依托結構模型設計競賽談土木工程專業應用型人才創新能力培養*

苑苗苗　魏德敏　葉作楷（華南理工大學廣州學院　土木工程學院，廣東　廣州　510800）

依托結構模型設計競賽談土木工程專業應用型人才創新能力培養*

苑苗苗魏德敏葉作楷
（華南理工大學廣州學院土木工程學院，廣東廣州510800）

摘要：由于我國已將建設創新型國家作為重要戰略決策，因此教育系統尤其重視學生創新能力的培養。本文以華南理工大學廣州學院為原型，以結構模型設計競賽為例，從競賽開展的意義，競賽的實施及保障機制等方面闡述了學科競賽對于應用型本科高校學生創新能力的培養的重要性。

關鍵詞：結構模型設計競賽；應用型人才；創新能力；土木工程專業

魏德敏（1955，5-），女，漢族，四川資中人，博士，教授，研究方向：結構抗震。

葉作楷（1949，8-），男，漢族，廣東河源人，碩士，副教授，研究方向：土木工程施工。

一、開展結構模型設計競賽的背景及意義

結構模型設計競賽（以下簡稱“競賽”）是一項針對土木工程專業學生的重要學科競賽，是極富創造性，挑戰性的科技競賽。通過學生綜合運用結構力學、建筑材料、結構設計與實驗及土木工程施工等專業課知識，結合功能需求進行模型的設計和制作，比較全面地考察了學生從力學到結構、從掌握基本理論到自主設計模型的綜合應用能力。可見，在模型設計與制作過程中，鍛煉了學生的創新思維和動手能力，運用專業知識和工具解決問題的能力，這是應用型人才所需要的基本素質之一。

同時，空間桿系結構的桿件多，節點聯接質量要求高，模型制作過程是較為繁瑣與復雜的，學生在對設計模型反復計算、重復加載及不斷改進的過程中，既提高了綜合利用所學專業知識的能力，又提高了發現和解決問題的能力，既掌握了結構設計的基本步驟，又了解了優化設計的主要目的，這些素質能力的培養也是土木工程專業人才培養所追求的目標。此外，為了完成一個好的結構模型作品，學生需要團隊協作，在這樣一個過程中，可以鍛煉學生的溝通能力和合作意識。因此，該大賽是對土木工程專業應用型人才創新能力培養的推動。

二、競賽是對教學的有效補充

結構模型設計競賽是對現有教學環節的有效補充，主要表現在以下三方面：

（一）實現專業課程知識的綜合運用

為了順利完成結構模型的設計制作任務，學生不僅要掌握各門專業主干課程的相關內容，諸如建筑制圖、結構力學、土木工程材料、結構設計原理、材料力學試驗等課程的相關知識，還要將這些所學課程的知識點進一步消化，融會貫通。因此，結構模型設計競賽為學生提供了綜合運用所學專業知識的最佳機會。

（二）培養結構概念設計的初步能力

學院的結構模型設計競賽主要是大二和大三的學生參加。所以通過舉辦結構模型設計競賽，幫助學生從整體上認識結構組成的基本原理與結構設計的主要步驟，使他們面對復雜的結構體系時，能通過自己的分析判斷，給出清晰的結構受力情況和傳力路徑，初步具備結構概念設計的能力。

（三）以競賽促進教學相長

結構模型設計競賽既是學生不斷學習不斷實踐的過程，同時有助于指導教師科研能力的提高和工程意識的增強，特別有利于青年教師在專業實踐經驗方面的豐富和提高。青年教師在指導學生進行結構模型制作加工和優化設計的同時，共同探討相關力學基本概念和分析計算方法的傳授方式，從而起到提高課堂教學能力，教學相長的作用。

三、競賽實施方案的規范與完善

目前，結構模型設計競賽已經成為學校學術科技節的特色品牌活動。學院本著“實基礎、重實踐”的人才培養理念，將在每年的春季學期舉辦一屆結構模型設計競賽，面向全校學生。為了保障結構模型設計競賽的可持續開展，學院將從以下幾方面進一步規范和完善這項活動：

