依托结构模型设计竞赛谈土木工程专业应用型人才创新能力培养*

苑苗苗　魏德敏　叶作楷（华南理工大学广州学院　土木工程学院，广东　广州　510800）

依托结构模型设计竞赛谈土木工程专业应用型人才创新能力培养*

苑苗苗魏德敏叶作楷
（华南理工大学广州学院土木工程学院，广东广州510800）

摘要：由于我国已将建设创新型国家作为重要战略决策，因此教育系统尤其重视学生创新能力的培养。本文以华南理工大学广州学院为原型，以结构模型设计竞赛为例，从竞赛开展的意义，竞赛的实施及保障机制等方面阐述了学科竞赛对于应用型本科高校学生创新能力的培养的重要性。

关键词：结构模型设计竞赛；应用型人才；创新能力；土木工程专业

魏德敏（1955，5-），女，汉族，四川资中人，博士，教授，研究方向：结构抗震。

叶作楷（1949，8-），男，汉族，广东河源人，硕士，副教授，研究方向：土木工程施工。

一、开展结构模型设计竞赛的背景及意义

结构模型设计竞赛（以下简称“竞赛”）是一项针对土木工程专业学生的重要学科竞赛，是极富创造性，挑战性的科技竞赛。通过学生综合运用结构力学、建筑材料、结构设计与实验及土木工程施工等专业课知识，结合功能需求进行模型的设计和制作，比较全面地考察了学生从力学到结构、从掌握基本理论到自主设计模型的综合应用能力。可见，在模型设计与制作过程中，锻炼了学生的创新思维和动手能力，运用专业知识和工具解决问题的能力，这是应用型人才所需要的基本素质之一。

同时，空间杆系结构的杆件多，节点联接质量要求高，模型制作过程是较为繁琐与复杂的，学生在对设计模型反复计算、重复加载及不断改进的过程中，既提高了综合利用所学专业知识的能力，又提高了发现和解决问题的能力，既掌握了结构设计的基本步骤，又了解了优化设计的主要目的，这些素质能力的培养也是土木工程专业人才培养所追求的目标。此外，为了完成一个好的结构模型作品，学生需要团队协作，在这样一个过程中，可以锻炼学生的沟通能力和合作意识。因此，该大赛是对土木工程专业应用型人才创新能力培养的推动。

二、竞赛是对教学的有效补充

结构模型设计竞赛是对现有教学环节的有效补充，主要表现在以下三方面：

（一）实现专业课程知识的综合运用

为了顺利完成结构模型的设计制作任务，学生不仅要掌握各门专业主干课程的相关内容，诸如建筑制图、结构力学、土木工程材料、结构设计原理、材料力学试验等课程的相关知识，还要将这些所学课程的知识点进一步消化，融会贯通。因此，结构模型设计竞赛为学生提供了综合运用所学专业知识的最佳机会。

（二）培养结构概念设计的初步能力

学院的结构模型设计竞赛主要是大二和大三的学生参加。所以通过举办结构模型设计竞赛，帮助学生从整体上认识结构组成的基本原理与结构设计的主要步骤，使他们面对复杂的结构体系时，能通过自己的分析判断，给出清晰的结构受力情况和传力路径，初步具备结构概念设计的能力。

（三）以竞赛促进教学相长

结构模型设计竞赛既是学生不断学习不断实践的过程，同时有助于指导教师科研能力的提高和工程意识的增强，特别有利于青年教师在专业实践经验方面的丰富和提高。青年教师在指导学生进行结构模型制作加工和优化设计的同时，共同探讨相关力学基本概念和分析计算方法的传授方式，从而起到提高课堂教学能力，教学相长的作用。

三、竞赛实施方案的规范与完善

目前，结构模型设计竞赛已经成为学校学术科技节的特色品牌活动。学院本着“实基础、重实践”的人才培养理念，将在每年的春季学期举办一届结构模型设计竞赛，面向全校学生。为了保障结构模型设计竞赛的可持续开展，学院将从以下几方面进一步规范和完善这项活动：

