結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽對(duì)土木專業(yè)實(shí)踐つ芰ε嘌作用與思考

孫毅 晏致濤 卜長明 劉欣鵬

摘 要：大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是土木工程領(lǐng)域最具有影響力和競爭力的學(xué)科競賽，其國家級(jí)比賽是教育部確定的全國九大大學(xué)生學(xué)科競賽之一，在其指導(dǎo)之下更開展了大量的省市校各級(jí)比賽活動(dòng)。通過介紹比賽特點(diǎn)，總結(jié)國家級(jí)、省級(jí)比賽的情況，結(jié)合了重慶科技學(xué)院圍繞著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽開展的各方面工作和收獲，肯定和證明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽對(duì)于土木專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)作用，最后在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上提出了不足和建議。

關(guān)鍵詞：學(xué)科競賽；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽；實(shí)踐能力培養(yǎng)；結(jié)構(gòu)模型

一、 引言

學(xué)科競賽，一直都被認(rèn)為是實(shí)踐教學(xué)體系的有效結(jié)合和補(bǔ)充，同時(shí)也在某種意義上成了教學(xué)模式改革的一個(gè)載體，被認(rèn)為是對(duì)于大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有顯著的作用。大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是結(jié)合了力學(xué)概念、專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力的一項(xiàng)學(xué)科競賽，一般由1到2名指導(dǎo)老師和3名隊(duì)員組成參賽隊(duì)伍，提前給出設(shè)計(jì)題目，現(xiàn)場根據(jù)組織方提供的原材料和工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型制作，完成后需要根據(jù)題目進(jìn)行受力加載，結(jié)構(gòu)承受的荷載越大，自重越輕，得分就越高。該項(xiàng)比賽對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平和力學(xué)概念要求較高，能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的巧妙和手工制作的精細(xì)對(duì)于結(jié)構(gòu)性能的影響，因此對(duì)于土建類專業(yè)的師生具有極大吸引力。

二、 大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽概況

（一） 全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽

全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽由教育部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中國土木工程學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦、由各高校輪流主辦，為教育部確定的全國九大大學(xué)生學(xué)科競賽之一。全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的宗旨是：培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、合作精神，提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，加強(qiáng)高校間的合作與交流。該項(xiàng)比賽于2005年在浙江大學(xué)舉行了第一屆比賽，至2019年11月在華南理工大學(xué)已經(jīng)是第九屆比賽。該項(xiàng)比賽在土木領(lǐng)域具有極強(qiáng)號(hào)召力和激烈的競爭力，每屆比賽均有清華大學(xué)、浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、重慶大學(xué)等100所左右土木領(lǐng)域頂尖高校參賽，獎(jiǎng)項(xiàng)含金量極高。

全國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的參賽隊(duì)伍資格有兩類，第一類是大賽的9家發(fā)起高校，第二類是通過每個(gè)省、市、自治區(qū)的分區(qū)賽獲得優(yōu)秀的學(xué)校代表隊(duì)。為了確定第二類的代表隊(duì)伍，許多省都舉辦了省級(jí)比賽，作為全國比賽的資格賽。

每一屆比賽由輪流承辦的學(xué)校組委會(huì)出題，題目經(jīng)過由全國知名土木工程專家組成的專家委員會(huì)評(píng)審后執(zhí)行。題目工程背景豐富，包含有高層建筑、橋梁、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、大跨懸挑屋蓋、高蹺、古建筑等多種結(jié)構(gòu)形式，考察的承受荷載包括地震荷載、風(fēng)荷載、車輛荷載、沖擊荷載、人體荷載等。模型制作材料主要采用0.2mm、0.35mm和0.5mm三種不同厚度的集成竹皮，運(yùn)用502膠水粘接成受力結(jié)構(gòu)。隨著前期題目中常規(guī)結(jié)構(gòu)受力類題目已經(jīng)出現(xiàn)過以后，近幾屆比賽題目越發(fā)推陳出新。如第7屆的隊(duì)員踩高蹺結(jié)構(gòu)奔跑競速，要求隊(duì)員自身加入，除了考察結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作能力之外還對(duì)隊(duì)員的身體運(yùn)動(dòng)能力提出了要求，增加了趣味性和參與度；又如第9屆3D打印構(gòu)件現(xiàn)場裝配的新技術(shù)，第一次引入了3D打印這一新興熱門技術(shù)，同時(shí)又反映了目前裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的理念和要求。

（二） 省級(jí)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽

云南省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽從2010年開始舉辦，有云南省10多所本科和?？圃盒①?，每個(gè)學(xué)校參賽隊(duì)伍3-5支，每年基本直接采用國賽的賽題。

