郭 佳，盧雪松，明廷臻,2

(1.黃岡師范學院 建筑工程學院，湖北 黃岡 438000;2.武漢理工大學 土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430070)

全國大學生結構設計競賽創(chuàng)辦于2005年，是教育部和財政部批準發(fā)文的全國性A類學科競賽項目，受到各開設土木工程專業(yè)高校的一致認可和積極參與，在2015～2019年全國普通高校學科競賽排行榜中位列第十。參賽學生需要綜合運用土木工程材料、理論力學、材料力學、結構力學、混凝土結構設計原理、鋼結構、施工技術等專業(yè)課程知識，3人1個團隊進行協作分工，以質輕承載重為目標，結合賽題要求進行模型的設計和制作，最后用探究性試驗檢驗模型。大學生結構設計競賽是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識、合作精神和工程實踐能力的學科性競賽，為高等學校開展創(chuàng)新教育和實踐教學改革、加強高校與企業(yè)之間聯系、推動學科創(chuàng)新活動起到積極示范作用[1]。相較于其他競賽，大學生結構設計競賽的特殊作用體現在：對學生綜合能力有更高要求；更注重動手能力的培養(yǎng)；比賽公平公正性更易保證；比賽更具有時代性，解決當下實際工程問題[2]。

2015年，教育部印發(fā)了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》。作為地方普通本科高校，黃岡師范學院成為了湖北省首批應用型試點高校，學校一直把實踐教學作為提高人才培養(yǎng)質量的切入點和突破口，著力培養(yǎng)學生實踐與創(chuàng)新能力。土木工程專業(yè)作為一個注重應用型人才培養(yǎng)的工科專業(yè)，不僅要注重專業(yè)知識的培養(yǎng)，更要加強對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此必須改變原有的教學模式，以此來推動土木工程專業(yè)的教學改革。大學生結構設計競賽是一個很好的能夠把實踐教學融入土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的平臺,學校自2018年開始連續(xù)參加兩屆湖北省大學生結構設計競賽，并取得了一些成績。對于如何利用競賽來促進土木工程專業(yè)教學改革，改進教學中存在的問題，培養(yǎng)學生實踐與創(chuàng)新能力，達到土木工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)的要求，結合我校土木工程專業(yè)的背景和教學現狀，進行了積極的思考和探索。

1 土木工程專業(yè)現狀分析

土木工程專業(yè)隸屬于黃岡師范學院建筑工程學院，是我校應用型專業(yè)之一。建筑工程學院成立于2014年，現有土木工程、工程造價2個本科專業(yè)和工程造價、建筑工程技術、建筑設計技術3個專科專業(yè)，學院的定位是立足黃岡、服務地方經濟。學院現有學生730余人，專任教師36人，其中高級職稱教師10人，博士10人，專任教師中70%取得了全國注冊結構工程師、建筑師、建造師、造價工程師等執(zhí)業(yè)資格。但因開設時間較短，存在很多需要解決的問題，需要積極探索出凸顯專業(yè)特色且適合我校土木工程專業(yè)的發(fā)展道路。土木工程專業(yè)課程存在的問題主要有：專業(yè)課課程不成體系，相互銜接和融合不夠，理論課抽象難度大；實踐課程偏少，理論與實踐嚴重脫節(jié)；缺少具有土木工程專業(yè)特色的第二課堂活動。

1.1 專業(yè)課程體系設置不合理，相互銜接和融合不夠，理論課抽象難度大

首先，土木工程專業(yè)課程之間沒有主線貫穿于其中，除去畢業(yè)設計，沒有一門課程能夠綜合運用專業(yè)課知識，課程之間相互獨立，任課教師往往只站在本課程角度講述問題，不能高屋建瓴的看待問題，學生邊學邊忘，考一門忘一門[3]。

