學科競賽驅動的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)與實踐

董 升，張振亞，杜運潮

（寧波工程學院 a.建筑與交通工程學院；b.經濟與管理學院，浙江 寧波 315211）

在教育部“雙萬計劃”和新工科建設雙重宏觀背景下，土木工程專業(yè)不僅要求學生具備扎實的理論功底，而且還非常重視學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，此乃新工科教育特點和內涵，彰顯實踐創(chuàng)新能力在本科教育的關鍵地位［1-2］。同時也給傳統(tǒng)教學及工程實踐提出了更高的要求和更大的挑戰(zhàn)［3］。學科競賽作為人才培養(yǎng)的第二課堂和實踐前沿陣地，在實踐教學和工程實踐之間架起了一座橋梁，為高等教育人才培養(yǎng)發(fā)揮了積極的作用。文章從新工科和“雙萬計劃”建設背景入手以強基礎與重實踐為切入點，以學科競賽來驅動，以土木工程類學生工程實踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維塑造為終極目標，探索復合型工程人才培養(yǎng)途徑，以期為其他專業(yè)人才培養(yǎng)提供新的思路和參考。

一、學科競賽與人才培養(yǎng)的關系

（一）學科競賽與土工工程專業(yè)之間關系

學科競賽是在具備一定專業(yè)基礎知識的條件下，依托競賽來實現(xiàn)培養(yǎng)學生的綜合能力，通過指導教師引導學生完成競賽內容和目標，并激發(fā)學生的學習興趣和主動性，培養(yǎng)學生的團隊合作意識和創(chuàng)新精神的過程。土木工程專業(yè)的學科競賽特指大學生結構設計競賽和大學生力學競賽，這兩類競賽都是以力學知識為背景進行的競賽項目，大學生力學競賽關注點是力學基本理論和概念，以及力學分析方法，考查的重點來自理論力學和材料力學，以應試考試為主，如全國周培源力學競賽和浙江省大學生力學競賽，均含有工程實踐；而大學生結構設計競賽主要以結構力學為基礎，強調的是工程實踐和工程應用，它作為理論教學的拓展和延伸，每個賽題原型都是工程實踐模型，在不違背比賽規(guī)則下可以展開想象力和創(chuàng)新思維，開展調研、模型構思、結構設計及優(yōu)化、設計計算、加工制作、加載試驗等實踐環(huán)節(jié)，強調的重點是工程實踐?？梢姶髮W生力學競賽是讓學生打下扎實的力學基礎，而大學生結構設計競賽是在此基礎上工程實踐的具體應用，該學科比賽內涵豐富，對學生專業(yè)知識要求較高，更能提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力、溝通協(xié)調及團隊合作等綜合素質，這與土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標是相輔相成的。

（二）學科競賽推動土木工程一流專業(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)

對于學生學科競賽活動，教育部、財政部《關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》明確地把學生學科競賽工作納入了實踐教學與人才培養(yǎng)模式改革創(chuàng)新［4］。土木工程專業(yè)是專業(yè)性和實踐性非常強的專業(yè)，開展力學和結構設計學科競賽，可以促進土木工程專業(yè)人才工程實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，利用力學理論體系和結構設計方法，通過力學競賽和結構設計競賽項目，能夠從理論方案比選、結構選型及優(yōu)化、設計計算、制作加工、施工建造等方面培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新思維和工程實踐能力，經過這一系列的學習、探索及反復實踐過程，從科學角度看，最終呈現(xiàn)出的競賽作品具備安全性、可靠性、經濟性、新穎性及適用性等特質，在競賽中具有較強的競爭力并一舉奪魁，在潤物無聲中培養(yǎng)和鍛煉出具有創(chuàng)新精神和工程實踐的人才，這與土木工程一流專業(yè)人才培養(yǎng)方案的目標是一致的。由此可見，學科競賽在創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮著重要作用。

