以大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽促進土木工程教學(xué)改革

章晴雯 常中權(quán) 谷偉

摘 要：大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是土木工程專業(yè)最高水平的競賽，競賽過程模擬了建設(shè)的整個周期，基于結(jié)構(gòu)競賽的課程學(xué)習能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。為此，從不同方面對土木工程專業(yè)的教學(xué)模式進行了改革實踐研究，以期取得較好的改革成效。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽；土木工程；教學(xué)改革

作者簡介：章晴雯，碩士，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向為組合結(jié)構(gòu)；常中權(quán)，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院；谷偉，嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。（浙江 嘉興 314036）

基金項目：本文系嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育教學(xué)改革項目（編號：JG201703）的研究成果。

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）20-0125-03

一、大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽概述

1994年，清華大學(xué)土木工程系舉辦了第一屆結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽，當時的題目源起于清華大學(xué)的一座觀賞性小橋——“蓮橋”的建造。2000年，根據(jù)清華大學(xué)的策劃方案，浙江大學(xué)在校內(nèi)組織開展了首屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，后晉升為浙江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽。2004年，由浙江大學(xué)倡議，清華大學(xué)、同濟大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等國內(nèi)著名高校共同聯(lián)合發(fā)起了全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽。為此，國家教育部高等教育司頒布了《全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)競賽章程》。2005年，在國家高等教育司和中國土木學(xué)會教育工作委員會的聯(lián)合主辦下，第一屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽在浙江大學(xué)舉行。全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)競賽是由國家教育部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、中國土木工程學(xué)會聯(lián)合主辦，是目前國內(nèi)土木工程專業(yè)最具影響力的大學(xué)生科技創(chuàng)新活動賽事，已被教育部列為大學(xué)生九大科技競賽之一，旨在通過對所學(xué)知識的綜合運用，提高學(xué)生的動手能力與思維能力，突出創(chuàng)新精神，強調(diào)團隊精神，將理論知識轉(zhuǎn)化為解決問題的能力，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽將課堂理論與實踐緊密結(jié)合起來，其在促進土木工程專業(yè)教育事業(yè)發(fā)展、營造良好的學(xué)習探究氛圍等方面發(fā)揮著積極作用。

嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院一貫注重學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，建筑專業(yè)也是學(xué)校近幾年重點發(fā)展的專業(yè)。近年來，建筑專業(yè)為培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力，積極組織學(xué)生參加土建學(xué)科領(lǐng)域的各項比賽，其中就包括浙江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽暨全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽選拔賽，并在短短的三年里，就獲得了三等獎一項，二等獎兩項的好成績。在參與競賽指導(dǎo)的日子里，筆者見證了學(xué)生在做模型的過程中，創(chuàng)新思維、實踐能力、學(xué)習主動性及團結(jié)協(xié)作能力都得到很大的進步。與此同時，也暴露出一些問題，例如學(xué)生的力學(xué)分析計算能力和力學(xué)軟件的應(yīng)用都較薄弱。因此，筆者對建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)課程的教學(xué)改革進行了嘗試和探索，希望能讓更多的學(xué)生受益于面向?qū)W科競賽的教學(xué)手段和方法，進一步提高學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計制作能力。

二、基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的教學(xué)改革內(nèi)容

筆者一直擔任大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽小組的指導(dǎo)教師，通過指導(dǎo)學(xué)生的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，從大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的視角去審視我校土木工程專業(yè)教學(xué)工作存在的缺陷和不足，深感在教學(xué)中要著重提高課程的應(yīng)用性和實踐性，以提高學(xué)生對課程的學(xué)習興趣和積極性，以便引導(dǎo)教學(xué)改革工作朝著健康的方向發(fā)展和進步，筆者認為需要積極做好以下幾方面的工作：

