曾永慶，王光輝，李斌，彭楚才，喻聰，郭永文，吳周

（1.湖南理工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，湖南岳陽 414000；2.湖南理工學(xué)院 南湖學(xué)院，湖南岳陽 414000）

自2005年起，全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽被教育部指定為九大大學(xué)生學(xué)科競賽之一，至今已成功舉辦15屆。作為一項學(xué)科性競賽，該比賽致力于培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、工程實踐能力和團(tuán)隊合作精神，有效提高了大學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐動手能力[1-2]。該競賽為土木工程專業(yè)大學(xué)生提供了鍛煉創(chuàng)新思維能力、實踐動手能力、團(tuán)隊合作意識的重要平臺。

土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽作為一種新興的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，已成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力的重要途徑[3-4]。在這一創(chuàng)新活動中，學(xué)生需要熟練應(yīng)用理論基礎(chǔ)知識和工程專業(yè)知識，更深入地理解工程材料力學(xué)性能和掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[5-6]。這種實踐性的活動能夠提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性和主動性，并且為學(xué)生今后從事結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工管理及技術(shù)研究開發(fā)等實踐性工作奠定堅實的基礎(chǔ)。此外，教師通過結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽活動，也能認(rèn)識到實踐教學(xué)的重要性，意識到實踐教學(xué)對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵作用。

通過結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，學(xué)生可以從專業(yè)基礎(chǔ)知識入手，通過理論分析、結(jié)構(gòu)計算和動手制作等多個環(huán)節(jié)，參與結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、實踐動手能力和團(tuán)隊協(xié)作意識。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽概況

全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識、合作精神和工程實踐能力的學(xué)科性競賽[7-8]。在參加結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽過程中，首先，參賽人員應(yīng)對賽題進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念選型，熟悉運用理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等課程專業(yè)知識分析結(jié)構(gòu)的主要受力特點，選擇合適的荷載傳遞路徑結(jié)構(gòu)形式，完成結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計。其次，在模型制作環(huán)節(jié)，參賽人員應(yīng)進(jìn)行材料的性能實驗，并運用材料力學(xué)、土木工程材料和施工技術(shù)等專業(yè)課程知識，使用有限元分析軟件進(jìn)行分析，依據(jù)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性受力分析，得到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化模型參數(shù)，運用小刀、竹條、竹片、紙片、膠水等工具，加工制作各種截面的桿件，使用膠水進(jìn)行拼接，制作出結(jié)構(gòu)模型。最后，在結(jié)構(gòu)模型加載裝置上進(jìn)行荷載加載檢驗，在加載的過程中，應(yīng)實時觀察桿件的受力狀態(tài)，與有限元計算模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，進(jìn)行多次加載試驗，驗算各種可能的破壞狀態(tài)，如桿件受拉破壞、受壓失穩(wěn)破壞、截面剛度過小引起的變形過大失效破壞等；若加載成功，可采用改變截面形式、減小截面尺寸等方式減輕結(jié)構(gòu)模型自重，增加比賽的名次；若加載失敗，應(yīng)分析其破壞原因，有針對性地采取增加桿件數(shù)量、增大截面尺寸等增強(qiáng)措施，并再次進(jìn)行加載試驗，直到滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽對大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)

2.1 學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是一項系統(tǒng)性、專業(yè)性極強(qiáng)的科技競賽，要求參賽人員具有深厚的力學(xué)知識和工程專業(yè)知識，達(dá)到熟練完成結(jié)構(gòu)模型選型、方案設(shè)計、參數(shù)計算、手工制作、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等步驟，對學(xué)生學(xué)習(xí)和運用知識能力的要求較高[9-10]。熟練掌握與運用專業(yè)知識，對學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽起著決定性作用，在結(jié)構(gòu)模型選型、方案設(shè)計、參數(shù)計算、手工制作、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等步驟中，相關(guān)專業(yè)知識的支撐都是不可或缺的。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽可以有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，在模型設(shè)計與制作過程中，學(xué)生遇到問題，可以查找相關(guān)資料，運用專業(yè)知識解決問題，達(dá)到了更好地掌握相關(guān)專業(yè)理論知識的目的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽過程中，由于有提交計算書的要求，學(xué)生需熟練掌握一門專業(yè)的有限元分析軟件，進(jìn)行建模分析，并完成計算書的書寫工作。學(xué)生可以通過視頻網(wǎng)站Bilibili查找相應(yīng)的軟件視頻教程，快速完成對一門分析軟件的熟練運用，達(dá)到有效培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的目的。

