土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才創(chuàng)新培養(yǎng)

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摘要：由于我國已將建設(shè)創(chuàng)新型國家作為重要戰(zhàn)略決策，因此教育系統(tǒng)尤其重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文以華南理工大學(xué)廣州學(xué)院為原型，以結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽為例，從競賽開展的意義，競賽的實(shí)施及保障機(jī)制等方面闡述了學(xué)科競賽對于應(yīng)用型本科高校學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的重要性。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽；應(yīng)用型人才；創(chuàng)新能力；土木工程專業(yè)

一、開展結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽的背景及意義

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽（以下簡稱“競賽”）是一項(xiàng)針對土木工程專業(yè)學(xué)生的重要學(xué)科競賽，是極富創(chuàng)造性，挑戰(zhàn)性的科技競賽。通過學(xué)生綜合運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)及土木工程施工等專業(yè)課知識，結(jié)合功能需求進(jìn)行模型的設(shè)計(jì)和制作，比較全面地考察了學(xué)生從力學(xué)到結(jié)構(gòu)、從掌握基本理論到自主設(shè)計(jì)模型的綜合應(yīng)用能力?？梢?，在模型設(shè)計(jì)與制作過程中，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力，運(yùn)用專業(yè)知識和工具解決問題的能力，這是應(yīng)用型人才所需要的基本素質(zhì)之一。同時，空間桿系結(jié)構(gòu)的桿件多，節(jié)點(diǎn)聯(lián)接質(zhì)量要求高，模型制作過程是較為繁瑣與復(fù)雜的，學(xué)生在對設(shè)計(jì)模型反復(fù)計(jì)算、重復(fù)加載及不斷改進(jìn)的過程中，既提高了綜合利用所學(xué)專業(yè)知識的能力，又提高了發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，既掌握了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本步驟，又了解了優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的，這些素質(zhì)能力的培養(yǎng)也是土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)所追求的目標(biāo)。此外，為了完成一個好的結(jié)構(gòu)模型作品，學(xué)生需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，在這樣一個過程中，可以鍛煉學(xué)生的溝通能力和合作意識。因此，該大賽是對土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的推動。

二、競賽是對教學(xué)的有效補(bǔ)充

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽是對現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)的有效補(bǔ)充，主要表現(xiàn)在以下三方面：

（一）實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程知識的綜合運(yùn)用為了順利完成結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)制作任務(wù)，學(xué)生不僅要掌握各門專業(yè)主干課程的相關(guān)內(nèi)容，諸如建筑制圖、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、材料力學(xué)試驗(yàn)等課程的相關(guān)知識，還要將這些所學(xué)課程的知識點(diǎn)進(jìn)一步消化，融會貫通。因此，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽為學(xué)生提供了綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識的最佳機(jī)會。

（二）培養(yǎng)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的初步能力學(xué)院的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽主要是大二和大三的學(xué)生參加。所以通過舉辦結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽，幫助學(xué)生從整體上認(rèn)識結(jié)構(gòu)組成的基本原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要步驟，使他們面對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系時，能通過自己的分析判斷，給出清晰的結(jié)構(gòu)受力情況和傳力路徑，初步具備結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的能力。

（三）以競賽促進(jìn)教學(xué)相長結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽既是學(xué)生不斷學(xué)習(xí)不斷實(shí)踐的過程，同時有助于指導(dǎo)教師科研能力的提高和工程意識的增強(qiáng)，特別有利于青年教師在專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面的豐富和提高。青年教師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型制作加工和優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時，共同探討相關(guān)力學(xué)基本概念和分析計(jì)算方法的傳授方式，從而起到提高課堂教學(xué)能力，教學(xué)相長的作用。

三、競賽實(shí)施方案的規(guī)范與完善

目前，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽已經(jīng)成為學(xué)校學(xué)術(shù)科技節(jié)的特色品牌活動。學(xué)院本著“實(shí)基礎(chǔ)、重實(shí)踐”的人才培養(yǎng)理念，將在每年的春季學(xué)期舉辦一屆結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽，面向全校學(xué)生。為了保障結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽的可持續(xù)開展，學(xué)院將從以下幾方面進(jìn)一步規(guī)范和完善這項(xiàng)活動：

（一）建立健全大賽的相關(guān)機(jī)構(gòu)與制度

建立健全相關(guān)制度對學(xué)科競賽進(jìn)行規(guī)范化管理是保障競賽可持續(xù)開展的基礎(chǔ)。

1.建立三級組織管理機(jī)構(gòu)

由于我校高度重視學(xué)科競賽，按照“學(xué)校主辦、學(xué)院承辦、目標(biāo)管理”的原則，采用校、院、競賽項(xiàng)目負(fù)責(zé)人三級組織管理，可以確保信息流和資金流的順暢。

