陳穗茵， 李文雄

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 廣東廣州 510642)

以結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽為引導(dǎo)的實踐教學(xué)及高水平人才培養(yǎng)

陳穗茵， 李文雄

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 廣東廣州 510642)

將結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽與實踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合是培養(yǎng)土木工程專業(yè)高水平人才的有效途徑。文章通過分析土木工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計水平不高的原因，指出了培養(yǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思想是提高設(shè)計水平的關(guān)鍵。針對這一問題，提出在實踐教學(xué)中加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計能力的培養(yǎng)，增加與結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽相關(guān)的教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)活動，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最終提高學(xué)生的設(shè)計水平，實現(xiàn)土木工程專業(yè)高水平人才的培養(yǎng)。

實踐教學(xué)； 結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽； 人才培養(yǎng)

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是一項富有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的活動[1]。近年來，各類結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽活動的開展為土木工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計能力的培養(yǎng)提供了很好的平臺。這類活動對學(xué)生的綜合能力和實踐教學(xué)的質(zhì)量都提出了很高的要求。將結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽與實踐教學(xué)相結(jié)合，以改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量、提高土木工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計水平，是培養(yǎng)高水平專業(yè)人才的有效途徑[2-3]。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能力是大學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中的致勝關(guān)鍵，也是高水平設(shè)計人才必須具備的條件。然而，目前土木工程專業(yè)學(xué)生對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計這一概念缺乏深入認(rèn)識，未能很好地掌握結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的具體方法。

1 結(jié)構(gòu)競賽與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

目前，針對大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，不少院校已構(gòu)建了相關(guān)的學(xué)習(xí)交流平臺。這些平臺有助于學(xué)生相互交流、一定程度上提高了競賽水平。然而，由于知識水平的限制，學(xué)生難以系統(tǒng)地掌握競賽中所必須具備的全部技能，其中最突出的問題是未能確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。據(jù)筆者了解，大多數(shù)學(xué)生并不理解結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的概念，也不掌握相應(yīng)的優(yōu)化技術(shù)。學(xué)生的設(shè)計方案通常根據(jù)經(jīng)驗或?qū)Ρ榷鄠€方案來確定，往往需要大量試驗幫助分析，造成時間和材料的浪費，而且不一定能得到理想結(jié)果。主要原因包括三方面：

(1) 學(xué)生缺乏對整體結(jié)構(gòu)方案決定性作用的認(rèn)識。從制作工藝上提高參賽作品的性能是相對容易實現(xiàn)的工作。通過比較材料的特性、選用好的連接方法和構(gòu)造措施等，也能提高結(jié)構(gòu)的局部性能。然而，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布與整體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，如果忽略結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)劣，盲目提高構(gòu)件的承載能力，很可能造成材料的浪費。這一關(guān)鍵問題未能被學(xué)生所理解，阻礙了設(shè)計水平的提高。

(2) 土木工程專業(yè)本科階段未開設(shè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計課程，學(xué)生難以掌握優(yōu)化設(shè)計的概念和相關(guān)技術(shù)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計課程以講授優(yōu)化設(shè)計概念和具體算法為主，由于難度較大，通常僅在研究生階段開設(shè)。本科階段主要學(xué)習(xí)既定結(jié)構(gòu)的計算分析和局部設(shè)計，對結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化的概念未有深刻認(rèn)識，這是目前本科生在結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中未能很好地運用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的客觀原因。

(3) 計算機(jī)軟件條件阻礙了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的推廣。目前，能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算的計算機(jī)程序很少，在研究生課程中通常也需要自主開發(fā)相應(yīng)的計算程序。本科階段以學(xué)習(xí)基本理論為主，課程也較多，難以集中精力開發(fā)相應(yīng)的程序，即使掌握了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的概念，也難以將其應(yīng)用于實際。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)方法

上述問題反映了土木工程專業(yè)教學(xué)中的不足——缺乏結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概念，設(shè)計水平不高。為了進(jìn)一步培養(yǎng)高水平的設(shè)計人才，提升競賽水平，提高設(shè)計質(zhì)量，增強(qiáng)隊伍競爭力，在大學(xué)課程中補(bǔ)充相關(guān)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是關(guān)鍵一步[4-5]。當(dāng)前已有可供使用的優(yōu)化設(shè)計程序，為優(yōu)化設(shè)計的教學(xué)和應(yīng)用提供了條件，欠缺的是適當(dāng)?shù)睦碚摻虒W(xué)和技術(shù)指導(dǎo)，通過對現(xiàn)有課程的適當(dāng)調(diào)整和補(bǔ)充即可很好地解決以上問題，讓學(xué)生的設(shè)計水平提升一個臺階。

