以大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽促進(jìn)土木工程教學(xué)改革

章晴雯 常中權(quán) 谷偉

摘 要：大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽是土木工程專(zhuān)業(yè)最高水平的競(jìng)賽，競(jìng)賽過(guò)程模擬了建設(shè)的整個(gè)周期，基于結(jié)構(gòu)競(jìng)賽的課程學(xué)習(xí)能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。為此，從不同方面對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)模式進(jìn)行了改革實(shí)踐研究，以期取得較好的改革成效。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽；土木工程；教學(xué)改革

作者簡(jiǎn)介：章晴雯，碩士，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)榻M合結(jié)構(gòu)；常中權(quán)，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院；谷偉，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。（浙江 嘉興 314036）

基金項(xiàng)目：本文系嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：JG201703）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2018）20-0125-03

一、大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽概述

1994年，清華大學(xué)土木工程系舉辦了第一屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，當(dāng)時(shí)的題目源起于清華大學(xué)的一座觀(guān)賞性小橋——“蓮橋”的建造。2000年，根據(jù)清華大學(xué)的策劃方案，浙江大學(xué)在校內(nèi)組織開(kāi)展了首屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，后晉升為浙江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽。2004年，由浙江大學(xué)倡議，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名高校共同聯(lián)合發(fā)起了全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽。為此，國(guó)家教育部高等教育司頒布了《全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)競(jìng)賽章程》。2005年，在國(guó)家高等教育司和中國(guó)土木學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)的聯(lián)合主辦下，第一屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽在浙江大學(xué)舉行。全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)競(jìng)賽是由國(guó)家教育部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦，是目前國(guó)內(nèi)土木工程專(zhuān)業(yè)最具影響力的大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)賽事，已被教育部列為大學(xué)生九大科技競(jìng)賽之一，旨在通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，提高學(xué)生的動(dòng)手能力與思維能力，突出創(chuàng)新精神，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)精神，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的能力，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽將課堂理論與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，其在促進(jìn)土木工程專(zhuān)業(yè)教育事業(yè)發(fā)展、營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)探究氛圍等方面發(fā)揮著積極作用。

嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院一貫注重學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，建筑專(zhuān)業(yè)也是學(xué)校近幾年重點(diǎn)發(fā)展的專(zhuān)業(yè)。近年來(lái)，建筑專(zhuān)業(yè)為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，積極組織學(xué)生參加土建學(xué)科領(lǐng)域的各項(xiàng)比賽，其中就包括浙江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽，并在短短的三年里，就獲得了三等獎(jiǎng)一項(xiàng)，二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)的好成績(jī)。在參與競(jìng)賽指導(dǎo)的日子里，筆者見(jiàn)證了學(xué)生在做模型的過(guò)程中，創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)主動(dòng)性及團(tuán)結(jié)協(xié)作能力都得到很大的進(jìn)步。與此同時(shí)，也暴露出一些問(wèn)題，例如學(xué)生的力學(xué)分析計(jì)算能力和力學(xué)軟件的應(yīng)用都較薄弱。因此，筆者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了嘗試和探索，希望能讓更多的學(xué)生受益于面向?qū)W科競(jìng)賽的教學(xué)手段和方法，進(jìn)一步提高學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作能力。

二、基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的教學(xué)改革內(nèi)容

筆者一直擔(dān)任大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽小組的指導(dǎo)教師，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，從大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的視角去審視我校土木工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作存在的缺陷和不足，深感在教學(xué)中要著重提高課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性，以提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣和積極性，以便引導(dǎo)教學(xué)改革工作朝著健康的方向發(fā)展和進(jìn)步，筆者認(rèn)為需要積極做好以下幾方面的工作：

