土木工程專業大學生工程意識培養研究

武賢慧++王步

摘要：經過十余年的探索，結構設計競賽的目標越來越傾向于模擬和簡化當今時代面臨的重大工程問題，從而彰顯出其在土木工程專業大學生工程意識培養方面的突出優勢。文章針對工程綜合意識的內涵和結構設計競賽的自身特點，構建了包含工程應用意識、結構創新意識、團隊協作意識、工作信心構建四個方面及其子項目在內的綜合工程意識培養效果檢驗指標體系。以兩年的校級結構設計競賽調研數據為依托，對競賽前后學生綜合工程意識的變化進行了統計分析。結合多年組織和參加各類競賽的經驗，提出了土木工程專業大學生綜合工程意識培養的改革方向。

關鍵詞：結構設計競賽；土木工程；綜合工程意識； 指標體系；改革方向

中圖分類號：G6420文獻標志碼：A文章編號：10052909（2016）03002405土木工程專業是培養從事土木工程設計、施工、管理人才的工程類學科，具有很強的工程實踐特點。為實現其培養目標，不僅要求學生掌握專業基本理論知識，更重要的是培養其綜合工程意識與創新能力[1]。大學生結構設計競賽是一項極富創新性和挑戰性的科技競賽，是教育部確定的全國九大大學生學科競賽之一，通過設計、制作、試驗等一系列過程，鍛煉和培養學生的實踐能力和創造能力。如今，競賽的題目越來越傾向于模擬和簡化當今時代面臨的重大工程實際問題，如建筑物承受地震作用，超高層建筑承受沖擊和爆炸作用，風致效應等，從而使結構設計競賽的命題從單純強調創新思維逐漸過渡到實用型創新，彰顯了其在學生工程意識培養方面的突出優勢。

目前，在全國大學生結構設計競賽的引領和帶動下，各省市、地區以及高校內部的結構設計競賽也在不斷開展，競賽對學生工程意識的促進作用已得到普遍認知，但現有文獻均只進行了定性分析[2-3]，量化分析的改革方向鮮有研究。鑒于此，文章針對工程綜合意識培養的內涵和結構設計競賽的自身特點，構建綜合工程意識體系，根據連續兩年的校內競賽，對調查數據進行深入分析，掌握競賽前后學生綜合工程意識的改善情況，將學生存在的共性薄弱點向理論教學反饋，并提出在實踐教學工作中培養大學生綜合工程意識的改革方向。

一、綜合工程意識的內涵及其體系構建

現代工程的本質在于將工程理論科學知識、安全環保知識、管理知識等應用于工程實際。所謂工程意識，是指創新意識、實踐意識、競爭意識、管理意識等。工程意識外化則構成工程能力，工程能力指思維能力、自學能力、研究能力、操作能力和創造能力等[4]。結構模型的設計、制作、加載等一系列過程實際上就是上述能力培養的一個過程。競賽模型的設計幾乎涵蓋了土木工程專業基礎課和專業課的大部分內容，需要一定的理論知識和創新思維。模型的制作過程是動手操作并不斷改進和優化的過程，需要在團隊的協作下實踐和探索，模型的加載試驗則是對這些能力的評判和檢驗。

根據工程綜合意識培養的內涵，分為工程應用意識、結構創新意識、團隊協作意識、工作信心構建四個方面，而基于結構設計競賽自身的特點，這四個方面又包含若干子項目。結合多年組織、指導結構設計競賽的實踐經驗，筆者構建了綜合工程意識的培養體系，如圖1所示。高等建筑教育2016年第25卷第3期

武賢慧 ， 等土木工程專業大學生工程意識培養研究——以結構設計競賽為例

二、 競賽分析樣本選擇

長安大學從2005年開始舉辦每年一屆的校級競賽，學生參加積極性非常高，競賽已成為校內最具影響力的科技活動之一。筆者選擇了2013年和2014年長安大學校級結構設計競賽為分析樣本，一是由于參賽學生人數多，樣本具有廣泛性；二是因為經過十幾年的發展，競賽已經植根于學生和教師的實踐教學中，具有可靠性。

2013年競賽題目為“重檐歇山式仿古殿宇結構模型制作與測試”，模型采用木質材料制作。2014年賽題為“多層塔式結構模型制作與測試”，采用竹質材料制作。兩次競賽分別“以歇山式仿古殿宇結構”和“多層建筑結構抵抗地震災害”為主題，具有重要的科學價值和工程意義。

