南波 趙榮飛 白義奎

［摘 要］ 土木工程是理論與實踐并重的一門學(xué)科。教授書本知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與動手能力亦成為高校教育教學(xué)的主要目標(biāo)。針對原有教學(xué)方式的弊端，以大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽為切入點，打造新工科背景下的工程學(xué)科創(chuàng)新訓(xùn)練新模式，運用5W2H分析法探索出一條切實可行的競賽促進土木工程專業(yè)教學(xué)的改革之路。實踐表明，“結(jié)構(gòu)大賽”新教學(xué)模式可以顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。通過競賽使學(xué)生的實際技能和創(chuàng)新能力、競賽意識、心理素質(zhì)都得到提高和鍛煉。

［關(guān)鍵詞］ 教學(xué)改革；結(jié)構(gòu)大賽；創(chuàng)新訓(xùn)練新模式；5W2H分析法

［基金項目］ 2022年度沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項目“思政教育融入高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的教學(xué)設(shè)計理念與方法”（2022-81）；2022年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“沈陽農(nóng)大-廣州建研數(shù)力SAUSAGE實訓(xùn)基地建設(shè)”（220905019091928）；2022年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“沈陽農(nóng)大-北京盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師團隊”（220704699124734）；2021年度沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項目“土木工程專業(yè)畢業(yè)要求達成評價機制構(gòu)建”（2021-17）

［作者簡介］ 南 波（1984—），男，遼寧沈陽人，博士，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院副教授，主要從事新工科建設(shè)方向的教育教學(xué)研究和輕鋼結(jié)構(gòu)研究；白義奎（1968—），男（蒙古族），遼寧喀左人，博士，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院教授（通信作者），主要從事新工科建設(shè)方向的教育教學(xué)研究和農(nóng)業(yè)建筑研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）01-0049-04 ［收稿日期］ 2023-02-17

引言

2019年，時任總理李克強在十三屆全國人大二次會議上作政府工作報告時提出：“發(fā)展更加公平更有質(zhì)量的教育。推進一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)。”［1］“高等教育是第一生產(chǎn)力和人才第一資源重要結(jié)合點，是提升區(qū)域創(chuàng)新能力和核心競爭力的必要手段。”［2］為了積極響應(yīng)組織的號召，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)大學(xué)生，加快學(xué)科建設(shè)，爭創(chuàng)一流學(xué)科，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)將基礎(chǔ)課程教育與全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽相結(jié)合，進行試點改革，以達到更有質(zhì)量的高等工科教育。

全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是我國教育部確定的全國九大大學(xué)生學(xué)科競賽之一，是土木工程專業(yè)最具影響力的大學(xué)生科技創(chuàng)新活動賽事，目的是構(gòu)建高校工程教育實踐平臺，進一步培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、團隊協(xié)同和工程實踐能力，切實提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量［3］。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的結(jié)構(gòu)選型與實際結(jié)構(gòu)相結(jié)合，如高層建筑結(jié)構(gòu)、兩車道橋梁、風(fēng)力發(fā)電塔、懸挑屋蓋結(jié)構(gòu)等，對提高大學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力、結(jié)構(gòu)分析能力、團隊合作能力等都有促進作用。

一、土木工程專業(yè)教學(xué)問題與對策

作為土木工程專業(yè)的青年教師，筆者發(fā)現(xiàn)在土木工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)教育中存在以下幾點問題。

（一）主動學(xué)習(xí)積極性不足

因課程理論性較強，如各門應(yīng)用理論類的基礎(chǔ)力學(xué)課，且授課方式多為傳統(tǒng)的課堂授課，教師與學(xué)生互動較少，一般采取大課堂形式，一個教師要教兩個班甚至四個班的學(xué)生，無法因材施教，學(xué)生進度不一，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

（二）知識應(yīng)用靈活度不夠

學(xué)生過于依賴教師課上所講內(nèi)容，單一地記憶，只為應(yīng)對考試，并沒有仔細研究及理解，長此以往學(xué)生學(xué)到的知識只會用公式解決考試問題，無法在實際中靈活運用所學(xué)知識解決結(jié)構(gòu)的問題。如鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，學(xué)生只是單純模仿書中例題，沒有創(chuàng)新［4-5］。

