以大学生结构设计竞赛促进土木工程教学改革

一、大学生结构设计竞赛概述

1994年，清华大学土木工程系举办了第一届结构设计大赛，当时的题目源起于清华大学的一座观赏性小桥——“莲桥”的建造。2000年，根据清华大学的策划方案，浙江大学在校内组织开展了首届大学生结构设计竞赛，后晋升为浙江省大学生结构设计大赛。2004年，由浙江大学倡议，清华大学、同济大学、哈尔滨工业大学、东南大学等国内著名高校共同联合发起了全国大学生结构设计竞赛。为此，国家教育部高等教育司颁布了《全国大学生结构竞赛章程》。2005年，在国家高等教育司和中国土木学会教育工作委员会的联合主办下，第一届全国大学生结构设计竞赛在浙江大学举行。全国大学生结构竞赛是由国家教育部、住房和城乡建设部、中国土木工程学会联合主办，是目前国内土木工程专业最具影响力的大学生科技创新活动赛事，已被教育部列为大学生九大科技竞赛之一，旨在通过对所学知识的综合运用，提高学生的动手能力与思维能力，突出创新精神，强调团队精神，将理论知识转化为解决问题的能力，通过结构设计大赛将课堂理论与实践紧密结合起来，其在促进土木工程专业教育事业发展、营造良好的学习探究氛围等方面发挥着积极作用。

嘉兴职业技术学院一贯注重学生实践和创新能力的培养，建筑专业也是学校近几年重点发展的专业。近年来，建筑专业为培养学生实践创新能力，积极组织学生参加土建学科领域的各项比赛，其中就包括浙江省大学生结构设计竞赛暨全国大学生结构设计竞赛选拔赛，并在短短的三年里，就获得了三等奖一项，二等奖两项的好成绩。在参与竞赛指导的日子里，笔者见证了学生在做模型的过程中，创新思维、实践能力、学习主动性及团结协作能力都得到很大的进步。与此同时，也暴露出一些问题，例如学生的力学分析计算能力和力学软件的应用都较薄弱。因此，笔者对建筑结构相关课程的教学改革进行了尝试和探索，希望能让更多的学生受益于面向学科竞赛的教学手段和方法，进一步提高学生结构设计制作能力。

二、基于大学生结构设计竞赛的教学改革内容

笔者一直担任大学生结构设计竞赛小组的指导教师，通过指导学生的结构模型设计，从大学生结构设计竞赛的视角去审视我校土木工程专业教学工作存在的缺陷和不足，深感在教学中要着重提高课程的应用性和实践性，以提高学生对课程的学习兴趣和积极性，以便引导教学改革工作朝着健康的方向发展和进步，笔者认为需要积极做好以下几方面的工作：

1.建立健全高效的工程力学课程体系。依照大学生结构设计竞赛的基本精神，可以做好以下几个方面的工作：①遵循工程力学实践性强的学科特点，实现对于教学课程内容的重新塑造，摒弃其中过于复杂的理论讲述，引入多媒体资源，构建对应的教学案例，将应用型内容作为教学重点，激发学生积极去思考和探究的热情。在教学方法和手段上，可以尝试将提问教学法、归纳对比教学法、小组讨论教学法和案例教学法融入其中，以实现对于学生潜能的激发，使得学生形成独立思考问题的习惯。②增加力学软件的学习。结构分析计算是学生的薄弱之处，而结构设计大赛要求参赛学生需要撰写计算书，对结构力学性能进行分析。这里可以使用力学软件来辅助计算，比如用力学求解器、PKPM等。之前的教学缺乏对这些软件的系统学习，致使参赛学生软件使用不熟练，计算书撰写基本由指导老师代劳。应该开设结构设计软件课程，使学生掌握基本的结构设计软件，辅助结构分析，这对学生的专业素质提升有很大的帮助。

2.加强开放性试验教学。首先，在基础知识部分的课堂讲授中，介绍国家规范和标准的背景知识与资料，以及典型工程试验实例，并及时把结构试验最新研究成果引入教学中。其次，增加开放性实验。在开放性试验中，学生可以到实验室亲自制定试验方案，亲自动手制作试件，亲自进行试验操作和数据处理，然后进行成果分析与整理。教师仅起指导作用，这样可极大地调动学生的学习积极性和创造性，培养学生的创新能力。由于试验内容为综合型系列试验，因此在试验过程中，学生可得到较为系统的试验技能训练，加深对课程基本理论和内容的理解及应用，同时还可促进和加强实验室的建设工作，收到良好的教学效果。