兩次競賽共收到調查問卷223份，有效問卷177份。2013年有效問卷64份。為區分不同年級的應用水平，2014年對土木工程專業大三和大二分別進行統計，大三學生有效問卷44份，大二學生有效問卷69份。

三、結構設計競賽對學生綜合工程意識培養的成效分析

文章以上述兩次長安大學校級競賽為依托，將競賽前后學生綜合工程意識各調查子項均設定為無變化、有所改變、顯著提高、根本性提高這四種情況，圖2—圖5為競賽前后綜合工程意識不同調查項目的統計結果。

（一）工程應用意識分析

可以看出，在工程應用意識方面，50%以上的學生認為自己競賽前后在結構、構件及工藝的優化意識方面得到了顯著提高。特別是在構件截面優化和工藝制作方面，優化意識已經深植于參賽選手的設計和制作理念中。例如，在所提交的作品中，桿件類型有H型、圓形、箱型、三角形、T型等截面，結構類型包括空間桁架式、斜拉式、梁式、拱式結構等，而在制作工藝上，將木質材料進行了水泡等加工處理形成了預拱度，有的施加了預應力。這些結構細節方面的改進，充分體現了參賽學生的工程優化意識。

同時，2013年競賽前后學生理論聯系實踐的感性認識和即時學習-彌補-應用的應急思維有所改善的學生分別占67%和57%，而顯著提高的學生為33%和42%，2014年顯著提高的學生分別為45%和49%。在比較短的競賽準備時間內，及時學習、彌補現有知識的不足對大多數學生來說并不容易，只能在賽后進一步完善，2014年較2013年有了一定提高即是很好的例證。

（二）結構創新意識分析

可以得出，在結構創新意識方面，2013年分別有68%和55%的學生在結構概念設計、結構優化創新思維上有所改善，有顯著提高的學生所占比例較小，分別為28%和36%。2014年顯著提高一項占有較大比例，根本性提高的比例也明顯上升。

2014年大二與大三學生相比，近30%大三學生在基于專業背景的合理創新思維一項上有根本性提高，而大二學生這一比例為18%，大二很多專業課剛開始，而大三已經學習了核心的專業課程，表明專業課程在其創新思維方面起到了積極作用。

結構概念設計和結構優化設計相互促進，不可或缺。結構概念設計的目的是在初步設計前為所設計的結構模型設想一個概念性的總體方案，為后續的設計工作提供正確的思路。結構優化設計則是指通過合理的結構布置、科學的計算論證、適度的構造措施，充分發揮材料性能，合理節約造價的設計方法。而學生在這兩方面的創新思維則是其核心競爭力，將已掌握的專業知識與實際工程相結合，大膽改進、創新是結構專業人才培養的最高層次。在競賽中，有的參賽隊在傳統榫卯連接基礎上進行工藝改進，在節點制作上創新性強。然而對于多數學生來講，現階段如何將所學轉化為所用并不是一個簡單的問題，需要在課堂教學中不斷滲透，在競賽的培訓中不斷提高。同時可以看出，約50%的學生在創新探索精神方面有了顯著提高，假以時日，通過結構設計競賽培養的探索精神將會帶入到工作實踐中，對學生今后的工作產生積極影響。

（三）團隊協作意識分析

調查顯示，2013年和2014年將近60%的參賽學生團隊協作能力得到了顯著提升，這表明以團隊為基本單元的結構設計競賽對培養學生的團隊意識有著先天的優勢。具體原因在于，合作是團隊項目的基石，結構設計競賽不僅僅是對學生個人能力的考驗，更是對團隊協作能力的挑戰。從拿到比賽題目到完成參賽作品，一般需要一個月以上的時間。這期間，參賽隊員需要付出艱辛的勞動，進行反復的試驗、繁瑣的計算和分析，非一人之力所能完成，每一位學生需要有為集體負責的使命感和責任心，一切從大局出發，能聽取別人的意見。相應地，約56%的學生責任意識得到了顯著提高。

（四）工作信心變化分析

競賽對學生工作信心的構建也起到了積極的作用，2014年數據明顯優于2013年。這是因為結構設計競賽相對來說是一項極具挑戰性的工作，通過競賽緊張的制作和加載過程，選手們經歷了專業知識應用、思維拓展、動手操作等系列過程，對專業知識的應用從理論轉向了實踐，增強了信心。

