劉茂軍，王朝華

(桂林理工大學(xué)　南寧分校，廣西　南寧　530001)

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專業(yè)競(jìng)賽在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用
——以廣西大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例

劉茂軍，王朝華

(桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧530001)

摘要：本文以廣西第六屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，通過對(duì)賽題分析、參賽作品分析以及模型制作過程對(duì)參賽選手的學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題能力、動(dòng)手能力、想像能力以及組織協(xié)調(diào)能力等方面影響的分析，闡明了專業(yè)競(jìng)賽在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要作用。

關(guān)鍵詞：專業(yè)競(jìng)賽；創(chuàng)新能力；結(jié)構(gòu)模型

一、引言

創(chuàng)新是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)步最重要的動(dòng)力之一，國(guó)家的繁榮富強(qiáng)和持續(xù)發(fā)展主要取決于國(guó)家創(chuàng)新能力的培育和積累。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)社會(huì)的整體創(chuàng)新能力得到了極大提升，科技部中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究院發(fā)布的《國(guó)家創(chuàng)新指數(shù)報(bào)告2014》顯示，2014年中國(guó)創(chuàng)新能力穩(wěn)中有升，已經(jīng)上升至世界排名第19位。

高等學(xué)校作為人才培養(yǎng)的主要陣地，應(yīng)該肩負(fù)起大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重?fù)?dān)，《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中多處強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)：“突出創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，大幅度提升各類人才的整體素質(zhì)”“突出培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力”“立足培養(yǎng)全面發(fā)展的人才，突出培養(yǎng)創(chuàng)新型人才”等，這些都為高等學(xué)校的人才培養(yǎng)指明了方向。同時(shí)，從高校自身的發(fā)展來(lái)講，開展大學(xué)生的創(chuàng)新教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)對(duì)于大學(xué)生就業(yè)也會(huì)產(chǎn)生很大的促進(jìn)作用[1，2]。

廣西大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽已經(jīng)成功舉辦了六屆，每一屆都有來(lái)自廣西二十余所高校的參賽隊(duì)伍參加角逐，參賽選手都充分發(fā)揮自己的聰明才智和創(chuàng)造才能，對(duì)自己的作品反復(fù)推敲，不斷嘗試新的結(jié)構(gòu)形式，以期在競(jìng)賽中獲勝，這個(gè)參賽過程對(duì)于大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有非常重要的作用。本文以第六屆廣西大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例，論述專業(yè)競(jìng)賽在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要作用。

二、廣西第六屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽介紹

(一)廣西第六屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽簡(jiǎn)介

廣西第六屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽在南寧學(xué)院體育館舉行，從2015年12月15日開始，18日結(jié)束，歷時(shí)四天，共有23所廣西高校的46支隊(duì)伍參加。

(二)競(jìng)賽賽題簡(jiǎn)介

廣西第六屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的賽題，是要求參賽選手利用白卡紙和白乳膠為材料，做成一個(gè)框架結(jié)構(gòu)模型，示意圖見圖1。

圖1　框架結(jié)構(gòu)模型示意圖

模型制作規(guī)定：模型層數(shù)為2-5層，縱、橫方向跨數(shù)均不少于2跨，支座所在平面為邊長(zhǎng)400mm的正方形；模型高度為600mm，模型自重不超過700g；在模型各層樓面中(含頂層)選取不少于兩層作為加載層，頂層必須加載；在模型內(nèi)部，樓層之間不能設(shè)置任何橫向及空間斜向構(gòu)件。先進(jìn)行豎向靜載加載，計(jì)算出各模型豎向承載荷重比，再進(jìn)行水平靜載加載，計(jì)算出各模型水平承載荷重比，以荷重比大的為勝。

在進(jìn)行程序界面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)與傳統(tǒng)手工計(jì)算的表格一致，以便于后續(xù)使用者。Qt是奇趣公司旗下的軟件開發(fā)平臺(tái)，它是一款優(yōu)秀的基于C++的跨平臺(tái)GUI應(yīng)用程序框架，同時(shí)為用戶提供了良好的封裝庫(kù)，其主要使用信號(hào)與槽機(jī)制來(lái)連接事件與函數(shù)間關(guān)系，使得界面與代碼完美配合。且在Qt中自身帶有表格顯示與圖片顯示控件，非常方便進(jìn)行軟件界面設(shè)計(jì)[9，10]?；诖耍疚倪x擇Qt進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，使用C++進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)緩和曲線放樣數(shù)據(jù)計(jì)算。

