張 瑤，馬衛(wèi)華

（1.唐山學(xué)院土木工程學(xué)院 河北 唐山 063000；2.河北省建筑工程與尾礦綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北 唐山 063000）

伴隨國家高等學(xué)?！半p一流”建設(shè)和綜合改革的引領(lǐng)，中國高等教育迎來高質(zhì)量發(fā)展的新時(shí)代。一流專業(yè)的建設(shè)是形成一流大學(xué)的有力支撐，也是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵所在[1]。土木工程專業(yè)是唐山學(xué)院首批省級一流專業(yè)，是學(xué)校成立最早并重點(diǎn)建設(shè)的專業(yè)，經(jīng)過多年努力，逐漸形成了自己的特色與優(yōu)勢。培養(yǎng)了大批“能施工、會設(shè)計(jì)、懂管理”的畢業(yè)生服務(wù)于地方工程建設(shè)一線，得到用人單位的廣泛認(rèn)可，為唐山及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

土木工程專業(yè)具備很強(qiáng)的工程應(yīng)用特點(diǎn)，因此，對學(xué)生來說，除了要掌握扎實(shí)的理論知識，創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和工匠精神也是必備的基本素養(yǎng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是教育部確定的全國九大大學(xué)生學(xué)科競賽之一，從對賽題的解讀，到模型的設(shè)計(jì)、制作、加載的全過程，都能有效提升學(xué)生的創(chuàng)新思維與動手能力，吸引了眾多高校師生的廣泛關(guān)注[2]。對復(fù)雜環(huán)境下實(shí)際工程問題的簡化是競賽的命題趨勢，如：沖擊和爆炸作用下的超高層建筑結(jié)構(gòu)；多種工況作用下的大跨度空間結(jié)構(gòu)；基于我國水資源分布不均背景的渡槽結(jié)構(gòu)；承受風(fēng)荷載、冰荷載、導(dǎo)地線荷載等的山地輸電塔結(jié)構(gòu)。賽題既有創(chuàng)新性，又與工程密切相關(guān)，大學(xué)生通過參加大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽來提升綜合能力是一條行之有效的路徑[3]。

文章基于唐山學(xué)院學(xué)生參加近幾屆河北省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽的經(jīng)歷，淺談競賽對土木工程專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)的意義。

1 近五屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽

自第十一屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽（2017年）起，由各?。ㄊ校┓謪^(qū)賽選拔出優(yōu)勝隊(duì)，獲取全國賽的參賽資格。這種分區(qū)賽與全國賽相結(jié)合的模式讓結(jié)構(gòu)競賽成為眾多師生切磋技藝的精彩舞臺，競賽的影響力得到了進(jìn)一步提升[4]。唐山學(xué)院參加了第一屆到第五屆的河北省分區(qū)賽（比賽情況詳見表1），第一屆分區(qū)賽以加載失敗告終，第二、第三、第四、第五屆分區(qū)賽多次取得二等獎，三等獎的成績。

表1 近四屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽河北省分區(qū)賽情況表

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽對大學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

作為土木工程專業(yè)大學(xué)生課堂理論學(xué)習(xí)的延伸，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽打破了以往重理論、輕能力的學(xué)習(xí)氛圍，對鍛煉自學(xué)能力、實(shí)踐能力，激發(fā)創(chuàng)新思維、培養(yǎng)合作意識與工匠精神，提升專業(yè)能力有著十分重要的意義。

2.1 自學(xué)能力的鍛煉

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是一項(xiàng)系統(tǒng)性、專業(yè)性的科技競賽。模型的設(shè)計(jì)既要運(yùn)用工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、橋梁工程等專業(yè)知識，還要結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等力學(xué)知識，同時(shí)也離不開有限元軟件的輔助分析與優(yōu)化，這就要求學(xué)生具備很高的學(xué)習(xí)能力。

從構(gòu)件截面屬性、荷載統(tǒng)計(jì)到內(nèi)力分析、承載力和剛度驗(yàn)算，都需要以相關(guān)專業(yè)知識為基礎(chǔ)，有針對性地探究學(xué)習(xí)、查閱資料，并學(xué)以致用。采用計(jì)算軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析是確保結(jié)構(gòu)承載力與剛度的重要依據(jù)，也是對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的必備條件[5]。較常用的包括ANSYS、SAP2000、MIDAS等，這些都是本科生一般不會接觸到的有限元軟件，學(xué)生要從零基礎(chǔ)入門到實(shí)現(xiàn)模型的建立、分析與優(yōu)化，充分鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力。

2.2 創(chuàng)新能力的激發(fā)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽是一項(xiàng)創(chuàng)造性的勞動，能激發(fā)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)理論知識，提供新方法、新理論和新思維。所謂“創(chuàng)新”既是指提出新穎的結(jié)構(gòu)體系，具備適應(yīng)賽題要求的、有效合理的傳力路徑，也是指在結(jié)構(gòu)細(xì)部如截面形式、節(jié)點(diǎn)連接、支座形式方面的新嘗試。在學(xué)生別具匠心的設(shè)計(jì)下，歷屆競賽涌現(xiàn)出的優(yōu)秀作品構(gòu)思精巧、形式新穎。經(jīng)過反復(fù)的驗(yàn)證與優(yōu)化，未來的實(shí)際工程必定會吸收利用這些優(yōu)秀的設(shè)計(jì)理念[6]。

