大學生結構設計競賽對學生能力培養的探討

熊溈+陳云+姜寶石

摘要：高校越來越重視對當今大學生能力的培養，而科技競賽正是培養學生各項能力的有效途徑。基于作者參加第八屆全國大學生結構設計競賽的經歷，文章主要從創新能力、理論與實踐結合的能力、動手實踐能力、團隊協作能力和持之以恒的毅力培養等幾個方面，探討結構設計競賽對大學生能力培養的積極影響。

關鍵詞：結構設計競賽；創新能力；實踐；團隊協作

中圖分類號：G6420文獻標志碼：A文章編號：10052909（2015）06013704我國“重知識傳承、輕知識創造”的傳統教育是以傳授已有知識為目的的教育模式[1]，學生在課堂上學的主要是書本上理論化的知識，當面對實際問題的時候，不能有效地將理論用于實踐，缺乏綜合應用能力。在就業形勢頗為嚴峻的今天，許多高校畢業生面臨著畢業即失業的窘境，究其緣由無非是自身能力達不到企事業單位的要求。因此，大學生不僅要掌握扎實的專業基礎理論知識，更要加強自身能力的培養，包括創新能力、動手能力以及團隊合作精神等。而這一點恰與大學生結構設計大賽培養大學生的創新意識、合作精神，提高大學生的創新設計能力、動手能力、實踐能力和綜合素質的宗旨相契合。對于在校大學生而言，通過參加大學生結構設計競賽來培養自身能力不失為一條有效途徑。

下面就筆者參加第八屆全國大學生結構設計競賽的經歷，淺談參加結構設計競賽對大學生綜合能力提升的影響。

一、第八屆全國大學生結構設計競賽

由高等學校土木工程專業指導委員會、中國土木工程學會聯合主辦，教育部確定的全國九大大學生學科競賽之一的第八屆全國結構設計大賽于2014年9月17日在長安大學隆重舉行，歷時四天。本次競賽賽題結合西安十三朝古都的歷史文化背景，以西安鐘樓為原型（圖1），選題為“三重檐攢尖頂仿古樓閣結構模型制作與抗震測試”，給定模型為三重檐攢尖頂仿古樓閣（圖2）。引入模擬地震作用作為模型的測試條件，參賽學生通過切身設計模型抵御地震的作用，對建筑結構在地震作用下的表現有一個較為深刻的認識，為今后的建筑抗震研究打下基礎。另外，此次競賽將古建筑設計作為主題，對同類古建筑在抗震修繕與補強方面具有現實的科學價值和工程意義。

二、結構設計大賽對大學生能力培養的影響

（一）創新能力的提升

創新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力[2]。創新能力的培養包括使學生在學校中具備主動學習的精神以及獨立獲取知識的能力和創造性學習的能力， 促進學生創新意識的形成等， 但更為重要的是使學生走出校門后能成為主動的、富有創新精神的社會建設者[3]。可見，無論學生從事科學研究還是步入職場創新能力都至關重要。只有具備創新能力，才能在科學研究中自覺鉆研，不斷嘗試新的研究方法。在職場生涯里，面對問題，只有具備創新能力，才能提出創新性的解決方案。因此，創新能力對大學生自身綜合素質的提高是必不可少的。

結構設計競賽能有效培養學生的創新能力。在結構設計競賽中，從分析賽題開始，需要學生充分理解賽題含義，把握大賽評判標準，然后選定結構方案。為使結構設計充分符合設計規范，學生會自主閱讀、學習有關的書籍規范等。為優化結構設計，學生將已習得知識加以創新改造用于自己的設計。測試結構的強度，必須借助相關的計算機軟件，為此學生則必須自主學習如何使用這些軟件。此次結構設計競賽中模擬地震加載，參賽的學生需要通過學習SAP2000軟件或者ANSYS程序來對結構進行分析。這兩款計算機軟件都不在一般高校本科生的課程范圍內，而是研究生學習的工具軟件，但為驗算結構的強度，學生就必須通過自主學習提前掌握這種軟件。