（一）建立健全大赛的相关机构与制度

建立健全相关制度对学科竞赛进行规范化管理是保障竞赛可持续开展的基础。

1.建立三级组织管理机构

由于我校高度重视学科竞赛，按照“学校主办、学院承办、目标管理”的原则，采用校、院、竞赛项目负责人三级组织管理，可以确保信息流和资金流的顺畅。

图1　结构模型设计竞赛部分作品

图2　结构模型设计与实验课学生作品

2.完善竞赛管理制度

高效的竞赛管理除了有健全的组织机构，还要有完善的管理机制。为了使竞赛管理工作更加科学化、规范化和制度化，有效达到竞赛目的，预先要制定竞赛实施方案，然后按照方案要求，分工负责组织实施竞赛。

3.构建师生激励机制

只有构建师生双赢的激励机制，实施科学管理，才能充分调动大多数教师和学生的积极性，即教师认真积极指导学生，学生认真积极参加竞赛，从而做到教学相长。对于竞赛获奖的学生给予一定的物质奖励，并在综合测评中给予综合素质加分及学分认定；对于参加指导的教师，在年度评优评先考核中，给予优先考虑。

（二）大赛的组织运作模式

为了提高大赛的有效性，除需建立健全相关制度外，还要确定每届大赛的主题，不断探索竞赛运作模式的多样化。譬如，2015年举办的结构模型设计竞赛主题为“砼力创新，专筑设计”。下面以2015年结构模型设计竞赛为例，简要介绍该赛事的相关流程：

1.竞赛的组织

由于此次竞赛是面向全校学生开展的，所以分别设置了专业组和兴趣组，一般非土木工程专业的学生分在兴趣组。从组织报名、竞赛宣讲会、模型材料的选择、采购及领取乃至模型制作及作品提交，整个过程有条不紊。竞赛是由学院学生工作办组织跟进，竞赛前制定了详细的策划书。

2.竞赛规则及制作技能培训

为了使结构模型设计竞赛更具专业性和规范性，组织机构将邀请相关领域专家对竞赛规则及模型制作技能给予专业指导，如结构模型的选型，模型材料的力学特性，设计计算书的内容纲要等。另外，为每支参赛队伍安排指导老师，学生可以在老师的指导下完成结构选型和初步分析。同时，召开所有报名参赛学生（数十支参赛队伍）的培训会，专业教师就结构选型及模型制作等开展专题讲座。

3.模型制作的过程化管理

（1）材料性能试验

对于专业组的结构模型，评价的技术指标主要是模型的荷载-质量比，即质量越轻而承载能力越强的结构模型将在竞赛中获胜。而材料的力学性能优劣直接影响结构的承载能力，但是，结构模型设计竞赛所用材料可能不是一般常用的土木工程材料，譬如白卡纸、竹皮等，这些材料的力学性能参数从现行技术规范中难以获知。因此，参赛学生首先要自行设计试验方案，对模型所用材料的力学性能进行测试。在此过程中，学生通过设计试验方案、操作材料试验机、采集和处理数据等，锻炼和提高了动手能力，强化了对材料性能及其试验方法的了解与掌握。

（2）结构模型制作

构模型的制作相当于实际工程结构施工过程的模拟，这是结构模型设计竞赛中相当重要的一个环节。虽然前期已经进行了结构选型及结构合理性的初步分析，但是如果模型制作不够精细，构件之间的节点处理不得当，均可能导致前功尽弃。

另外，为了减轻结构模型的自重，在设计中一般会选用薄壁构件，而薄壁杆件的截面尺寸和几何形状，关系到其拉、压、弯、剪性能。这就需要学生从基本力学概念出发，充分发挥空间想象力，根据不同杆件截面的受力特点及材料力学特性，在结构模型的不同部位选用合适的杆件材料、截面形式及几何尺寸。此外，模型的制作必须耐心细致，每一构件的几何尺寸和空间定位都要保证精确。

通过结构模型的加工制作，学生在一次次的失败和改进过程中，既能得到专业技能训炼，同时也能提高发现问题并加以解决的能力。在这一过程中，学生往往能够设计出一些巧妙新颖的结构形式和节点连接方式，对于创新能力的培养大有帮助。图1为部分学生的参赛作品-桁架式桥梁结构模型。

