專業競賽在大學生創新能力培養中的作用
——以廣西大學生結構設計競賽為例

劉茂軍，王朝華

(桂林理工大學　南寧分校，廣西　南寧　530001)

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專業競賽在大學生創新能力培養中的作用
——以廣西大學生結構設計競賽為例

劉茂軍，王朝華

(桂林理工大學南寧分校，廣西南寧530001)

摘要：本文以廣西第六屆大學生結構設計競賽為例，通過對賽題分析、參賽作品分析以及模型制作過程對參賽選手的學習能力、分析和解決問題能力、動手能力、想像能力以及組織協調能力等方面影響的分析，闡明了專業競賽在大學生創新能力培養中的重要作用。

關鍵詞：專業競賽；創新能力；結構模型

一、引言

創新是一個國家經濟和社會進步最重要的動力之一，國家的繁榮富強和持續發展主要取決于國家創新能力的培育和積累。隨著我國經濟的快速發展，我國社會的整體創新能力得到了極大提升，科技部中國科學技術發展戰略研究院發布的《國家創新指數報告2014》顯示，2014年中國創新能力穩中有升，已經上升至世界排名第19位。

高等學校作為人才培養的主要陣地，應該肩負起大學生創新能力培養的重擔，《國家中長期人才發展規劃綱要(2010-2020年)》中多處強調創新能力的培養：“突出創新精神和創新能力培養，大幅度提升各類人才的整體素質”“突出培養學生的科學精神、創造性思維和創新能力”“立足培養全面發展的人才，突出培養創新型人才”等，這些都為高等學校的人才培養指明了方向。同時，從高校自身的發展來講，開展大學生的創新教育和創新能力培養對于大學生就業也會產生很大的促進作用[1，2]。

廣西大學生結構設計競賽已經成功舉辦了六屆，每一屆都有來自廣西二十余所高校的參賽隊伍參加角逐，參賽選手都充分發揮自己的聰明才智和創造才能，對自己的作品反復推敲，不斷嘗試新的結構形式，以期在競賽中獲勝，這個參賽過程對于大學生創新能力的培養具有非常重要的作用。本文以第六屆廣西大學生結構設計競賽為例，論述專業競賽在大學生創新能力培養中的重要作用。

二、廣西第六屆大學生結構設計競賽介紹

(一)廣西第六屆大學生結構設計競賽簡介

廣西第六屆大學生結構設計競賽在南寧學院體育館舉行，從2015年12月15日開始，18日結束，歷時四天，共有23所廣西高校的46支隊伍參加。

(二)競賽賽題簡介

廣西第六屆大學生結構設計競賽的賽題，是要求參賽選手利用白卡紙和白乳膠為材料，做成一個框架結構模型，示意圖見圖1。

圖1　框架結構模型示意圖

模型制作規定：模型層數為2-5層，縱、橫方向跨數均不少于2跨，支座所在平面為邊長400mm的正方形；模型高度為600mm，模型自重不超過700g；在模型各層樓面中(含頂層)選取不少于兩層作為加載層，頂層必須加載；在模型內部，樓層之間不能設置任何橫向及空間斜向構件。先進行豎向靜載加載，計算出各模型豎向承載荷重比，再進行水平靜載加載，計算出各模型水平承載荷重比，以荷重比大的為勝。

在進行程序界面設計時，應與傳統手工計算的表格一致，以便于后續使用者。Qt是奇趣公司旗下的軟件開發平臺，它是一款優秀的基于C++的跨平臺GUI應用程序框架，同時為用戶提供了良好的封裝庫，其主要使用信號與槽機制來連接事件與函數間關系，使得界面與代碼完美配合。且在Qt中自身帶有表格顯示與圖片顯示控件，非常方便進行軟件界面設計[9，10]。基于此，本文選擇Qt進行界面設計，使用C++進行編程實現緩和曲線放樣數據計算。

(三)賽題分析

競賽賽題設計非常巧妙，限制性條件較少，從而給了參賽選手更多的發揮空間。首先，賽題沒有具體規定模型層數，選手則可以根據自己的理解，經過計算選取最合適的層數，既保證模型的承載能力，又不能增大模型自重。其次，賽題只規定了縱、橫向跨數不少于2，而沒有規定最多跨數，選手就可以利用增加跨數來增大承載能力，也可以通過減少跨數而減輕自重，最終達到最大的荷重比。第三，賽題只規定了支座平面尺寸，而沒有規定各結構層平面尺寸，選手則可以適當縮小上部結構尺寸來減輕自重和增加結構的穩定性。第四，賽題規定在模型內部層間不能設置橫向和空間斜向構件，而沒有限制模型外部，因此選手可以在模型外部設置斜桿來改變傳力途徑，等等。