其次，理論課抽象難度大。以力學課程為例，我校土木工程專業(yè)設置了理論力學、材料力學和結構力學三門力學課程。力學是土木工程專業(yè)重要的基礎課程，是許多土木工程專業(yè)課的前導課程。力學課程的理論性強，概念抽象不好理解，需要學生具備較強的邏輯推理能力和扎實的數學基礎，學生普遍反映不好學，學習效果也不好，迫切需要進行教學改革。

1.2 實踐課程偏少，理論與實踐嚴重脫節(jié)

由于我校土木工程專業(yè)的理論課多，實踐課缺失或者未充分利用，學生動手機會較少，理論與實踐嚴重脫節(jié)，缺少教師專業(yè)的解答和引導，導致學生動手能力和分析解決問題能力較差[4]。而實踐課程又多以演示性或驗證性實驗項目為主，不能充分調動學生學習的積極性和培養(yǎng)學生的科學探究能力。

1.3 缺少具有土木工程專業(yè)特色的第二課堂活動

第二課堂活動是第一課堂活動的拓展和有益補充，不僅能豐富學生的課余生活，而且第二課堂內容更具有時代感，能最大程度發(fā)揮學生學習的積極性，展示出各專業(yè)學子的風采[5]。而能夠把土木工程專業(yè)的理論知識用于實踐，讓學生能夠實際感知真實的工程建造過程，具有土木工程專業(yè)特色的此類第二課堂，相對其他專業(yè)來說偏少。

2 結構設計競賽的經驗總結

學校連續(xù)參加第六屆、第七屆兩屆湖北省大學生結構設計競賽，第六屆未獲獎，第七屆三隊全部獲獎，其中，一等獎一項，二等獎兩項，成績在湖北省的參賽高校中位居前列?；诖?，我們對其中的經驗和教訓進行了總結，具體如下：

2.1 自上而下對比賽的重視和堅持

無論是建筑工程學院領導、指導老師，還是參賽同學，自上而下都十分重視湖北省大學生結構設計比賽。院領導通過與去年參賽的指導老師和學生進行談話，一起總結上屆比賽經驗教訓，并確定了2019年參賽的計劃和安排，提供了一間寬敞教室作為模型制作場所。召開了競賽動員會議，介紹了大學生結構設計競賽的基本情況、參賽流程和注意事項，指導老師也在各自課堂上進行了宣傳，最終有30余學生報名，參與的積極性和熱情度都非常高。在上一屆比賽失利的情況下，從上到下，遇到困難和挫折時，不氣餒不抱怨不放棄，有決心能夠在比賽中獲獎，堅持集中訓練4個月。

2.2 指導教師的精心指導

首先，統一配備了值班指導教師和安排了模型制作時間，保證學生在制作模型時，能夠有老師在旁邊指導，幫助分析和解決問題。其次，指導教師遵循結構設計競賽訓練的客觀規(guī)律來進行指導。比如，按照手工制作、桿件空間位置感、桿件的受力分析及優(yōu)化、整個模型的受力分析及優(yōu)化的順序來進行訓練。再次，授之以“漁”，鼓勵學生多總結多思考，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新性思維，從而共同確定出模型制作方案和結構優(yōu)化方案。最后，指導教師參與所指導小組模型的每次試加載，總結成敗，提出改進思路。

2.3 指導教師精準把握賽題出題者意圖

賽題公布后，指導教師仔細審題，把握出題者意圖，總結出該類型結構結構設計的要點和關鍵問題，從而去指導學生。這客觀上要求指導老師具備一定的實踐經驗和專業(yè)的結構設計知識，指導老師需要不斷學習充電，充實自己的專業(yè)知識和提高各方面的能力。

2.4 模型制作材料、工具、訓練時間上的保障

巧婦難為無米之炊，這也適用于結構設計競賽，模型的制作材料和工具是物質基礎，必須得到保證。在比賽正式訓練之前，我們就把模型制作的材料、設備、工具全部采購到位。

足夠的訓練時間，使學生能夠總結經驗，提高效率，縮短制作時間，精益求精。我們要求所有參賽學生在課余時間之外，都來教室制作模型，這不僅僅是比賽的需要，也可以此考察參賽學生的恒心和毅力。

