基于大學生結構設計競賽的綜合能力培養路徑探索

林亨 葉昌鵬 吳冬雁

[摘 要]自卓越工程師教育培養計劃實施以來，大學生結構設計競賽已經成為高校土建類學科專業的重要賽事之一。為提高學生在結構設計競賽中的理論知識應用能力和綜合實踐創新水平，文章分別從參賽學生、指導教師和選拔機制三個方面分析了當前高校大學生結構競賽能力培養模式中存在的問題。同時，從理論、實踐、競賽、制度四個方面，以溫州大學建筑工程學院為例提出了“四位一體”的“四化四建”應對措施，旨在充分調動大學生參賽積極性的前提下，探索有益的大學生結構設計競賽綜合能力培養路徑，以適應創新實踐型人才的需求。

[關鍵詞]結構設計;四位一體;理論應用;實踐創新

[中圖分類號]TU318 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2023）03-0064-04

引言

為加快培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程科技人才，我國教育部實施了“卓越工程師教育培養計劃”，旨在培養一批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才[1]。為此，許多高校將大學生實踐創新教育列為教學改革中重要環節，其中，大學生結構設計競賽因需要特色鮮明的力學分析知識和獨具匠心的手工制作要求，成為許多高校土木工程專業學生綜合實踐創新教育訓練的賽事之一。自2005年第一屆全國大學生結構設計競賽成功舉辦以來，該項賽事累計吸引了600多所院校近1 200支隊伍，上萬名師生參賽[2]。大學生結構設計競賽的獲獎數量成為高校土木工程專業評估的重要參考指標之一。

大學生結構設計競賽包括結構設計、模型制作、分級加載和現場答辯等環節，按照全國大學生結構競賽委員會的要求，除特邀參賽的11所高校外，其他參賽隊伍需要經過各省（自治區、直轄市）分賽區的層層選拔[3]。此外，歷年結構設計賽題均取材于實際工程中房屋建筑、大跨橋梁和空間結構等真實荷載工況，通過縮尺模型化考察不同設計、施工、加載等工況下的結構性能，其能全方面、多層次、系統化地鍛煉參賽學生運用理論知識解決實際工程項目問題的能力[4]。

為適應新一輪科技與產業革命的發展，文章以高校大學生結構設計競賽為研究對象，分別從參賽學生、指導教師和選拔機制三方面分析了當前高等院校大學生結構競賽能力培養模式中存在的不足，并以溫州大學建筑工程學院為例，提出了“四位一體”的“四化四建”應對措施，探索有益于大學生結構設計競賽綜合能力培養的路徑，以適應時代發展的需求。

一、大學生結構設計競賽組織過程中存在的不足

目前，高校為吸引廣大學生參加結構設計競賽和獲得好的競賽成績采取了各種激勵措施[5-7]，從前期報名宣傳到賽前集中培訓，從組建興趣社團到必修學分要求，從激勵政策傾斜到競賽后勤保障等方面都有不同的側重體現。筆者從參賽學生、指導教師和選拔機制三個方面分析結構競賽組織過程中存在的問題。

（一）參賽學生方面

1.自主學習意識應加強，需提升內在驅動力

部分報名參賽學生正處在大一或大二年級，對當前創新實踐教育的重視程度不夠，抱著嘗試的心態參加比賽，一旦賽題稍有變化或復雜程度提升，參賽的積極性會受挫，攻堅克難的專研精神不夠。同時，許多學生尚處在基礎理論課學習階段，還未能形成系統的力學知識理論體系，對于賽題中實際問題的專業性思考不足，以至于在結構創新設計過程中缺少基本的章法，出現為追求標新立異的模型而忽視基本物理規律的情況。

2.手工制作能力待提升，分析問題能力需加強

相同的模型設計方案在不同的學生手工制作情況下表現出較大的性能差異[8]，有手工制作基礎的模型往往能較好地展現結構的力學性能。在模型制作過程中需要根據問題有針對性地進行方案設計，這要求參賽學生具備一定的分析和解決問題的能力，不能脫離實際情況和違背基本的物理規律。同時，優秀的作品通常構思巧妙、制作精良，而盲目地夸大結構獨特造型、粗糙的模型制作工藝，會給結構模型留下潛在的安全隱患，加載效果也將適得其反。

（二）指導教師方面

1.課程教學與科研壓力較重，指導時間和精力被分散

在大學生結構設計競賽培訓過程中，會臨時抽調教師對參賽學生進行賽前培訓和指導，由于需要完成日常課程和科研考核要求，教師能夠投入競賽指導的時間往往不足且較為分散，加之積累的經驗不夠，能有針對性講解比賽試題的情況較少，這會造成競賽能力培養過程中存在“教師教學不在狀態，培訓內容不夠系統，學生學習不夠明白”的現象。