二、學科競賽下土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式

（一）構建人才培養(yǎng)模式

寧波工程學院土木工程是首批國家一流專業(yè)，一直在努力探索“雙萬計劃”和新工科背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式。通過總結學科競賽指導經驗，并與理論教學環(huán)節(jié)緊密結合，提出“三學、三實踐、三平臺”的創(chuàng)新能力提升體系，構建以學助賽、以賽促學、賽研結合的“三位一體”的學賽研人才培養(yǎng)模式，即以學科競賽作為引擎，激發(fā)大學生的學習興趣和創(chuàng)造力，把煩瑣的理論知識和抽象的概念融入學科競賽項目中，支撐和助力競賽，同時比賽還可以鞏固理論知識、提高理論實踐，起到以賽促學目的，并且把學科競賽與考研深度融合，為考研取得優(yōu)異成績打下較好的基礎。

1.以學科競賽為驅動。當前土木工程專業(yè)基礎課，如高等數(shù)學、理論力學、材料力學、結構力學等核心課程，基本概念和基本理論晦澀難懂且比較抽象，例如極限、應力、變形和能量等概念，很難使它們深入人心，導致學生學習興趣不高，掛科率居高不下，也成為土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的一大痛點；但學生對于實踐環(huán)節(jié)—學科競賽情有獨鐘，參與度很高。因此，以學科競賽為引擎，激發(fā)出學生的學習熱情和創(chuàng)新精神，讓學科競賽這個載體包含理論學習內容，在參與學科競賽過程中使專業(yè)知識被深度理解、消化吸收并再創(chuàng)新，通過長期的磨煉過程逐步提高學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

2.以專業(yè)知識為支撐。土木工程專業(yè)學科競賽與其他工科有所不同，它是對學生專業(yè)知識、實踐技能和創(chuàng)新能力的綜合考量。大學生力學競賽重點考查的是專業(yè)知識，也就是理論力學當中的靜力學、運動學、動力學方面的內容，還包含虛位移原理和碰撞問題部分專題，材料力學當中桿件強度、剛度和穩(wěn)定性，具體包含應力、變形分析、壓桿穩(wěn)定和強度計算，專題部分是桿件的應變能計算、摩爾定律等；而大學生結構設計競賽也以這些專業(yè)知識為基礎，它更傾向于實際應用，同時重點在于結構設計和優(yōu)化、結構計算、工藝制作和實驗加載等環(huán)節(jié)，整個設計過程不拘于一種結構形式、一種體系，在滿足結構設計原理和力學原理的情況下，盡可能展開想象的翅膀盡情地去嘗試。可見，這些專業(yè)知識、實踐技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)離不開專業(yè)知識為支撐，這些基本理論、基本概念和實踐技能離不開理論學習，此所謂以學助賽。

3.以競賽成果助學習。學生在參與學科競賽過程中，要圍繞題目要求結合自己專業(yè)知識去審題，開展調研文獻、體系選型、結構設計及優(yōu)化、模型計算與校核、制作工藝等一系列的工作，這涉及很多專業(yè)知識。更多的是力學、結構設計、制圖方面的知識。在此參賽過程中，如同進行一個專業(yè)知識梳理和實際應用的實踐，原先不太理解的知識點現(xiàn)在逐漸清晰了，有種恍然大悟、茅塞頓開的感覺。這樣使學生積累了豐富的工程實踐經驗，保存了很多優(yōu)秀創(chuàng)新作品，為后續(xù)比賽提供經典案例和借鑒，既培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力，同時也使專業(yè)知識得到深化，競賽成果有助于學習專業(yè)知識。

4.學賽研深度融合。在學科競賽過程中，學生的理論知識得到強化和深化，更重要的是，學習興趣和動力被調動、激發(fā)出來，由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，同時具備了豐富的工程實踐和創(chuàng)新實踐經驗，對有志于考研的學生受益匪淺。另外，考研的學生可以把學習到新知識和新理論反哺到競賽當中去，這樣形成學科競賽與培養(yǎng)人才深度融合，既培養(yǎng)創(chuàng)新人才又提高學科競賽水平。