1.建立健全高效的工程力學(xué)課程體系。依照大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的基本精神，可以做好以下幾個(gè)方面的工作：①遵循工程力學(xué)實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于教學(xué)課程內(nèi)容的重新塑造，摒棄其中過(guò)于復(fù)雜的理論講述，引入多媒體資源，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的教學(xué)案例，將應(yīng)用型內(nèi)容作為教學(xué)重點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生積極去思考和探究的熱情。在教學(xué)方法和手段上，可以嘗試將提問(wèn)教學(xué)法、歸納對(duì)比教學(xué)法、小組討論教學(xué)法和案例教學(xué)法融入其中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于學(xué)生潛能的激發(fā)，使得學(xué)生形成獨(dú)立思考問(wèn)題的習(xí)慣。②增加力學(xué)軟件的學(xué)習(xí)。結(jié)構(gòu)分析計(jì)算是學(xué)生的薄弱之處，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽要求參賽學(xué)生需要撰寫(xiě)計(jì)算書(shū)，對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行分析。這里可以使用力學(xué)軟件來(lái)輔助計(jì)算，比如用力學(xué)求解器、PKPM等。之前的教學(xué)缺乏對(duì)這些軟件的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，致使參賽學(xué)生軟件使用不熟練，計(jì)算書(shū)撰寫(xiě)基本由指導(dǎo)老師代勞。應(yīng)該開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件課程，使學(xué)生掌握基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，輔助結(jié)構(gòu)分析，這對(duì)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)提升有很大的幫助。

2.加強(qiáng)開(kāi)放性試驗(yàn)教學(xué)。首先，在基礎(chǔ)知識(shí)部分的課堂講授中，介紹國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的背景知識(shí)與資料，以及典型工程試驗(yàn)實(shí)例，并及時(shí)把結(jié)構(gòu)試驗(yàn)最新研究成果引入教學(xué)中。其次，增加開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。在開(kāi)放性試驗(yàn)中，學(xué)生可以到實(shí)驗(yàn)室親自制定試驗(yàn)方案，親自動(dòng)手制作試件，親自進(jìn)行試驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行成果分析與整理。教師僅起指導(dǎo)作用，這樣可極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。由于試驗(yàn)內(nèi)容為綜合型系列試驗(yàn)，因此在試驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可得到較為系統(tǒng)的試驗(yàn)技能訓(xùn)練，加深對(duì)課程基本理論和內(nèi)容的理解及應(yīng)用，同時(shí)還可促進(jìn)和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作，收到良好的教學(xué)效果。

3.工程結(jié)構(gòu)課程體系改革。在結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方面，增加學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)運(yùn)用的環(huán)節(jié)，比如結(jié)構(gòu)課程里面，增加學(xué)生制作常見(jiàn)構(gòu)件模型，并計(jì)算模型構(gòu)件受力等教學(xué)內(nèi)容。在課程教學(xué)中理論一定要結(jié)合實(shí)際，要讓學(xué)生接觸實(shí)際工程中相關(guān)的構(gòu)件，增加感性認(rèn)識(shí)。其次，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)課程建設(shè)和學(xué)生學(xué)習(xí)有著重要作用。結(jié)構(gòu)競(jìng)賽模擬了實(shí)際工程“可行性研究—方案設(shè)計(jì)—制造—調(diào)試—驗(yàn)收”的全建設(shè)過(guò)程，側(cè)重鍛煉計(jì)算與動(dòng)手能力，使得學(xué)生的自主意識(shí)和創(chuàng)新能力得到了極大的提高，對(duì)他們迅速走入工作崗位有著積極的效果。而參加結(jié)構(gòu)競(jìng)賽的同學(xué)人數(shù)受到限制，不能使所有的學(xué)生都從競(jìng)賽中獲益。因此，可以在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)采用模擬結(jié)構(gòu)競(jìng)賽的方法鍛煉學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主搭建、自主完成實(shí)驗(yàn)的能力。

三、基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的教學(xué)改革成效

為了系統(tǒng)地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，筆者進(jìn)行了關(guān)于結(jié)構(gòu)競(jìng)賽活動(dòng)的調(diào)查研究，發(fā)出問(wèn)卷并回收197份，召開(kāi)座談會(huì)2次，收集單項(xiàng)總結(jié)報(bào)告12份。基于調(diào)研分析結(jié)果，筆者認(rèn)為基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的教學(xué)改革對(duì)學(xué)生產(chǎn)生了以下積極的影響：

1.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)的原動(dòng)力來(lái)源于興趣，調(diào)查表明，72%的學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽持贊同度，學(xué)生認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)有促進(jìn)作用的占絕大多數(shù)。由于競(jìng)賽的目的明確，緊密結(jié)合課堂教學(xué)，學(xué)生能力提高非常明顯，競(jìng)賽過(guò)程使學(xué)生的實(shí)際技能和創(chuàng)新能力、競(jìng)賽意識(shí)、心理素質(zhì)都得到鍛煉和提高，使學(xué)生意識(shí)到了今后工作的重要性。比賽不但營(yíng)造了氛圍，還提高了學(xué)生動(dòng)手解決問(wèn)題的能力和把理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的能力。