(三)賽題分析

競(jìng)賽賽題設(shè)計(jì)非常巧妙，限制性條件較少，從而給了參賽選手更多的發(fā)揮空間。首先，賽題沒有具體規(guī)定模型層數(shù)，選手則可以根據(jù)自己的理解，經(jīng)過計(jì)算選取最合適的層數(shù)，既保證模型的承載能力，又不能增大模型自重。其次，賽題只規(guī)定了縱、橫向跨數(shù)不少于2，而沒有規(guī)定最多跨數(shù)，選手就可以利用增加跨數(shù)來(lái)增大承載能力，也可以通過減少跨數(shù)而減輕自重，最終達(dá)到最大的荷重比。第三，賽題只規(guī)定了支座平面尺寸，而沒有規(guī)定各結(jié)構(gòu)層平面尺寸，選手則可以適當(dāng)縮小上部結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)減輕自重和增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第四，賽題規(guī)定在模型內(nèi)部層間不能設(shè)置橫向和空間斜向構(gòu)件，而沒有限制模型外部，因此選手可以在模型外部設(shè)置斜桿來(lái)改變傳力途徑，等等。

總之，競(jìng)賽賽題內(nèi)涵較小而外延較大，給了參賽選手更多想像的空間，對(duì)于參賽選手的創(chuàng)造性思維能力和動(dòng)手能力是一個(gè)極大的考驗(yàn)，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有很好的作用。

(四)參賽作品分析

各參賽選手都在賽前進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，每個(gè)參賽作品中都凝聚著他們的創(chuàng)造性思維，展示著他們的創(chuàng)新能力，下面列舉出幾個(gè)參賽作品進(jìn)行分析(為了便于表達(dá)，已將模型簡(jiǎn)化為平面圖形)。

作品一：(圖2)這個(gè)作品采用的是傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)形式，為了減輕自重，特意按照賽題要求的最少層數(shù)，即2層框架來(lái)制作，同時(shí)，為了降低結(jié)構(gòu)加載后的重心，特意將第一層樓面降低，從而可以在第一層樓面上放置更多的砝碼，為了抵抗水平荷載，又在框架結(jié)構(gòu)外圍增加了斜向支撐來(lái)增加側(cè)向剛度，以此來(lái)減小節(jié)點(diǎn)破壞的機(jī)率。整個(gè)模型的制作比較中規(guī)中矩，但是在很多細(xì)節(jié)處理上都體現(xiàn)出參賽選手的分析能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力。

圖2　傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)模型

作品二：(圖3)這個(gè)作品實(shí)際上是對(duì)傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要是基于競(jìng)賽考慮的，制作者把框架結(jié)構(gòu)的上部減小，這樣做的模型雖然在實(shí)際工程應(yīng)用方面有較多弊端，但是這樣的作品對(duì)于這次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽來(lái)講卻具有很多優(yōu)勢(shì)：首先是上小下大的結(jié)構(gòu)本身就有很好的穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)在承受水平荷載時(shí)的受力更好；其次，減小上部結(jié)構(gòu)可以在保證結(jié)構(gòu)支撐平面滿足尺寸要求的情況下減小上部結(jié)構(gòu)的材料用量，直接減輕自重，在相同承載力的情況下可以增大荷重比；第三，將第二層的斜向支撐改成一個(gè)大斜撐，能夠更好地將水平荷載轉(zhuǎn)化成桿件壓力，充分發(fā)揮大斜撐的抗壓性能，同時(shí)，斜向放置的柱子也增大了柱子對(duì)水平力的抵抗能力。整個(gè)模型從結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽的角度，對(duì)傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，體現(xiàn)出參賽選手的創(chuàng)新精神。

圖3　上小下大的框架結(jié)構(gòu)模型

作品三：(圖4)這個(gè)作品是將傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較大的改變，和作品二相比，這個(gè)作品進(jìn)一步減弱了結(jié)構(gòu)的實(shí)用性而加強(qiáng)了它的競(jìng)賽性，三角形的設(shè)計(jì)更加發(fā)揮了它的穩(wěn)定性，第一層樓面上的豎向荷載加載時(shí)，利用加載砝碼上的豁口使荷載中心直接作用在中柱上，這樣做不但避免了橫梁受彎，而且還利用砝碼的支撐作用來(lái)保持上層中柱的側(cè)向穩(wěn)定，可謂是把競(jìng)賽的思想運(yùn)用得淋漓盡致。上層結(jié)構(gòu)平面因?yàn)榭s小成了一個(gè)點(diǎn)，無(wú)法加載砝碼，因此又在頂部做出了一個(gè)小平面作為加載平面，思路非常清晰。整個(gè)作品簡(jiǎn)潔對(duì)稱，不但豎向受力合理，而且水平加載時(shí)傳力也非常明確，同時(shí)由于桿件用量少而大大減輕了模型自重，增大了荷重比。