（二）實施人才培養(yǎng)模式的路徑

1.建立學科競賽科學的參與機制。學科競賽是課堂教學之外的實踐活動，是課堂教學的有益補充，屬于第二課堂，需全面考慮本科四年教學任務、培養(yǎng)計劃、培養(yǎng)目標和課程安排，結合學科競賽需要專業(yè)知識和實踐技能，建立“分級參賽，人人參與”學科競賽內在邏輯參與機制，即針對各類學科競賽對專業(yè)知識的要求，分年級參與學科競賽。例如：大一的新生還沒有接觸過力學，就無法參與全國周培源大學生力學競賽，但可以作為競賽后備軍先參與到浙江省大學生結構設計競賽中學習、觀摩、實踐并成長起來，未來作為主力參賽。而高年級學生因學科競賽所需的專業(yè)知識和技能基本學過，可以作為主力參與所有學科競賽，基本以大二和大三為主，大四插空參與，四年下來人人參與。但指導教師也會根據個人能力和特點來選擇參加學科競賽的學生，并且全程指導。這樣新老交替、薪火相傳，保證學科競賽旺盛生命力。

2.構建“三實踐”錯位發(fā)展長效機制。圍繞學科競賽和創(chuàng)新人才培養(yǎng)建立“三實踐”，即魯班創(chuàng)新實踐、力學競賽訓練營和結構創(chuàng)新實踐訓練。區(qū)別于土木工程專業(yè)實踐，“三實踐”屬于課外實踐活動，利用晚上和節(jié)假日時間。魯班創(chuàng)新實踐安排在每年第二學期期末，周期為半個月，針對大一新生，重點培訓的科目是制作工藝，制作結構桿件，由指導教師講解要領和技術難點，老生現(xiàn)場示范，培養(yǎng)大學生工程實踐能力和工匠精神；力學競賽訓練營則是安排上學期末，為浙江省大學生力學競賽選拔選手，訓練周期為二周，主要針對大一、大二的學生，強化力學原理和力學知識運用，以重點知識點點撥和力學模型制作為中心，夯實學生的力學基礎和提升創(chuàng)新能力；結構創(chuàng)新實踐訓練時間點在暑假前半個月，為大學生結構設計競賽服務的，訓練時間為二周，賽題為以往比賽題目，訓練目的是能夠獨立設計制作出結構模型，參與的學生為大二、大三的，指導教師分析賽題、講解結構設計技巧以及制作工藝，其培養(yǎng)學生的獨立解決問題和創(chuàng)新思維。這“三實踐”稱為學科競賽的前沿陣地和實踐基地，為以學科競賽為引擎的土木工程專業(yè)工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)樹立典范。

3.搭建學科競賽創(chuàng)新實踐平臺。為了滿足學科競賽要求、工程實踐能力提升和創(chuàng)新人才的目標，把既有開放性實驗室——浙江省土木工程結構創(chuàng)新中心、學校團委的大學生活動中心以及新建魯班創(chuàng)新工作室搭建成一個新的創(chuàng)新實踐平臺，為學生自主學習、學科競賽備賽和科研訓練提供了平臺。浙江省土木工程結構創(chuàng)新中心服務于學科競賽模型構件抗載測試或者材料物理參數(shù)測試以及科研訓練；而大學生活動中心主要是競賽指導、專業(yè)輔導、自主學習以及競賽相關問題的研討；魯班創(chuàng)新工作室則是學科競賽備賽和“三實踐”的專用場地，承擔學科競賽模型結構設計及優(yōu)化、制作以及加載等環(huán)節(jié)，并由專人管理。這三個平臺表面上毫無關系，實際上內在是一致的：浙江省土木工程結構創(chuàng)新中心是檢驗學科競賽成果，大學生活動中心提供學科競賽智力支撐，魯班創(chuàng)新工作室則是學科競賽實踐和產生競賽成果，都是學科競賽和創(chuàng)新人才培養(yǎng)不可或缺的一部分。

