“结构大赛”训练新模式促进土木工程教学改革

南波 赵荣飞 白义奎

［摘 要］ 土木工程是理论与实践并重的一门学科。教授书本知识的同时，培养学生的创新能力与动手能力亦成为高校教育教学的主要目标。针对原有教学方式的弊端，以大学生结构设计大赛为切入点，打造新工科背景下的工程学科创新训练新模式，运用5W2H分析法探索出一条切实可行的竞赛促进土木工程专业教学的改革之路。实践表明，“结构大赛”新教学模式可以显著提升学生的学习兴趣和主动性。通过竞赛使学生的实际技能和创新能力、竞赛意识、心理素质都得到提高和锻炼。

［关键词］ 教学改革；结构大赛；创新训练新模式；5W2H分析法

［基金项目］ 2022年度沈阳农业大学教学研究项目“思政教育融入高层建筑结构设计的教学设计理念与方法”（2022-81）；2022年度教育部产学合作协同育人项目“沈阳农大-广州建研数力SAUSAGE实训基地建设”（220905019091928）；2022年度教育部产学合作协同育人项目“沈阳农大-北京盈建科建筑结构设计师团队”（220704699124734）；2021年度沈阳农业大学教育教学研究项目“土木工程专业毕业要求达成评价机制构建”（2021-17）

［作者简介］ 南 波（1984—），男，辽宁沈阳人，博士，沈阳农业大学水利学院副教授，主要从事新工科建设方向的教育教学研究和轻钢结构研究；白义奎（1968—），男（蒙古族），辽宁喀左人，博士，沈阳农业大学水利学院教授（通信作者），主要从事新工科建设方向的教育教学研究和农业建筑研究。

［中图分类号］ G642.0［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）01-0049-04 ［收稿日期］ 2023-02-17

引言

2019年，时任总理李克强在十三届全国人大二次会议上作政府工作报告时提出：“发展更加公平更有质量的教育。推进一流大学和一流学科建设。”［1］“高等教育是第一生产力和人才第一资源重要结合点，是提升区域创新能力和核心竞争力的必要手段。”［2］为了积极响应组织的号召，培养具有创新能力的高素质大学生，加快学科建设，争创一流学科，沈阳农业大学土木工程专业将基础课程教育与全国大学生结构设计竞赛相结合，进行试点改革，以达到更有质量的高等工科教育。

全国大学生结构设计竞赛是我国教育部确定的全国九大大学生学科竞赛之一，是土木工程专业最具影响力的大学生科技创新活动赛事，目的是构建高校工程教育实践平台，进一步培养大学生的创新意识、团队协同和工程实践能力，切实提高创新人才培养质量［3］。结构设计竞赛的结构选型与实际结构相结合，如高层建筑结构、两车道桥梁、风力发电塔、悬挑屋盖结构等，对提高大学生创新能力、动手能力、结构分析能力、团队合作能力等都有促进作用。

一、土木工程专业教学问题与对策

作为土木工程专业的青年教师，笔者发现在土木工程专业学生的培养教育中存在以下几点问题。

（一）主动学习积极性不足

因课程理论性较强，如各门应用理论类的基础力学课，且授课方式多为传统的课堂授课，教师与学生互动较少，一般采取大课堂形式，一个教师要教两个班甚至四个班的学生，无法因材施教，学生进度不一，导致学生学习积极性不高。

（二）知识应用灵活度不够

学生过于依赖教师课上所讲内容，单一地记忆，只为应对考试，并没有仔细研究及理解，长此以往学生学到的知识只会用公式解决考试问题，无法在实际中灵活运用所学知识解决结构的问题。如钢结构设计时，学生只是单纯模仿书中例题，没有创新［4-5］。

（三）自主创新性学习时间较少

课上的时间是有限的，课时安排也较为紧凑，部分课程教师只能挑选重点讲授，或针对较为常见的问题进行分析讲解，而在现实生活中结构或者建筑的问题并不全是具有代表性的，这时就存在学习不全面、不完整、没有系统性的问题。课程的考核方式为单一的试卷笔试形式，并不能检验学生的实际应用水平。实践课时少，学生动手能力得不到锻炼，无法直观地体会建筑结构设计特点，理论知识也不能灵活应用。