2.2 工程實踐能力的培養(yǎng)

土木工程作為一門實踐性和應(yīng)用性極強(qiáng)的專業(yè)，需要大學(xué)生掌握豐富的理論知識并能用其解決實際問題。現(xiàn)代社會對人才工程實踐應(yīng)用能力的要求越來越高，單一的理論教學(xué)顯然無法滿足要求。在課堂教學(xué)中，學(xué)生重視期末考試成績，不夠重視實踐教學(xué)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽題目均源自重點工程問題，學(xué)生參與結(jié)構(gòu)模型設(shè)計，可了解工程背景，提出解決方案。競賽的目的在于結(jié)合實際生活中的工程問題，讓參賽者在競賽過程中能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識與工程實踐緊密結(jié)合[11]，這一過程對于培養(yǎng)大學(xué)生工程實踐能力有著重要意義。

2.3 創(chuàng)新精神的培養(yǎng)

培養(yǎng)創(chuàng)新精神是教育工作的重要任務(wù)，其包括激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)精神、培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識以及開展創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的能力、促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)新意識等內(nèi)容，最終使學(xué)生成為富有創(chuàng)新精神的人才[12]。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是一項富有創(chuàng)造性的活動，可有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。學(xué)生在結(jié)構(gòu)概念選型、模型設(shè)計、模型制作、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等過程中，運用竹條、竹片、紙片、小刀、膠水，不斷運用創(chuàng)造性思維來完成競賽項目。在歷屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽過程中，都會呈現(xiàn)出構(gòu)思精巧、結(jié)構(gòu)新穎的作品。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽可以使大學(xué)生積累實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神。

2.4 團(tuán)隊協(xié)作精神的培養(yǎng)

應(yīng)用型人才不僅需要具有實踐能力，還應(yīng)具備團(tuán)隊協(xié)作能力。學(xué)生在參與結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的過程中，需要完成結(jié)構(gòu)選型、模型制作、加載試驗、理論計算書編寫等一系列任務(wù)。團(tuán)隊成員能否合理分工、發(fā)揮專長、緊密協(xié)作等，都直接影響整個團(tuán)隊的成績[13]。團(tuán)隊協(xié)作不僅可以提升學(xué)生的溝通能力，還有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的心理素質(zhì)。由于參賽隊員可能來自不同專業(yè)、不同年級，溝通交流必不可少。競賽過程中的諸多方面都需要團(tuán)隊成員經(jīng)過反復(fù)的討論確定，結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽可為學(xué)生提供提升溝通能力的良好機(jī)會。

3 湖南理工學(xué)院開展結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽取得的成果

湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院歷經(jīng)30多年的建設(shè)，現(xiàn)有土木工程、建筑學(xué)、歷史建筑保護(hù)工程、水利水電工程四個本科專業(yè)，其中土木工程專業(yè)為湖南省一流本科專業(yè)建設(shè)點，入選湖南省首批新工科研究與實踐項目。學(xué)院擁有土木水利專業(yè)碩士學(xué)位點，下設(shè)結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、道路與橋梁工程三個方向。

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是土木工程領(lǐng)域級別最高、規(guī)模最大的大學(xué)生創(chuàng)新競賽活動，賽事致力于激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計意識，檢驗大學(xué)生的動手實踐能力，助推省內(nèi)建設(shè)類高校主動滿足國家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展對未來人才的需求[14]。為切實提高大學(xué)生對結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析計算能力，提高大學(xué)生對土木工程結(jié)構(gòu)知識的運用能力，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院積極舉辦多次校賽，并多次參加了湖南省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，獲得了省二等獎、三等獎的好成績。

4 結(jié)語

本文介紹了大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的概況，從學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊協(xié)作精神四個方面，強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)模型競賽對大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的作用。結(jié)合湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院大學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的實踐經(jīng)驗，總結(jié)了結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽對大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和工程實踐能力培養(yǎng)的重要作用，有助于為高校應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供參考意見。