1.建立健全高效的工程力學(xué)課程體系。依照大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的基本精神，可以做好以下幾個方面的工作：①遵循工程力學(xué)實踐性強的學(xué)科特點，實現(xiàn)對于教學(xué)課程內(nèi)容的重新塑造，摒棄其中過于復(fù)雜的理論講述，引入多媒體資源，構(gòu)建對應(yīng)的教學(xué)案例，將應(yīng)用型內(nèi)容作為教學(xué)重點，激發(fā)學(xué)生積極去思考和探究的熱情。在教學(xué)方法和手段上，可以嘗試將提問教學(xué)法、歸納對比教學(xué)法、小組討論教學(xué)法和案例教學(xué)法融入其中，以實現(xiàn)對于學(xué)生潛能的激發(fā)，使得學(xué)生形成獨立思考問題的習慣。②增加力學(xué)軟件的學(xué)習。結(jié)構(gòu)分析計算是學(xué)生的薄弱之處，而結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽要求參賽學(xué)生需要撰寫計算書，對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進行分析。這里可以使用力學(xué)軟件來輔助計算，比如用力學(xué)求解器、PKPM等。之前的教學(xué)缺乏對這些軟件的系統(tǒng)學(xué)習，致使參賽學(xué)生軟件使用不熟練，計算書撰寫基本由指導(dǎo)老師代勞。應(yīng)該開設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件課程，使學(xué)生掌握基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，輔助結(jié)構(gòu)分析，這對學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)提升有很大的幫助。

2.加強開放性試驗教學(xué)。首先，在基礎(chǔ)知識部分的課堂講授中，介紹國家規(guī)范和標準的背景知識與資料，以及典型工程試驗實例，并及時把結(jié)構(gòu)試驗最新研究成果引入教學(xué)中。其次，增加開放性實驗。在開放性試驗中，學(xué)生可以到實驗室親自制定試驗方案，親自動手制作試件，親自進行試驗操作和數(shù)據(jù)處理，然后進行成果分析與整理。教師僅起指導(dǎo)作用，這樣可極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。由于試驗內(nèi)容為綜合型系列試驗，因此在試驗過程中，學(xué)生可得到較為系統(tǒng)的試驗技能訓(xùn)練，加深對課程基本理論和內(nèi)容的理解及應(yīng)用，同時還可促進和加強實驗室的建設(shè)工作，收到良好的教學(xué)效果。

3.工程結(jié)構(gòu)課程體系改革。在結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方面，增加學(xué)生對所學(xué)知識運用的環(huán)節(jié)，比如結(jié)構(gòu)課程里面，增加學(xué)生制作常見構(gòu)件模型，并計算模型構(gòu)件受力等教學(xué)內(nèi)容。在課程教學(xué)中理論一定要結(jié)合實際，要讓學(xué)生接觸實際工程中相關(guān)的構(gòu)件，增加感性認識。其次，結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽對課程建設(shè)和學(xué)生學(xué)習有著重要作用。結(jié)構(gòu)競賽模擬了實際工程“可行性研究—方案設(shè)計—制造—調(diào)試—驗收”的全建設(shè)過程，側(cè)重鍛煉計算與動手能力，使得學(xué)生的自主意識和創(chuàng)新能力得到了極大的提高，對他們迅速走入工作崗位有著積極的效果。而參加結(jié)構(gòu)競賽的同學(xué)人數(shù)受到限制，不能使所有的學(xué)生都從競賽中獲益。因此，可以在實訓(xùn)環(huán)節(jié)采用模擬結(jié)構(gòu)競賽的方法鍛煉學(xué)生自主設(shè)計、自主搭建、自主完成實驗的能力。

三、基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的教學(xué)改革成效

為了系統(tǒng)地總結(jié)經(jīng)驗，筆者進行了關(guān)于結(jié)構(gòu)競賽活動的調(diào)查研究，發(fā)出問卷并回收197份，召開座談會2次，收集單項總結(jié)報告12份。基于調(diào)研分析結(jié)果，筆者認為基于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的教學(xué)改革對學(xué)生產(chǎn)生了以下積極的影響：

1.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣。學(xué)習的原動力來源于興趣，調(diào)查表明，72%的學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽持贊同度，學(xué)生認為結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽對專業(yè)知識學(xué)習有促進作用的占絕大多數(shù)。由于競賽的目的明確，緊密結(jié)合課堂教學(xué)，學(xué)生能力提高非常明顯，競賽過程使學(xué)生的實際技能和創(chuàng)新能力、競賽意識、心理素質(zhì)都得到鍛煉和提高，使學(xué)生意識到了今后工作的重要性。比賽不但營造了氛圍，還提高了學(xué)生動手解決問題的能力和把理論知識與實踐結(jié)合的能力。