2.完善競賽管理制度

高效的競賽管理除了有健全的組織機(jī)構(gòu)，還要有完善的管理機(jī)制。為了使競賽管理工作更加科學(xué)化、規(guī)范化和制度化，有效達(dá)到競賽目的，預(yù)先要制定競賽實(shí)施方案，然后按照方案要求，分工負(fù)責(zé)組織實(shí)施競賽。

3.構(gòu)建師生激勵機(jī)制

只有構(gòu)建師生雙贏的激勵機(jī)制，實(shí)施科學(xué)管理，才能充分調(diào)動大多數(shù)教師和學(xué)生的積極性，即教師認(rèn)真積極指導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生認(rèn)真積極參加競賽，從而做到教學(xué)相長。對于競賽獲獎的學(xué)生給予一定的物質(zhì)獎勵，并在綜合測評中給予綜合素質(zhì)加分及學(xué)分認(rèn)定；對于參加指導(dǎo)的教師，在年度評優(yōu)評先考核中，給予優(yōu)先考慮。

（二）大賽的組織運(yùn)作模式

為了提高大賽的有效性，除需建立健全相關(guān)制度外，還要確定每屆大賽的主題，不斷探索競賽運(yùn)作模式的多樣化。譬如，2015年舉辦的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽主題為“砼力創(chuàng)新，專筑設(shè)計(jì)”。下面以2015年結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽為例，簡要介紹該賽事的相關(guān)流程：

1.競賽的組織

由于此次競賽是面向全校學(xué)生開展的，所以分別設(shè)置了專業(yè)組和興趣組，一般非土木工程專業(yè)的學(xué)生分在興趣組。從組織報名、競賽宣講會、模型材料的選擇、采購及領(lǐng)取乃至模型制作及作品提交，整個過程有條不紊。競賽是由學(xué)院學(xué)生工作辦組織跟進(jìn)，競賽前制定了詳細(xì)的策劃書。

2.競賽規(guī)則及制作技能培訓(xùn)

為了使結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽更具專業(yè)性和規(guī)范性，組織機(jī)構(gòu)將邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍Ω傎愐?guī)則及模型制作技能給予專業(yè)指導(dǎo)，如結(jié)構(gòu)模型的選型，模型材料的力學(xué)特性，設(shè)計(jì)計(jì)算書的內(nèi)容綱要等。另外，為每支參賽隊(duì)伍安排指導(dǎo)老師，學(xué)生可以在老師的指導(dǎo)下完成結(jié)構(gòu)選型和初步分析。同時，召開所有報名參賽學(xué)生（數(shù)十支參賽隊(duì)伍）的培訓(xùn)會，專業(yè)教師就結(jié)構(gòu)選型及模型制作等開展專題講座。

3.模型制作的過程化管理

（1）材料性能試驗(yàn)

對于專業(yè)組的結(jié)構(gòu)模型，評價的技術(shù)指標(biāo)主要是模型的荷載-質(zhì)量比，即質(zhì)量越輕而承載能力越強(qiáng)的結(jié)構(gòu)模型將在競賽中獲勝。而材料的力學(xué)性能優(yōu)劣直接影響結(jié)構(gòu)的承載能力，但是，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽所用材料可能不是一般常用的土木工程材料，譬如白卡紙、竹皮等，這些材料的力學(xué)性能參數(shù)從現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中難以獲知。因此，參賽學(xué)生首先要自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對模型所用材料的力學(xué)性能進(jìn)行測試。在此過程中，學(xué)生通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、操作材料試驗(yàn)機(jī)、采集和處理數(shù)據(jù)等，鍛煉和提高了動手能力，強(qiáng)化了對材料性能及其試驗(yàn)方法的了解與掌握。

（2）結(jié)構(gòu)模型制作

構(gòu)模型的制作相當(dāng)于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)施工過程的模擬，這是結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽中相當(dāng)重要的一個環(huán)節(jié)。雖然前期已經(jīng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)合理性的初步分析，但是如果模型制作不夠精細(xì)，構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)處理不得當(dāng)，均可能導(dǎo)致前功盡棄。另外，為了減輕結(jié)構(gòu)模型的自重，在設(shè)計(jì)中一般會選用薄壁構(gòu)件，而薄壁桿件的截面尺寸和幾何形狀，關(guān)系到其拉、壓、彎、剪性能。這就需要學(xué)生從基本力學(xué)概念出發(fā)，充分發(fā)揮空間想象力，根據(jù)不同桿件截面的受力特點(diǎn)及材料力學(xué)特性，在結(jié)構(gòu)模型的不同部位選用合適的桿件材料、截面形式及幾何尺寸。此外，模型的制作必須耐心細(xì)致，每一構(gòu)件的幾何尺寸和空間定位都要保證精確。通過結(jié)構(gòu)模型的加工制作，學(xué)生在一次次的失敗和改進(jìn)過程中，既能得到專業(yè)技能訓(xùn)煉，同時也能提高發(fā)現(xiàn)問題并加以解決的能力。在這一過程中，學(xué)生往往能夠設(shè)計(jì)出一些巧妙新穎的結(jié)構(gòu)形式和節(jié)點(diǎn)連接方式，對于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)大有幫助。

