结构设计竞赛对土木专业实践つ芰ε嘌作用与思考

孙毅 晏致涛 卜长明 刘欣鹏

摘 要：大学生结构设计竞赛是土木工程领域最具有影响力和竞争力的学科竞赛，其国家级比赛是教育部确定的全国九大大学生学科竞赛之一，在其指导之下更开展了大量的省市校各级比赛活动。通过介绍比赛特点，总结国家级、省级比赛的情况，结合了重庆科技学院围绕着结构设计竞赛开展的各方面工作和收获，肯定和证明了结构设计竞赛对于土木专业学生的实践能力培养作用，最后在现有工作基础上提出了不足和建议。

关键词：学科竞赛；结构设计竞赛；实践能力培养；结构模型

一、 引言

学科竞赛，一直都被认为是实践教学体系的有效结合和补充，同時也在某种意义上成了教学模式改革的一个载体，被认为是对于大学生的创新能力培养具有显著的作用。大学生结构设计竞赛是结合了力学概念、专业设计知识和实际动手能力的一项学科竞赛，一般由1到2名指导老师和3名队员组成参赛队伍，提前给出设计题目，现场根据组织方提供的原材料和工具进行结构模型制作，完成后需要根据题目进行受力加载，结构承受的荷载越大，自重越轻，得分就越高。该项比赛对于结构设计水平和力学概念要求较高，能够体现结构设计的巧妙和手工制作的精细对于结构性能的影响，因此对于土建类专业的师生具有极大吸引力。

二、 大学生结构设计竞赛概况

（一） 全国大学生结构设计竞赛

全国大学生结构设计竞赛由教育部、住房和城乡建设部、中国土木工程学会联合主办、由各高校轮流主办，为教育部确定的全国九大大学生学科竞赛之一。全国大学生结构设计竞赛的宗旨是：培养大学生的创新意识、合作精神，提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的合作与交流。该项比赛于2005年在浙江大学举行了第一届比赛，至2019年11月在华南理工大学已经是第九届比赛。该项比赛在土木领域具有极强号召力和激烈的竞争力，每届比赛均有清华大学、浙江大学、同济大学、东南大学、重庆大学等100所左右土木领域顶尖高校参赛，奖项含金量极高。

全国结构设计竞赛的参赛队伍资格有两类，第一类是大赛的9家发起高校，第二类是通过每个省、市、自治区的分区赛获得优秀的学校代表队。为了确定第二类的代表队伍，许多省都举办了省级比赛，作为全国比赛的资格赛。

每一届比赛由轮流承办的学校组委会出题，题目经过由全国知名土木工程专家组成的专家委员会评审后执行。题目工程背景丰富，包含有高层建筑、桥梁、风力发电机、大跨悬挑屋盖、高跷、古建筑等多种结构形式，考察的承受荷载包括地震荷载、风荷载、车辆荷载、冲击荷载、人体荷载等。模型制作材料主要采用0.2mm、0.35mm和0.5mm三种不同厚度的集成竹皮，运用502胶水粘接成受力结构。随着前期题目中常规结构受力类题目已经出现过以后，近几届比赛题目越发推陈出新。如第7届的队员踩高跷结构奔跑竞速，要求队员自身加入，除了考察结构设计和制作能力之外还对队员的身体运动能力提出了要求，增加了趣味性和参与度；又如第9届3D打印构件现场装配的新技术，第一次引入了3D打印这一新兴热门技术，同时又反映了目前装配式建筑产业化发展的理念和要求。

（二） 省级大学生结构设计竞赛

云南省结构设计竞赛从2010年开始举办，有云南省10多所本科和专科院校参赛，每个学校参赛队伍3-5支，每年基本直接采用国赛的赛题。

四川省结构设计竞赛从2014年开始举办，第一届含4组不同题目，第二届含2组不同题目。

重庆市结构设计竞赛从2018年开始首次举办，第一届由8所具有土木工程本科专业的高校参加，每个学校有3支队伍参赛，直接采用国赛赛题。

三、 重庆科技学院的大学生结构设计竞赛实践

重庆科技学院向来重视大学生结构设计竞赛实践，围绕这个重要的学科竞赛，从各方面开展了工作，并取得了丰硕的成果，也反过来证明了此项活动对于人才培养的有效性。

（一） 全国比赛的选拔和参赛

重庆科技学院于2012年第一次组队参加第6届全国大学生结构设计竞赛，其后至今已经连续参加了4届比赛。随着参赛经验的丰富和老师、学生的重视程度日益增加，参赛成绩也得到不断提高。

通过几年来的国赛选拔和参赛，目前已经初步形成了稳定的参赛队员选拔机制。每届国赛集训队由6名学生和2名指导老师组成，其中3名学生为主要参赛队员，其余3名学生为后备队员，以此达到老带新，传帮带的作用，有利于比赛传统的延续。目前比较稳定的国赛参赛队员为大三的同学，通过两年的校赛、省赛积累，已经有了丰富的实战经验，可以发挥出较为稳定的实力。

