基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的綜合能力培養(yǎng)路徑探索

林亨 葉昌鵬 吳冬雁

[摘 要]自卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施以來，大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽已經(jīng)成為高校土建類學(xué)科專業(yè)的重要賽事之一。為提高學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽中的理論知識(shí)應(yīng)用能力和綜合實(shí)踐創(chuàng)新水平，文章分別從參賽學(xué)生、指導(dǎo)教師和選拔機(jī)制三個(gè)方面分析了當(dāng)前高校大學(xué)生結(jié)構(gòu)競賽能力培養(yǎng)模式中存在的問題。同時(shí)，從理論、實(shí)踐、競賽、制度四個(gè)方面，以溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院為例提出了“四位一體”的“四化四建”應(yīng)對(duì)措施，旨在充分調(diào)動(dòng)大學(xué)生參賽積極性的前提下，探索有益的大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽綜合能力培養(yǎng)路徑，以適應(yīng)創(chuàng)新實(shí)踐型人才的需求。

[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);四位一體;理論應(yīng)用;實(shí)踐創(chuàng)新

[中圖分類號(hào)]TU318 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-7656（2023）03-0064-04

引言

為加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才，我國教育部實(shí)施了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，旨在培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才[1]。為此，許多高校將大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新教育列為教學(xué)改革中重要環(huán)節(jié)，其中，大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽因需要特色鮮明的力學(xué)分析知識(shí)和獨(dú)具匠心的手工制作要求，成為許多高校土木工程專業(yè)學(xué)生綜合實(shí)踐創(chuàng)新教育訓(xùn)練的賽事之一。自2005年第一屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽成功舉辦以來，該項(xiàng)賽事累計(jì)吸引了600多所院校近1 200支隊(duì)伍，上萬名師生參賽[2]。大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的獲獎(jiǎng)數(shù)量成為高校土木工程專業(yè)評(píng)估的重要參考指標(biāo)之一。

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模型制作、分級(jí)加載和現(xiàn)場答辯等環(huán)節(jié)，按照全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)競賽委員會(huì)的要求，除特邀參賽的11所高校外，其他參賽隊(duì)伍需要經(jīng)過各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）分賽區(qū)的層層選拔[3]。此外，歷年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賽題均取材于實(shí)際工程中房屋建筑、大跨橋梁和空間結(jié)構(gòu)等真實(shí)荷載工況，通過縮尺模型化考察不同設(shè)計(jì)、施工、加載等工況下的結(jié)構(gòu)性能，其能全方面、多層次、系統(tǒng)化地鍛煉參賽學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程項(xiàng)目問題的能力[4]。

為適應(yīng)新一輪科技與產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展，文章以高校大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽為研究對(duì)象，分別從參賽學(xué)生、指導(dǎo)教師和選拔機(jī)制三方面分析了當(dāng)前高等院校大學(xué)生結(jié)構(gòu)競賽能力培養(yǎng)模式中存在的不足，并以溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院為例，提出了“四位一體”的“四化四建”應(yīng)對(duì)措施，探索有益于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽綜合能力培養(yǎng)的路徑，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求。

一、大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽組織過程中存在的不足

目前，高校為吸引廣大學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽和獲得好的競賽成績采取了各種激勵(lì)措施[5-7]，從前期報(bào)名宣傳到賽前集中培訓(xùn)，從組建興趣社團(tuán)到必修學(xué)分要求，從激勵(lì)政策傾斜到競賽后勤保障等方面都有不同的側(cè)重體現(xiàn)。筆者從參賽學(xué)生、指導(dǎo)教師和選拔機(jī)制三個(gè)方面分析結(jié)構(gòu)競賽組織過程中存在的問題。

（一）參賽學(xué)生方面

1.自主學(xué)習(xí)意識(shí)應(yīng)加強(qiáng)，需提升內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力