（三）自主創(chuàng)新性學(xué)習(xí)時間較少

課上的時間是有限的，課時安排也較為緊湊，部分課程教師只能挑選重點講授，或針對較為常見的問題進行分析講解，而在現(xiàn)實生活中結(jié)構(gòu)或者建筑的問題并不全是具有代表性的，這時就存在學(xué)習(xí)不全面、不完整、沒有系統(tǒng)性的問題。課程的考核方式為單一的試卷筆試形式，并不能檢驗學(xué)生的實際應(yīng)用水平。實踐課時少，學(xué)生動手能力得不到鍛煉，無法直觀地體會建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，理論知識也不能靈活應(yīng)用。

本文以沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)為例，所施行的改革也只針對專業(yè)知識體系中的力學(xué)方面?；诖?，我們重新對土木工程專業(yè)進行了專業(yè)定位，提出“厚基礎(chǔ)、重實踐、求創(chuàng)新”的專業(yè)新理念，強化工程類教育與理論相結(jié)合、與實踐相結(jié)合的方法，尤其注重土木學(xué)科特有的結(jié)構(gòu)大賽對教學(xué)的促進作用。

二、5W2H方法原理及介紹

本文引入5W2H分析方法對土木工程教育教學(xué)進行改革。5W2H分析法又叫“七何分析法”即用五個以W開頭的英語疑問詞（What，Why，When，Where，Who）和兩個以H開頭的英語疑問詞（How，How much）對需要解決的問題進行設(shè)問，在先提問后思考的過程中清晰有序地尋找解決思路，進行設(shè)計構(gòu)思，繼而得出合理的解決方案。本文通過5W2H分析法全面地分析了如何通過教學(xué)改革實現(xiàn)教學(xué)與全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽相結(jié)合的創(chuàng)新訓(xùn)練模式，以及該模式對土木工程專業(yè)有何種作用。

三、5W2H法分析的可行性

（一）Why（為什么改革）

在土木工程專業(yè)課中，“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“材料力學(xué)”為其中最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程［6］。相較于其他課程，力學(xué)課程是土木工程專業(yè)學(xué)生所必須掌握的基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生未來從事土木類行業(yè)所必須熟練應(yīng)用的基礎(chǔ)技能。力學(xué)類課程相較于其他課程更為復(fù)雜難懂，只通過教師教學(xué)難以理解透徹融會貫通［7］。

全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是由教育部及財政部共同支持，由各高校輪流承辦的為培養(yǎng)大學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新意識、合作意識的專業(yè)性競賽。大賽所應(yīng)用的理論知識與學(xué)生所學(xué)的力學(xué)原理類課程內(nèi)容緊密貼合。將教學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽相結(jié)合不僅可以促進學(xué)生對課程知識的應(yīng)用與理解，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。基于此，選擇將各個力學(xué)課程與結(jié)構(gòu)競賽相結(jié)合，對課程進行進一步的改進，實施教學(xué)改革。

（二）What（改革什么）

1.實施教學(xué)改革的條件是什么。國家層面：當(dāng)前國家正飛速發(fā)展，對大學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的重視度與要求逐漸提高，出臺了一系列與教學(xué)方式改革相關(guān)的政策，為大學(xué)教學(xué)方式的改革提供了大力支持。

專業(yè)層面：本專業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)致力于培育更高素質(zhì)、對祖國有更大貢獻的專業(yè)人才，積極帶頭學(xué)習(xí)國家政策，并全力鼓勵教師自主尋找改革方法，為實施教學(xué)改革的教師提供便利。

2.前期準(zhǔn)備工作是什么。要實現(xiàn)全國結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽與土木工程專業(yè)教學(xué)的完美結(jié)合，需要對大賽與教學(xué)改革均有充分的了解。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，既要了解大賽應(yīng)用了哪些專業(yè)知識，又要整理匯總?cè)珖Y(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的有關(guān)數(shù)據(jù)，例如，獲獎情況、獲獎學(xué)生所在學(xué)校分布情況、獲獎學(xué)生成績狀況等。

3.教學(xué)改革的目的是什么。實現(xiàn)土木工程專業(yè)教學(xué)與全國結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽相結(jié)合的教學(xué)改革的目的有以下兩點：第一是為了解決目前土木工程專業(yè)教學(xué)及考核方面存在的學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、思維僵化不能靈活應(yīng)用、缺少自主創(chuàng)新性學(xué)習(xí)時間、課程的考核方式為單一卷面考試等問題。促進學(xué)生開發(fā)思維，積極創(chuàng)新。第二也是為了促進工程教育的改革，提高學(xué)校服務(wù)地方的能力，形成獨特的辦學(xué)特色，培養(yǎng)國家所需的高素質(zhì)人才。