總之，競賽賽題內涵較小而外延較大，給了參賽選手更多想像的空間，對于參賽選手的創造性思維能力和動手能力是一個極大的考驗，對大學生創新能力的培養具有很好的作用。

(四)參賽作品分析

各參賽選手都在賽前進行了充分的準備，每個參賽作品中都凝聚著他們的創造性思維，展示著他們的創新能力，下面列舉出幾個參賽作品進行分析(為了便于表達，已將模型簡化為平面圖形)。

作品一：(圖2)這個作品采用的是傳統的框架結構形式，為了減輕自重，特意按照賽題要求的最少層數，即2層框架來制作，同時，為了降低結構加載后的重心，特意將第一層樓面降低，從而可以在第一層樓面上放置更多的砝碼，為了抵抗水平荷載，又在框架結構外圍增加了斜向支撐來增加側向剛度，以此來減小節點破壞的機率。整個模型的制作比較中規中矩，但是在很多細節處理上都體現出參賽選手的分析能力、動手能力和創造能力。

圖2　傳統的框架結構模型

作品二：(圖3)這個作品實際上是對傳統框架結構的改進，主要是基于競賽考慮的，制作者把框架結構的上部減小，這樣做的模型雖然在實際工程應用方面有較多弊端，但是這樣的作品對于這次結構設計競賽來講卻具有很多優勢：首先是上小下大的結構本身就有很好的穩定性，使結構在承受水平荷載時的受力更好；其次，減小上部結構可以在保證結構支撐平面滿足尺寸要求的情況下減小上部結構的材料用量，直接減輕自重，在相同承載力的情況下可以增大荷重比；第三，將第二層的斜向支撐改成一個大斜撐，能夠更好地將水平荷載轉化成桿件壓力，充分發揮大斜撐的抗壓性能，同時，斜向放置的柱子也增大了柱子對水平力的抵抗能力。整個模型從結構模型設計競賽的角度，對傳統的框架結構進行了改進，體現出參賽選手的創新精神。

圖3　上小下大的框架結構模型

作品三：(圖4)這個作品是將傳統框架結構進行了比較大的改變，和作品二相比，這個作品進一步減弱了結構的實用性而加強了它的競賽性，三角形的設計更加發揮了它的穩定性，第一層樓面上的豎向荷載加載時，利用加載砝碼上的豁口使荷載中心直接作用在中柱上，這樣做不但避免了橫梁受彎，而且還利用砝碼的支撐作用來保持上層中柱的側向穩定，可謂是把競賽的思想運用得淋漓盡致。上層結構平面因為縮小成了一個點，無法加載砝碼，因此又在頂部做出了一個小平面作為加載平面，思路非常清晰。整個作品簡潔對稱，不但豎向受力合理，而且水平加載時傳力也非常明確，同時由于桿件用量少而大大減輕了模型自重，增大了荷重比。

圖4　金字塔式的框架結構模型

圖5　塔樓式的框架結構模型

除了以上一些結構形式外，還有很多新穎的設計，例如，有的參賽選手采用了桁架式的梁柱，大大減輕了結構自重，同時達到了較好的承載能力；還有的參賽選手為了減輕自重而減少了跨數，同時為了滿足賽題要求的跨數而采用一根細線作為“定義柱”來增加跨數，這些做法雖然有點投機取巧的嫌疑，但是，在很大程度上來講，卻充分體現了參賽選手的創新能力和處理問題的能力。

三、專業競賽對大學生創新能力的培養

創新能力通常是學習能力、分析和解決問題能力、動手能力、想像能力、創造能力、組織協調能力等多種能力的綜合[4]。因此，對大學生創新能力的培養實際上也是對這些能力的培養。

(一)學習能力的培養

大學生在課堂上的學習基本上是教師講學生聽的被動學習模式，校內的實訓基本上也是學生去完成老師規定的具體任務的半被動的學習模式，而專業競賽作為第二課堂甚至是第二課堂的延伸，則與第一課堂有著本質的不同。

在大學生結構設計競賽中，參賽選手不但要用自己在課堂上學到的知識來設計制作出賽題所要求的結構模型，而且要不斷地查找資料，補充相關知識，并通過各種嘗試來一步一步地對結構進行優化，使其達到最大的荷重比。因為在競賽準備階段，每個參賽隊伍并不知道對手的荷重比有多大，所以不能像課程實訓那樣教師規定了目標，達到目標就算完成任務，參賽選手只能不斷嘗試來不斷提高，不斷超越自己，這個過程是對選手學習能力的一個持續的考驗和提高。

