利用結構模型設計與訓練基地培養創新型人才的探索

摘要：基于長沙理工大學大學生實踐教學改革，提出結構模型設計與訓練基地作為土木工程專業學生創新實踐基地，通過開展多種形式的創新實踐活動，豐富了結構模型設計與訓練基地的功能，提升了土木工程類本科生的創新實踐能力，指出了在具體實施中需要注意實踐與理論結合、訓練基地的安全教育與科學管理等方面的問題，探索了基地培養土木工程學科創新型人才的途徑與重要作用。

關鍵詞：結構模型設計與訓練基地；創新實踐能力；結構設計竟賽

作者簡介：付果（1979-），男，湖南株洲人，長沙理工大學土木與建筑學院，講師。（湖南 長沙 410114）馬曉娟（1979-），女，湖南株洲人，長沙縣第一中學，中教一級。（湖南 長沙 410138）

基金項目：本文系長沙理工大學教研教改項目（項目編號：CN1204）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）25-0050-02

在建設創新型國家的新形勢下，創新實踐能力是高素質人才的重要標志，是高水平大學建設的靈魂。大學生創新實踐能力的培養已成為高等學校教育與教學改革的重點和核心。[1]土木工程專業是實踐性和應用性很強的專業，單一的課程教學重理論輕實踐，無法實現大學生創新實踐能力培養的目標，不能適應現代土木工程專業人才培養的需要。圍繞培養大學生的創新實踐能力，國內各高校紛紛設立并實施了以大學生結構設計實踐基地、大學生科技創新項目、大學生創新性實驗項目及大學生創業項目等為載體的大學生創新訓練計劃，探索以各種基地為載體，以學生為主體，以教師為輔導，以學科競賽為導向，以創新為核心，自主實踐，研學結合的培養方式，這是推動人才培養模式改革和教育教學模式改革的重要舉措。[2]

一、土建類本科生實踐能力的缺失與創新實踐基地使用現狀分析

土木工程專業本科生的培養計劃中，力學類課程設置較多，若一味按照傳統的教學模式，因缺少實踐操作機會而不能靈活運用力學理論來分析和解決現實生活中的實際問題，將會導致學生學習力學與專業課程的興趣大減，創新能力與創新意識薄弱。結構模型設計與訓練基地是力學理論知識和現實問題聯系的橋梁。它可以針對一個現實工程問題作出必要的簡化假設，運用力學理論工具，通過力學計算得到一個合理的結構模型。我國自1994年清華大學舉行了大學生結構設計竟賽以后，結構模型設計與訓練基地在各大高等院校中應運而生，它是綜合有限元數值計算模擬、加載試驗和模型制作等功能于一體的實踐教學基地。由于受傳統教育思想的影響，重理論知識教育、輕實驗實踐教學，忽視實踐教學活動在培養學生的適應能力、應變能力、創新能力上的作用，許多結構模型設計與訓練基地僅服務于大學生結構設計競賽的開展，建設效果逐漸趨于冷清，最終淪為簡單的試驗基地，儀器設備使用率低、管理混亂等問題逐步凸顯。

二、基于結構模型設計與訓練基地的創新實踐活動

結構模型設計與訓練基地能為大學生主動探索和勇于創新提供良好的環境，是培育高素質創新型工程人才的高效實驗室。它不僅可以支撐結構模型設計的集訓與競賽的開展，也可以承擔工程力學及其他相關課程的教學、實驗、實訓和創新項目活動的開展。將結構模型設計與訓練基地作為創新實踐基地，構建創新實踐活動實施框架結構，著力培養和提高土木工程類本科生的創新實踐能力，這為傳統的教學實驗室使用提供了新思路。

1.開設創新實踐項目

利用結構模型設計與訓練基地開設省級、校級和院級課外科技項目、研究性學習項目、創新性實驗項目等創新實踐活動，由具有一定科研和教學水平的教師指導學生，讓學生參與到實際的課題研究，[3]激發學生學習理論知識的積極性，提高學生自主學習的能力，使學生在實踐過程中掌握應用知識的方法與技巧，提高解決實際問題的能力和動手實踐能力。

2.組織參加各類大學生創新實踐競賽

大學生結構設計競賽作為大學生創新訓練計劃的一種重要形式，是土木工程專業創新性和實踐性最強的學科競賽，在培養學生創新思維、創新意識和合作精神等方面發揮著重要作用。大學生結構設計競賽已經迅速發展成為教育部大學生九大學科賽事之一，每年舉辦一次。在這類學科大賽的導向下，結構模型設計與訓練基地經過多年建設與積累，目前形成了相對穩定的各大賽事指導教師組。指導教師組由具有一定科研和教學水平的教師組成，由指導教師組織學生參加全國大學生結構設計競賽、湖南省大學生結構設計競賽、中南地區結構設計競賽、“挑戰杯”全國大學生課外科技作品競賽等不同類型、不同層級的結構創新實踐大賽。結構創新實踐大賽對學生來說就是是一種創新實踐訓練，它是實現土木工程專業教育個性化的有效手段，可以打破傳統以“老師為主”的被動接受知識的教育模式，向以“學生為主，老師指導”的實踐型和創新型的人才培養模式轉變。學生通過參加這類極具挑戰性的競賽活動可切身體會到理論知識與實踐結合的重要性，在實戰中開拓進取，開闊視野，大膽創新，積極實踐。

