基于复合材料桥梁竞赛的教学实践与探索

佟丽莉+郭轶宏+张建华+张学义

摘要：超轻复合材料桥梁竞赛是国际范围内复合材料专业竞赛，在美国、法国、中国等国家举办的SAMPE地区学术年会中同期举行，该竞赛对于提高复合材料力学、结构力学、数值模拟、专业英语等课程教学，激发大学生学习专业知识的兴趣，锻炼学生分析问题、解决问题的能力都起到了促进作用，在近几年的课程教学中，将大学生的竞赛融入到教学实践中，取得了一定的成效，通过实践创新教学体系的建设，提高了专业课程的整体教学水平。

关键词：桥梁竞赛；创新体系；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）22-0149-02

超轻复合材料桥梁竞赛是由SAMPE（The Society for the Advancement of Material and Process Engineering）学会主办、美国国家航空航天局、波音公司等企业赞助支持的国际性学生竞赛，已经成功举办19届。我校SAMPE超轻复合材料大学生科技创新团队自2009年成立，指导老师7人，学生成员累积上百人。2010年10月首次参加在上海举办的第二届超轻复合材料制造学生竞赛，获得桥梁组冠军。2011年5月参加在美国长滩市举办的第十四届国际SAMPE超轻复合材料学生桥梁竞赛中获得亚军；2011年10月参加在天津举办的第三届超轻复合材料制造学生竞赛获得1项一等奖、2项二等奖、1项三等奖。2012年5月24日在美国马里兰州巴尔的第十五届国际超轻复合材料桥梁学生竞赛，共获3项单项冠军、1项亚军和2项季军，以总分第一摘得团体冠军。SAMPE团队自组建7年以来，不断学习沟通，团结协助，在国际、国内大赛中取得了优异的成绩。学生通过竞赛，对专业知识有了深刻的理解，提高了学生学习复合材料专业知识的兴趣，巩固了学生的力学基础，锻炼了学生的思维，拓展了学生的视野，增加了与国内外学生之间的交流，培养和发现了大批优秀的复合材料创新人才。另一方面，竞赛为教师提供了教学交流的良好平台，教师团隊通过指导学生，将竞赛融入到平时的日常教学中，将竞赛培训与日常教学紧密结合，提高了整体的教学水平，促进了国内外高校之间复合材料力学教学的沟通，提高了教师的业务能力和复合材料教学质量，促进了高等学校专业课程建设的改革。

复合材料桥梁国内国际竞赛对学生专业学习、科技创新、团队合作竞赛培养和教学环节有很大的促进作用，主要表现在以下几个方面。

一、桥梁竞赛提高学生的力学素养及创新能力

全面实施力学素质教育、培养学生力学创新能力是当今高等教育的主要任务之一，其根本途径之一是重视学生力学基本知识的培养。SAMPE桥梁竞赛是夯实力学基础知识的有效途径，以赛促学，不仅能提高学生的力学思维能力，培养学生的创新能力，而且提高了学生的自学能力，拓展了知识面，为学生后续的相关专业的学习起到了良好的促进作用，同时增强了学生在就业中的竞争实力。

1.以比赛促进学习，激发学生学习兴趣，提高自学能力。力学知识尤其是复合材料力学知识一贯以其抽象性、枯燥性让很多学生望而生畏。在教学改革的实践中，教师一直在寻找激发学生学习兴趣的突破口。桥梁竞赛是有效的教育手段之一，很好地培养和激发了学生学习力学及复合材料相关专业知识的热情。自2010年起，SAMPE北京分会开始在国内举办“超轻复合材料桥梁竞赛”，比赛规则与美国的相同，在国内获奖的选手推荐赴美国参加SAMPE学会主办的桥梁竞赛，这样吸引大批学生积极参与。在这个过程中，教学经验丰富的教师团队对学生竞赛进行辅导，培训中不断夯实学生的基础知识，开拓学生的视野。学生从原来的被动接受专业知识变成了积极主动地去探讨，学习目标明确。在设计桥梁的过程中，除需要复合材料、力学专业知识，还需要学习CAD绘图软件、结构分析软件，模具设计及成型工艺等相关知识，过程中学生对其他知识的学习都是根据自己的兴趣，自学完成，出现的问题和指导教师讨论交流，这样除巩固了所学知识外，还拓展了知识范围。

2.以竞赛促进学习，提高创新能力。复合材料桥梁竞赛方案设计过程中，除了需要掌握专业基础知识之外，还需要学生分析问题和解决问题的能力。需要学生具有创新意识、创新思维、创新技能等诸多要素，具有好奇心、求知欲、独立思考能力，竞赛使学生在学习过程中，不拘泥于书本，不迷信于权威，不依赖于常规，而是以已有的知识为基础，结合竞赛规则，独立思考，大胆探索，寻找独创性的解决问题的方法，竞赛结果统一的没有标准答案，以重量最轻，承载最高为目标，每年成绩都在提高，每年方案均不相同，沿用上一年的方案不可能达到最优结果，这样促进学生的探索精神、创新思维，突破常规思维界限，以不同视角、方法思考问题，提出与众不同的解决方案，锻炼学生的创新技能。