（五）總體分析

對統計結果進行總體分析，可以得出：競賽前后學生綜合工程意識有所改善和顯著提高占到了很大的比例，無變化或根本性提高所占的比例較小，這說明結構設計競賽在培養學生綜合工程意識方面具有一定成效。兩年的數據結果表明，除工程應用意識外，2014年學生在結構創新意識、團隊協作意識、工作信心構建方面都有顯著提高，明顯好于2013年，且各項指標有根本性提高的比例也明顯增加。這與2013年競賽后，根據學生的薄弱環節向專業基礎課和專業課進行及時反饋有很大關系，說明反饋機制成效顯著。但同時也應看到，各項指標中根本性提高所占比例較小，綜合工程意識的提高是一個長期過程，而學生僅在指定時間段內參與競賽，這是競賽不能從根本上提高學生綜合工程意識的客觀原因。

四、土木工程大學生綜合工程意識培養模式的改革方向

（一）建立結構設計競賽反饋指標體系，促進教學改革

目前，競賽與常規教學之間的互動與互補模式尚未形成，因此，亟需建立一套結構設計競賽對專業課程的反饋指標體系，將競賽中折射的問題向專業課程反饋，形成以專業知識指導結構設計競賽，反過來以結構設計競賽促進專業課程教學的有效互動模式，發揮結構設計競賽對綜合工程意識培養的促進作用。2014年的統計數據明顯優于2013年，就是團隊在競賽反饋指標體系與教學改革互動模式方面研究和推廣成果的例證，繼續優化這一模式，并在教學中進一步推廣應用。

（二）將賽前培訓作為常規課程體系的拓展

在結構設計競賽的前期，各學校一般采取的做法是教師為參賽學生集中指導和答疑，但這種一對一的交流效率不高，影響面較小。教師以專題講座形式，緊密結合競賽要求向學生傳授材料性能利用、構件設計與制作、結構體系構建等相關知識，引導參賽學生的思維模式從課堂走向實踐創作，對學生的創新思維將起到積極作用。在當前全國土木類院校參賽人數眾多的情況下，開設創新實踐類系列課程將使絕大多數學生受益，也是發揮實踐教學模式的新思路。

（三）進一步加強實驗創新基地的開放

實驗教學是高等教育的重要組成部分，是抽象思維與形象思維、傳授知識與訓練技能相結合的過程[5]。傳統的實驗教學方法多表現為灌輸式，偏重于所學知識的驗證。由于實驗內容都是設計好的，在專業應用上處在被動地位，難以激發學生的學習興趣和創造性思維。而將實驗室開放，學生按照創新實驗的要求，在教師的宏觀指導下根據自己的實際情況選擇時間，選擇題目，獨立設計方案并完成實驗，教師對學生的教學方式由以前的灌輸式“教” 改為啟發式“導”，循循善誘，啟迪思維。這種模式對創新意識乃至工程綜合意識的培養具有積極的作用。

參考文獻：

[1]周克榮， 陳以一.大學生結構設計競賽與創新意識境界[J].同濟教育研究，2001（1）：35-37.

[2]許昊，徐龍軍，李洋，等.大學生結構設計競賽中創新能力的培養與發揮[J].高等建筑教育，2011（5）：121-124.

[3]王步，王毅紅，袁衛寧，等.搭建模型競賽平臺，促進土木工程專業教學改革[C]//第九屆全國高校土木工程學院（系）院長（主任）工作研討會論文集，科學出版社，2007.

[4]王貴和，呂建國.工科大學生工程意識的內涵與培養途徑[J].中國地質教育，2006（4）：62-64.

[5]黃明奎，曾艷.對我國目前實驗教學的思考[J].當代教育論壇：宏觀教育研究，2007（10）：120-121.

Abstract： After more than 10 years development，the structural design competition increasingly tends to stimulate the major engineering problems today，which highlights the outstanding advantages of the competition in training engineering consciousness for civil engineering students. According to the connotation of engineering consciousness and the features of the competitions， the inspection index systemspirit how to train the comprehensive engineering consciousness for students is set up. This systemspirit contains the practical application ability，the structural innovation idea，the teamwork spirit， the work confidence and comprehensive engineering consciousness training effect inspection index system. Relying on the data of two school competitions， the statistics are analyzed by comparing the data before and after the competition. The reform ways are put forward based on the experience of organizing and participating in the competitions.

Keywords： structural design competition； civil engineering； comprehensive engineering consciousness； index system； reform ways

（編輯周沫）