（二） 校内比赛组织

截至目前，重庆科技学院已经连续举办了12届校内结构设计竞赛，获得了广泛的关注和好评。其中以2015年12月的第9届比赛规模最大，报名队伍共100多支，除了校内10个不同学院的学生参与之外，还邀请了西南大学、解放军后勤工程学院等7所高校和中煤重庆设计院、重庆诚业建筑2家企业代表队参赛。

（三） 参加外省省赛

在2017年以前，重庆市无市级比赛，为了拓宽学生参赛面，为国赛获取更好成绩进行锻炼，重庆科技学院积极参与外省的结构设计竞赛。

2014年7月，派遣本校教师到昆明学院观摩云南省第五届结构设计竞赛；2015年6月，派出1只学生队伍到昆明理工大学参加云南省第六届结构设计竞赛；2015年，分别派出2只队伍到西南科技大学和成都理工大学参加了四川省第2届、第3届结构设计竞赛，分别参加结构组和岩土组的比赛。

（四） 大学生科技创新

通过大学生结构设计竞赛的训练和比赛过程，指导教师和参赛队员对于材料、构件和结构的力学性能理解进入了更深的层面，也在此方面进行了深入的探索，开展了一系列科技创新活动。

从2014年开始，在专业教师指导下，开展了重庆市创新训练项目《竹木结构性能研究与教学模型库建设》，结构设计竞赛参赛学生利用竹制材料制作各种结构模型。首批制作了由超过1万个构件组成的钢结构重型厂房结构模型。模型按照轴线1∶50，截面1∶25的比例完全模拟了11榀梯形屋架所形成和的厂房架构，模拟构件包含上弦、下弦、腹杆、钢柱、牛腿、填板、支座、现场安装连接板等类型构件，如图1所示。

通过这类精确模型的制作过程，不但参与学生充分理解了相关结构的各部分细部构造和传力机理，还可以作为专业课程的教学工作，供其余同学参观。同时，用学生自己亲手制作的模型进行教学，能够对学生起到极好的鼓励和带动作用。

（五） 参加类似竞赛

结构设计竞赛的训练除了增强学生在土木专業领域的知识和概念之外，还培养了学生的团队协作精神和动手能力，这也使他们能够积极参与到类似的学科竞赛之中并获得优异成绩。

2015年3-5月，重庆市举行了五校联合首届科技创新大赛，由重庆大学、重庆医科大学、西南政法大学、重庆师范大学和重庆科技学院共同参加。比赛初赛在各校校内进行，内容是“吸管承重”，利用规定数量和规则的吸管制作承重结构，然后利用承重量与结构自重的比值为参考计算成绩。决赛由五校选拔的共12支队伍参加，题目是“链式反应”体系的设计与制作，在整个反应过程中表达设计主题。重庆科技学院派出由结构设计竞赛集训队员组成的2支队伍参赛，最终分别获得了第1名和第4名的优异成绩。

四、 思考与建议

（一） 存在的问题和思考

1. 老师积极性不足。要在比赛中获得好成绩，老师必须花费足够的精力进行指导，因此大部分老师不愿承担此项工作，仅有少量老师凭借自己的兴趣和责任感进行指导，导致学生受益面太窄。特别是参加校级比赛的学生众多时，需要大量的指导老师参与，这个问题更为凸显。

2. 学生受指导有限。学生刚接触结构设计竞赛时往往一筹莫展，无从下手，即使是专业老师，如果接触及结构设计竞赛不多，也不能有效对学生进行指导。举行校赛时参赛队员众多，还包括许多非土木专业的同学，目前仅仅通过参加国赛的指导老师和国赛队员在固定教室对少部分同学进行指导，涉及面极其有限。

3. 对学生奖励不够。结构设计竞赛是一项专业性较强的比赛，一般想要获奖就必须付出大量的辛勤和汗水。而能够获奖的队伍毕竟是少数，能够参加省赛、国赛的同学更是少之又少。由于没有足够信心，担心自己的辛苦训练没有回报，一部分同学容易面对竞争产生退缩情绪。

（二） 一些建议

1. 针对老师的积极性问题，建议结合绩效考核改革肯定教师的指导工作量，根据各级比赛的指导工作量在绩效考核中进行体现，哪怕没有获奖的指导老师也要肯定其工作量。

2. 针对学生受指导有限的问题，建议开设关于结构设计竞赛模型制作的专业选修课程，由经验丰富的指导老师和国赛参赛队员共同授课，课程以实践练习为主，以理论教学为辅，集中指导，学生通过完成作品的形式进行考核，获得学分。

3. 针对学生受奖励不够的问题，应该充分看到参赛后未获奖或者未参加省赛、国赛学生的努力和工作，一方面可以对参赛学生进行素质教育学分认定，另一方面可以在各种科技创新奖学金和学业奖学金评选时优先考虑。

参考文献：

[1]李金昌，林家莲.实践教学与学科竞赛相结合，促进创新人才培养[J].实验技术与管理，2011，28（11）：1-3.

[2]唐立国.论以学科竞赛促进高校实践教学改革和创新人才培养[J].教育与职业，2008（29）：166-167.

[3]李国锋，张世英，李彬.论基于学科竞赛的大学生创新能力培养模式[J].实验技术与管理，2013：24-26.

作者简介：孙毅，晏致涛，卜长明，刘欣鹏，重庆市，重庆科技学院建筑工程学院。