基于大学生结构设计竞赛的综合能力培养路径探索

林亨 叶昌鹏 吴冬雁

[摘 要]自卓越工程师教育培养计划实施以来，大学生结构设计竞赛已经成为高校土建类学科专业的重要赛事之一。为提高学生在结构设计竞赛中的理论知识应用能力和综合实践创新水平，文章分别从参赛学生、指导教师和选拔机制三个方面分析了当前高校大学生结构竞赛能力培养模式中存在的问题。同时，从理论、实践、竞赛、制度四个方面，以温州大学建筑工程学院为例提出了“四位一体”的“四化四建”应对措施，旨在充分调动大学生参赛积极性的前提下，探索有益的大学生结构设计竞赛综合能力培养路径，以适应创新实践型人才的需求。

[关键词]结构设计;四位一体;理论应用;实践创新

[中图分类号]TU318 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2023）03-0064-04

引言

为加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才，我国教育部实施了“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[1]。为此，许多高校将大学生实践创新教育列为教学改革中重要环节，其中，大学生结构设计竞赛因需要特色鲜明的力学分析知识和独具匠心的手工制作要求，成为许多高校土木工程专业学生综合实践创新教育训练的赛事之一。自2005年第一届全国大学生结构设计竞赛成功举办以来，该项赛事累计吸引了600多所院校近1 200支队伍，上萬名师生参赛[2]。大学生结构设计竞赛的获奖数量成为高校土木工程专业评估的重要参考指标之一。

大学生结构设计竞赛包括结构设计、模型制作、分级加载和现场答辩等环节，按照全国大学生结构竞赛委员会的要求，除特邀参赛的11所高校外，其他参赛队伍需要经过各省（自治区、直辖市）分赛区的层层选拔[3]。此外，历年结构设计赛题均取材于实际工程中房屋建筑、大跨桥梁和空间结构等真实荷载工况，通过缩尺模型化考察不同设计、施工、加载等工况下的结构性能，其能全方面、多层次、系统化地锻炼参赛学生运用理论知识解决实际工程项目问题的能力[4]。

为适应新一轮科技与产业革命的发展，文章以高校大学生结构设计竞赛为研究对象，分别从参赛学生、指导教师和选拔机制三方面分析了当前高等院校大学生结构竞赛能力培养模式中存在的不足，并以温州大学建筑工程学院为例，提出了“四位一体”的“四化四建”应对措施，探索有益于大学生结构设计竞赛综合能力培养的路径，以适应时代发展的需求。

一、大学生结构设计竞赛组织过程中存在的不足

目前，高校为吸引广大学生参加结构设计竞赛和获得好的竞赛成绩采取了各种激励措施[5-7]，从前期报名宣传到赛前集中培训，从组建兴趣社团到必修学分要求，从激励政策倾斜到竞赛后勤保障等方面都有不同的侧重体现。笔者从参赛学生、指导教师和选拔机制三个方面分析结构竞赛组织过程中存在的问题。

（一）参赛学生方面

1.自主学习意识应加强，需提升内在驱动力

部分报名参赛学生正处在大一或大二年级，对当前创新实践教育的重视程度不够，抱着尝试的心态参加比赛，一旦赛题稍有变化或复杂程度提升，参赛的积极性会受挫，攻坚克难的专研精神不够。同时，许多学生尚处在基础理论课学习阶段，还未能形成系统的力学知识理论体系，对于赛题中实际问题的专业性思考不足，以至于在结构创新设计过程中缺少基本的章法，出现为追求标新立异的模型而忽视基本物理规律的情况。

2.手工制作能力待提升，分析问题能力需加强

相同的模型设计方案在不同的学生手工制作情况下表现出较大的性能差异[8]，有手工制作基础的模型往往能较好地展现结构的力学性能。在模型制作过程中需要根据问题有针对性地进行方案设计，这要求参赛学生具备一定的分析和解决问题的能力，不能脱离实际情况和违背基本的物理规律。同时，优秀的作品通常构思巧妙、制作精良，而盲目地夸大结构独特造型、粗糙的模型制作工艺，会给结构模型留下潜在的安全隐患，加载效果也将适得其反。

（二）指导教师方面

1.课程教学与科研压力较重，指导时间和精力被分散

在大学生结构设计竞赛培训过程中，会临时抽调教师对参赛学生进行赛前培训和指导，由于需要完成日常课程和科研考核要求，教师能够投入竞赛指导的时间往往不足且较为分散，加之积累的经验不够，能有针对性讲解比赛试题的情况较少，这会造成竞赛能力培养过程中存在“教师教学不在状态，培训内容不够系统，学生学习不够明白”的现象。