2.5 對參賽學生嚴格的選拔

參賽學生是結構設計競賽的主體，對參賽學生嚴格的選拔很關鍵。首先，要求指導老師能夠慧眼識人，訓練時多與參賽學生接觸，觀察出動手能力強、心理素質高、能吃苦耐勞的學生。其次，采用校內選拔賽、指導老師推薦以及召開指導教師和參賽同學座談會等多種形式，綜合考慮個人能力、小組的分工協作等因素，公平公正地選拔出參賽學生。在第七屆湖北省大學生結構設計競賽中，最終我們選拔出3個小組9名同學代表學校參加競賽。

2.6 對參賽學生生活上的關懷

參賽學生的模型制作，需要有生活上的保障和支持。例如準備碘酒、云南白藥、創(chuàng)口貼用于傷口處理，在模型制作室提供滅蚊器防蚊，夏天提供空調，對參賽學生生活上的關懷，極大得提高了學生參賽的熱情和積極性。

3 基于結構設計競賽的土木工程專業(yè)教學改革措施和建議

3.1 通過結構設計競賽實現各課程知識點的銜接和融合

結構設計競賽要求提供完整的設計方案、計算書和結構模型，要綜合運用專業(yè)課課程知識。首先，根據賽題對于模型的要求，進行模型的結構選型。這要求參賽師生要熟悉各種結構的形式以及受力特點，要運用結構選型或者結構力學的課程知識。不管是橋梁、高聳建筑還是大跨度結構，依據結構的主要受力特點，保證承載力滿足要求，來選擇合理的結構選型和設計有效的荷載傳遞路徑[6]。

其次，模型制作過程中，要求參賽師生掌握材料的力學性能和對模型進行受力分析以及加工制作拼接桿件，這要求運用我們土木工程材料、材料力學和施工技術的課程知識。依據結構所需要的強度、剛度、穩(wěn)定性，確定合適的構件截面尺寸和長度，并重點考慮桿件連接節(jié)點，實現構件預期受力性能。

最后，加載檢驗過程中，觀察桿件的實際受力情形，并與理論受力分析情形對照，若不同則分析原因。加載檢驗結束后，如加載成功，依據模型實際受力情形，進行優(yōu)化，減輕自重；如加載失敗，能夠根據破壞的形態(tài)，分析出其破壞的原因，在后期對桿件進行針對性的改進。這一環(huán)節(jié)考察的是我們的探究性實驗能力，以試驗結果檢驗專業(yè)課的理論知識，并分析出模型的結構選型、桿件設計、桿件拼接和結點問題，做到理論與實踐相結合，最終制作出理想的模型。

綜上，結構設計競賽實際上實現了各課程知識點的融合和貫穿，使理論課知識成為了一個完整的體系，比賽過程即是設計、建造工程結構的完整的過程，這正是土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案里專業(yè)知識和能力的培養(yǎng)目標。

3.2 通過整合力學課程內容，有效利用和強化實踐環(huán)節(jié)

力學課課時偏少，內容抽象難懂，學生普遍反映不好學，但是力學課是土木工程專業(yè)最重要的課程之一[7]。這要求力學課教師整合教學內容，刪除力學課程中重疊內容，重點內容講透徹，自學內容少講或不講。實踐教學環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生自主學習的意識和獨立創(chuàng)新的能力，尤其在力學課程中需要有效利用和強化。例如在材料力學實驗中，增設測取結構模型競賽所用材料竹帶、竹條抗拉強度的項目，既讓學生理解了材料力學的基本概念，也為結構模型競賽計算書的仿真模擬提供了數據。在結構力學課程中設置實踐環(huán)節(jié)，對學生進行結構設計競賽的短期訓練，讓學生制作出合理的結構模型并進行加載實驗，掌握結構模型的選型依據和結構的受力分析。