(二)分析和解決問題能力的培養

在競賽準備階段，選手們都會不斷制作模型、不斷試驗、不斷改進，每一個模型制作完成，都要首先根據自己的力學知識認真分析一下，提前預測一下結構模型的薄弱環節，預測一下模型加載時會出現的各種可能情況，從而提前做出應對策略。但是在實際加載的過程中，往往也會出現一些沒有預測到的情況，這些情況的出現也需要參賽選手進行分析，并根據分析結果，有針對性地尋找解決問題的方法。例如，在豎向加載時出現柱子的屈曲破壞，則是由于這個柱子的長細比太大所致，選手就要考慮加大柱子截面或者增加柱子側向支撐來減小自由長度從而避免屈曲破壞；再如，在水平加載時出現某些節點破壞，則要考慮增加節點強度或者改變傳力途徑來降低這個節點受力等方法來解決。

在不斷的制作模型、加載試驗、分析各種破壞形態、找出各種解決辦法的過程中，選手們的分析問題和解決結構問題的能力得到了鍛煉和提高。

(三)動手能力的培養

廣西第六屆大學生結構設計競賽所用材料是白卡紙和白乳膠，要求選手用白卡紙卷成結構桿件，再用桿件組裝成空間結構體系。為了減輕自重，選手們制作的構件都是壁薄、直徑小的桿件。根據結構受力特點我們知道，壓桿受力時的二階效應往往是構件最終破壞的重要因素，因此，如果選手制作的桿件不太直，厚薄不均勻，或者節點連接偏心等，都會導致二階效應的加大，從而導致桿件的提前破壞。所以，選手的動手能力也是決定能否獲勝的一個重要因素，經過備賽階段的反復練習，選手的動手能力也會得到不斷鍛煉和提高

(四)想像能力的培養

通常我們見到最多的框架結構都是橫平豎直的“盒子建筑”，而在結構設計競賽時，往往需要選手充分發揮想像，盡一切能力在滿足賽題要求的前提條件下，得到更好的荷重比，因此，模型的結構形式不應該僅僅局限于我們的常識和經驗，而應該根據賽題要求進行改變結構形式，有時甚至需要顛覆我們的常識，這樣才能設計出更有特色的作品，在競賽中獲勝。

在模型的不斷改進和優化中，隨著所制作模型的荷重比的提高，選手的想像能力也得到了最大限度的鍛煉和提升，

(五)組織協調能力的培養

大學生結構設計競賽是團隊競賽，每個團隊由四名隊員組成，在比賽時要做到分工合作并且密切配合才能順利完成任務。例如，比賽時可以一個人裁紙、一個人加工梁構件、一個人加工柱子構件、一個人負責進行構件組裝，第一個人裁完紙后繼續進行構件的烘干工作等等，而這種看似簡單的程序，也需要各個團隊成員反復磨合才能配合好，這個過程也能夠對各個團隊成員的組織協調能力起到一定的訓練作用。

四、結語

廣西大學生結構設計競賽已經成功舉辦了六屆，通過競賽，使參賽選手的學習能力、分析和解決問題能力、動手能力、想像能力以及組織協調能力都

得到了很大的鍛煉和提高，體現出了專業競賽在大學生創新能力培養方面的重要作用。

(責任編輯：蔣國平)

參考文獻：

[1]譚光興,趙嘉,曾文波.學科競賽創新教育模式對大學生就業影響的分析與思考[J].高教論壇,2015(7)：109-111.

[2]陳于. 就業視域下大學生創新能力的培養 [J].繼續教育研究,2015(11)：22-24.

[3]賀敬良,趙華.以賽促學——大學生實踐創新能力培養的新路徑[J].教育教學論壇,2015(12)：162-163.

The Role of Professional Competition in the Cultivation of College Students' Creative Ability——A Case Study of Guangxi University Students' Structure Design Competition

LIU Mao-Jun ， WANG Zhao-Hua

(Nanning Branch School，Guilin University of Technology，Nanning 530001，China)

Abstract：This paper takes the design competition of the sixth college students in Guangxi as an example，through the analysis of the problem，the analysis of entries，and the analysis of the influence of model making process on the learning ability, analysis and problem solving ability, practical ability, imagination ability and organization and coordination ability，illustrates the important role of professional competition in the cultivation of college students' innovative ability.

Key Words：professional competition；innovative ability；structure model

基金項目：2011年度新世紀廣西高等教育教學改革工程立項項目“高職高專工程造價專業人才培養模式研究與實踐”(2011JGZ029 );2015年度廣西職業教育教學改革立項項目“建筑工程技術專業實踐教學改革研究與實踐”(桂教職成〔2015〕22號)。

收稿日期：2016-01-12修稿日期：2016-01-28

作者簡介：劉茂軍(1971—)，男，河南洛陽人，副教授,研究方向為建筑工程技術。

中圖分類號：G640

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9719(2016)3-0051-03