本文以沈阳农业大学土木工程专业为例，所施行的改革也只针对专业知识体系中的力学方面。基于此，我们重新对土木工程专业进行了专业定位，提出“厚基础、重实践、求创新”的专业新理念，强化工程类教育与理论相结合、与实践相结合的方法，尤其注重土木学科特有的结构大赛对教学的促进作用。

二、5W2H方法原理及介绍

本文引入5W2H分析方法对土木工程教育教学进行改革。5W2H分析法又叫“七何分析法”即用五个以W开头的英语疑问词（What，Why，When，Where，Who）和两个以H开头的英语疑问词（How，How much）对需要解决的问题进行设问，在先提问后思考的过程中清晰有序地寻找解决思路，进行设计构思，继而得出合理的解决方案。本文通过5W2H分析法全面地分析了如何通过教学改革实现教学与全国大学生结构设计競赛相结合的创新训练模式，以及该模式对土木工程专业有何种作用。

三、5W2H法分析的可行性

（一）Why（为什么改革）

在土木工程专业课中，“结构力学”“材料力学”为其中最重要的专业基础课程［6］。相较于其他课程，力学课程是土木工程专业学生所必须掌握的基础课程，也是学生未来从事土木类行业所必须熟练应用的基础技能。力学类课程相较于其他课程更为复杂难懂，只通过教师教学难以理解透彻融会贯通［7］。

全国大学生结构设计竞赛是由教育部及财政部共同支持，由各高校轮流承办的为培养大学生的实践动手能力、创新意识、合作意识的专业性竞赛。大赛所应用的理论知识与学生所学的力学原理类课程内容紧密贴合。将教学与结构设计竞赛相结合不仅可以促进学生对课程知识的应用与理解，还可以提高学生的创新实践能力。基于此，选择将各个力学课程与结构竞赛相结合，对课程进行进一步的改进，实施教学改革。

（二）What（改革什么）

1.实施教学改革的条件是什么。国家层面：当前国家正飞速发展，对大学专业人才培养的重视度与要求逐渐提高，出台了一系列与教学方式改革相关的政策，为大学教学方式的改革提供了大力支持。

专业层面：本专业的领导致力于培育更高素质、对祖国有更大贡献的专业人才，积极带头学习国家政策，并全力鼓励教师自主寻找改革方法，为实施教学改革的教师提供便利。

2.前期准备工作是什么。要实现全国结构设计竞赛与土木工程专业教学的完美结合，需要对大赛与教学改革均有充分的了解。对于结构设计竞赛，既要了解大赛应用了哪些专业知识，又要整理汇总全国结构设计竞赛的有关数据，例如，获奖情况、获奖学生所在学校分布情况、获奖学生成绩状况等。

3.教学改革的目的是什么。实现土木工程专业教学与全国结构设计竞赛相结合的教学改革的目的有以下两点：第一是为了解决目前土木工程专业教学及考核方面存在的学生学习积极性不高、思维僵化不能灵活应用、缺少自主创新性学习时间、课程的考核方式为单一卷面考试等问题。促进学生开发思维，积极创新。第二也是为了促进工程教育的改革，提高学校服务地方的能力，形成独特的办学特色，培养国家所需的高素质人才。

（三）How（怎样改革）

1.教学内容怎样改革。在教材教学的基础上融入对结构设计大赛题目的研究与分析。在之前的教学方式下，由于课程枯燥，知识点抽象，只重讲解而缺乏应用的授课模式往往使学生对结构、建筑、力学分析等基础知识只有片面了解。给学生提供与课程知识紧密相关的结构大赛的题目不仅能让学生充分地应用基础知识，还能让学生在研究与分析的过程中提高对知识的理解。学生可以分组选择自己感兴趣的题目，鼓励学生自主查阅资料，小组内讨论并就本小组的题目提出自己的设想和方案，有初步方案后与其他小组相互交流，最后在班级范围内评比讲解优缺点。