熊溈， 等大學生結構設計競賽對學生能力培養的探討

此次結構設計競賽的主要分值在加載表現部分，其評分規則是，第i參賽組模型在加載環節的表現將根據其效率參數Ei的計算結果進行評分。效率比

Ei=100αM2-M1（1）

設Emax為所有參賽模型中的最高效率參數，第i參賽組模型加載表現分Ki的計算公式為

Ki=EiEmax×75（2）

α為抗震調整系數。通過第一級加載取0.5，通過第二級加載取0.75，通過第三級加載取1.0。第一級加載失效者，為0。通過分析評分規則，可以發現模型質量對模型的得分高低至關重要，如果我們的模型質量與其他參賽模型質量差別太大，那么即使能夠順利通過三級加載，最終得分也會很低。把握了這一關鍵點，設計方向就明確了，即結構務必要做到輕質高強。做到這一點，需要考驗學生的創新能力，通過運用結構設計的相關理論以及查閱有關古建筑抗震方面的文獻，學習前人的構件設計方式，以此為據來確定初始模型，然后學習SAP2000的使用，通過SAP2000對結構進行建模分析。

如此立足賽題，學習結構設計的理論知識，從提高結構構件承載效率的角度出發，對構件進行設計，自主學習分析軟件，分析測試模型結構，針對分析結果，提出相應的解決方案，對模型進行不斷改進，直至設計出新穎、承載力好的結構模型。這樣的創新實踐活動鍛煉了大學生的創新能力。

（二）理論與實踐結合能力的增強

土木工程是一門實踐性與應用性強的專業，大學生在校內所接受的基本上是純理論的教學，而學生自身為了應對考試往往也是重理論輕實踐。有的學生直至大三對與所學專業相應的工作崗位都還知之甚少，所以僅僅通過學習理論知識是很難掌握好這門專業的。結構設計競賽正好是對大學教育里這一環節的補充。整個結構設計過程無不包含著對所學理論知識的運用與實踐。參加本屆結構設計競賽時，在對三重檐攢尖頂仿古樓閣的設計中，依據鋼結構設計原理對模型的各構件形式進行設計，運用材料力學的相關知識對構件的尺寸等進行選擇，結構整體的設計則遵照結構力學的理論知識。學生總感覺課堂上的學習內容枯燥無趣，但在設計結構、制作模型的過程中將這些理論知識付諸實踐時則充滿樂趣，這樣無形中培養了學習興趣，加深了對理論知識的理解。而且，當學生遇到棘手的問題時，現有知識無法解決，使其能看到自身不足，激起其求知欲望，同時也為其日后學習重點指明了方向。

（三）動手能力的提高

大學生的動手能力是求職時面試官所看重的一項重要能力，而當今大學生普遍動手能力較差也是一個不爭的事實，這也是大學生就業難的重要原因。從小學乃至大學，學生所接受的都是一種被動式的學習方式，真正能訓練學生動手能力的機會少之又少。通過參加結構設計競賽，學生拿到賽題自主分析、自主設計，由傳統教育中被動的接受者轉變成展現自身才能的主動實施者。這一過程包括分析結構模型，提出針對性的問題，找出解決方案，動手制作結構模型。

筆者參加第八屆全國大學生結構設計競賽最切身的感受是，思考一百次不如動手做一次。最初面對幾張竹皮無從下手，難以想象怎么能將幾張薄薄的竹皮變成一座樓閣模型。此時，我們先制作各部分構件（圖3和圖4），完成各部分構件后，嘗試將各部分構件遵照規定尺寸組裝（圖5），最后加固各節點連接處。通過不斷練習制作，由勉強能完成第一個模型到熟練地制作出一個又一個造型新穎的結構模型（圖6）。然而更重要的是一種思維方式的轉變，面對問題能主動思考，動手解決，而不是望而卻步或一味坐著空想。可見結構設計競賽對提升學生動手能力是卓有成效的。

（四）團隊協作能力的培養

當下， 人的社會屬性較之以往任何時候都顯得尤為重要，社會屬性的重要體現之一就是團隊協作能力[4]。對于當代的大學生而言，是否具備良好的團隊協作能力很大程度上決定其能否適應社會的需要，在競爭激烈的社會中能否占有一席之地，所以大學生團隊協作能力的培養尤為重要。