2.创新设计理念需要更新，竞赛激励需要加强

部分教师基于传统的教学理念，加之有限的参赛经验，较难结合竞赛试题启发参赛学生。同时，在结构设计竞赛辅导的过程中，循规蹈矩的教学方式，可能会在一定程度上限制学生创新设计思维的发展，且部分高校的竞赛制度和考评体系不够完善，指导教师参加的热情不够高，结构设计竞赛辅导会增加教学工作量，难以提供更专业与广泛的指导。

（三）选拔机制方面

1.选拔间隔时间短且不充分

通常而言，从全国赛题公布（每年2、3月份）到校、分赛区赛选拔（每年5、6月份）所间隔的时间较短[9]。由于全国大学生结构设计竞赛选拔面向的学生基数庞大，在临时组织完赛题培训之后，留给参赛学生发挥创造和设计结构模型的时间不够充足。在时间紧、任务重的情况下，较难在选拔比赛过程中看到独出心裁的参赛作品。同时，部分模型结构形式单一，一些设计存在雷同的情况。

2.选拔过程重结果而轻过程

在学生手工制作不成熟的初始阶段，仅通过一次校内比赛的结果选拔参赛学生存在偶然性，且对于选上参赛的学生，若不能够投入足够的精力备战，会造成参赛资格的浪费，并且由于大学生结构设计竞赛的初衷是“以赛促学，以赛促改”，若片面追求参赛结果而忽略准备过程的选拔，这又会在一定程度上削弱选拔参赛学生的积极性。

二、“四位一体”理念下培养路径的改革探索

温州大学土木工程系教研团队在教学改革中，针对当前结构设计竞赛能力培养存在的问题，从“理论教学专业化、实践操作能力化、竞赛导向创新化、制度管理规范化”四方面着手，构建“四位一体”的“四化四建”创新实践教育体系[10]，研究制定《温州大学建筑工程土木工程专业结构设计竞赛管理办法》，以此探索和研究大学生结构设计竞赛综合能力培养的新路径，为大学生创新意识、工程实施能力和团队合作精神的塑造提供实践经验和改革思路。

（一）理論教学专业化：构建课程理论学习模式，丰富基础专业理论知识

在温州大学土木工程专业本科生课程体系中开设结构力学及模型实训专业选修课，选修课安排在每学年的第一个学期（每年9至12月份），委任专职教师进行16学时专业性的理论教学指导，采取竞赛学长经验分享、优秀案例精细讲解、课内学习小组互动等形式。避免赛前突击培训和单一式教学，优化课堂理论学习模式。通过选修课的学时制度，不仅保障指导教师的课时考核工作量，而且让学生有足够的时间去体会结构设计的奥秘。

结合结构力学及模型实训的专业选修课教学大纲，分别以实际建筑结构、桥梁隧道、大坝港口和海洋平台等为案例，抽象简化模型结构分析荷载作用影响，能够让学生全面了解结构模型的设计体系。同时，从结构合理体型刚度、清晰力流传递路径、有效能量转移途径等方面融合材料属性、荷载输入、边界条件等理论概念，丰富学生在结构设计竞赛方面的专业基础知识。

（二）实践操作能力化：组建实践创新训练平台，提升解决实际问题的能力

分别依托温州大学的大学生“创客空间”课外活动基地和建筑工程学院测绘与结构设计协会社团组织，搭建大学生结构设计竞赛实践创新训练平台，为学生手工制作模型提供空间和场地支持。借助学生组织和社团活动在各年级之间形成良性的“传帮带”机制，学生竞赛团队不再是同专业、同班级之间的组合，而是横跨高、低不同专业且分布于不同年级段的创新团队。同时，不同专业的学生通过交叉学科发挥自身在团队协作中的专长，这不但能提高结构设计竞赛的基础受众面，还能够起到广泛宣传的效果。

基于结构力学及模型实训专业选修课，设置16学时的现场模型制作训练，并安排专职教师进行现场讲解和演示，这将提升学生的手工制作水平，改变传统的结构设计方式，提升团队合作能力，培养学生在结构设计竞赛中运用专业知识解决实际问题的能力，培养学生潜心专研和刻苦训练扎实的竞赛之风，回归结构设计竞赛“以赛促学”“以赛促改”的初衷，从而达到创新实践的目的。