（三）課程教學(xué)與競賽的融通

為了培養(yǎng)大多數(shù)土木工程本科生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，除了組織結(jié)構(gòu)模型等競賽以外，還需要開設(shè)相應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程，如結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，隸屬于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其課程選題及操作環(huán)節(jié)與競賽較為接近，但相對于競賽而言，在此類課程教學(xué)中，教師對學(xué)生的實(shí)踐能力輔導(dǎo)會多一些，具體一些，而接受相應(yīng)培訓(xùn)學(xué)生的動手機(jī)會要多一些，接受效果會好一些。

四、競賽成效與相關(guān)啟示

（一）競賽成效

1.學(xué)科競賽獲獎情況。兩年來，通過舉辦結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽，在學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一批理論基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)踐能力較強(qiáng)的苗子，如“敏捷杯”華南理工大學(xué)第十一屆土木結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競賽中，我院學(xué)生在與一本學(xué)校學(xué)生的競爭中毫不遜色，獲得了三等獎。在第五屆中南地區(qū)（七?。└咝Ｍ聊竟こ虒I(yè)結(jié)構(gòu)力學(xué)競賽中，我院兩名學(xué)生分別榮獲三等獎和優(yōu)秀獎，這對于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生而言，實(shí)屬不易。

2.科技創(chuàng)新情況。土木工程學(xué)院創(chuàng)辦以來，積極組織學(xué)生參加各類科技創(chuàng)新活動，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，多次獲得相關(guān)獎項(xiàng)。其中大學(xué)生研究計(jì)劃共立項(xiàng)4項(xiàng)，學(xué)生在國家、省級學(xué)術(shù)期刊中2篇，2015年獲批省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)。幾年來的實(shí)踐證明，華廣土木工程學(xué)院學(xué)科競賽體系運(yùn)行效果良好，學(xué)生的參與面逐漸擴(kuò)大，不僅提高了學(xué)習(xí)主動性，擴(kuò)寬了專業(yè)知識面，動手能力也得到了明顯提高。學(xué)科競賽在促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面起到了重要作用。

（二）相關(guān)啟示

學(xué)科競賽在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面具有獨(dú)特的功能，尤其在應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)中更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了確保學(xué)科競賽活動的持久良性發(fā)展，需要建立相應(yīng)的保障機(jī)制。

1.組織保障。校院兩級領(lǐng)導(dǎo)的重視是學(xué)科競賽活動持久有序開展的前提，學(xué)校應(yīng)將學(xué)科競賽活動列為學(xué)校的常規(guī)工作，成立專門的校、院兩級學(xué)科競賽工作委員會，形成校院目標(biāo)管理，過程管理機(jī)制。

2.訓(xùn)練保障。學(xué)生是學(xué)科競賽的主體，只有形成科學(xué)合理的學(xué)生訓(xùn)練、選拔機(jī)制，才能保證學(xué)科競賽活動的持久、健康發(fā)展。注重賽前規(guī)劃與訓(xùn)練，實(shí)施項(xiàng)目化運(yùn)行，以競賽成績作為相關(guān)考核依據(jù)，并將學(xué)科競賽納入人才培養(yǎng)計(jì)劃中，如開設(shè)與學(xué)科競賽相關(guān)的選修課，吸收學(xué)生參與教師科研活動，多種形式普及學(xué)科競賽知識等。

3.隊(duì)伍保障。指導(dǎo)教師對學(xué)科競賽的開展起到了主導(dǎo)作用，因此需要構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)多樣化的指導(dǎo)教師隊(duì)伍，吸引教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心較強(qiáng)、有工作熱情、有一定科研經(jīng)驗(yàn)的教師加入指導(dǎo)教師隊(duì)伍。

4.經(jīng)費(fèi)保障。經(jīng)費(fèi)投入是學(xué)科競賽能夠順利開展的重要物質(zhì)保證。學(xué)校應(yīng)設(shè)立學(xué)科競賽專項(xiàng)基金，按學(xué)科競賽的性質(zhì)和類別，設(shè)定相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)支持標(biāo)準(zhǔn)，例如可以考慮通過立項(xiàng)方式對學(xué)科競賽資金進(jìn)行管理?？傊?，用保障機(jī)制推動學(xué)科競賽的可持續(xù)開展，對應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。

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作者：苑苗苗 魏德敏 葉作楷 單位：華南理工大學(xué)廣州學(xué)院土木工程學(xué)院