圖6組裝完成的結構模型在結構設計競賽中，由三人組成一個團隊參賽，各自根據自身的能力以及興趣愛好分工明確，動手能力較強的主導模型制作，對計算機軟件感興趣的學習分析軟件，語言功底強的負責結構計算書的撰寫，分工中不乏合作，在比賽現場制作模型時，每個人按照分配好的任務制作模型的構件，然后一起合作組裝模型。隊員中無論哪一方遇到難題大家都一起討論解決，遇到分歧及時溝通交流。例如：在為此次結構設計競賽準備過程中，我們偶爾會為了結構上的某個問題而爭執，一個隊友提議為了降低結構模型的質量而去掉某個構件，而另一個隊友認為該構件對結構承載力增加非常必要，所以不能去掉。但是最終雙方會靜下來，一起討論商量，請教指導教師，綜合考慮然后做決定。所以面對矛盾，要學會溝通、協調， 為共同的目標，讓團隊走得更遠。當今的大學生多是獨生子女，難免由于個性而在團隊中產生矛盾與分歧，而結構設計競賽正是讓大家從團隊利益出發，學會協商，學會合作，從而培養了學生的團隊協作能力。因此，結構設計競賽在當代大學生團隊協作能力的培養上有著舉足輕重的作用。

（五）持之以恒精神的培養

鍥而舍之，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤。持之以恒是做學問、做研究的前提，在今天這個追求效率的時代，大學生在做研究或是創業的過程中也存在急于求成的現象，但往往卻以失敗告終。缺少的正是那份堅持不懈的恒心。可見持之以恒的毅力在今天是多么難能可貴。在結構設計競賽中，這種堅持不懈的精神得到了鍛煉。參賽團隊為了使模型達到最優化，可能要反復制作測試幾十個模型，而制作一個模型至少需要十幾二十個小時，如果沒有那份恒心、那份毅力，成功必然不會眷顧你。我們團隊利用整個暑假時間制作模型，分析結構，改進結構，然后繼續制作，如此循環往復。長安大學第一代表隊為此次競賽準備長達四個月，期間測試了數十個模型，經過反復制作和測試，堅持不懈的付出終究得到回報，代表隊獲得本屆結構設計競賽的特等獎。

三、結語

通過筆者參加第八屆全國大學生結構設計競賽的經歷，對大學生結構設計競賽在大學生能力培養的影響方面做了一些討論和總結。結構設計競賽提高了學生的創新意識和能力，使參賽學生學會將理論與實踐結合，極大地鍛煉了學生的動手實踐能力和團隊協作精神，培養了學生堅持不懈與持之以恒的毅力。大學生結構設計競賽作為一個鍛煉大學生綜合能力的平臺，提升和增強了參賽學生的能力，達到了預期的目標，成為了培養土木專業學生的一項重要的競賽活動[5]。

參考文獻：

[1]傅軍. 大學生結構設計競賽活動的調查研究[J]. 中國電力教育， 2009 （12）：124-126.

[2]江澤民. 全面建設小康社會開創中國特色社會主義事業新局面[M]//江澤民. 江澤民文選（第3卷） . 北京： 人民出版社，2006： 537-538.

[3]李忠， 陳明長. 對培養大學生科技創新能力的思考[J]. 石家莊鐵道學院學報：社會科學版， 2008， 2（3）：81- 84.

[4]張宗勝. 大學生團隊協作能力培養的意義探討[J]. 四川文化產業職業學院學報，2008（2）：78-80.

[5]王玉林，杜建華. 依托結構設計大賽促進創新實踐型人才培養模式的形成[J]. 中國科技信息，2013（1）：152.

The impact of structural design competition on college students abilities

XIONG wei， CHEN Yun， JIANG Baoshi

（College of Civil Engineering and Architecture， Hainan University， Haikou 570228， P. R. China）

Abstract： Universities attach greater importance to cultivate college students capabilities today. Technological competitions can play an efficient role in achieving this goal. Based on our experience in attending the 8th National Structural Design Competition for College Students， we discussed and concluded how structural design competition cultivates college students abilities of innovation， combining theory with practice， team cooperation and perseverance.

Keywords： structural design competition； innovation ability； practice； team cooperation