（一）建立健全大賽的相關機構與制度

建立健全相關制度對學科競賽進行規范化管理是保障競賽可持續開展的基礎。

1.建立三級組織管理機構

由于我校高度重視學科競賽，按照“學校主辦、學院承辦、目標管理”的原則，采用校、院、競賽項目負責人三級組織管理，可以確保信息流和資金流的順暢。

圖1　結構模型設計競賽部分作品

圖2　結構模型設計與實驗課學生作品

2.完善競賽管理制度

高效的競賽管理除了有健全的組織機構，還要有完善的管理機制。為了使競賽管理工作更加科學化、規范化和制度化，有效達到競賽目的，預先要制定競賽實施方案，然后按照方案要求，分工負責組織實施競賽。

3.構建師生激勵機制

只有構建師生雙贏的激勵機制，實施科學管理，才能充分調動大多數教師和學生的積極性，即教師認真積極指導學生，學生認真積極參加競賽，從而做到教學相長。對于競賽獲獎的學生給予一定的物質獎勵，并在綜合測評中給予綜合素質加分及學分認定；對于參加指導的教師，在年度評優評先考核中，給予優先考慮。

（二）大賽的組織運作模式

為了提高大賽的有效性，除需建立健全相關制度外，還要確定每屆大賽的主題，不斷探索競賽運作模式的多樣化。譬如，2015年舉辦的結構模型設計競賽主題為“砼力創新，專筑設計”。下面以2015年結構模型設計競賽為例，簡要介紹該賽事的相關流程：

1.競賽的組織

由于此次競賽是面向全校學生開展的，所以分別設置了專業組和興趣組，一般非土木工程專業的學生分在興趣組。從組織報名、競賽宣講會、模型材料的選擇、采購及領取乃至模型制作及作品提交，整個過程有條不紊。競賽是由學院學生工作辦組織跟進，競賽前制定了詳細的策劃書。

2.競賽規則及制作技能培訓

為了使結構模型設計競賽更具專業性和規范性，組織機構將邀請相關領域專家對競賽規則及模型制作技能給予專業指導，如結構模型的選型，模型材料的力學特性，設計計算書的內容綱要等。另外，為每支參賽隊伍安排指導老師，學生可以在老師的指導下完成結構選型和初步分析。同時，召開所有報名參賽學生（數十支參賽隊伍）的培訓會，專業教師就結構選型及模型制作等開展專題講座。

3.模型制作的過程化管理

（1）材料性能試驗

對于專業組的結構模型，評價的技術指標主要是模型的荷載-質量比，即質量越輕而承載能力越強的結構模型將在競賽中獲勝。而材料的力學性能優劣直接影響結構的承載能力，但是，結構模型設計競賽所用材料可能不是一般常用的土木工程材料，譬如白卡紙、竹皮等，這些材料的力學性能參數從現行技術規范中難以獲知。因此，參賽學生首先要自行設計試驗方案，對模型所用材料的力學性能進行測試。在此過程中，學生通過設計試驗方案、操作材料試驗機、采集和處理數據等，鍛煉和提高了動手能力，強化了對材料性能及其試驗方法的了解與掌握。

（2）結構模型制作

構模型的制作相當于實際工程結構施工過程的模擬，這是結構模型設計競賽中相當重要的一個環節。雖然前期已經進行了結構選型及結構合理性的初步分析，但是如果模型制作不夠精細，構件之間的節點處理不得當，均可能導致前功盡棄。

另外，為了減輕結構模型的自重，在設計中一般會選用薄壁構件，而薄壁桿件的截面尺寸和幾何形狀，關系到其拉、壓、彎、剪性能。這就需要學生從基本力學概念出發，充分發揮空間想象力，根據不同桿件截面的受力特點及材料力學特性，在結構模型的不同部位選用合適的桿件材料、截面形式及幾何尺寸。此外，模型的制作必須耐心細致，每一構件的幾何尺寸和空間定位都要保證精確。

通過結構模型的加工制作，學生在一次次的失敗和改進過程中，既能得到專業技能訓煉，同時也能提高發現問題并加以解決的能力。在這一過程中，學生往往能夠設計出一些巧妙新穎的結構形式和節點連接方式，對于創新能力的培養大有幫助。圖1為部分學生的參賽作品-桁架式橋梁結構模型。

