基于復合材料橋梁競賽的教學實踐與探索

佟麗莉+郭軼宏+張建華+張學義

摘要：超輕復合材料橋梁競賽是國際范圍內復合材料專業競賽，在美國、法國、中國等國家舉辦的SAMPE地區學術年會中同期舉行，該競賽對于提高復合材料力學、結構力學、數值模擬、專業英語等課程教學，激發大學生學習專業知識的興趣，鍛煉學生分析問題、解決問題的能力都起到了促進作用，在近幾年的課程教學中，將大學生的競賽融入到教學實踐中，取得了一定的成效，通過實踐創新教學體系的建設，提高了專業課程的整體教學水平。

關鍵詞：橋梁競賽；創新體系；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）22-0149-02

超輕復合材料橋梁競賽是由SAMPE（The Society for the Advancement of Material and Process Engineering）學會主辦、美國國家航空航天局、波音公司等企業贊助支持的國際性學生競賽，已經成功舉辦19屆。我校SAMPE超輕復合材料大學生科技創新團隊自2009年成立，指導老師7人，學生成員累積上百人。2010年10月首次參加在上海舉辦的第二屆超輕復合材料制造學生競賽，獲得橋梁組冠軍。2011年5月參加在美國長灘市舉辦的第十四屆國際SAMPE超輕復合材料學生橋梁競賽中獲得亞軍；2011年10月參加在天津舉辦的第三屆超輕復合材料制造學生競賽獲得1項一等獎、2項二等獎、1項三等獎。2012年5月24日在美國馬里蘭州巴爾的第十五屆國際超輕復合材料橋梁學生競賽，共獲3項單項冠軍、1項亞軍和2項季軍，以總分第一摘得團體冠軍。SAMPE團隊自組建7年以來，不斷學習溝通，團結協助，在國際、國內大賽中取得了優異的成績。學生通過競賽，對專業知識有了深刻的理解，提高了學生學習復合材料專業知識的興趣，鞏固了學生的力學基礎，鍛煉了學生的思維，拓展了學生的視野，增加了與國內外學生之間的交流，培養和發現了大批優秀的復合材料創新人才。另一方面，競賽為教師提供了教學交流的良好平臺，教師團隊通過指導學生，將競賽融入到平時的日常教學中，將競賽培訓與日常教學緊密結合，提高了整體的教學水平，促進了國內外高校之間復合材料力學教學的溝通，提高了教師的業務能力和復合材料教學質量，促進了高等學校專業課程建設的改革。

復合材料橋梁國內國際競賽對學生專業學習、科技創新、團隊合作競賽培養和教學環節有很大的促進作用，主要表現在以下幾個方面。

一、橋梁競賽提高學生的力學素養及創新能力

全面實施力學素質教育、培養學生力學創新能力是當今高等教育的主要任務之一，其根本途徑之一是重視學生力學基本知識的培養。SAMPE橋梁競賽是夯實力學基礎知識的有效途徑，以賽促學，不僅能提高學生的力學思維能力，培養學生的創新能力，而且提高了學生的自學能力，拓展了知識面，為學生后續的相關專業的學習起到了良好的促進作用，同時增強了學生在就業中的競爭實力。

1.以比賽促進學習，激發學生學習興趣，提高自學能力。力學知識尤其是復合材料力學知識一貫以其抽象性、枯燥性讓很多學生望而生畏。在教學改革的實踐中，教師一直在尋找激發學生學習興趣的突破口。橋梁競賽是有效的教育手段之一，很好地培養和激發了學生學習力學及復合材料相關專業知識的熱情。自2010年起，SAMPE北京分會開始在國內舉辦“超輕復合材料橋梁競賽”，比賽規則與美國的相同，在國內獲獎的選手推薦赴美國參加SAMPE學會主辦的橋梁競賽，這樣吸引大批學生積極參與。在這個過程中，教學經驗豐富的教師團隊對學生競賽進行輔導，培訓中不斷夯實學生的基礎知識，開拓學生的視野。學生從原來的被動接受專業知識變成了積極主動地去探討，學習目標明確。在設計橋梁的過程中，除需要復合材料、力學專業知識，還需要學習CAD繪圖軟件、結構分析軟件，模具設計及成型工藝等相關知識，過程中學生對其他知識的學習都是根據自己的興趣，自學完成，出現的問題和指導教師討論交流，這樣除鞏固了所學知識外，還拓展了知識范圍。

2.以競賽促進學習，提高創新能力。復合材料橋梁競賽方案設計過程中，除了需要掌握專業基礎知識之外，還需要學生分析問題和解決問題的能力。需要學生具有創新意識、創新思維、創新技能等諸多要素，具有好奇心、求知欲、獨立思考能力，競賽使學生在學習過程中，不拘泥于書本，不迷信于權威，不依賴于常規，而是以已有的知識為基礎，結合競賽規則，獨立思考，大膽探索，尋找獨創性的解決問題的方法，競賽結果統一的沒有標準答案，以重量最輕，承載最高為目標，每年成績都在提高，每年方案均不相同，沿用上一年的方案不可能達到最優結果，這樣促進學生的探索精神、創新思維，突破常規思維界限，以不同視角、方法思考問題，提出與眾不同的解決方案，鍛煉學生的創新技能。