四川省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽從2014年開始舉辦，第一屆含4組不同題目，第二屆含2組不同題目。

重慶市結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽從2018年開始首次舉辦，第一屆由8所具有土木工程本科專業(yè)的高校參加，每個(gè)學(xué)校有3支隊(duì)伍參賽，直接采用國賽賽題。

三、 重慶科技學(xué)院的大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽實(shí)踐

重慶科技學(xué)院向來重視大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽實(shí)踐，圍繞這個(gè)重要的學(xué)科競賽，從各方面開展了工作，并取得了豐碩的成果，也反過來證明了此項(xiàng)活動(dòng)對(duì)于人才培養(yǎng)的有效性。

（一） 全國比賽的選拔和參賽

重慶科技學(xué)院于2012年第一次組隊(duì)參加第6屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，其后至今已經(jīng)連續(xù)參加了4屆比賽。隨著參賽經(jīng)驗(yàn)的豐富和老師、學(xué)生的重視程度日益增加，參賽成績也得到不斷提高。

通過幾年來的國賽選拔和參賽，目前已經(jīng)初步形成了穩(wěn)定的參賽隊(duì)員選拔機(jī)制。每屆國賽集訓(xùn)隊(duì)由6名學(xué)生和2名指導(dǎo)老師組成，其中3名學(xué)生為主要參賽隊(duì)員，其余3名學(xué)生為后備隊(duì)員，以此達(dá)到老帶新，傳幫帶的作用，有利于比賽傳統(tǒng)的延續(xù)。目前比較穩(wěn)定的國賽參賽隊(duì)員為大三的同學(xué)，通過兩年的校賽、省賽積累，已經(jīng)有了豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，可以發(fā)揮出較為穩(wěn)定的實(shí)力。

（二） 校內(nèi)比賽組織

截至目前，重慶科技學(xué)院已經(jīng)連續(xù)舉辦了12屆校內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，獲得了廣泛的關(guān)注和好評(píng)。其中以2015年12月的第9屆比賽規(guī)模最大，報(bào)名隊(duì)伍共100多支，除了校內(nèi)10個(gè)不同學(xué)院的學(xué)生參與之外，還邀請(qǐng)了西南大學(xué)、解放軍后勤工程學(xué)院等7所高校和中煤重慶設(shè)計(jì)院、重慶誠業(yè)建筑2家企業(yè)代表隊(duì)參賽。

（三） 參加外省省賽

在2017年以前，重慶市無市級(jí)比賽，為了拓寬學(xué)生參賽面，為國賽獲取更好成績進(jìn)行鍛煉，重慶科技學(xué)院積極參與外省的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽。

2014年7月，派遣本校教師到昆明學(xué)院觀摩云南省第五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽；2015年6月，派出1只學(xué)生隊(duì)伍到昆明理工大學(xué)參加云南省第六屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽；2015年，分別派出2只隊(duì)伍到西南科技大學(xué)和成都理工大學(xué)參加了四川省第2屆、第3屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，分別參加結(jié)構(gòu)組和巖土組的比賽。

（四） 大學(xué)生科技創(chuàng)新

通過大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的訓(xùn)練和比賽過程，指導(dǎo)教師和參賽隊(duì)員對(duì)于材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能理解進(jìn)入了更深的層面，也在此方面進(jìn)行了深入的探索，開展了一系列科技創(chuàng)新活動(dòng)。

從2014年開始，在專業(yè)教師指導(dǎo)下，開展了重慶市創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目《竹木結(jié)構(gòu)性能研究與教學(xué)模型庫建設(shè)》，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽參賽學(xué)生利用竹制材料制作各種結(jié)構(gòu)模型。首批制作了由超過1萬個(gè)構(gòu)件組成的鋼結(jié)構(gòu)重型廠房結(jié)構(gòu)模型。模型按照軸線1∶50，截面1∶25的比例完全模擬了11榀梯形屋架所形成和的廠房架構(gòu)，模擬構(gòu)件包含上弦、下弦、腹桿、鋼柱、牛腿、填板、支座、現(xiàn)場安裝連接板等類型構(gòu)件，如圖1所示。

通過這類精確模型的制作過程，不但參與學(xué)生充分理解了相關(guān)結(jié)構(gòu)的各部分細(xì)部構(gòu)造和傳力機(jī)理，還可以作為專業(yè)課程的教學(xué)工作，供其余同學(xué)參觀。同時(shí)，用學(xué)生自己親手制作的模型進(jìn)行教學(xué)，能夠?qū)W(xué)生起到極好的鼓勵(lì)和帶動(dòng)作用。