3.創新課程教學方法改革

優化課程體系，將結構模型設計的思想引用到土木類相關專業課程教學體系中，注重學生學與用相結合。[4]長沙理工大學通過開設“結構模型設計與制作”等相關選修課程，充分利用了結構模型設計與訓練基地的軟硬件資源，采用了理論教學和動手制作實踐相結合的教學手段。在實際教學過程中，除了理論知識講解外還可以引入案例，通過真實結構模型演示引出問題，從而引導學生通過實踐操作來探索和解決問題。相較于傳統的教學模式，這類教學方法更能激發學生的求知欲，調動學生動手實踐的積極性，營造良好的教學氛圍，達到學思結合，從而培養了學生動手實踐能力、團隊協作能力與創新意識。

4.建立大學生畢業設計（論文）實踐基地

畢業設計是本科教學過程最后階段采用的一種總結性的實踐教學環節。學生在畢業論文選題時，一些以實際工程問題作為背景的科學研究題目受到了大部分學生的青睞，學生面對實用性較強的課題時積極性較高。通過檢索文獻，查找相關資料，了解課題的相關領域，利用軟硬件資源深入分析和研究課題。結構模型設計與訓練基地作為一個教學研究和開發設計的重要場所，為土木類本科畢業生的畢業設計提供了良好的試驗實習環境，學生可以在基地完成有限元程序模擬計算，也可以在基地制作真實結構模型，完成結構模型的加載試驗，并隨著基地設備的逐年增加，能完成的模型試驗類別將越來越多，加載形式與范圍越來越廣，這樣不僅提高畢業設計（論文）的質量，也提高了土木類畢業生綜合應用所學理論知識的能力，順應了現代社會對創新實踐人才的新需求。

5.組建有限元軟件研發興趣小組

結構模型設計在理論分析力學建模后的數值計算一般都離不開有限元程序軟件，而有限元程序模擬計算的結果也需要實驗來驗證其計算的可靠性，在一系列模擬計算與模型實驗過程中激發了學生動手實踐的興趣，引導學生獨立思考，拓寬思路，積極探索數值計算結果與實驗結果差異的原因，并嘗試開發實用性數值軟件模塊，從而喚醒學生的創新意識潛能。通過有限元軟件研發興趣小組開展的活動使學生初步養成了結構模型數值模擬與編寫簡單程序的技能，為將來進行科學研究或相關就業打下了堅實的基礎。

三、利用結構模型設計與訓練基地開展創新實踐活動的注意事項

1.注意實踐與理論的有效結合

工程學科理論學習的最終價值需要體現在指導工程實踐上。過分側重土木工程專業學生的力學理論與專業課學習、輕實踐，教學過程將枯燥乏味，紙上談兵終究不能解決工程實際問題；過分傾向于動手實踐、輕理論教學，導致學生在動手實踐時缺乏基本理論知識儲備而無從下手。因此，在創新實踐活動的實施過程中，應合理分配理論課與實踐課的學時比例，注意理論知識學習和實踐操作訓練并重，科學設計結構模型設計與制作課程教學方案，最大程度激發學生的學習動力，注重培養學生運用力學與專業知識解決實際問題的能力，注重培養學生的創新意識、團隊協作精神和動手實踐的能力。

2.注意安全教育與科學管理

結構模型的制作離不開鋸、磨、粘等多道實踐工序，在制作過程中要學會安全使用各種制作工具，防止意外傷害。在結構模型的加載階段更要注意加載設備的使用安全，要避免因結構模型的意外垮塌而出現安全事故，安全無小事，這些都需要有專門的安全教育機制。如對比較危險結構模型的加載要帶安全帽，要對結構模型破壞的危險程度要有一定的預見性，這類安全教育將使土木工程專業學生受益終生，使學生在將來的工作中能積極預防安全事故。創新實踐活動的開展使結構模型設計與訓練基地的設備使用率大大提高。基地小噸位萬能試驗機和計算機系統的安全與正常使用首先需要有良好的運行環境，滿足供配電、溫度、濕度和防雷接地等要求。還要定期檢修與保養實驗設備，避免因使用過多、負荷過重而引起機器設備癱瘓。此外，還可優化實驗室運行環境，加強規章制度管理，保證系統的穩定性和安全性，積極采用指紋管理系統等，讓學生積極參與到訓練基地的管理與建設當中來，做到科學化、人性化的維護和管理，從而提高訓練基地的使用效率，使學生能夠安全、高效地使用訓練基地。

四、結束語

結構模型設計與訓練基地是培養土木工程專業學生創新實踐能力的重要平臺，通過探索與開展創新實踐活動，開設創新實踐項目，組織參加各類創新競賽，實施教學課程體系改革，設立畢業設計實踐基地，組建有限元軟件研發興趣小組，拓展結構模型設計與訓練基地的功能，提高訓練基地的使用率，不僅有利于提高土木工程類本科生的創新實踐能力，提升土木工程類本科畢業生的綜合素質，有效克服常規教學實踐存在的一些缺點，還能為社會迫切需要的創新實踐人才的培養提供新思路。經過多年的教學實踐和理論探索，長沙理工大學“結構模型設計與訓練基地”構建了具有鮮明基地特色的創新教育體系，培養了一批具有創新精神和實踐能力的高素質人才，并在2012年湖南省首屆大學生結構設計競賽中包攬前三名，創新教育成效顯著。

參考文獻：

[1]王軍，李明，牛小玲，等.創新實踐基地建設與創新人才培養探索[J].中國電力教育，2013，（10）：198-200.

[2]陳玲玲，王義康.利用數學建模實驗室培養學生創新實踐能力的探索[J].中國電力教育，2013，（10）：201-202.

[3]付果，馬曉娟.以科研實踐提高土木工程專業學生的創新能力[J].當代教育論壇，2010，（10）：117-118.

[4]付果，彭旭龍.“結構力學”課程教學改革與實踐探討[J].中國電力教育，2013，（10）：88-89.

（責任編輯：王祝萍）