结构设计竞赛对土木工程专业本科教育重要性的探讨

贾传果+张川+李英民+杨溥+胡鹰+韩军

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2014.01.034

收稿日期：2013-11-06

基金项目：作者简介：贾传果（1980-），男，重庆大学土木工程学院讲师，博士，主要从事结构工程抗震等方面的研究，（E-mail）jiachuanguo@cqu.edu.cn。

摘要：大学生结构设计竞赛不仅能够培养学生的专业综合技能，发掘学生的创新能力、动手能力和协作能力，更为重要的是，还能培养学生的综合实践能力。文章以第六届全国大学生结构设计竞赛为例，全面阐述结构设计竞赛对土木工程专业本科教育的重要性，详细分析了竞赛在创新实践型人才培养方面的积极作用，并结合实际，对如何充分发挥结构设计竞赛的积极作用提出建议。

关键词：结构设计竞赛；土木工程；人才培养模式；教育改革

中图分类号：G642.0；TU3-4 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2014）01-0133-03

2012年，第六届全国大学生结构设计竞赛在重庆大学举行，来自全国85所高校的大学生积极参加了比赛。根据重庆地区山多地势起伏大，易出现滑坡、泥石流等地质灾害的特点，比赛赛题定为四层吊脚楼框架模型的抗冲击设计（图1）。这一命题创意巧妙，体现了重庆的地域特色，具有实际工程背景和实用价值。同时，也考察了学生综合运用专业技术知识解决实际问题的能力。作为土木工程专业课堂教学和书本知识学习的延伸和拓展，不论是竞赛的参与者、组织者，还是旁观者，都能在竞赛中受到启发，获得锻炼。

图1 第六届全国大学生结构设计竞赛赛题简图（单位：mm） 一、结构设计竞赛对学生能力提升的具体体现

创新实践能力是高素质人才的重要标志，是高水平大学建设的灵魂，也是“教育中国梦”的重要内涵。培养学生的创新实践能力有很多方法和途径，大学生结构设计竞赛作为大学生创新训练计划的一种载体和重要形式，是土木工程专业创新性和实践性最强的学科竞赛，在培养学生创新思维、创新意识和合作精神，培养学生创新设计能力、综合科研能力和工程实践能力，提高学生学习积极性等方面发挥着重要作用[1]。

第一，结构设计竞赛培养了学生方案设计的能力。方案设计是建筑结构设计的第一步，如果学生方案设计能力有所欠缺，不能从整体上把握结构，那接下来的设计工作就难以展开。然而目前包括混凝土、钢结构等在内的主要课程侧重结构构件的受力分析，而对方案设计阐述偏少。结构设计竞赛要求参赛者完成符合赛题要求的模型设计，可在一定程度上提高参赛者方案设计的能力。比如吊脚楼模型抗冲击的设计，参赛者首先应该认识到冲击荷载最大的特点是持时短、幅值高，那么在设计中就应该注意提高模型直接承受冲击荷载部位的强度和刚度，以减小结构底部柱子的侧移和损伤；当冲击荷载将能量传至结构，结构做出响应时，就应该考虑结构的变形和耗能问题——即适当减小上部结构的刚度，提高结构的延性。由此看来，方案设计直接决定着整个模型的受力机理，因此，优秀的模型必须具有优秀的方案，学生的方案设计能力也在这样的思考过程中得到锻炼。

第二，结构设计竞赛加强了学生对结构体系的认识。大部分结构类课程的教材主要基于构件，面向结构体系的知识点严重不足。无论是高层建筑结构、桥梁结构、木结构发电塔模型，还是悬挑屋盖结构、抗震木结构、吊脚楼模型，为满足承载能力要求，有效的传力和耗能途径都是模型体系设计必须考虑的重点。比如在冲击荷载的作用下，吊脚楼模型应尽量减少力和冲量向结构内部传递，结构模型要能诱导它们以最简洁的路径传至加速度传感器，才能在降低加速度对结构的不利作用的同时获得较大的加速度实测值“a”，增大模型性能得分。另外，考虑到冲击荷载具有持时短、幅值高的特点，应注意防止薄弱层的出现，那么就需要控制好各层结构的刚度比。这些问题都需要参赛者从结构体系的角度进行分析和理解，因此，结构设计竞赛能够加强学生对结构体系重要性的认知。

第三，结构设计竞赛能帮助学生构建完整的知识体系。土木工程专业课的学习涵盖了从地基基础到上部结构的梁、柱、板和墙的压、弯、剪、扭等诸多方面的内容，难度大且复杂程度高。同时结构构件的受力分析十分抽象，如果不注意整理归纳总结，很难使学生形成系统全面的知识框架。结构设计竞赛作为一个实践性很强的比赛，可以让学生参与模型的受力分析和计算的全过程，其意义不亚于一次小的课程设计所能起到的巩固知识体系的作用。正是将课本知识应用到实践过程中的尝试，让学生明白了课程学习的目的和各学科之间的内在联系，帮助学生构建完整的知识体系。

第四，结构设计竞赛深化了学生对课本知识的理解。学习知识离不开实践，只有通过实际动手训练，将书本中的抽象概念转化为实践中的操作，才能让学生对空洞的理论有具体的理解。通过结构设计竞赛，一方面可以增强学生主动学习的兴趣和动力，另一方面可以促使他们从实践中发现问题、提出问题、思考问题，并尝试解决问题。

第五，结构设计竞赛锻炼了学生实际操作的动手能力。现阶段，土木工程专业的结构类课程重理论轻实践，未能充分体现该学科以实践为基础的特点[2]。结构设计竞赛则相反，它不仅需要应用数学和力学知识，还需要一定的实践动手能力。模型的制作好比实际工程中的施工，如果构件出现了初始缺陷，或者节点连接不够牢靠，那么计算假定与结构构件的实际工作状态就不相符，很可能会导致整个结构设计的失败。因此，不是计算书写得好就能让模型受力性能好，在模型的实际制作过程中必须结合所给材料的特性，科学严谨地加以制作，才能做出稳妥牢靠、重量适度的结构。

第六，结构设计竞赛提高了学生团队协作和解决问题的综合能力。结构设计竞赛所倡导的“创新、挑战、团队”精神，培养了学生综合应用知识的能力、研究性学习和创新性学习的能力以及合作交流的能力。竞赛不仅形成了以锻炼学生为主、教师提供支持的运作机制，还形成了学生完成宣传、协调、实施等前台工作，教师负责提供资源、组织命题、竞赛评判等后台工作的配合方式，因而极大地提高了整个竞赛过程解决问题的效率。在培养学生科技创新能力的同时，也充分锻炼了他们的组织协作能力。另外，竞赛也让学生的积极性和创造性得到充分发挥，竞赛题目的多样化，不设标准答案，但有考核指标，这样就激发和引导学生通过创新、研究和特色来取胜，锻炼了学生的综合素质。