2.創新設計理念需要更新，競賽激勵需要加強

部分教師基于傳統的教學理念，加之有限的參賽經驗，較難結合競賽試題啟發參賽學生。同時，在結構設計競賽輔導的過程中，循規蹈矩的教學方式，可能會在一定程度上限制學生創新設計思維的發展，且部分高校的競賽制度和考評體系不夠完善，指導教師參加的熱情不夠高，結構設計競賽輔導會增加教學工作量，難以提供更專業與廣泛的指導。

（三）選拔機制方面

1.選拔間隔時間短且不充分

通常而言，從全國賽題公布（每年2、3月份）到校、分賽區賽選拔（每年5、6月份）所間隔的時間較短[9]。由于全國大學生結構設計競賽選拔面向的學生基數龐大，在臨時組織完賽題培訓之后，留給參賽學生發揮創造和設計結構模型的時間不夠充足。在時間緊、任務重的情況下，較難在選拔比賽過程中看到獨出心裁的參賽作品。同時，部分模型結構形式單一，一些設計存在雷同的情況。

2.選拔過程重結果而輕過程

在學生手工制作不成熟的初始階段，僅通過一次校內比賽的結果選拔參賽學生存在偶然性，且對于選上參賽的學生，若不能夠投入足夠的精力備戰，會造成參賽資格的浪費，并且由于大學生結構設計競賽的初衷是“以賽促學，以賽促改”，若片面追求參賽結果而忽略準備過程的選拔，這又會在一定程度上削弱選拔參賽學生的積極性。

二、“四位一體”理念下培養路徑的改革探索

溫州大學土木工程系教研團隊在教學改革中，針對當前結構設計競賽能力培養存在的問題，從“理論教學專業化、實踐操作能力化、競賽導向創新化、制度管理規范化”四方面著手，構建“四位一體”的“四化四建”創新實踐教育體系[10]，研究制定《溫州大學建筑工程土木工程專業結構設計競賽管理辦法》，以此探索和研究大學生結構設計競賽綜合能力培養的新路徑，為大學生創新意識、工程實施能力和團隊合作精神的塑造提供實踐經驗和改革思路。

（一）理論教學專業化：構建課程理論學習模式，豐富基礎專業理論知識

在溫州大學土木工程專業本科生課程體系中開設結構力學及模型實訓專業選修課，選修課安排在每學年的第一個學期（每年9至12月份），委任專職教師進行16學時專業性的理論教學指導，采取競賽學長經驗分享、優秀案例精細講解、課內學習小組互動等形式。避免賽前突擊培訓和單一式教學，優化課堂理論學習模式。通過選修課的學時制度，不僅保障指導教師的課時考核工作量，而且讓學生有足夠的時間去體會結構設計的奧秘。

結合結構力學及模型實訓的專業選修課教學大綱，分別以實際建筑結構、橋梁隧道、大壩港口和海洋平臺等為案例，抽象簡化模型結構分析荷載作用影響，能夠讓學生全面了解結構模型的設計體系。同時，從結構合理體型剛度、清晰力流傳遞路徑、有效能量轉移途徑等方面融合材料屬性、荷載輸入、邊界條件等理論概念，豐富學生在結構設計競賽方面的專業基礎知識。

（二）實踐操作能力化：組建實踐創新訓練平臺，提升解決實際問題的能力

分別依托溫州大學的大學生“創客空間”課外活動基地和建筑工程學院測繪與結構設計協會社團組織，搭建大學生結構設計競賽實踐創新訓練平臺，為學生手工制作模型提供空間和場地支持。借助學生組織和社團活動在各年級之間形成良性的“傳幫帶”機制，學生競賽團隊不再是同專業、同班級之間的組合，而是橫跨高、低不同專業且分布于不同年級段的創新團隊。同時，不同專業的學生通過交叉學科發揮自身在團隊協作中的專長，這不但能提高結構設計競賽的基礎受眾面，還能夠起到廣泛宣傳的效果。

基于結構力學及模型實訓專業選修課，設置16學時的現場模型制作訓練，并安排專職教師進行現場講解和演示，這將提升學生的手工制作水平，改變傳統的結構設計方式，提升團隊合作能力，培養學生在結構設計競賽中運用專業知識解決實際問題的能力，培養學生潛心專研和刻苦訓練扎實的競賽之風，回歸結構設計競賽“以賽促學”“以賽促改”的初衷，從而達到創新實踐的目的。