3.3 把結構設計競賽設置成為培養(yǎng)學生實踐能力的一門專業(yè)課程

將結構設計競賽設置為一門專業(yè)課課程，對于教師而言，可作為創(chuàng)新實踐、教改項目和編著教材，甚至可進行一流課程、教學團隊和教改平臺的建設；對于學生而言，因為有學分，參賽積極性提升，有專門的上課時間來保證訓練，學生的榮譽感、獲得感、綜合能力都會得到提升。課程與競賽緊密結合在一起，課程為競賽提供理論指導，競賽又豐富了課程教學內容，實現了“以賽促教、以賽促學”。部分高校已經在試行，目前已證實取得了很好的效果。

將結構設計競賽設置為一門專業(yè)課課程，也可達到土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中所需要的情感培養(yǎng)目標[8]。

(1)參賽團隊成員需要很好的分工協作，組員之間不能相互配合，無法形成合力，模型制作易出錯、制作效率低，自然取得不了好成績。

(2)模型制作，需要耐心細心。竹片的裁剪、拼裝、粘接，如果不夠耐心細心，模型的做工肯定粗糙，紕漏百出。

(3)模型的試加載環(huán)節(jié)，極其考驗學生抗挫能力。賽前模型的試加載，是結構設計競賽的一個重要環(huán)節(jié)，加載是一種探究性實驗，結果不可預知。參賽學生面對一次又一次的加載失敗，既要屢敗屢戰(zhàn)又要冷靜的分析問題解決問題，必須要有強大的抗挫能力。

(4)模型的制作，強度高、耗時長，必須要有吃苦耐勞的精神。正式比賽是十六個小時的模型制作，即除去吃飯和休息，連續(xù)高強度緊張的制作模型，不具備吃苦耐勞精神是無法堅持住的。

(5)比賽創(chuàng)造了學生與其他高校學生溝通交流的平臺，無論是否獲獎，都增加了學生的人生閱歷。對于未獲獎學生，能夠知其不足而后勇；對于獲獎學生，能夠獲得自信心和集體榮譽感。

3.4 創(chuàng)立模型制作協會,創(chuàng)建具有土木工程專業(yè)特色的第二課堂

(1)模型制作協會是一個長效運行的結構設計競賽的平臺和機構[9]。通過這個平臺，不僅可以實現結構設計競賽參賽隊員的報名、管理、傳幫帶、選拔淘汰，而且可以提高參賽學生的綜合素質和能力。參賽學生畢業(yè)會離校，但關于結構設計競賽好的作法和經驗會一直傳承下去。

(2)創(chuàng)建土木工程專業(yè)第二課堂，展示土木工程學子風采。由于實際的建筑工程規(guī)模宏大，環(huán)境復雜，土木工程專業(yè)的在校學生很難展示自己的專業(yè)知識和能力。學生在模型制作協會制作模型的過程，不僅能夠感知真實的工程建造過程，把理論知識用于實踐，提高自己的動手能力，而且能展示出土木工程專業(yè)學子的風采。

(3)建立具有本專業(yè)特色的協會，形成我校土木工程專業(yè)文化，豐富了校園文化生活。與土木工程專業(yè)相關的協會較少，學生如果參加模型制作協會，不僅宣傳了結構設計競賽，加深對本專業(yè)的了解，而且加強了不同年級團隊成員之間的交流合作，先進帶動后進，互相學習和進步，甚至通過激勵學生參加競賽，激發(fā)學生的專業(yè)學習，促進良好班風學風的形成，進而形成了土木工程專業(yè)文化，豐富學生的校園生活。

結構設計競賽已經成為我校土木工程專業(yè)創(chuàng)新實踐能力的一個重要平臺。它改變了傳統教學模式，增加了探究性實驗教學環(huán)節(jié)，豐富了實踐教學內容，調動了學生學習的興趣和主觀能動性，有效的綜合了土木工程專業(yè)的各課程，培養(yǎng)了學生的綜合能力，充分解決了土木工程專業(yè)教學中存在的問題，促進了我校土木工程專業(yè)教學改革。在今后的教學中，我們需要更加充分的利用大學生結構競賽的平臺，繼續(xù)推動我校土木工程專業(yè)的教學改革。