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(yáng) 414000；2.湖南理工學(xué)院 南湖學(xué)院，湖南岳陽(yáng) 414000）

自2005年起，全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽被教育部指定為九大大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一，至今已成功舉辦15屆。作為一項(xiàng)學(xué)科性競(jìng)賽，該比賽致力于培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，有效提高了大學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力[1-2]。該競(jìng)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(shí)踐動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的重要平臺(tái)。

土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽作為一種新興的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，已成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的重要途徑[3-4]。在這一創(chuàng)新活動(dòng)中，學(xué)生需要熟練應(yīng)用理論基礎(chǔ)知識(shí)和工程專業(yè)知識(shí)，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(jì)原理[5-6]。這種實(shí)踐性的活動(dòng)能夠提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，并且為學(xué)生今后從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工管理及技術(shù)研究開(kāi)發(fā)等實(shí)踐性工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，教師通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)，也能認(rèn)識(shí)到實(shí)踐教學(xué)的重要性，意識(shí)到實(shí)踐教學(xué)對(duì)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵作用。

通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，學(xué)生可以從專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)入手，通過(guò)理論分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算和動(dòng)手制作等多個(gè)環(huán)節(jié)，參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽概況

全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、合作精神和工程實(shí)踐能力的學(xué)科性競(jìng)賽[7-8]。在參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽過(guò)程中，首先，參賽人員應(yīng)對(duì)賽題進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念選型，熟悉運(yùn)用理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等課程專業(yè)知識(shí)分析結(jié)構(gòu)的主要受力特點(diǎn)，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(jì)。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(shí)驗(yàn)，并運(yùn)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(shí)，使用有限元分析軟件進(jìn)行分析，依據(jù)對(duì)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(yùn)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(yàn)，在加載的過(guò)程中，應(yīng)實(shí)時(shí)觀察桿件的受力狀態(tài)，與有限元計(jì)算模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行多次加載試驗(yàn)，驗(yàn)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(guò)小引起的變形過(guò)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(duì)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(yàn)，直到滿足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性要求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)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(jì)競(jìng)賽是一項(xiàng)系統(tǒng)性、專業(yè)性極強(qiáng)的科技競(jìng)賽，要求參賽人員具有深厚的力學(xué)知識(shí)和工程專業(yè)知識(shí)，達(dá)到熟練完成結(jié)構(gòu)模型選型、方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、手工制作、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等步驟，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)能力的要求較高[9-10]。熟練掌握與運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，對(duì)學(xué)生參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽起著決定性作用，在結(jié)構(gòu)模型選型、方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、手工制作、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等步驟中，相關(guān)專業(yè)知識(shí)的支撐都是不可或缺的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽可以有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，在模型設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題，可以查找相關(guān)資料，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決問(wèn)題，達(dá)到了更好地掌握相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)的目的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽過(guò)程中，由于有提交計(jì)算書(shū)的要求，學(xué)生需熟練掌握一門(mén)專業(yè)的有限元分析軟件，進(jìn)行建模分析，并完成計(jì)算書(shū)的書(shū)寫(xiě)工作。學(xué)生可以通過(guò)視頻網(wǎng)站Bilibili查找相應(yīng)的軟件視頻教程，快速完成對(duì)一門(mén)分析軟件的熟練運(yùn)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(shí)踐能力的培養(yǎng)

土木工程作為一門(mén)實(shí)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(shí)并能用其解決實(shí)際問(wèn)題?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才工程實(shí)踐應(yīng)用能力的要求越來(lái)越高，單一的理論教學(xué)顯然無(wú)法滿足要求。在課堂教學(xué)中，學(xué)生重視期末考試成績(jī)，不夠重視實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目均源自重點(diǎn)工程問(wèn)題，學(xué)生參與結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，可了解工程背景，提出解決方案。競(jìng)賽的目的在于結(jié)合實(shí)際生活中的工程問(wèn)題，讓參賽者在競(jìng)賽過(guò)程中能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識(shí)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合[11]，這一過(guò)程對(duì)于培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)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(dòng)學(xué)習(xí)精神、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)以及開(kāi)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(shí)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(jì)競(jìng)賽是一項(xiàng)富有創(chuàng)造性的活動(dòng)，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(jì)、模型制作、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等過(guò)程中，運(yùn)用竹條、竹片、紙片、小刀、膠水，不斷運(yùn)用創(chuàng)造性思維來(lái)完成競(jìng)賽項(xiàng)目。在歷屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽過(guò)程中，都會(huì)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(jì)競(jìng)賽可以使大學(xué)生積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神。

2.4 團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的培養(yǎng)

應(yīng)用型人才不僅需要具有實(shí)踐能力，還應(yīng)具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。學(xué)生在參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的過(guò)程中，需要完成結(jié)構(gòu)選型、模型制作、加載試驗(yàn)、理論計(jì)算書(shū)編寫(xiě)等一系列任務(wù)。團(tuán)隊(duì)成員能否合理分工、發(fā)揮專長(zhǎng)、緊密協(xié)作等，都直接影響整個(gè)團(tuán)隊(duì)的成績(jī)[13]。團(tuán)隊(duì)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(duì)員可能來(lái)自不同專業(yè)、不同年級(jí)，溝通交流必不可少。競(jìng)賽過(guò)程中的諸多方面都需要團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過(guò)反復(fù)的討論確定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽可為學(xué)生提供提升溝通能力的良好機(jī)會(huì)。

3 湖南理工學(xué)院開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)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(gè)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(diǎn)，入選湖南省首批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目。學(xué)院擁有土木水利專業(yè)碩士學(xué)位點(diǎn)，下設(shè)結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、道路與橋梁工程三個(gè)方向。

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽是土木工程領(lǐng)域級(jí)別最高、規(guī)模最大的大學(xué)生創(chuàng)新競(jìng)賽活動(dòng)，賽事致力于激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)，檢驗(yàn)大學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，助推省內(nèi)建設(shè)類高校主動(dòng)滿足國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展對(duì)未來(lái)人才的需求[14]。為切實(shí)提高大學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析計(jì)算能力，提高大學(xué)生對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)知識(shí)的運(yùn)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(jì)競(jìng)賽，獲得了省二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)的好成績(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的概況，從學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神四個(gè)方面，強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)模型競(jìng)賽對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)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(jì)競(jìng)賽的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)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(jiàn)。