（三）How（怎樣改革）

1.教學(xué)內(nèi)容怎樣改革。在教材教學(xué)的基礎(chǔ)上融入對結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽題目的研究與分析。在之前的教學(xué)方式下，由于課程枯燥，知識點抽象，只重講解而缺乏應(yīng)用的授課模式往往使學(xué)生對結(jié)構(gòu)、建筑、力學(xué)分析等基礎(chǔ)知識只有片面了解。給學(xué)生提供與課程知識緊密相關(guān)的結(jié)構(gòu)大賽的題目不僅能讓學(xué)生充分地應(yīng)用基礎(chǔ)知識，還能讓學(xué)生在研究與分析的過程中提高對知識的理解。學(xué)生可以分組選擇自己感興趣的題目，鼓勵學(xué)生自主查閱資料，小組內(nèi)討論并就本小組的題目提出自己的設(shè)想和方案，有初步方案后與其他小組相互交流，最后在班級范圍內(nèi)評比講解優(yōu)缺點。

2.實驗課程怎樣改革。教師在專業(yè)實驗課程上選擇理論課上較為優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計方案，鼓勵學(xué)生用競賽材料動手制作自己設(shè)計的模型。合理利用實驗室資源對制作的結(jié)構(gòu)模型進行受力實驗?zāi)M，全程讓學(xué)生自己動手，獨立思考，觀察所設(shè)計結(jié)構(gòu)的受力變形乃至破壞過程。這樣的實驗可以讓學(xué)生從實踐中親身感受教師所講的材料力學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的相關(guān)知識。課程內(nèi)容不再是書本上的籠統(tǒng)概念及圖片說明，而是全程參與全程思考，化抽象為具體，以小見大，從一個小模型拓展至實際生活中真實的建筑結(jié)構(gòu)。在觀察實踐所學(xué)內(nèi)容的同時，讓學(xué)生找出自己所設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，查閱資料，請教老師，最終改正不足，設(shè)計出在受力范圍內(nèi)穩(wěn)定堅固的結(jié)構(gòu)。這不僅使學(xué)生的專業(yè)知識得到提升，還為其以后獨立設(shè)計結(jié)構(gòu)或在施工現(xiàn)場分析處理事件提供經(jīng)驗。

3.考核方式怎樣改革。參考結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的評分方式，對學(xué)生所做出的設(shè)計方案進行評分并按20%計入平時成績。在期末試題中加入一道與結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽題目類似的精簡受力分析題型或結(jié)構(gòu)設(shè)計題型（可作為附加題），考驗學(xué)生的創(chuàng)新能力及做改編題的正確率。將模型制作及承載力實驗的評分按30%計入工程基礎(chǔ)課實驗。有能力有時間參加省級或更高層次結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的學(xué)生，根據(jù)其得獎名次情況予以加分（5～15分不等）。

（四）When（何時）

在學(xué)生入學(xué)教育課上向其介紹本專業(yè)及建筑方面的各種時事新聞、國內(nèi)外知名的建筑及結(jié)構(gòu)工程，向?qū)W生介紹各種與專業(yè)相關(guān)的競賽，提高其對專業(yè)知識學(xué)習(xí)的積極性［8］。在課堂教學(xué)中，結(jié)束基礎(chǔ)課程的講解后融入結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽題目的討論課，讓學(xué)生可以開闊思維，互相交流，相互促進。在實驗課堂上，鼓勵學(xué)生用競賽材料動手制作自己設(shè)計的模型。合理利用計算機資源對制作的結(jié)構(gòu)模型進行受力實驗?zāi)M，全程讓學(xué)生自己動手，獨立思考。在期末考核中，加入一道與結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽題目類似的精簡受力分析題型或結(jié)構(gòu)設(shè)計題型（可作為附加題），考驗學(xué)生的創(chuàng)新能力及做改編題的正確率。

（五）Where（何地）

土木工程學(xué)科創(chuàng)新訓(xùn)練地點為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)入學(xué)教育課堂、基礎(chǔ)力學(xué)課堂、工程基礎(chǔ)實驗課課堂、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教室。

（六）Who（誰）

教學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽相結(jié)合的教學(xué)方式是針對沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)全體師生的一種教學(xué)相長的新型教學(xué)方式。土木工程專業(yè)作為遼寧省一流重點建設(shè)學(xué)科得到學(xué)校的大力支持。今后教師將在關(guān)注結(jié)構(gòu)大賽內(nèi)容的同時，在課程的必要階段按改革方案加入有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽題目的內(nèi)容，將結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽作為與學(xué)生進行知識交流的紐帶，與學(xué)生共同討論、共同進步，得到提高。