部分報(bào)名參賽學(xué)生正處在大一或大二年級(jí)，對(duì)當(dāng)前創(chuàng)新實(shí)踐教育的重視程度不夠，抱著嘗試的心態(tài)參加比賽，一旦賽題稍有變化或復(fù)雜程度提升，參賽的積極性會(huì)受挫，攻堅(jiān)克難的專研精神不夠。同時(shí)，許多學(xué)生尚處在基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)階段，還未能形成系統(tǒng)的力學(xué)知識(shí)理論體系，對(duì)于賽題中實(shí)際問題的專業(yè)性思考不足，以至于在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中缺少基本的章法，出現(xiàn)為追求標(biāo)新立異的模型而忽視基本物理規(guī)律的情況。

2.手工制作能力待提升，分析問題能力需加強(qiáng)

相同的模型設(shè)計(jì)方案在不同的學(xué)生手工制作情況下表現(xiàn)出較大的性能差異[8]，有手工制作基礎(chǔ)的模型往往能較好地展現(xiàn)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。在模型制作過程中需要根據(jù)問題有針對(duì)性地進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，這要求參賽學(xué)生具備一定的分析和解決問題的能力，不能脫離實(shí)際情況和違背基本的物理規(guī)律。同時(shí)，優(yōu)秀的作品通常構(gòu)思巧妙、制作精良，而盲目地夸大結(jié)構(gòu)獨(dú)特造型、粗糙的模型制作工藝，會(huì)給結(jié)構(gòu)模型留下潛在的安全隱患，加載效果也將適得其反。

（二）指導(dǎo)教師方面

1.課程教學(xué)與科研壓力較重，指導(dǎo)時(shí)間和精力被分散

在大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)過程中，會(huì)臨時(shí)抽調(diào)教師對(duì)參賽學(xué)生進(jìn)行賽前培訓(xùn)和指導(dǎo)，由于需要完成日常課程和科研考核要求，教師能夠投入競賽指導(dǎo)的時(shí)間往往不足且較為分散，加之積累的經(jīng)驗(yàn)不夠，能有針對(duì)性講解比賽試題的情況較少，這會(huì)造成競賽能力培養(yǎng)過程中存在“教師教學(xué)不在狀態(tài)，培訓(xùn)內(nèi)容不夠系統(tǒng)，學(xué)生學(xué)習(xí)不夠明白”的現(xiàn)象。

2.創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念需要更新，競賽激勵(lì)需要加強(qiáng)

部分教師基于傳統(tǒng)的教學(xué)理念，加之有限的參賽經(jīng)驗(yàn)，較難結(jié)合競賽試題啟發(fā)參賽學(xué)生。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽輔導(dǎo)的過程中，循規(guī)蹈矩的教學(xué)方式，可能會(huì)在一定程度上限制學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的發(fā)展，且部分高校的競賽制度和考評(píng)體系不夠完善，指導(dǎo)教師參加的熱情不夠高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽輔導(dǎo)會(huì)增加教學(xué)工作量，難以提供更專業(yè)與廣泛的指導(dǎo)。

（三）選拔機(jī)制方面

1.選拔間隔時(shí)間短且不充分

通常而言，從全國賽題公布（每年2、3月份）到校、分賽區(qū)賽選拔（每年5、6月份）所間隔的時(shí)間較短[9]。由于全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽選拔面向的學(xué)生基數(shù)龐大，在臨時(shí)組織完賽題培訓(xùn)之后，留給參賽學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模型的時(shí)間不夠充足。在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下，較難在選拔比賽過程中看到獨(dú)出心裁的參賽作品。同時(shí)，部分模型結(jié)構(gòu)形式單一，一些設(shè)計(jì)存在雷同的情況。

2.選拔過程重結(jié)果而輕過程

在學(xué)生手工制作不成熟的初始階段，僅通過一次校內(nèi)比賽的結(jié)果選拔參賽學(xué)生存在偶然性，且對(duì)于選上參賽的學(xué)生，若不能夠投入足夠的精力備戰(zhàn)，會(huì)造成參賽資格的浪費(fèi)，并且由于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的初衷是“以賽促學(xué)，以賽促改”，若片面追求參賽結(jié)果而忽略準(zhǔn)備過程的選拔，這又會(huì)在一定程度上削弱選拔參賽學(xué)生的積極性。