3.提高學生的外語水平及表達能力。通過競賽前方案的討論，比賽過程中與國外學生的交流，鍛煉并提高學生用英文交流的能力，提交英文方案及分析競賽規則，提高了學生寫作及閱讀能力。使學生意識到英文作為交流工具的重要性，競賽過程中提高了外語的聽說寫水平。

二、橋梁競賽推動了復合材料力學等相關專業的教學工作

橋梁競賽不僅為廣大學生提供了展示自我、鍛煉自我的平臺同時也為教師們提供了溝通的平臺，有利于促進學校間的教學交流，提高整體教學水平。同時也促進各學校在復合材料力學等專業課程的投入力度，在學校政策支持、師資力量以及教學方法等方面都有不斷的提升，學生競賽對促進專業課程教學研究，開展教學方面的學術交流，發揮了積極的作用。

1.多元教學方式，促進教學改革。在指導學生競賽過程中，學生不定期、不定時地會有疑問需要討論及交流，這也促進了網絡教學平臺的快速發展，建設課程教學的網絡平臺，提供教師之間、師生之間、學生之間的有效交流平臺，實現學生間有好互助模式。同時，利用豐富的教學網絡資源等平臺，提高學生利用網絡資源、校園網內電子圖書資料解決問題的能力，實現學生素質的全方面提高。學生在準備競賽方案過程中，學生除需要自己設計方案，還要自己設計模具、自己動手進行工藝成型，實驗室進行力學性能實驗，這種學習方式打破了傳統的灌輸式的教學模式，使學生走出教室，進入實驗室，不僅自己動腦，還需要自己動手，感受知識帶來的樂趣，從而加深鞏固所學知識，這種新的聽、說、看、觸的教學模式，有力于學生的學習，相比傳統的講授形式，提高了教學效率和教學效果。指導學生競賽過程中，需要圍繞競賽問題，指導學生學習相關的專業知識，進行與同一問題相關的專業教學活動，使專業之間的教學互相之間有銜接，有關聯，引導學生為解決問題而去學習，通過多門專業課的教學活動，指導學生將多門專業知識都能用于解決問題，這與傳統的教學模式相比，提高了效率和效果。

2.構建了復合材料橋梁實踐創新教學體系。復合材料橋梁實踐創新教學體系是以復合材料橋梁競賽為目標而開展的一系列教學活動，分為三個階段。第一階段，進行基礎課程的學習，包括材料力學、結構力學、機械制圖等課程的學習，這些課程是面向全校學生的必修課，通過這些課程的學習，掌握基礎的力學知識和繪圖能力。第二階段是計算機知識的學習，包括SOLIDWORK、ANSYS、ABAQUS軟件的學習，這些課程是選修課，通過課程的學習，能夠對復雜形狀結構進行分析設計。第三階段是專業知識的學習，包括復合材料力學、復合材料工藝、模具設計，通過學習，掌握并了解復合材料相關專業知識。通過以上時間教學體系的學習，學生基本掌握復合材料橋梁設計及制作技術，熟悉競賽流程。哈爾濱工程大學SAMPE創新團隊在2011年連續六年參加美國SAMPE學會主辦的學生橋梁競賽，并取得一等獎六項，二等獎六項，三等獎九項，相關研究參加國際會議發表文章3篇，實踐教學證明，復合材料橋梁實踐創新教學體系有著良好的教學效果。

隨著現代化教學理念的不斷更新，各類競賽的不斷開展，將會出現更多新的教學實踐方案，探索更多的教學模式，達到最佳的教學效果。

參考文獻：

[1]周雪梅，何昆鵬.基于科技競賽的創新能力培養研究[J].教育教學論壇，2014，4（14）.

[2]陳妍冰，劉琳靖.基于機器人競賽的教學改革研究[J].教育教學論壇，2015，5（21）.

[3]馬英忱，韓保紅.大學力學基礎課程教學中學生能力培養的研究與實踐[J].大學教育，2014（13）.

[4]許昊，徐龍軍，李洋.大學生結構設計競賽中創新能力的培養與發揮[J].高等建筑教育，2011，20（5）：121-124.

Practice and Exploration of Education Based on Composite Bridge Contest

TONG Li-li，GUO Yi-hong，ZHANG Jian-hua，ZHANG Xue-yi

（College of Aerospace and Civil Engineering，Harbin Engineering University，Harbin，Heilongjiang 150001，China）

Abstract：Super lightweight composite bridge contest is an international competition within the field of composite materials and held in the same period of SAMPE technical conference in the United States，France and China. The contest can improve teaching level such as composite mechanics，structural mechanics，numerical simulation，professional English teaching. Meanwhile，contest can arise students' interest in learning professional knowledge and increase student's ability to analysis and solve problems. It have played a role in guiding students into teaching practice. Professional curriculum teaching level had been improved through the construction of practice teaching innovation system.

Key words：bridge contest；invocation system；educational reform