（七）How much（多少）

在實施教學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽相結(jié)合的教學(xué)方式后，對教學(xué)內(nèi)容、實踐課程、考核方式等進行了改革，取得了顯著的教學(xué)效果。學(xué)生在理論知識、實踐動手能力、創(chuàng)新思維三大方面有所提升［9］。

1.理論知識方面的提升。新穎并與實際結(jié)構(gòu)有關(guān)的競賽題使學(xué)生耳目一新，學(xué)習(xí)興趣倍增。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生逐漸意識到良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須有扎實的理論基礎(chǔ)支撐，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性大大提高，對課堂理論知識的獲取由被動灌輸變?yōu)橹鲃游?，理論知識的掌握得到很大提升。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是一項綜合性測試，從大賽的各個環(huán)節(jié)來看，大賽拓展了學(xué)生的知識面，增進了學(xué)生對專業(yè)知識的了解，為學(xué)生應(yīng)用與提升理論知識提供了一個優(yōu)質(zhì)的平臺［10］。

2.實踐動手能力的增強。由于模型制作程中，需要學(xué)生對儀器和工具的使用十分熟練，使得學(xué)生動手能力也得到了極大增強，而制作過程中出現(xiàn)的各種問題又激發(fā)了學(xué)生的求知欲，加強了學(xué)生與指導(dǎo)教師的交流，讓教師的指導(dǎo)作用發(fā)揮出獨特的育才價值和力量［11］。

3.創(chuàng)新思維方面的提高。結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽題目與課后習(xí)題的最大不同是具有創(chuàng)新性，答案不止一種，有利于學(xué)生開動腦筋。學(xué)生在此過程中既交流了思想，也培養(yǎng)了合作精神。在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，學(xué)生將平時學(xué)習(xí)到的知識創(chuàng)新并運用到自己的設(shè)計中。

結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽的要求是用更輕質(zhì)量的材料，制作出承載能力最好的結(jié)構(gòu)。以2022年全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽為例，該賽題為以三重木塔結(jié)構(gòu)為基本單元，要求參賽者針對豎向荷載、扭轉(zhuǎn)荷載及水平荷載等多種荷載工況下的空間結(jié)構(gòu)進行受力分析、模型制作及加載試驗，學(xué)生用規(guī)定的竹條竹片、膠水等材料設(shè)計一個三層塔結(jié)構(gòu)模型。該題目不僅可以考查學(xué)生的計算機建模能力、多荷載工況組合下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析計算能力、復(fù)雜空間節(jié)點設(shè)計安裝能力，還可以檢驗大學(xué)生對土木工程結(jié)構(gòu)知識的綜合應(yīng)用能力。制作模型的過程使理論內(nèi)容從抽象變成具體，加深學(xué)生對理論知識的認識與理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對知識的運用能力。

結(jié)語

隨著將競賽內(nèi)容加入教學(xué)改革以來，學(xué)生對參加比賽的熱情和積極性也越來越高。由于競賽的目的明確，緊密結(jié)合課堂教學(xué)，學(xué)生能力提高非常明顯，競賽過程使學(xué)生的實際技能和創(chuàng)新能力、競賽意識、心理素質(zhì)都得到提高和鍛煉。參加結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的學(xué)生考試成績及實驗課成績都有了較為明顯的進步。

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New Training Mode “Structure Competition” to Promote the Teaching Reform of Civil Engineering Major： Taking Civil Engineering Major of Shenyang Agricultural University as an Example

NAN Bo， ZHAO Rong-fei， BAI Yi-kui

（College of Water Conservancy， Shenyang Agricultural University， Shenyang， Liaoning 110866， China）

Abstract： Civil engineering is a subject that pays equal attention to both theory and practice. In addition to teaching students book knowledge， training students innovative ability and practical ability has become the main goal of college education and teaching. In view of the disadvantages of the original teaching methods， this paper takes the structural design competition for college students as the breakthrough point to create a new training mode for new engineering discipline under the emerging engineering background and uses the 5W2H analysis method to explore a feasible way to promote the teaching reform of civil engineering specialty through competition. The result shows that the new teaching mode of “structure competition” can significantly enhance students interest and initiative in learning. Through competition， students practical skills， innovative ability， competition consciousness and psychological quality are all improved.

Key words： educational reform; structural competition; new training mode; 5W2H analysis method