二、“四位一體”理念下培養(yǎng)路徑的改革探索

溫州大學(xué)土木工程系教研團(tuán)隊(duì)在教學(xué)改革中，針對(duì)當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽能力培養(yǎng)存在的問題，從“理論教學(xué)專業(yè)化、實(shí)踐操作能力化、競賽導(dǎo)向創(chuàng)新化、制度管理規(guī)范化”四方面著手，構(gòu)建“四位一體”的“四化四建”創(chuàng)新實(shí)踐教育體系[10]，研究制定《溫州大學(xué)建筑工程土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽管理辦法》，以此探索和研究大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽綜合能力培養(yǎng)的新路徑，為大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)施能力和團(tuán)隊(duì)合作精神的塑造提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和改革思路。

（一）理論教學(xué)專業(yè)化：構(gòu)建課程理論學(xué)習(xí)模式，豐富基礎(chǔ)專業(yè)理論知識(shí)

在溫州大學(xué)土木工程專業(yè)本科生課程體系中開設(shè)結(jié)構(gòu)力學(xué)及模型實(shí)訓(xùn)專業(yè)選修課，選修課安排在每學(xué)年的第一個(gè)學(xué)期（每年9至12月份），委任專職教師進(jìn)行16學(xué)時(shí)專業(yè)性的理論教學(xué)指導(dǎo)，采取競賽學(xué)長經(jīng)驗(yàn)分享、優(yōu)秀案例精細(xì)講解、課內(nèi)學(xué)習(xí)小組互動(dòng)等形式。避免賽前突擊培訓(xùn)和單一式教學(xué)，優(yōu)化課堂理論學(xué)習(xí)模式。通過選修課的學(xué)時(shí)制度，不僅保障指導(dǎo)教師的課時(shí)考核工作量，而且讓學(xué)生有足夠的時(shí)間去體會(huì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的奧秘。

結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)及模型實(shí)訓(xùn)的專業(yè)選修課教學(xué)大綱，分別以實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)、橋梁隧道、大壩港口和海洋平臺(tái)等為案例，抽象簡化模型結(jié)構(gòu)分析荷載作用影響，能夠讓學(xué)生全面了解結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)體系。同時(shí)，從結(jié)構(gòu)合理體型剛度、清晰力流傳遞路徑、有效能量轉(zhuǎn)移途徑等方面融合材料屬性、荷載輸入、邊界條件等理論概念，豐富學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。

（二）實(shí)踐操作能力化：組建實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)，提升解決實(shí)際問題的能力

分別依托溫州大學(xué)的大學(xué)生“創(chuàng)客空間”課外活動(dòng)基地和建筑工程學(xué)院測繪與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)社團(tuán)組織，搭建大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)，為學(xué)生手工制作模型提供空間和場地支持。借助學(xué)生組織和社團(tuán)活動(dòng)在各年級(jí)之間形成良性的“傳幫帶”機(jī)制，學(xué)生競賽團(tuán)隊(duì)不再是同專業(yè)、同班級(jí)之間的組合，而是橫跨高、低不同專業(yè)且分布于不同年級(jí)段的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。同時(shí)，不同專業(yè)的學(xué)生通過交叉學(xué)科發(fā)揮自身在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中的專長，這不但能提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的基礎(chǔ)受眾面，還能夠起到廣泛宣傳的效果。

基于結(jié)構(gòu)力學(xué)及模型實(shí)訓(xùn)專業(yè)選修課，設(shè)置16學(xué)時(shí)的現(xiàn)場模型制作訓(xùn)練，并安排專職教師進(jìn)行現(xiàn)場講解和演示，這將提升學(xué)生的手工制作水平，改變傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，提升團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽中運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生潛心專研和刻苦訓(xùn)練扎實(shí)的競賽之風(fēng)，回歸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽“以賽促學(xué)”“以賽促改”的初衷，從而達(dá)到創(chuàng)新實(shí)踐的目的。

