工程教育理念下的結構設計競賽研究

曾武華 王逢朝 楊焓 張仁巍

摘 要：工程教育專業認證理念以學生為中心，以成果為導向，堅持持續質量改進，是提高應用型人才培養質量的必然趨勢。在此教育理念的指導下，探討了以全體學生需求為中心的結構設計競賽賽題的設計。以結構設計競賽為平臺，積極開展教學改革探索，研究結構設計競賽在工程教育成果導向中的支撐作用。同時，提出大學生結構設計競賽平臺建設持續改進的對策。文章提出的思路和措施對于土木工程專業的應用型人才培養綜合改革具有較好的借鑒意義。

關鍵詞：工程教育；應用型人才；土木工程；結構設計競賽

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）07-0063-03

Abstract： The programmatic accreditation of engineering education based on the new concept of being student-centered， outcome-based and continuous improvement is the future trend for improving talent training quality. In this paper， the design of contest problems of the student-centered structural competition is discussed under the guidance of the concept of engineering education. Based on the platform of structural design competition， the teaching reform is carried out to promote teaching， and the supporting role of the structural design competition in the engineering education is researched. At the same time， the proposals of continuous improvement for the platform of structural design competition are put forward. The ideas and measures provided in this paper have good reference value for the comprehensive reform of training civil engineering applied talents.

Keywords： engineering education； applied talents； civil engineering； structural design competition

引言

在我國走向工業化社會的進程中，如何培養工業化發展所需要的應用型人才是社會各界關注的熱點問題[1，2]。1989年工程教育的國際互認協議《華盛頓協議》出臺，為工業化發展所需要的應用型人才的培養提供了更寬闊的交流平臺，也對我國提高應用型人才培養質量的制度建設提供參考和建議[3-6]。2016年6月，我國正式加入《華盛頓協議》，以國際標準認證助推工程教育質量提升。

工程教育專業認證體現的核心理念主要包括以下三個方面：第一，以全體學生需求為中心；第二，以培養學生專業知識能力（包括熟用專業實務所需的知識、技能及工具等技術的能力以及具備終身學習，持續發展的能力）、專業實務技能（包括具備專業所需的實務技能和確實執行專業標準作業程序的能力）、應用創新能力、團隊協作整合能力等綜合實踐創新能力為成果導向；第三，建立持續改進機制。在構建土木工程專業學生結構設計競賽實踐平臺的過程中，借鑒工程教育專業認證核心理念對大學生應用創新能力的培養，全方位設計土木工程專業大學生結構設計競賽的實踐教學環節，使學生在參加結構設計競賽過程中得到多層次的實踐過程訓練。通過大學生結構設計競賽改革實踐，我校大學生在參加2016年福建省結構設計競賽中取得了7項一等獎中的3項，為土木工程專業的應用型人才培養綜合改革提供較好的借鑒。

一、以學生為中心

以學生為中心的工程教育的目標是圍繞全體學生的培養，核心任務是提高應用型人才培養的質量。然而，通過觀察各國工程教育的實踐經驗和應用型人才的成長過程可以看出，高質量的應用型人才培養不僅需要工程教育內部的努力，更需要從工程教育外部整合高校、政府、企業、專業學會等各個相關利益群體的力量[7]。因此，通過構建以全體學生需求為中心的結構設計競賽為平臺，可以加強高校、政府、土木工程學會及行業間的交流與合作，共同參與土木工程專業應用型人才的培養。

為了使全體學生參與實踐鍛煉的需求得到滿足，結構設計競賽賽題應當要具有普遍適應性。表1～表3列出了部分賽區的大學生結構設計競賽賽題資料。從表1～表3可以看出：首先，結構設計競賽賽題設計的結構模型形式豐富，包括建筑結構、橋梁結構、塔結構等常用結構形式，與工程問題聯系緊密。其次，模型制作的主要材料發展趨勢為采用竹材，原材料成本相對不高，并且這也充分體現了綠色環保的時代主題。全國各高校通過搭建校級、省級以及國家級等不同層次的結構設計競賽平臺，不僅充分發揮學生的才能，同時也燃起他們的學習熱情、激發學習興趣[8]。結構設計競賽的內容應當包括結構模型計算書（該部分內容通常包括設計構思、模型設計圖紙和理論分析）、結構模型制作、結構模型加載以及現場陳述與答辯等，競賽設計內容需要根據對學生的期望而設計，充分體現以全體學生需求為中心的工程教育新理念。

二、以綜合實踐創新能力為成果導向

結構設計競賽把學生能力的培養當作教育質量之本，通過結構設計競賽平臺的搭建，實現大學生在參加結構設計競賽過程中綜合實踐創新能力的提高。學生參加結構競賽的成果除了模型作品外，還需要說明作品設計構思，給出模型設計效果圖、施工圖紙以及對模型結構預期破壞情況進行預測分析，另外，還需要對結構模型進行加載以及現場陳述與答辯等過程。因此，通過整個結構設計競賽過程各個環節的鍛煉，學生各方面能力得到綜合培養。

（一）熟用土木工程專業知識的能力

大學生結構設計競賽要求綜合運用工程制圖、理論力學、材料力學、結構力學、地震工程學、土木工程材料、結構設計原理等土木工程綜合性專業知識。在給定的題目范圍內，如何熟用土木工程專業實務所需的知識、技能及工具等技術的能力正確地進行結構分析，如何正確選擇最佳的結構體系、桿件線型和截面形式，并進行不斷優化設計，得到用料省、制作簡單等綜合性能最優的結構模型。通過結構設計競賽的參與，促進學生對土木工程綜合性專業知識的學習，達到熟用土木工程專業知識的能力。