（三）課程教學與競賽的融通

為了培養大多數土木工程本科生的創新能力和實踐能力，除了組織結構模型等競賽以外，還需要開設相應的創新實驗課程，如結構模型設計與實驗，隸屬于實踐教學環節。其課程選題及操作環節與競賽較為接近，但相對于競賽而言，在此類課程教學中，教師對學生的實踐能力輔導會多一些，具體一些，而接受相應培訓學生的動手機會要多一些，接受效果會好一些。圖2為選修結構模型設計與實驗課程學生制作的結構模型。

四、競賽成效與相關啟示

（一）競賽成效

1.學科競賽獲獎情況。兩年來，通過舉辦結構模型設計競賽，在學生發現了一批理論基礎扎實，實踐能力較強的苗子，如“敏捷杯”華南理工大學第十一屆土木結構模型設計競賽中，我院學生在與一本學校學生的競爭中毫不遜色，獲得了三等獎。在第五屆中南地區（七省）高校土木工程專業結構力學競賽中，我院兩名學生分別榮獲三等獎和優秀獎，這對于獨立學院的學生而言，實屬不易。

2.科技創新情況。土木工程學院創辦以來，積極組織學生參加各類科技創新活動，開展創新創業實踐，多次獲得相關獎項。其中大學生研究計劃共立項4項，學生在國家、省級學術期刊中發表論文2篇，2015年獲批省級大學生創新創業訓練計劃項目1項。

幾年來的實踐證明，華廣土木工程學院學科競賽體系運行效果良好，學生的參與面逐漸擴大，不僅提高了學習主動性，擴寬了專業知識面，動手能力也得到了明顯提高。學科競賽在促進學生全面發展，提高綜合素質，培養創新型人才方面起到了重要作用。

（二）相關啟示

學科競賽在培養創新人才方面具有獨特的功能，尤其在應用型本科院校的人才培養中更具有重要的現實意義。為了確保學科競賽活動的持久良性發展，需要建立相應的保障機制。

1.組織保障。校院兩級領導的重視是學科競賽活動持久有序開展的前提，學校應將學科競賽活動列為學校的常規工作，成立專門的校、院兩級學科競賽工作委員會，形成校院目標管理，過程管理機制。

2.訓練保障。學生是學科競賽的主體，只有形成科學合理的學生訓練、選拔機制，才能保證學科競賽活動的持久、健康發展。注重賽前規劃與訓練，實施項目化運行，以競賽成績作為相關考核依據，并將學科競賽納入人才培養計劃中，如開設與學科競賽相關的選修課，吸收學生參與教師科研活動，多種形式普及學科競賽知識等。

3.隊伍保障。指導教師對學科競賽的開展起到了主導作用，因此需要構建知識結構多樣化的指導教師隊伍，吸引教學經驗豐富、責任心較強、有工作熱情、有一定科研經驗的教師加入指導教師隊伍。

4.經費保障。經費投入是學科競賽能夠順利開展的重要物質保證。學校應設立學科競賽專項基金，按學科競賽的性質和類別，設定相應的經費支持標準，例如可以考慮通過立項方式對學科競賽資金進行管理。

總之，用保障機制推動學科競賽的可持續開展，對應用型人才創新能力的培養是至關重要的。生結構設計競賽作品選編[M].北京：中國建筑工

參考文獻

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Abstract:Since China took building an innovative country as an important strategic decision, the education system has particularly put emphasis on cultivating students' innovation ability. Taking Guangzhou College of South China of Technology as the prototype, this paper described the importance of discipline competition for development of students' creative ability from the meaning, the implementation and safeguard mechanism of competition.

Keywords:Structural Model Design Competition; applied talents; innovative ability; civil engineering major

中圖分類號：C961

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）05-0011-03

*基金項目:華南理工大學廣州學院2015年度“創新強校工程”建設項目(JY150317）。

作者簡介：苑苗苗（1982，2-），女，吉林長春人，博士，講師，研究方向：道路工程。