2.促進了高校的學(xué)風建設(shè)。學(xué)科競賽有一定的規(guī)則，有時間規(guī)定，比賽有多個形式不同的內(nèi)容，有一定的組織性、連貫性。競賽要求學(xué)生要有嚴謹?shù)膽B(tài)度，分工合作，思維創(chuàng)新，對學(xué)風建設(shè)的開展是有力的保證，學(xué)生也在這個過程中潛移默化地形成了良好的學(xué)習行為習慣。

3.營造了良好的學(xué)習氛圍。競賽通過不同環(huán)節(jié)的活動來引導(dǎo)和催生學(xué)生對學(xué)習重要性的認同、知識價值的認識、對學(xué)習知識的興趣、對學(xué)習的意志行為力，形成一種心理氛圍，進而使所有成員受到影響，通過活動的發(fā)散效應(yīng)創(chuàng)造了良好的學(xué)習氛圍。

4.增強了學(xué)生的就業(yè)競爭力。競賽模擬了實際工程“可行性研究—方案設(shè)計—制造—調(diào)試—驗收”的全建設(shè)過程，側(cè)重鍛煉計算與手動能力，使得學(xué)生的自主意識和創(chuàng)新能力得到了極大提高，對他們迅速走上工作崗位有著積極的作用。部分學(xué)生已經(jīng)把結(jié)構(gòu)競賽獲獎的情況寫入到個人的求職簡歷中，把它作為就業(yè)求職的“加重砝碼”，幫助他們得到用人單位的認可。

5.促進了實驗室的建設(shè)。競賽過程中涉及模型加載，且占總分值的80%。我們在力學(xué)實驗室的基礎(chǔ)上經(jīng)過改造，建成了創(chuàng)新能力培養(yǎng)實驗室。創(chuàng)新能力培養(yǎng)實驗室主要有三個功能：一是陳列往年的模型，供同學(xué)們參考學(xué)習；二是作為結(jié)構(gòu)模型制作場所；三是推進結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽設(shè)備的研制。

6.提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了鍛煉，成效明顯，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①鍛煉了學(xué)生的團隊協(xié)作能力。通過合理的分工，緊密聯(lián)系，不少來自于不同專業(yè)的組員在取得了成績的同時，建立了深厚的友誼。②提高了學(xué)生的軟件應(yīng)用能力。部分組員為了分析計算，自學(xué)了結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件，并且查閱了大量的資料，提升了專業(yè)能力。③提高了學(xué)生的動手能力。模型制作是大學(xué)生結(jié)構(gòu)競賽的重要環(huán)節(jié)之一。在這個環(huán)節(jié)中，參賽隊員需要在大賽組委會指定的地點和規(guī)定的時間內(nèi)，使用大賽組委會統(tǒng)一提供的模型制作材料和制作工具進行參賽結(jié)構(gòu)模型的制作。④提高了學(xué)生動手實驗的能力。結(jié)構(gòu)競賽有一個模型加載環(huán)節(jié)，分值占了總分的80%，要求學(xué)生具有良好的動手實驗的能力。學(xué)生在平時訓(xùn)練的時候利用實驗室做了大量的實驗，對儀器的使用及實驗分析能力得到了加強。⑤鍛煉了學(xué)生的意志品質(zhì)。不少競賽隊員為了完成作品，通宵設(shè)計與制作，為了了解知識，閱讀了大量的信息和資料。通過比賽這樣一個過程嘗試了競爭，樹立了正確的競爭意識，培養(yǎng)了集體榮譽感。做模型的過程序中品嘗到成功的喜悅和失敗的痛苦，積累了人生的經(jīng)驗，鍛煉了意志和品格。⑥提高了學(xué)生的口頭表達能力。結(jié)構(gòu)競賽設(shè)有現(xiàn)場答辯環(huán)節(jié)，這是學(xué)生對參賽作品設(shè)計方案創(chuàng)新性的總結(jié)和匯報，能夠鍛煉學(xué)生的口頭表達能力和匯報自我成果的能力。

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責任編輯 陳 莉