2.促進(jìn)了高校的學(xué)風(fēng)建設(shè)。學(xué)科競(jìng)賽有一定的規(guī)則，有時(shí)間規(guī)定，比賽有多個(gè)形式不同的內(nèi)容，有一定的組織性、連貫性。競(jìng)賽要求學(xué)生要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，分工合作，思維創(chuàng)新，對(duì)學(xué)風(fēng)建設(shè)的開(kāi)展是有力的保證，學(xué)生也在這個(gè)過(guò)程中潛移默化地形成了良好的學(xué)習(xí)行為習(xí)慣。

3.營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。競(jìng)賽通過(guò)不同環(huán)節(jié)的活動(dòng)來(lái)引導(dǎo)和催生學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)同、知識(shí)價(jià)值的認(rèn)識(shí)、對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣、對(duì)學(xué)習(xí)的意志行為力，形成一種心理氛圍，進(jìn)而使所有成員受到影響，通過(guò)活動(dòng)的發(fā)散效應(yīng)創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。

4.增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。競(jìng)賽模擬了實(shí)際工程“可行性研究—方案設(shè)計(jì)—制造—調(diào)試—驗(yàn)收”的全建設(shè)過(guò)程，側(cè)重鍛煉計(jì)算與手動(dòng)能力，使得學(xué)生的自主意識(shí)和創(chuàng)新能力得到了極大提高，對(duì)他們迅速走上工作崗位有著積極的作用。部分學(xué)生已經(jīng)把結(jié)構(gòu)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)的情況寫(xiě)入到個(gè)人的求職簡(jiǎn)歷中，把它作為就業(yè)求職的“加重砝碼”，幫助他們得到用人單位的認(rèn)可。

5.促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。競(jìng)賽過(guò)程中涉及模型加載，且占總分值的80%。我們?cè)诹W(xué)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改造，建成了創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室。創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室主要有三個(gè)功能：一是陳列往年的模型，供同學(xué)們參考學(xué)習(xí)；二是作為結(jié)構(gòu)模型制作場(chǎng)所；三是推進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)備的研制。

6.提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了鍛煉，成效明顯，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。通過(guò)合理的分工，緊密聯(lián)系，不少來(lái)自于不同專(zhuān)業(yè)的組員在取得了成績(jī)的同時(shí)，建立了深厚的友誼。②提高了學(xué)生的軟件應(yīng)用能力。部分組員為了分析計(jì)算，自學(xué)了結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件，并且查閱了大量的資料，提升了專(zhuān)業(yè)能力。③提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。模型制作是大學(xué)生結(jié)構(gòu)競(jìng)賽的重要環(huán)節(jié)之一。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，參賽隊(duì)員需要在大賽組委會(huì)指定的地點(diǎn)和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，使用大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供的模型制作材料和制作工具進(jìn)行參賽結(jié)構(gòu)模型的制作。④提高了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力。結(jié)構(gòu)競(jìng)賽有一個(gè)模型加載環(huán)節(jié)，分值占了總分的80%，要求學(xué)生具有良好的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力。學(xué)生在平時(shí)訓(xùn)練的時(shí)候利用實(shí)驗(yàn)室做了大量的實(shí)驗(yàn)，對(duì)儀器的使用及實(shí)驗(yàn)分析能力得到了加強(qiáng)。⑤鍛煉了學(xué)生的意志品質(zhì)。不少競(jìng)賽隊(duì)員為了完成作品，通宵設(shè)計(jì)與制作，為了了解知識(shí)，閱讀了大量的信息和資料。通過(guò)比賽這樣一個(gè)過(guò)程嘗試了競(jìng)爭(zhēng)，樹(shù)立了正確的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，培養(yǎng)了集體榮譽(yù)感。做模型的過(guò)程序中品嘗到成功的喜悅和失敗的痛苦，積累了人生的經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了意志和品格。⑥提高了學(xué)生的口頭表達(dá)能力。結(jié)構(gòu)競(jìng)賽設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)答辯環(huán)節(jié)，這是學(xué)生對(duì)參賽作品設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新性的總結(jié)和匯報(bào)，能夠鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力和匯報(bào)自我成果的能力。

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責(zé)任編輯 陳 莉