圖4　金字塔式的框架結(jié)構(gòu)模型

圖5　塔樓式的框架結(jié)構(gòu)模型

除了以上一些結(jié)構(gòu)形式外，還有很多新穎的設(shè)計(jì)，例如，有的參賽選手采用了桁架式的梁柱，大大減輕了結(jié)構(gòu)自重，同時(shí)達(dá)到了較好的承載能力；還有的參賽選手為了減輕自重而減少了跨數(shù)，同時(shí)為了滿足賽題要求的跨數(shù)而采用一根細(xì)線作為“定義柱”來(lái)增加跨數(shù)，這些做法雖然有點(diǎn)投機(jī)取巧的嫌疑，但是，在很大程度上來(lái)講，卻充分體現(xiàn)了參賽選手的創(chuàng)新能力和處理問題的能力。

三、專業(yè)競(jìng)賽對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新能力通常是學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題能力、動(dòng)手能力、想像能力、創(chuàng)造能力、組織協(xié)調(diào)能力等多種能力的綜合[4]。因此，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)實(shí)際上也是對(duì)這些能力的培養(yǎng)。

(一)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

大學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)基本上是教師講學(xué)生聽的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式，校內(nèi)的實(shí)訓(xùn)基本上也是學(xué)生去完成老師規(guī)定的具體任務(wù)的半被動(dòng)的學(xué)習(xí)模式，而專業(yè)競(jìng)賽作為第二課堂甚至是第二課堂的延伸，則與第一課堂有著本質(zhì)的不同。

在大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，參賽選手不但要用自己在課堂上學(xué)到的知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)制作出賽題所要求的結(jié)構(gòu)模型，而且要不斷地查找資料，補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，并通過各種嘗試來(lái)一步一步地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到最大的荷重比。因?yàn)樵诟?jìng)賽準(zhǔn)備階段，每個(gè)參賽隊(duì)伍并不知道對(duì)手的荷重比有多大，所以不能像課程實(shí)訓(xùn)那樣教師規(guī)定了目標(biāo)，達(dá)到目標(biāo)就算完成任務(wù)，參賽選手只能不斷嘗試來(lái)不斷提高，不斷超越自己，這個(gè)過程是對(duì)選手學(xué)習(xí)能力的一個(gè)持續(xù)的考驗(yàn)和提高。

(二)分析和解決問題能力的培養(yǎng)

在競(jìng)賽準(zhǔn)備階段，選手們都會(huì)不斷制作模型、不斷試驗(yàn)、不斷改進(jìn)，每一個(gè)模型制作完成，都要首先根據(jù)自己的力學(xué)知識(shí)認(rèn)真分析一下，提前預(yù)測(cè)一下結(jié)構(gòu)模型的薄弱環(huán)節(jié)，預(yù)測(cè)一下模型加載時(shí)會(huì)出現(xiàn)的各種可能情況，從而提前做出應(yīng)對(duì)策略。但是在實(shí)際加載的過程中，往往也會(huì)出現(xiàn)一些沒有預(yù)測(cè)到的情況，這些情況的出現(xiàn)也需要參賽選手進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果，有針對(duì)性地尋找解決問題的方法。例如，在豎向加載時(shí)出現(xiàn)柱子的屈曲破壞，則是由于這個(gè)柱子的長(zhǎng)細(xì)比太大所致，選手就要考慮加大柱子截面或者增加柱子側(cè)向支撐來(lái)減小自由長(zhǎng)度從而避免屈曲破壞；再如，在水平加載時(shí)出現(xiàn)某些節(jié)點(diǎn)破壞，則要考慮增加節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度或者改變傳力途徑來(lái)降低這個(gè)節(jié)點(diǎn)受力等方法來(lái)解決。

在不斷的制作模型、加載試驗(yàn)、分析各種破壞形態(tài)、找出各種解決辦法的過程中，選手們的分析問題和解決結(jié)構(gòu)問題的能力得到了鍛煉和提高。

(三)動(dòng)手能力的培養(yǎng)