（三）课程教学与竞赛的融通

为了培养大多数土木工程本科生的创新能力和实践能力，除了组织结构模型等竞赛以外，还需要开设相应的创新实验课程，如结构模型设计与实验，隶属于实践教学环节。其课程选题及操作环节与竞赛较为接近，但相对于竞赛而言，在此类课程教学中，教师对学生的实践能力辅导会多一些，具体一些，而接受相应培训学生的动手机会要多一些，接受效果会好一些。图2为选修结构模型设计与实验课程学生制作的结构模型。

四、竞赛成效与相关启示

（一）竞赛成效

1.学科竞赛获奖情况。两年来，通过举办结构模型设计竞赛，在学生发现了一批理论基础扎实，实践能力较强的苗子，如“敏捷杯”华南理工大学第十一届土木结构模型设计竞赛中，我院学生在与一本学校学生的竞争中毫不逊色，获得了三等奖。在第五届中南地区（七省）高校土木工程专业结构力学竞赛中，我院两名学生分别荣获三等奖和优秀奖，这对于独立学院的学生而言，实属不易。

2.科技创新情况。土木工程学院创办以来，积极组织学生参加各类科技创新活动，开展创新创业实践，多次获得相关奖项。其中大学生研究计划共立项4项，学生在国家、省级学术期刊中发表论文2篇，2015年获批省级大学生创新创业训练计划项目1项。

几年来的实践证明，华广土木工程学院学科竞赛体系运行效果良好，学生的参与面逐渐扩大，不仅提高了学习主动性，扩宽了专业知识面，动手能力也得到了明显提高。学科竞赛在促进学生全面发展，提高综合素质，培养创新型人才方面起到了重要作用。

（二）相关启示

学科竞赛在培养创新人才方面具有独特的功能，尤其在应用型本科院校的人才培养中更具有重要的现实意义。为了确保学科竞赛活动的持久良性发展，需要建立相应的保障机制。

1.组织保障。校院两级领导的重视是学科竞赛活动持久有序开展的前提，学校应将学科竞赛活动列为学校的常规工作，成立专门的校、院两级学科竞赛工作委员会，形成校院目标管理，过程管理机制。

2.训练保障。学生是学科竞赛的主体，只有形成科学合理的学生训练、选拔机制，才能保证学科竞赛活动的持久、健康发展。注重赛前规划与训练，实施项目化运行，以竞赛成绩作为相关考核依据，并将学科竞赛纳入人才培养计划中，如开设与学科竞赛相关的选修课，吸收学生参与教师科研活动，多种形式普及学科竞赛知识等。

3.队伍保障。指导教师对学科竞赛的开展起到了主导作用，因此需要构建知识结构多样化的指导教师队伍，吸引教学经验丰富、责任心较强、有工作热情、有一定科研经验的教师加入指导教师队伍。

4.经费保障。经费投入是学科竞赛能够顺利开展的重要物质保证。学校应设立学科竞赛专项基金，按学科竞赛的性质和类别，设定相应的经费支持标准，例如可以考虑通过立项方式对学科竞赛资金进行管理。

总之，用保障机制推动学科竞赛的可持续开展，对应用型人才创新能力的培养是至关重要的。生结构设计竞赛作品选编[M].北京：中国建筑工

参考文献

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Abstract:Since China took building an innovative country as an important strategic decision, the education system has particularly put emphasis on cultivating students' innovation ability. Taking Guangzhou College of South China of Technology as the prototype, this paper described the importance of discipline competition for development of students' creative ability from the meaning, the implementation and safeguard mechanism of competition.

Keywords:Structural Model Design Competition; applied talents; innovative ability; civil engineering major

中图分类号：C961

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）05-0011-03

*基金项目:华南理工大学广州学院2015年度“创新强校工程”建设项目(JY150317）。

作者简介：苑苗苗（1982，2-），女，吉林长春人，博士，讲师，研究方向：道路工程。