（五） 參加類似競賽

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的訓(xùn)練除了增強(qiáng)學(xué)生在土木專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)和概念之外，還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和動(dòng)手能力，這也使他們能夠積極參與到類似的學(xué)科競賽之中并獲得優(yōu)異成績。

2015年3-5月，重慶市舉行了五校聯(lián)合首屆科技創(chuàng)新大賽，由重慶大學(xué)、重慶醫(yī)科大學(xué)、西南政法大學(xué)、重慶師范大學(xué)和重慶科技學(xué)院共同參加。比賽初賽在各校校內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)容是“吸管承重”，利用規(guī)定數(shù)量和規(guī)則的吸管制作承重結(jié)構(gòu)，然后利用承重量與結(jié)構(gòu)自重的比值為參考計(jì)算成績。決賽由五校選拔的共12支隊(duì)伍參加，題目是“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”體系的設(shè)計(jì)與制作，在整個(gè)反應(yīng)過程中表達(dá)設(shè)計(jì)主題。重慶科技學(xué)院派出由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽集訓(xùn)隊(duì)員組成的2支隊(duì)伍參賽，最終分別獲得了第1名和第4名的優(yōu)異成績。

四、 思考與建議

（一） 存在的問題和思考

1. 老師積極性不足。要在比賽中獲得好成績，老師必須花費(fèi)足夠的精力進(jìn)行指導(dǎo)，因此大部分老師不愿承擔(dān)此項(xiàng)工作，僅有少量老師憑借自己的興趣和責(zé)任感進(jìn)行指導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生受益面太窄。特別是參加校級(jí)比賽的學(xué)生眾多時(shí)，需要大量的指導(dǎo)老師參與，這個(gè)問題更為凸顯。

2. 學(xué)生受指導(dǎo)有限。學(xué)生剛接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽時(shí)往往一籌莫展，無從下手，即使是專業(yè)老師，如果接觸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽不多，也不能有效對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。舉行校賽時(shí)參賽隊(duì)員眾多，還包括許多非土木專業(yè)的同學(xué)，目前僅僅通過參加國賽的指導(dǎo)老師和國賽隊(duì)員在固定教室對(duì)少部分同學(xué)進(jìn)行指導(dǎo)，涉及面極其有限。

3. 對(duì)學(xué)生獎(jiǎng)勵(lì)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的比賽，一般想要獲獎(jiǎng)就必須付出大量的辛勤和汗水。而能夠獲獎(jiǎng)的隊(duì)伍畢竟是少數(shù)，能夠參加省賽、國賽的同學(xué)更是少之又少。由于沒有足夠信心，擔(dān)心自己的辛苦訓(xùn)練沒有回報(bào)，一部分同學(xué)容易面對(duì)競爭產(chǎn)生退縮情緒。

（二） 一些建議

1. 針對(duì)老師的積極性問題，建議結(jié)合績效考核改革肯定教師的指導(dǎo)工作量，根據(jù)各級(jí)比賽的指導(dǎo)工作量在績效考核中進(jìn)行體現(xiàn)，哪怕沒有獲獎(jiǎng)的指導(dǎo)老師也要肯定其工作量。

2. 針對(duì)學(xué)生受指導(dǎo)有限的問題，建議開設(shè)關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽模型制作的專業(yè)選修課程，由經(jīng)驗(yàn)豐富的指導(dǎo)老師和國賽參賽隊(duì)員共同授課，課程以實(shí)踐練習(xí)為主，以理論教學(xué)為輔，集中指導(dǎo)，學(xué)生通過完成作品的形式進(jìn)行考核，獲得學(xué)分。

3. 針對(duì)學(xué)生受獎(jiǎng)勵(lì)不夠的問題，應(yīng)該充分看到參賽后未獲獎(jiǎng)或者未參加省賽、國賽學(xué)生的努力和工作，一方面可以對(duì)參賽學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育學(xué)分認(rèn)定，另一方面可以在各種科技創(chuàng)新獎(jiǎng)學(xué)金和學(xué)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)選時(shí)優(yōu)先考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金昌，林家蓮.實(shí)踐教學(xué)與學(xué)科競賽相結(jié)合，促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（11）：1-3.

[2]唐立國.論以學(xué)科競賽促進(jìn)高校實(shí)踐教學(xué)改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].教育與職業(yè)，2008（29）：166-167.

[3]李國鋒，張世英，李彬.論基于學(xué)科競賽的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013：24-26.

作者簡介：孫毅，晏致濤，卜長明，劉欣鵬，重慶市，重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院。