（二）使用現代工具模擬分析的能力

大學生結構設計競賽要求土木工程專業學生能夠針對給定的結構設計競賽題目，解決復雜的工程實際問題。這就要求學生能夠選擇與熟練使用恰當的設計分析軟件，對設計的結構模型進行加載后破壞形式、位置等問題的預測與模擬，并能夠通過加載試驗驗證和理解其局限性。熟用土木工程專業知識為結構設計提供了理論基礎，但結構分析過程更多的是使用有限元軟件（如MIDAS、SAP2000、ANSYS等）模擬分析。運用現代工具不僅可以大大減少人工工作量，而且可以減少試驗過程中材料的浪費，并模擬出很多人工難以實現的工程。通過結構設計競賽的參與，促進學生對現代工具學習與使用，達到具備使用現代工具模擬分析的能力的目的。

（三）應用專業知識創新設計解決的目的方案的能力

大學生結構設計競賽要求學生從土木工程專業基礎知識出發，充分發揮想象力，根據競賽題目要求設計合理的結構體系，充分發揮材料的力學特性。學生通過實際動手操來作制作模型，并且對制作的模型進行試加載試驗，觀察和分析模型破壞形態，不斷地從失敗過程中對模型進行改進，創新性地設計出新穎結構模型，從而提高解決問題的能力，并且對于創新能力的培養大大有益[9]。通過結構設計競賽的參與，促進學生應用創新能力的提高。

（四）個人和團隊協調整合的能力

大學生結構設計競賽要求學生組成團隊共同完成模型的制作和加載全過程。因此，通過大學生結構設計競賽平臺，培養學生具備良好的計劃管理、有效溝通與團隊合作的能力，具備跨管理、經濟等建筑工程相關領域統籌、整合的能力，能夠利用畫圖軟件繪制施工圖紙，并進行有效溝通的能力。結構設計競賽要求學生設計、制作以及現場加載模型，如何進行合理分工，從而充分發掘和利用參賽選手各自的特長。通過結構設計競賽的參與，促進學生個人和團隊協調整合能力的提高。

三、結構競賽平臺建設持續改進對策

（一）建立全體學生為中心的競賽管理制度

為順應當前工程教育的發展，教育工作者首先應該端正人才培養理念，要求全體教師與教學管理人員在結構設計競賽全過程中貫徹“以全體學生需求為中心”的理念。結構設計競賽賽題的制定應根據行業和社會需求，以及學校的地域特點和培養人才的目標綜合考慮。另外，大學生結構設計競賽作為第二課堂，學校應將競賽和學生的綜合考評結合起來，并給以一定的學分認定。

（二）建立競賽與課堂教學相結合的互動機制

結構設計競賽要求學生完成結構模型設計書，包括設計構思、模型設計圖紙和理論分析。因此，可以把結構設計競賽的機制與課程設計的教學組織方式結合起來，土木工程專業中的大多數課程設計都可以引入結構設計競賽的平臺。另外，土木工程實驗室可依托結構設計競賽活動，開放為學生參與科研型、自選實驗型等多種形式[10]。并且，結構設計競賽的試驗加載裝置也可以集中起來，為力學課程、結構設計課程等提供實踐平臺。

（三）建立有效的質量監控體系與反饋機制

結構設計競賽平臺質量監控體系可以充分考慮“互聯網+”技術，充分融合大數據等現代信息網絡技術手段，用數據事實說話。從結構模型設計制作整個過程，始終堅持邀請一線工程師指導，使得設計成果更符合工程實際，培養學生工程意識和素養。整合高校、政府、企業、專業學會等各個相關利益群體的力量，形成有效的評價反饋機制。

四、結束語

隨著高等教育改革的不斷深入，應用型本科的工程教育引起了人們廣泛關注。在工程教育培養應用型人才的新理念指導下，通過建立并完善大學生結構設計競賽平臺，我校在2016年福建省結構設計競賽中取得了3項一等獎，2項二等獎以及3項三等獎。同時，通過以能力為導向，為社會培養了適應行業和企業需要的工程實踐能力強、知識面寬、綜合素質高的土木工程專業實用型人才。

參考文獻

[1]陳爽，張毅，趙勝華.基于工程教育專業認證的土木工程人才培養體系探討[J].中國電力教育，2013（3）：25-26.

[2]江學良，胡習兵，陳伯望，等.專業認證背景下土木工程專業人才培養體系探索與實踐[J].高等建筑教育，2015，24（1）：29-35.

[3]張曉琴.美、英、德工程教育認證的比較與借鑒[J].高教發展與評估，2007，23（1）：84-90.

[4]王玲，雷環.《華盛頓協議》簽約成員的工程教育認證特點及其對我國的啟示[J].清華大學教育研究，2008，29（5）：88-92.

[5]Memon J A， Demird en R E， Chowdhry B S. Achievements， outcomes and proposal for global accreditation of engineering education in developing countries[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences， 2009，1（1）：2557-2561.

[6]楊焓，魏超，王逢朝.工程教育認證標準下應用型本科土木工程專業建設的研究與實踐[J].武夷學院學報，2016，35（3）：106-109.

[7]韓曉燕，張海英.專業認證、注冊工程師制度與工程技術人才培養[J].高等工程教育研究，2007（4）：38-41.

[8]沈驊，韓雪梅.大學生學科競賽的意義及保障機制——以結構設計競賽為例[J].浙江樹人大學學報：自然科學版，2013（3）：52-55.

[9]余自若，江輝，安明 .土木工程實踐型人才培養路徑探索——以結構設計競賽為例[J].高等建筑教育，2011，20（6）：110-113.

[10]周臻，童小東，尹凌峰，等.依托結構競賽構建開放式創新研學平臺[J].高等建筑教育，2011，20（6）：129-132.