（三）競賽導向創新化：創建競先爭優評價機制，提升理論實踐應用素養

在結構設計競賽選拔過程中，溫州大學建筑工程學院充分發揮課堂教學和社團活動選拔的“一體兩翼”的作用，克服一次比賽選拔的盲目性，綜合挑選思維活躍、專研刻苦、創新和動手能力強的學生參加省級、國家級的比賽。在備戰大學生結構設計競賽的整個過程中，通過儲備一定數量有意向的學生，進行階段性的多層次環節比賽，讓真正條件成熟的學生能夠脫穎而出，避免“突擊式”選拔的情況，助力學生在實訓鍛煉過程中自我成長。

在競賽訓練的過程中，指導教師根據學生提出的理論方案進行初選，這不僅能節省時間和精力，還能促進學生理論實踐應用能力的形成。讓學生在相互交流和頭腦風暴中產生新的靈感，培養學生的競賽精神，為結構設計競賽注入源源不斷的活力。此外，在競賽選拔過程中鼓勵創新的、合理的設計方案，充分發揮大學生結構設計競賽中自主創新的引領作用。

（四）制度管理規范化：搭建制度管理保障體系，完善師生激勵運行機制

為確保各項管理措施的有效實施，溫州大學建筑工程學院積極推動制度管理體系建設，先后兩輪征集教師和學生的意見進行修訂。競賽管理辦法的制定，讓各學院能夠更好地發揮組織和管理的作用，提高競賽組織過程中決策和執行的效率，為推進教育教學改革和提升競賽指導質量創造良好的環境。同時，以制度規范化管理，確保競賽選拔機制的一致性和延續性，并最終形成權責監督合力，督促各職能部門履職盡責。

落地的激勵反饋運行機制能夠激發師生的積極性和創造性，從而提升學院的整體競賽能力。在競賽管理辦法中，可以通過贊助商和競賽冠名的形式，增加獲獎隊伍的獎金池金額，并根據訓練期間參賽學生的訓練表現適當進行生活補助。同時，將競賽指導作為學院教師職稱晉升優先考慮的指標，鼓勵教師全身心地投入競賽指導過程，改變定勢思維，從而推動學院結構設計競賽的可持續發展。

三、結語

為全面提升素質教育質量和深化創新教育實踐改革，本文以大學生結構設計競賽為抓手，分別從參賽學生、指導教師和選拔機制三方面分析大學生結構設計競賽能力培養模式中存在的問題。以溫州大學建筑工程學院為例，從理論、實踐、競賽、制度四個方面提出理論教學專業化、實踐操作能力化、競賽導向創新化、制度管理規范化的應對措施，積極探索現階段大學生結構設計競賽綜合能力的培養路徑，為優化結構模型設計，提升學生綜合能力，踐行結構設計競賽宗旨，以達到時代發展所需的“新工科”人才培養目標，提供可循的實踐經驗和改革思路。

[參考文獻]

[1]姚未來，劉元雪，孫濤，等.新工科背景下土木工程專業研究生創新實踐教學平臺構建[J].高等建筑教育，2023（1）：31-38.

[2]劉德穩.大學生結構設計競賽八講[M]. 成都：西南交通大學出版社，2018.

[3]楊光，劉宜梅，肖燕.CDIO理念下大學生結構設計競賽能力培養探索[J].科教文匯，2020（1）：75-76.

[4]張富賓，劉瓊，盧楊.基于大學生結構設計競賽的土木工程專業本科教學改革探索與創新[J].教育現代化，2018（39）：65-67.

[5]張瑤，馬衛華.一流專業背景下依托結構設計競賽提升土木工程專業學生的綜合能力[J].科教導刊，2023（2）：21-23.

[6]張富賓，劉瓊，盧楊.基于大學生結構設計競賽的土木工程專業本科教學改革探索與創新[J].教育現代化，2018（39）：59-61.

[7]于明鑫，楊楠，佟舟.通過結構設計競賽促進學生工程實踐能力培養[J].科技視界，2021（32）：123-124.

[8]侯文崎.從大學生結構競賽看結構力學本科教學改革的探索和創新[J].教育教學論壇，2015（52）：175-176.

[9]王永寶，楊會偉，張晉杰，等.大學生結構設計競賽校賽選拔制度探析[J].高教學刊，2020（10）：78-81.

[10]席耀一，王博，李勇，等.大數據分析課程“四位一體”混合式教學探索與實踐[J].大學教育，2022（12）：7-10.

[作者簡介]林亨，溫州大學建筑工程學院講師，博士，研究方向：橋梁結構健康監測;葉昌鵬，溫州大學建筑工程學院講師，博士，研究方向：水下結構振動分析;吳冬雁（通信作者），溫州大學建筑工程學院副教授，博士，研究方向：橋梁結構振動分析。

[責任編輯 孔文靜]