廣西第六屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽所用材料是白卡紙和白乳膠，要求選手用白卡紙卷成結(jié)構(gòu)桿件，再用桿件組裝成空間結(jié)構(gòu)體系。為了減輕自重，選手們制作的構(gòu)件都是壁薄、直徑小的桿件。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)我們知道，壓桿受力時(shí)的二階效應(yīng)往往是構(gòu)件最終破壞的重要因素，因此，如果選手制作的桿件不太直，厚薄不均勻，或者節(jié)點(diǎn)連接偏心等，都會(huì)導(dǎo)致二階效應(yīng)的加大，從而導(dǎo)致桿件的提前破壞。所以，選手的動(dòng)手能力也是決定能否獲勝的一個(gè)重要因素，經(jīng)過備賽階段的反復(fù)練習(xí)，選手的動(dòng)手能力也會(huì)得到不斷鍛煉和提高

(四)想像能力的培養(yǎng)

通常我們見到最多的框架結(jié)構(gòu)都是橫平豎直的“盒子建筑”，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽時(shí)，往往需要選手充分發(fā)揮想像，盡一切能力在滿足賽題要求的前提條件下，得到更好的荷重比，因此，模型的結(jié)構(gòu)形式不應(yīng)該僅僅局限于我們的常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而應(yīng)該根據(jù)賽題要求進(jìn)行改變結(jié)構(gòu)形式，有時(shí)甚至需要顛覆我們的常識(shí)，這樣才能設(shè)計(jì)出更有特色的作品，在競(jìng)賽中獲勝。

在模型的不斷改進(jìn)和優(yōu)化中，隨著所制作模型的荷重比的提高，選手的想像能力也得到了最大限度的鍛煉和提升，

(五)組織協(xié)調(diào)能力的培養(yǎng)

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽是團(tuán)隊(duì)競(jìng)賽，每個(gè)團(tuán)隊(duì)由四名隊(duì)員組成，在比賽時(shí)要做到分工合作并且密切配合才能順利完成任務(wù)。例如，比賽時(shí)可以一個(gè)人裁紙、一個(gè)人加工梁構(gòu)件、一個(gè)人加工柱子構(gòu)件、一個(gè)人負(fù)責(zé)進(jìn)行構(gòu)件組裝，第一個(gè)人裁完紙后繼續(xù)進(jìn)行構(gòu)件的烘干工作等等，而這種看似簡(jiǎn)單的程序，也需要各個(gè)團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)磨合才能配合好，這個(gè)過程也能夠?qū)Ω鱾€(gè)團(tuán)隊(duì)成員的組織協(xié)調(diào)能力起到一定的訓(xùn)練作用。

四、結(jié)語(yǔ)

廣西大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽已經(jīng)成功舉辦了六屆，通過競(jìng)賽，使參賽選手的學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題能力、動(dòng)手能力、想像能力以及組織協(xié)調(diào)能力都

得到了很大的鍛煉和提高，體現(xiàn)出了專業(yè)競(jìng)賽在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的重要作用。

(責(zé)任編輯：蔣國(guó)平)

參考文獻(xiàn)：

[1]譚光興,趙嘉,曾文波.學(xué)科競(jìng)賽創(chuàng)新教育模式對(duì)大學(xué)生就業(yè)影響的分析與思考[J].高教論壇,2015(7)：109-111.

[2]陳于. 就業(yè)視域下大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng) [J].繼續(xù)教育研究,2015(11)：22-24.

[3]賀敬良,趙華.以賽促學(xué)——大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新路徑[J].教育教學(xué)論壇,2015(12)：162-163.

The Role of Professional Competition in the Cultivation of College Students' Creative Ability——A Case Study of Guangxi University Students' Structure Design Competition

LIU Mao-Jun ， WANG Zhao-Hua

(Nanning Branch School，Guilin University of Technology，Nanning 530001，China)

Abstract：This paper takes the design competition of the sixth college students in Guangxi as an example，through the analysis of the problem，the analysis of entries，and the analysis of the influence of model making process on the learning ability, analysis and problem solving ability, practical ability, imagination ability and organization and coordination ability，illustrates the important role of professional competition in the cultivation of college students' innovative ability.

Key Words：professional competition；innovative ability；structure model

基金項(xiàng)目：2011年度新世紀(jì)廣西高等教育教學(xué)改革工程立項(xiàng)項(xiàng)目“高職高專工程造價(jià)專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐”(2011JGZ029 );2015年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目“建筑工程技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究與實(shí)踐”(桂教職成〔2015〕22號(hào))。

收稿日期：2016-01-12修稿日期：2016-01-28

作者簡(jiǎn)介：劉茂軍(1971—)，男，河南洛陽(yáng)人，副教授,研究方向?yàn)榻ㄖこ碳夹g(shù)。

中圖分類號(hào)：G640

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9719(2016)3-0051-03