（三）竞赛导向创新化：创建竞先争优评价机制，提升理论实践应用素养

在结构设计竞赛选拔过程中，温州大学建筑工程学院充分发挥课堂教学和社团活动选拔的“一体两翼”的作用，克服一次比赛选拔的盲目性，综合挑选思维活跃、专研刻苦、创新和动手能力强的学生参加省级、国家级的比赛。在备战大学生结构设计竞赛的整个过程中，通过储备一定数量有意向的学生，进行阶段性的多层次环节比赛，让真正条件成熟的学生能够脱颖而出，避免“突击式”选拔的情况，助力学生在实训锻炼过程中自我成长。

在竞赛训练的过程中，指导教师根据学生提出的理论方案进行初选，这不仅能节省时间和精力，还能促进学生理论实践应用能力的形成。让学生在相互交流和头脑风暴中产生新的灵感，培养学生的竞赛精神，为结构设计竞赛注入源源不断的活力。此外，在竞赛选拔过程中鼓励创新的、合理的设计方案，充分发挥大学生结构设计竞赛中自主创新的引领作用。

（四）制度管理规范化：搭建制度管理保障体系，完善师生激励运行机制

为确保各项管理措施的有效实施，温州大学建筑工程学院积极推动制度管理体系建设，先后两轮征集教师和学生的意见进行修订。竞赛管理办法的制定，让各学院能够更好地发挥组织和管理的作用，提高竞赛组织过程中决策和执行的效率，为推进教育教学改革和提升竞赛指导质量创造良好的环境。同时，以制度规范化管理，确保竞赛选拔机制的一致性和延续性，并最终形成权责监督合力，督促各职能部门履职尽责。

落地的激励反馈运行机制能够激发师生的积极性和创造性，从而提升学院的整体竞赛能力。在竞赛管理办法中，可以通过赞助商和竞赛冠名的形式，增加获奖队伍的奖金池金额，并根据训练期间参赛学生的训练表现适当进行生活补助。同时，将竞赛指导作为学院教师职称晋升优先考虑的指标，鼓励教师全身心地投入竞赛指导过程，改变定势思维，从而推动学院结构设计竞赛的可持续发展。

三、结语

为全面提升素质教育质量和深化创新教育实践改革，本文以大学生结构设计竞赛为抓手，分别从参赛学生、指导教师和选拔机制三方面分析大学生结构设计竞赛能力培养模式中存在的问题。以温州大学建筑工程学院为例，从理论、实践、竞赛、制度四个方面提出理论教学专业化、实践操作能力化、竞赛导向创新化、制度管理规范化的应对措施，积极探索现阶段大学生结构设计竞赛综合能力的培养路径，为优化结构模型设计，提升学生综合能力，践行结构设计竞赛宗旨，以达到时代发展所需的“新工科”人才培养目标，提供可循的实践经验和改革思路。

[参考文献]

[1]姚未来，刘元雪，孙涛，等.新工科背景下土木工程专业研究生创新实践教学平台构建[J].高等建筑教育，2023（1）：31-38.

[2]刘德稳.大学生结构设计竞赛八讲[M]. 成都：西南交通大学出版社，2018.

[3]杨光，刘宜梅，肖燕.CDIO理念下大学生结构设计竞赛能力培养探索[J].科教文汇，2020（1）：75-76.

[4]张富宾，刘琼，卢杨.基于大学生结构设计竞赛的土木工程专业本科教学改革探索与创新[J].教育现代化，2018（39）：65-67.

[5]张瑶，马卫华.一流专业背景下依托结构设计竞赛提升土木工程专业学生的综合能力[J].科教导刊，2023（2）：21-23.

[6]张富宾，刘琼，卢杨.基于大学生结构设计竞赛的土木工程专业本科教学改革探索与创新[J].教育现代化，2018（39）：59-61.

[7]于明鑫，杨楠，佟舟.通过结构设计竞赛促进学生工程实践能力培养[J].科技视界，2021（32）：123-124.

[8]侯文崎.从大学生结构竞赛看结构力学本科教学改革的探索和创新[J].教育教学论坛，2015（52）：175-176.

[9]王永宝，杨会伟，张晋杰，等.大学生结构设计竞赛校赛选拔制度探析[J].高教学刊，2020（10）：78-81.

[10]席耀一，王博，李勇，等.大数据分析课程“四位一体”混合式教学探索与实践[J].大学教育，2022（12）：7-10.

[作者简介]林亨，温州大学建筑工程学院讲师，博士，研究方向：桥梁结构健康监测;叶昌鹏，温州大学建筑工程学院讲师，博士，研究方向：水下结构振动分析;吴冬雁（通信作者），温州大学建筑工程学院副教授，博士，研究方向：桥梁结构振动分析。

[责任编辑 孔文静]