3.提高学生的外语水平及表达能力。通过竞赛前方案的讨论，比赛过程中与国外学生的交流，锻炼并提高学生用英文交流的能力，提交英文方案及分析竞赛规则，提高了学生写作及阅读能力。使学生意识到英文作为交流工具的重要性，竞赛过程中提高了外语的听说写水平。

二、桥梁竞赛推动了复合材料力学等相关专业的教学工作

桥梁竞赛不仅为广大学生提供了展示自我、锻炼自我的平台同时也为教师们提供了沟通的平台，有利于促进学校间的教学交流，提高整体教学水平。同时也促进各学校在复合材料力学等专业课程的投入力度，在学校政策支持、师资力量以及教学方法等方面都有不断的提升，学生竞赛对促进专业课程教学研究，开展教学方面的学术交流，发挥了积极的作用。

1.多元教学方式，促进教学改革。在指导学生竞赛过程中，学生不定期、不定时地会有疑问需要讨论及交流，这也促进了网络教学平台的快速发展，建设课程教学的网络平台，提供教师之间、师生之间、学生之间的有效交流平台，实现学生间有好互助模式。同时，利用丰富的教学网络资源等平台，提高学生利用网络资源、校园网内电子图书资料解决问题的能力，实现学生素质的全方面提高。学生在准备竞赛方案过程中，学生除需要自己设计方案，还要自己设计模具、自己动手进行工艺成型，实验室进行力学性能实验，这种学习方式打破了传统的灌输式的教学模式，使学生走出教室，进入实验室，不仅自己动脑，还需要自己动手，感受知识带来的乐趣，从而加深巩固所学知识，这种新的听、说、看、触的教学模式，有力于学生的学习，相比传统的讲授形式，提高了教学效率和教学效果。指导学生竞赛过程中，需要围绕竞赛问题，指导学生学习相关的专业知识，进行与同一问题相关的专业教学活动，使专业之间的教学互相之间有衔接，有关联，引导学生为解决问题而去学习，通过多门专业课的教学活动，指导学生将多门专业知识都能用于解决问题，这与传统的教学模式相比，提高了效率和效果。

2.构建了复合材料桥梁实践创新教学体系。复合材料桥梁实践创新教学体系是以复合材料桥梁竞赛为目标而开展的一系列教学活动，分为三个阶段。第一阶段，进行基础课程的学习，包括材料力学、结构力学、机械制图等课程的学习，这些课程是面向全校学生的必修课，通过这些课程的学习，掌握基础的力学知识和绘图能力。第二阶段是计算机知识的学习，包括SOLIDWORK、ANSYS、ABAQUS软件的学习，这些课程是选修课，通过课程的学习，能够对复杂形状结构进行分析设计。第三阶段是专业知识的学习，包括复合材料力学、复合材料工藝、模具设计，通过学习，掌握并了解复合材料相关专业知识。通过以上时间教学体系的学习，学生基本掌握复合材料桥梁设计及制作技术，熟悉竞赛流程。哈尔滨工程大学SAMPE创新团队在2011年连续六年参加美国SAMPE学会主办的学生桥梁竞赛，并取得一等奖六项，二等奖六项，三等奖九项，相关研究参加国际会议发表文章3篇，实践教学证明，复合材料桥梁实践创新教学体系有着良好的教学效果。

随着现代化教学理念的不断更新，各类竞赛的不断开展，将会出现更多新的教学实践方案，探索更多的教学模式，达到最佳的教学效果。

参考文献：

[1]周雪梅，何昆鹏.基于科技竞赛的创新能力培养研究[J].教育教学论坛，2014，4（14）.

[2]陈妍冰，刘琳靖.基于机器人竞赛的教学改革研究[J].教育教学论坛，2015，5（21）.

[3]马英忱，韩保红.大学力学基础课程教学中学生能力培养的研究与实践[J].大学教育，2014（13）.

[4]许昊，徐龙军，李洋.大学生结构设计竞赛中创新能力的培养与发挥[J].高等建筑教育，2011，20（5）：121-124.

Practice and Exploration of Education Based on Composite Bridge Contest

TONG Li-li，GUO Yi-hong，ZHANG Jian-hua，ZHANG Xue-yi

（College of Aerospace and Civil Engineering，Harbin Engineering University，Harbin，Heilongjiang 150001，China）

Abstract：Super lightweight composite bridge contest is an international competition within the field of composite materials and held in the same period of SAMPE technical conference in the United States，France and China. The contest can improve teaching level such as composite mechanics，structural mechanics，numerical simulation，professional English teaching. Meanwhile，contest can arise students' interest in learning professional knowledge and increase student's ability to analysis and solve problems. It have played a role in guiding students into teaching practice. Professional curriculum teaching level had been improved through the construction of practice teaching innovation system.

Key words：bridge contest；invocation system；educational reform