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等土木工程綜合性專業(yè)知識(shí)。在給定的題目范圍內(nèi)，如何熟用土木工程專業(yè)實(shí)務(wù)所需的知識(shí)、技能及工具等技術(shù)的能力正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，如何正確選擇最佳的結(jié)構(gòu)體系、桿件線型和截面形式，并進(jìn)行不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到用料省、制作簡(jiǎn)單等綜合性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模型。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參與，促進(jìn)學(xué)生對(duì)土木工程綜合性專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，達(dá)到熟用土木工程專業(yè)知識(shí)的能力。

（二）使用現(xiàn)代工具模擬分析的能力

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求土木工程專業(yè)學(xué)生能夠針對(duì)給定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目，解決復(fù)雜的工程實(shí)際問題。這就要求學(xué)生能夠選擇與熟練使用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)分析軟件，對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行加載后破壞形式、位置等問題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠通過加載試驗(yàn)驗(yàn)證和理解其局限性。熟用土木工程專業(yè)知識(shí)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，但結(jié)構(gòu)分析過程更多的是使用有限元軟件（如MIDAS、SAP2000、ANSYS等）模擬分析。運(yùn)用現(xiàn)代工具不僅可以大大減少人工工作量，而且可以減少試驗(yàn)過程中材料的浪費(fèi)，并模擬出很多人工難以實(shí)現(xiàn)的工程。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參與，促進(jìn)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代工具學(xué)習(xí)與使用，達(dá)到具備使用現(xiàn)代工具模擬分析的能力的目的。

（三）應(yīng)用專業(yè)知識(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決的目的方案的能力

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求學(xué)生從土木工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，充分發(fā)揮想象力，根據(jù)競(jìng)賽題目要求設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系，充分發(fā)揮材料的力學(xué)特性。學(xué)生通過實(shí)際動(dòng)手操來作制作模型，并且對(duì)制作的模型進(jìn)行試加載試驗(yàn)，觀察和分析模型破壞形態(tài)，不斷地從失敗過程中對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出新穎結(jié)構(gòu)模型，從而提高解決問題的能力，并且對(duì)于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)大大有益[9]。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參與，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的提高。

（四）個(gè)人和團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)整合的能力

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)共同完成模型的制作和加載全過程。因此，通過大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生具備良好的計(jì)劃管理、有效溝通與團(tuán)隊(duì)合作的能力，具備跨管理、經(jīng)濟(jì)等建筑工程相關(guān)領(lǐng)域統(tǒng)籌、整合的能力，能夠利用畫圖軟件繪制施工圖紙，并進(jìn)行有效溝通的能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求學(xué)生設(shè)計(jì)、制作以及現(xiàn)場(chǎng)加載模型，如何進(jìn)行合理分工，從而充分發(fā)掘和利用參賽選手各自的特長(zhǎng)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參與，促進(jìn)學(xué)生個(gè)人和團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)整合能力的提高。

三、結(jié)構(gòu)競(jìng)賽平臺(tái)建設(shè)持續(xù)改進(jìn)對(duì)策

（一）建立全體學(xué)生為中心的競(jìng)賽管理制度

為順應(yīng)當(dāng)前工程教育的發(fā)展，教育工作者首先應(yīng)該端正人才培養(yǎng)理念，要求全體教師與教學(xué)管理人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽全過程中貫徹“以全體學(xué)生需求為中心”的理念。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題的制定應(yīng)根據(jù)行業(yè)和社會(huì)需求，以及學(xué)校的地域特點(diǎn)和培養(yǎng)人才的目標(biāo)綜合考慮。另外，大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽作為第二課堂，學(xué)校應(yīng)將競(jìng)賽和學(xué)生的綜合考評(píng)結(jié)合起來，并給以一定的學(xué)分認(rèn)定。

（二）建立競(jìng)賽與課堂教學(xué)相結(jié)合的互動(dòng)機(jī)制

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽要求學(xué)生完成結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)書，包括設(shè)計(jì)構(gòu)思、模型設(shè)計(jì)圖紙和理論分析。因此，可以把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的機(jī)制與課程設(shè)計(jì)的教學(xué)組織方式結(jié)合起來，土木工程專業(yè)中的大多數(shù)課程設(shè)計(jì)都可以引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的平臺(tái)。另外，土木工程實(shí)驗(yàn)室可依托結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)，開放為學(xué)生參與科研型、自選實(shí)驗(yàn)型等多種形式[10]。并且，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的試驗(yàn)加載裝置也可以集中起來，為力學(xué)課程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程等提供實(shí)踐平臺(tái)。

（三）建立有效的質(zhì)量監(jiān)控體系與反饋機(jī)制

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)質(zhì)量監(jiān)控體系可以充分考慮“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，充分融合大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，用數(shù)據(jù)事實(shí)說話。從結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)制作整個(gè)過程，始終堅(jiān)持邀請(qǐng)一線工程師指導(dǎo)，使得設(shè)計(jì)成果更符合工程實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和素養(yǎng)。整合高校、政府、企業(yè)、專業(yè)學(xué)會(huì)等各個(gè)相關(guān)利益群體的力量，形成有效的評(píng)價(jià)反饋機(jī)制。

四、結(jié)束語

隨著高等教育改革的不斷深入，應(yīng)用型本科的工程教育引起了人們廣泛關(guān)注。在工程教育培養(yǎng)應(yīng)用型人才的新理念指導(dǎo)下，通過建立并完善大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)，我校在2016年福建省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得了3項(xiàng)一等獎(jiǎng)，2項(xiàng)二等獎(jiǎng)以及3項(xiàng)三等獎(jiǎng)。同時(shí)，通過以能力為導(dǎo)向，為社會(huì)培養(yǎng)了適應(yīng)行業(yè)和企業(yè)需要的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、知識(shí)面寬、綜合素質(zhì)高的土木工程專業(yè)實(shí)用型人才。

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