2.实验课程怎样改革。教师在专业实验课程上选择理论课上较为优秀的结构模型设计方案，鼓励学生用竞赛材料动手制作自己设计的模型。合理利用实验室资源对制作的结构模型进行受力实验模拟，全程让学生自己动手，独立思考，观察所设计结构的受力变形乃至破坏过程。这样的实验可以让学生从实践中亲身感受教师所讲的材料力学、理论力学、结构力学的相关知识。课程内容不再是书本上的笼统概念及图片说明，而是全程参与全程思考，化抽象为具体，以小见大，从一个小模型拓展至实际生活中真实的建筑结构。在观察实践所学内容的同时，让学生找出自己所设计结构的优缺点，查阅资料，请教老师，最终改正不足，设计出在受力范围内稳定坚固的结构。这不仅使学生的专业知识得到提升，还为其以后独立设计结构或在施工现场分析处理事件提供经验。

3.考核方式怎样改革。参考结构设计竞赛的评分方式，对学生所做出的设计方案进行评分并按20%计入平时成绩。在期末试题中加入一道与结构设计竞赛题目类似的精简受力分析题型或结构设计题型（可作为附加题），考验学生的创新能力及做改编题的正确率。将模型制作及承载力实验的评分按30%计入工程基础课实验。有能力有时间参加省级或更高层次结构设计竞赛的学生，根据其得奖名次情况予以加分（5～15分不等）。

（四）When（何时）

在学生入学教育课上向其介绍本专业及建筑方面的各种时事新闻、国内外知名的建筑及结构工程，向学生介绍各种与专业相关的竞赛，提高其对专业知识学习的积极性［8］。在课堂教学中，结束基础课程的讲解后融入结构设计竞赛题目的讨论课，让学生可以开阔思维，互相交流，相互促进。在实验课堂上，鼓励学生用竞赛材料动手制作自己设计的模型。合理利用计算机资源对制作的结构模型进行受力实验模拟，全程让学生自己动手，独立思考。在期末考核中，加入一道与结构设计竞赛题目类似的精简受力分析题型或结构设计题型（可作为附加题），考验学生的创新能力及做改编题的正确率。

（五）Where（何地）

土木工程学科创新训练地点为沈阳农业大学土木工程专业入学教育课堂、基础力学课堂、工程基础实验课课堂、毕业设计指导教室。

（六）Who（谁）

教学与结构设计大赛相结合的教学方式是针对沈阳农业大学土木工程专业全体师生的一种教学相长的新型教学方式。土木工程专业作为辽宁省一流重点建设学科得到学校的大力支持。今后教师将在关注结构大赛内容的同时，在课程的必要阶段按改革方案加入有关结构设计竞赛题目的内容，将结构设计竞赛作为与学生进行知识交流的纽带，与学生共同讨论、共同进步，得到提高。

（七）How much（多少）

在实施教学与结构设计大赛相结合的教学方式后，对教学内容、实践课程、考核方式等进行了改革，取得了显著的教学效果。学生在理论知识、实践动手能力、创新思维三大方面有所提升［9］。

1.理论知识方面的提升。新颖并与实际结构有关的竞赛题使学生耳目一新，学习兴趣倍增。在学习过程中，學生逐渐意识到良好的结构设计必须有扎实的理论基础支撑，使学生自主学习的积极性大大提高，对课堂理论知识的获取由被动灌输变为主动吸收，理论知识的掌握得到很大提升。结构设计竞赛是一项综合性测试，从大赛的各个环节来看，大赛拓展了学生的知识面，增进了学生对专业知识的了解，为学生应用与提升理论知识提供了一个优质的平台［10］。

2.实践动手能力的增强。由于模型制作程中，需要学生对仪器和工具的使用十分熟练，使得学生动手能力也得到了极大增强，而制作过程中出现的各种问题又激发了学生的求知欲，加强了学生与指导教师的交流，让教师的指导作用发挥出独特的育才价值和力量［11］。

