結構設計競賽對土木專業實踐つ芰ε嘌作用與思考

孫毅 晏致濤 卜長明 劉欣鵬

摘 要：大學生結構設計競賽是土木工程領域最具有影響力和競爭力的學科競賽，其國家級比賽是教育部確定的全國九大大學生學科競賽之一，在其指導之下更開展了大量的省市校各級比賽活動。通過介紹比賽特點，總結國家級、省級比賽的情況，結合了重慶科技學院圍繞著結構設計競賽開展的各方面工作和收獲，肯定和證明了結構設計競賽對于土木專業學生的實踐能力培養作用，最后在現有工作基礎上提出了不足和建議。

關鍵詞：學科競賽；結構設計競賽；實踐能力培養；結構模型

一、 引言

學科競賽，一直都被認為是實踐教學體系的有效結合和補充，同時也在某種意義上成了教學模式改革的一個載體，被認為是對于大學生的創新能力培養具有顯著的作用。大學生結構設計競賽是結合了力學概念、專業設計知識和實際動手能力的一項學科競賽，一般由1到2名指導老師和3名隊員組成參賽隊伍，提前給出設計題目，現場根據組織方提供的原材料和工具進行結構模型制作，完成后需要根據題目進行受力加載，結構承受的荷載越大，自重越輕，得分就越高。該項比賽對于結構設計水平和力學概念要求較高，能夠體現結構設計的巧妙和手工制作的精細對于結構性能的影響，因此對于土建類專業的師生具有極大吸引力。

二、 大學生結構設計競賽概況

（一） 全國大學生結構設計競賽

全國大學生結構設計競賽由教育部、住房和城鄉建設部、中國土木工程學會聯合主辦、由各高校輪流主辦，為教育部確定的全國九大大學生學科競賽之一。全國大學生結構設計競賽的宗旨是：培養大學生的創新意識、合作精神，提高大學生的創新設計能力、動手實踐能力和綜合素質，加強高校間的合作與交流。該項比賽于2005年在浙江大學舉行了第一屆比賽，至2019年11月在華南理工大學已經是第九屆比賽。該項比賽在土木領域具有極強號召力和激烈的競爭力，每屆比賽均有清華大學、浙江大學、同濟大學、東南大學、重慶大學等100所左右土木領域頂尖高校參賽，獎項含金量極高。

全國結構設計競賽的參賽隊伍資格有兩類，第一類是大賽的9家發起高校，第二類是通過每個省、市、自治區的分區賽獲得優秀的學校代表隊。為了確定第二類的代表隊伍，許多省都舉辦了省級比賽，作為全國比賽的資格賽。

每一屆比賽由輪流承辦的學校組委會出題，題目經過由全國知名土木工程專家組成的專家委員會評審后執行。題目工程背景豐富，包含有高層建筑、橋梁、風力發電機、大跨懸挑屋蓋、高蹺、古建筑等多種結構形式，考察的承受荷載包括地震荷載、風荷載、車輛荷載、沖擊荷載、人體荷載等。模型制作材料主要采用0.2mm、0.35mm和0.5mm三種不同厚度的集成竹皮，運用502膠水粘接成受力結構。隨著前期題目中常規結構受力類題目已經出現過以后，近幾屆比賽題目越發推陳出新。如第7屆的隊員踩高蹺結構奔跑競速，要求隊員自身加入，除了考察結構設計和制作能力之外還對隊員的身體運動能力提出了要求，增加了趣味性和參與度；又如第9屆3D打印構件現場裝配的新技術，第一次引入了3D打印這一新興熱門技術，同時又反映了目前裝配式建筑產業化發展的理念和要求。

（二） 省級大學生結構設計競賽

云南省結構設計競賽從2010年開始舉辦，有云南省10多所本科和專科院校參賽，每個學校參賽隊伍3-5支，每年基本直接采用國賽的賽題。

四川省結構設計競賽從2014年開始舉辦，第一屆含4組不同題目，第二屆含2組不同題目。

重慶市結構設計競賽從2018年開始首次舉辦，第一屆由8所具有土木工程本科專業的高校參加，每個學校有3支隊伍參賽，直接采用國賽賽題。

三、 重慶科技學院的大學生結構設計競賽實踐

重慶科技學院向來重視大學生結構設計競賽實踐，圍繞這個重要的學科競賽，從各方面開展了工作，并取得了豐碩的成果，也反過來證明了此項活動對于人才培養的有效性。

（一） 全國比賽的選拔和參賽

重慶科技學院于2012年第一次組隊參加第6屆全國大學生結構設計競賽，其后至今已經連續參加了4屆比賽。隨著參賽經驗的豐富和老師、學生的重視程度日益增加，參賽成績也得到不斷提高。

通過幾年來的國賽選拔和參賽，目前已經初步形成了穩定的參賽隊員選拔機制。每屆國賽集訓隊由6名學生和2名指導老師組成，其中3名學生為主要參賽隊員，其余3名學生為后備隊員，以此達到老帶新，傳幫帶的作用，有利于比賽傳統的延續。目前比較穩定的國賽參賽隊員為大三的同學，通過兩年的校賽、省賽積累，已經有了豐富的實戰經驗，可以發揮出較為穩定的實力。