（三）競賽導(dǎo)向創(chuàng)新化：創(chuàng)建競先爭優(yōu)評(píng)價(jià)機(jī)制，提升理論實(shí)踐應(yīng)用素養(yǎng)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽選拔過程中，溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院充分發(fā)揮課堂教學(xué)和社團(tuán)活動(dòng)選拔的“一體兩翼”的作用，克服一次比賽選拔的盲目性，綜合挑選思維活躍、專研刻苦、創(chuàng)新和動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生參加省級(jí)、國家級(jí)的比賽。在備戰(zhàn)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的整個(gè)過程中，通過儲(chǔ)備一定數(shù)量有意向的學(xué)生，進(jìn)行階段性的多層次環(huán)節(jié)比賽，讓真正條件成熟的學(xué)生能夠脫穎而出，避免“突擊式”選拔的情況，助力學(xué)生在實(shí)訓(xùn)鍛煉過程中自我成長。

在競賽訓(xùn)練的過程中，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生提出的理論方案進(jìn)行初選，這不僅能節(jié)省時(shí)間和精力，還能促進(jìn)學(xué)生理論實(shí)踐應(yīng)用能力的形成。讓學(xué)生在相互交流和頭腦風(fēng)暴中產(chǎn)生新的靈感，培養(yǎng)學(xué)生的競賽精神，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽注入源源不斷的活力。此外，在競賽選拔過程中鼓勵(lì)創(chuàng)新的、合理的設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽中自主創(chuàng)新的引領(lǐng)作用。

（四）制度管理規(guī)范化：搭建制度管理保障體系，完善師生激勵(lì)運(yùn)行機(jī)制

為確保各項(xiàng)管理措施的有效實(shí)施，溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院積極推動(dòng)制度管理體系建設(shè)，先后兩輪征集教師和學(xué)生的意見進(jìn)行修訂。競賽管理辦法的制定，讓各學(xué)院能夠更好地發(fā)揮組織和管理的作用，提高競賽組織過程中決策和執(zhí)行的效率，為推進(jìn)教育教學(xué)改革和提升競賽指導(dǎo)質(zhì)量創(chuàng)造良好的環(huán)境。同時(shí)，以制度規(guī)范化管理，確保競賽選拔機(jī)制的一致性和延續(xù)性，并最終形成權(quán)責(zé)監(jiān)督合力，督促各職能部門履職盡責(zé)。

落地的激勵(lì)反饋運(yùn)行機(jī)制能夠激發(fā)師生的積極性和創(chuàng)造性，從而提升學(xué)院的整體競賽能力。在競賽管理辦法中，可以通過贊助商和競賽冠名的形式，增加獲獎(jiǎng)隊(duì)伍的獎(jiǎng)金池金額，并根據(jù)訓(xùn)練期間參賽學(xué)生的訓(xùn)練表現(xiàn)適當(dāng)進(jìn)行生活補(bǔ)助。同時(shí)，將競賽指導(dǎo)作為學(xué)院教師職稱晉升優(yōu)先考慮的指標(biāo)，鼓勵(lì)教師全身心地投入競賽指導(dǎo)過程，改變定勢思維，從而推動(dòng)學(xué)院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的可持續(xù)發(fā)展。

三、結(jié)語

為全面提升素質(zhì)教育質(zhì)量和深化創(chuàng)新教育實(shí)踐改革，本文以大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽為抓手，分別從參賽學(xué)生、指導(dǎo)教師和選拔機(jī)制三方面分析大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽能力培養(yǎng)模式中存在的問題。以溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院為例，從理論、實(shí)踐、競賽、制度四個(gè)方面提出理論教學(xué)專業(yè)化、實(shí)踐操作能力化、競賽導(dǎo)向創(chuàng)新化、制度管理規(guī)范化的應(yīng)對(duì)措施，積極探索現(xiàn)階段大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽綜合能力的培養(yǎng)路徑，為優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，提升學(xué)生綜合能力，踐行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽宗旨，以達(dá)到時(shí)代發(fā)展所需的“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)，提供可循的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和改革思路。

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[作者簡介]林亨，溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院講師，博士，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測;葉昌鵬，溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院講師，博士，研究方向：水下結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析;吳冬雁（通信作者），溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院副教授，博士，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析。

[責(zé)任編輯 孔文靜]