筆者通過集體訪談的方式，調(diào)查了學(xué)生在整個(gè)比賽過程中面臨的難點(diǎn)問題。要求每位學(xué)生均選擇兩項(xiàng)難點(diǎn)，并根據(jù)訪談結(jié)果做出了難點(diǎn)條形圖，如圖1所示，參加比賽必然要注入大量的時(shí)間與精力，每年比賽時(shí)間也在學(xué)期末，備賽與備考不免產(chǎn)生沖突，縱然學(xué)生十分重視考試成績，但在選擇難點(diǎn)時(shí)，只有21%的學(xué)生選擇了這一項(xiàng)，而有62%的學(xué)生選擇了“方案創(chuàng)新”，創(chuàng)新既要基于扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要打破常規(guī)思路的束縛。

圖1 大賽難點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

2.3 實(shí)踐能力的提高

土木工程是一門實(shí)踐性與應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，傳統(tǒng)的理論教學(xué)難以滿足當(dāng)代社會對應(yīng)用型人才的需求。大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽題目是對復(fù)雜環(huán)境下工程所面臨的實(shí)際問題的簡化，源于實(shí)際，服務(wù)于實(shí)際，整個(gè)參賽過程體現(xiàn)著對理論知識的實(shí)踐與運(yùn)用。例如依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)、概念設(shè)計(jì)、橋梁工程的基本原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)件布置，運(yùn)用材料力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理完成截面初選，以及后期的優(yōu)化過程中，解釋模擬與試驗(yàn)現(xiàn)象都離不開專業(yè)知識的指導(dǎo)，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力有著重要作用。與此同時(shí)，理論方案的實(shí)現(xiàn)離不開細(xì)致的動手操作。無論是桿件間的連接，還是組合截面的形成，工藝對最后的試驗(yàn)結(jié)果影響重大，很多巧妙的設(shè)計(jì)理念因?yàn)橹谱鞯氖д`無法實(shí)現(xiàn)其功能。經(jīng)過不斷的練習(xí)與打磨，制作模型的過程使學(xué)生們的動手能力得到了有效的提高，也使他們深刻體會到“施工過程”對整個(gè)結(jié)構(gòu)性能的重大影響。

2.4 合作意識與工匠精神的塑造

團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的根基在于合作，個(gè)人能力要與團(tuán)隊(duì)協(xié)作深度融合。在競賽中，由三位學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，通過充分挖掘和利用各自的興趣與專長，實(shí)現(xiàn)默契分工與合作。比如動手能力強(qiáng)的主導(dǎo)制作技術(shù)，自學(xué)能力強(qiáng)的主導(dǎo)軟件模擬，理論知識扎實(shí)的負(fù)責(zé)計(jì)算書的撰寫，分工中不乏合作，集眾人之長，形成最優(yōu)組合，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的最強(qiáng)競爭力，樹立良好的合作意識。

為了制作出最優(yōu)模型，參賽團(tuán)隊(duì)往往要反復(fù)制作幾十個(gè)模型，而一個(gè)模型的制作時(shí)間少則十幾二十個(gè)小時(shí)，每次加載完要分析試驗(yàn)結(jié)果，提出優(yōu)化方案，制作前還要利用有限元軟件建模測試優(yōu)化方案的可行性與效果，隊(duì)員同時(shí)還要兼顧各課程與環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)，備賽過程培養(yǎng)了隊(duì)員持之以恒，百折不撓，精益求精的工匠精神。

2.5 專業(yè)能力的培養(yǎng)

土木工程專業(yè)學(xué)生的核心能力包括勘察設(shè)計(jì)能力、施工綜合能力、組織與管理能力等。對賽題的解讀訓(xùn)練了學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)與土木工程科學(xué)的基本原理去識別實(shí)際工程問題的復(fù)雜程度與功能要求；在模型的方案設(shè)計(jì)階段，學(xué)生需要熟悉備選結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)件的受力特點(diǎn)，充分考慮賽題要求，提出具有創(chuàng)新性的解決方案，通過有限元軟件對模型進(jìn)行分析與預(yù)測，理解結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢與局限；在模型制作階段，對每次試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理與解釋，采用科學(xué)的方法優(yōu)化模型與制作工藝，有效加深了學(xué)生對專業(yè)知識的理解深度，提升了核心能力中的勘察設(shè)計(jì)能力。有些學(xué)生在制作過程中借鑒了裝配式、榫卯、預(yù)應(yīng)力等理念，對于訓(xùn)練施工綜合能力有很大幫助。作品需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成則培養(yǎng)了學(xué)生溝通、合作以及組織和管理的能力。

通過采取問卷調(diào)查的方式，調(diào)查了學(xué)生們在完成比賽過程中各種能力的提高情況，要求每位同學(xué)選擇三項(xiàng)提高較明顯的能力，結(jié)果如圖2所示，選擇有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案能力的學(xué)生占55%，選擇使用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具能力的學(xué)生占54%，用專業(yè)知識和科學(xué)原理分析、解決問題能力的同學(xué)占47%，選擇將有效結(jié)論用于工程實(shí)踐能力的學(xué)生占41%，總體而言，勘察設(shè)計(jì)類能力的提高得到更廣泛的認(rèn)可。

圖2 比賽對多種能力的提高情況

3 結(jié)語

參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，學(xué)生將力學(xué)、結(jié)構(gòu)，施工的知識貫穿起來，打通了專業(yè)知識間的相互關(guān)系，提升了分析問題、解決問題的能力，訓(xùn)練了運(yùn)用專業(yè)知識和工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算的能力，極大地豐富了學(xué)生的在校經(jīng)歷。大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽作為一項(xiàng)課外科技活動，既對培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生的綜合能力具有深遠(yuǎn)的意義，也有效地促進(jìn)了“應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才”培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，是建設(shè)一流專業(yè)的一股新動能。