3.创新思维方面的提高。结构设计大赛题目与课后习题的最大不同是具有创新性，答案不止一种，有利于学生开动脑筋。学生在此过程中既交流了思想，也培养了合作精神。在优化结构设计过程中，学生将平时学习到的知识创新并运用到自己的设计中。

结构设计大赛的要求是用更轻质量的材料，制作出承载能力最好的结构。以2022年全国大学生结构设计大赛为例，该赛题为以三重木塔结构为基本单元，要求参赛者针对竖向荷载、扭转荷载及水平荷载等多种荷载工况下的空间结构进行受力分析、模型制作及加载试验，学生用规定的竹条竹片、胶水等材料设计一个三层塔结构模型。该题目不仅可以考查学生的计算机建模能力、多荷载工况组合下的结构优化分析计算能力、复杂空间节点设计安装能力，还可以检验大学生对土木工程结构知识的综合应用能力。制作模型的过程使理论内容从抽象变成具体，加深学生对理论知识的认识与理解，提高学生的学习兴趣和对知识的运用能力。

结语

随着将竞赛内容加入教学改革以来，学生对参加比赛的热情和积极性也越来越高。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、心理素质都得到提高和锻炼。参加结构设计竞赛的学生考试成绩及实验课成绩都有了较为明显的进步。

参考文献

［1］李克强总理在十三届全国人大二次会议上作政府工作报告（全文）［EB/OL］.（2019-03-05）［2023-01-12］.https：//www.sohu.com/a/299237567_120036074.

［2］熊思東代表：高等教育提升区域创新能力和核心竞争力［EB/OL］.（2019-03-05）［2023-01-12］.https：//www.sohu.com/a/299281371_243614.

［3］郭丹，吕杰，王立地，等.新工科建设背景下电气类专业本科生导师制SWOT分析及对策研究：以沈阳农业大学为例［J］.高等农业教育，2019（4）：49-54.

［4］金生吉，黄志强，白泉.高等院校土木工程专业人才培养模式改革实践［J］.沈阳农业大学学报（社会科学版），2015，17（4）：486-490.

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［7］陈艳霞，张伟伟，李兴莉，等.以力学竞赛促进基础力学课程的教改与创新［J］.高教学刊，2018（20）：43-44+47.

［8］全蕾，蒋年德.依托竞赛促教改，培养创新创业人才［J］.东华理工大学学报（社会科学版），2018，37（4）：372-374.

［9］郭勇.信息化背景下的工程力学教学改革措施［J］.高教学刊，2019（14）：124-126.

［10］陈玉骥.积极参与模型大赛，提升学生综合素质［J］.教育教学论坛，2015（9）：186-187.

［11］陶永建，田国华，许迈进，等.共同体理论视野下的工程教育教学新探［J］.高等工程教育研究，2020（5）：57-63.

New Training Mode “Structure Competition” to Promote the Teaching Reform of Civil Engineering Major： Taking Civil Engineering Major of Shenyang Agricultural University as an Example

NAN Bo， ZHAO Rong-fei， BAI Yi-kui

（College of Water Conservancy， Shenyang Agricultural University， Shenyang， Liaoning 110866， China）

Abstract： Civil engineering is a subject that pays equal attention to both theory and practice. In addition to teaching students book knowledge， training students innovative ability and practical ability has become the main goal of college education and teaching. In view of the disadvantages of the original teaching methods， this paper takes the structural design competition for college students as the breakthrough point to create a new training mode for new engineering discipline under the emerging engineering background and uses the 5W2H analysis method to explore a feasible way to promote the teaching reform of civil engineering specialty through competition. The result shows that the new teaching mode of “structure competition” can significantly enhance students interest and initiative in learning. Through competition， students practical skills， innovative ability， competition consciousness and psychological quality are all improved.

Key words： educational reform; structural competition; new training mode; 5W2H analysis method