3.工程结构课程体系改革。在结构课程教学方面，增加学生对所学知识运用的环节，比如结构课程里面，增加学生制作常见构件模型，并计算模型构件受力等教学内容。在课程教学中理论一定要结合实际，要让学生接触实际工程中相关的构件，增加感性认识。其次，结构设计竞赛对课程建设和学生学习有着重要作用。结构竞赛模拟了实际工程“可行性研究—方案设计—制造—调试—验收”的全建设过程，侧重锻炼计算与动手能力，使得学生的自主意识和创新能力得到了极大的提高，对他们迅速走入工作岗位有着积极的效果。而参加结构竞赛的同学人数受到限制，不能使所有的学生都从竞赛中获益。因此，可以在实训环节采用模拟结构竞赛的方法锻炼学生自主设计、自主搭建、自主完成实验的能力。

三、基于大学生结构设计竞赛的教学改革成效

为了系统地总结经验，笔者进行了关于结构竞赛活动的调查研究，发出问卷并回收197份，召开座谈会2次，收集单项总结报告12份。基于调研分析结果，笔者认为基于大学生结构设计竞赛的教学改革对学生产生了以下积极的影响：

1.激发了学生的学习兴趣。学习的原动力来源于兴趣，调查表明，72%的学生对结构设计竞赛持赞同度，学生认为结构设计竞赛对专业知识学习有促进作用的占绝大多数。由于竞赛的目的明确，紧密结合课堂教学，学生能力提高非常明显，竞赛过程使学生的实际技能和创新能力、竞赛意识、心理素质都得到锻炼和提高，使学生意识到了今后工作的重要性。比赛不但营造了氛围，还提高了学生动手解决问题的能力和把理论知识与实践结合的能力。

2.促进了高校的学风建设。学科竞赛有一定的规则，有时间规定，比赛有多个形式不同的内容，有一定的组织性、连贯性。竞赛要求学生要有严谨的态度，分工合作，思维创新，对学风建设的开展是有力的保证，学生也在这个过程中潜移默化地形成了良好的学习行为习惯。

3.营造了良好的学习氛围。竞赛通过不同环节的活动来引导和催生学生对学习重要性的认同、知识价值的认识、对学习知识的兴趣、对学习的意志行为力，形成一种心理氛围，进而使所有成员受到影响，通过活动的发散效应创造了良好的学习氛围。

4.增强了学生的就业竞争力。竞赛模拟了实际工程“可行性研究—方案设计—制造—调试—验收”的全建设过程，侧重锻炼计算与手动能力，使得学生的自主意识和创新能力得到了极大提高，对他们迅速走上工作岗位有着积极的作用。部分学生已经把结构竞赛获奖的情况写入到个人的求职简历中，把它作为就业求职的“加重砝码”，帮助他们得到用人单位的认可。

5.促进了实验室的建设。竞赛过程中涉及模型加载，且占总分值的80%。我们在力学实验室的基础上经过改造，建成了创新能力培养实验室。创新能力培养实验室主要有三个功能：一是陈列往年的模型，供同学们参考学习；二是作为结构模型制作场所；三是推进结构设计竞赛设备的研制。

6.提高了学生的综合素质。通过结构设计竞赛，学生的综合素质得到了锻炼，成效明显，主要表现在以下几方面：①锻炼了学生的团队协作能力。通过合理的分工，紧密联系，不少来自于不同专业的组员在取得了成绩的同时，建立了深厚的友谊。②提高了学生的软件应用能力。部分组员为了分析计算，自学了结构力学分析软件，并且查阅了大量的资料，提升了专业能力。③提高了学生的动手能力。模型制作是大学生结构竞赛的重要环节之一。在这个环节中，参赛队员需要在大赛组委会指定的地点和规定的时间内，使用大赛组委会统一提供的模型制作材料和制作工具进行参赛结构模型的制作。④提高了学生动手实验的能力。结构竞赛有一个模型加载环节，分值占了总分的80%，要求学生具有良好的动手实验的能力。学生在平时训练的时候利用实验室做了大量的实验，对仪器的使用及实验分析能力得到了加强。⑤锻炼了学生的意志品质。不少竞赛队员为了完成作品，通宵设计与制作，为了了解知识，阅读了大量的信息和资料。通过比赛这样一个过程尝试了竞争，树立了正确的竞争意识，培养了集体荣誉感。做模型的过程序中品尝到成功的喜悦和失败的痛苦，积累了人生的经验，锻炼了意志和品格。⑥提高了学生的口头表达能力。结构竞赛设有现场答辩环节，这是学生对参赛作品设计方案创新性的总结和汇报，能够锻炼学生的口头表达能力和汇报自我成果的能力。