三、學科競賽下土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式實施及成效

（一）實施措施

1.多方籌措資金助力學科競賽。在學科競賽過程中每個環(huán)節(jié)需要經費，對于土木工程中的學科競賽大部分需要的材料費，只靠學校專項競賽經費遠遠不夠。為了保持學科競賽的競爭性和可持續(xù)性，通過與土木工程企業(yè)合作、校友基金會、校友捐贈等方式籌措學科競賽經費，實現(xiàn)以學科競賽為主實踐環(huán)節(jié)的良性發(fā)展。

2.加強指導教師團隊建設。土木工程專業(yè)學科競賽涉及的專業(yè)課程比較多，有力學、結構、制圖以及施工等課程，對于指導教師的專業(yè)技能和工程實踐能力提出更高的要求。根據人才培養(yǎng)模式以及學科競賽對教師梯隊的需求，建立一支指導經驗豐富、知識淵博且工程實踐豐富、能夠實現(xiàn)傳幫帶的指導教師團隊，并且主要指導教師是穩(wěn)定的，這是學科競賽獲得優(yōu)異成績以及實施“學賽研”人才培養(yǎng)模式的重要保障。

3.營造良好的競賽氛圍。做好競賽宣傳、引導、輔導以及指導工作，通過舉辦學科競賽、競賽指導講座、學科競賽研討會來宣傳學科競賽，讓學生認識學科競賽以及如何備賽，引導學生樹立正確的競賽觀：不盲目，兼顧學習和競賽關系。指導教師團隊做好賽前準備工作的輔導以及比賽過程的指導工作，為參賽學生做好“保姆式”服務，這樣就能營造一種良好的競賽氛圍。

4.建立競賽全面評價機制。對于沒有獲獎的參與學生可以給予參與獎和一定的德育分，獲獎的學生給德育分并且給予獎勵，同時在評優(yōu)、入黨、推免研究生、推薦就業(yè)崗位等方面優(yōu)先考慮；對于競賽指導教師給予優(yōu)秀指導教師稱號和一定的教學工作量，競賽獲獎的在職稱評定、年終考核、年度評優(yōu)上給予一定的傾斜。

（二）實施成效

通過實施這種人才培養(yǎng)模式，以學科競賽為中心、理論學習與實踐相結合的實施途徑，極大鼓舞了學生的學習興趣和參與積極性，學科競賽的參與人數(shù)年年攀升，近五年在浙江省大學力學競賽上獲獎13項，在全國周培源大學生力學競賽上獲獎10項，在大學生結構競賽上獲獎14項。每年畢業(yè)生當中參與學科競賽的比例高達96%以上，足以說明以學科競賽為引擎的人才培養(yǎng)模式發(fā)揮著重要作用。

依托“三平臺”開展“三學、三實踐”創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程，學科競賽驅動、調動同學們的學習興趣，考研人數(shù)和考研率逐年攀升，2018年考研率為12%，2019年考研率達到15%，而2022年考研率創(chuàng)新高，考研率達到約24%。從考研環(huán)節(jié)情況來看，參加學科競賽對學生的學習能力、實踐創(chuàng)新能力和綜合素質的提高具有良好的效果。

結語

在國家一流土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，學科競賽驅動、激發(fā)并調動學生的學習興趣和主觀能動性，充分考慮學習、競賽以及實踐環(huán)節(jié)關系，提出“三學、三實踐、三平臺”的創(chuàng)新能力提升體系，構建以學助賽、以賽促學、賽研結合的“三位一體”的學賽研人才培養(yǎng)模式，在實施過程中重視學科競賽全過程引導、保障機制，經近年的教學實踐表明，這種培養(yǎng)模式有效提高學生的實踐創(chuàng)新能力，有助于國家一流土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)，也為其他學科的人才培養(yǎng)提供參考和借鑒。