（二） 校內比賽組織

截至目前，重慶科技學院已經連續舉辦了12屆校內結構設計競賽，獲得了廣泛的關注和好評。其中以2015年12月的第9屆比賽規模最大，報名隊伍共100多支，除了校內10個不同學院的學生參與之外，還邀請了西南大學、解放軍后勤工程學院等7所高校和中煤重慶設計院、重慶誠業建筑2家企業代表隊參賽。

（三） 參加外省省賽

在2017年以前，重慶市無市級比賽，為了拓寬學生參賽面，為國賽獲取更好成績進行鍛煉，重慶科技學院積極參與外省的結構設計競賽。

2014年7月，派遣本校教師到昆明學院觀摩云南省第五屆結構設計競賽；2015年6月，派出1只學生隊伍到昆明理工大學參加云南省第六屆結構設計競賽；2015年，分別派出2只隊伍到西南科技大學和成都理工大學參加了四川省第2屆、第3屆結構設計競賽，分別參加結構組和巖土組的比賽。

（四） 大學生科技創新

通過大學生結構設計競賽的訓練和比賽過程，指導教師和參賽隊員對于材料、構件和結構的力學性能理解進入了更深的層面，也在此方面進行了深入的探索，開展了一系列科技創新活動。

從2014年開始，在專業教師指導下，開展了重慶市創新訓練項目《竹木結構性能研究與教學模型庫建設》，結構設計競賽參賽學生利用竹制材料制作各種結構模型。首批制作了由超過1萬個構件組成的鋼結構重型廠房結構模型。模型按照軸線1∶50，截面1∶25的比例完全模擬了11榀梯形屋架所形成和的廠房架構，模擬構件包含上弦、下弦、腹桿、鋼柱、牛腿、填板、支座、現場安裝連接板等類型構件，如圖1所示。

通過這類精確模型的制作過程，不但參與學生充分理解了相關結構的各部分細部構造和傳力機理，還可以作為專業課程的教學工作，供其余同學參觀。同時，用學生自己親手制作的模型進行教學，能夠對學生起到極好的鼓勵和帶動作用。

（五） 參加類似競賽

結構設計競賽的訓練除了增強學生在土木專業領域的知識和概念之外，還培養了學生的團隊協作精神和動手能力，這也使他們能夠積極參與到類似的學科競賽之中并獲得優異成績。

2015年3-5月，重慶市舉行了五校聯合首屆科技創新大賽，由重慶大學、重慶醫科大學、西南政法大學、重慶師范大學和重慶科技學院共同參加。比賽初賽在各校校內進行，內容是“吸管承重”，利用規定數量和規則的吸管制作承重結構，然后利用承重量與結構自重的比值為參考計算成績。決賽由五校選拔的共12支隊伍參加，題目是“鏈式反應”體系的設計與制作，在整個反應過程中表達設計主題。重慶科技學院派出由結構設計競賽集訓隊員組成的2支隊伍參賽，最終分別獲得了第1名和第4名的優異成績。

四、 思考與建議

（一） 存在的問題和思考

1. 老師積極性不足。要在比賽中獲得好成績，老師必須花費足夠的精力進行指導，因此大部分老師不愿承擔此項工作，僅有少量老師憑借自己的興趣和責任感進行指導，導致學生受益面太窄。特別是參加校級比賽的學生眾多時，需要大量的指導老師參與，這個問題更為凸顯。

2. 學生受指導有限。學生剛接觸結構設計競賽時往往一籌莫展，無從下手，即使是專業老師，如果接觸及結構設計競賽不多，也不能有效對學生進行指導。舉行校賽時參賽隊員眾多，還包括許多非土木專業的同學，目前僅僅通過參加國賽的指導老師和國賽隊員在固定教室對少部分同學進行指導，涉及面極其有限。

3. 對學生獎勵不夠。結構設計競賽是一項專業性較強的比賽，一般想要獲獎就必須付出大量的辛勤和汗水。而能夠獲獎的隊伍畢竟是少數，能夠參加省賽、國賽的同學更是少之又少。由于沒有足夠信心，擔心自己的辛苦訓練沒有回報，一部分同學容易面對競爭產生退縮情緒。

（二） 一些建議

1. 針對老師的積極性問題，建議結合績效考核改革肯定教師的指導工作量，根據各級比賽的指導工作量在績效考核中進行體現，哪怕沒有獲獎的指導老師也要肯定其工作量。

2. 針對學生受指導有限的問題，建議開設關于結構設計競賽模型制作的專業選修課程，由經驗豐富的指導老師和國賽參賽隊員共同授課，課程以實踐練習為主，以理論教學為輔，集中指導，學生通過完成作品的形式進行考核，獲得學分。

3. 針對學生受獎勵不夠的問題，應該充分看到參賽后未獲獎或者未參加省賽、國賽學生的努力和工作，一方面可以對參賽學生進行素質教育學分認定，另一方面可以在各種科技創新獎學金和學業獎學金評選時優先考慮。

參考文獻：

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作者簡介：孫毅，晏致濤，卜長明，劉欣鵬，重慶市，重慶科技學院建筑工程學院。