以結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽為引導(dǎo)，以培養(yǎng)“高水平人才”為目標(biāo)，增加相關(guān)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，探索在現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境下開展創(chuàng)新教育的目標(biāo)、內(nèi)容、方法、手段，可從以下四方面開展。

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思想的培養(yǎng)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)著眼于整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，通過合理的結(jié)構(gòu)布置達(dá)到優(yōu)化的目的，而不僅限于構(gòu)件層面的優(yōu)化。在實際工程中，結(jié)構(gòu)布置方案直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)承載力、建造成本、施工速度等方面。讓學(xué)生理解優(yōu)化設(shè)計的概念并掌握相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)是關(guān)鍵問題。

2.2 實踐教學(xué)與競賽活動相結(jié)合

隨著土木工程專業(yè)課程設(shè)置的調(diào)整，各課程的課堂講授課時有所減少，這意味著教學(xué)中需要更好地利用實踐教學(xué)課時。目前實踐教學(xué)中缺乏具有吸引力的專業(yè)活動，導(dǎo)致學(xué)生的積極性不高。將實踐教學(xué)與各項競賽活動相結(jié)合，通過競賽活動激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的興趣，提高學(xué)生的積極性，增加學(xué)習(xí)和交流的機(jī)會，有利于解決上述問題，最終提高教學(xué)水平。

2.3 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是一種具有競爭性的比賽，比的是各競賽隊伍在結(jié)構(gòu)設(shè)計、模型制作、力學(xué)概念等方面的綜合水平。通過競賽活動，學(xué)生之間能相互學(xué)習(xí)，掌握更先進(jìn)的設(shè)計方法。同時，競賽成績檢驗了教學(xué)質(zhì)量，有助于進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法。為了提高參賽隊伍的競爭力，必須有針對性地開展實踐教學(xué)：(1)在工程力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、工程荷載等課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有關(guān)的實踐教學(xué)。將優(yōu)化設(shè)計作為主要的教學(xué)內(nèi)容開展實踐教學(xué)，能有效提升設(shè)計水平和創(chuàng)新理念。對于具有良好基礎(chǔ)和較強(qiáng)學(xué)習(xí)能力的學(xué)生，應(yīng)加倍重視和培養(yǎng)，幫助他們盡快掌握優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)技術(shù)。(2)在開展以結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽為引導(dǎo)的實踐教學(xué)過程中，不僅僅在應(yīng)用軟件方面進(jìn)行掃盲，還必須注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。例如讓學(xué)生掌握分析結(jié)構(gòu)破壞原因的方法，懂得如何對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，學(xué)會如何利用優(yōu)化計算的成果指導(dǎo)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，同時培養(yǎng)學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中相互溝通的能力。

3 結(jié)論

本文分析了目前土木工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計水平不高的主要原因，提出了以結(jié)構(gòu)競賽為引導(dǎo)開展實踐教學(xué)的思路，給出了培養(yǎng)高水平設(shè)計人才的實踐教學(xué)方法。文中指出，將結(jié)構(gòu)競賽和實踐教學(xué)相結(jié)合，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計相關(guān)知識的教學(xué)是培養(yǎng)土木工程專業(yè)高水平設(shè)計人才的關(guān)鍵。

[1] 陳慶軍, 羅嘉濠, 陳思煌, 等. 國內(nèi)外大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽總結(jié)及研究[J]. 東南大學(xué)學(xué)報：哲學(xué)社會科學(xué)版, 2012, 14(S1): 173-177.

[2] 梁靖波, 朱江, 吳炎海, 等. 中南地區(qū)第三屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的實踐與探討[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版, 2010, 10(z1): 284-286.

[3] 吳樟榮, 章明卓, 章旭健. 以結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽為載體培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力[J]. 實驗室科學(xué), 2010, 13(2): 6-8.

[4] 賈傳果, 張川, 李英民, 等. 結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽對土木工程專業(yè)本科教育重要性的探討[J]. 高等建筑教育, 2014, 23(1): 133-135.

[5] 許昊, 徐龍軍, 李洋, 等. 大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與發(fā)揮[J]. 高等建筑教育, 2011, 20(5): 121-124.

G642.2

A

[定稿日期]2017-05-22

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項目，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校級精品資源共享課項目(編號：K16271)

陳穗茵(1980～)，女，碩士，高級工程師，主要從事造價工程、實驗室的研究與教學(xué)工作；李文雄(1979～)，男，博士，副教授，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究和教學(xué)工作。