摘要：基于卓越工程师教育培养计划的实施，提出现代土木工程专业教育更应重视学生工程创新素质的培养。结合合肥工业大学长期开展的创新实践工作，探讨结构设计竞赛作为土木工程专业主要的学科竞赛在培养学生工程创新意识和能力方面的重要作用，最后对结构设计竞赛的发展及需完善的环节给出几点建议。
关键词：土木工程；卓越计划；创新能力；结构设计竞赛
作者简介：王辉（1973-），男，安徽安庆人，合肥工业大学土木与水利工程学院，副教授；郑钰莹（1979-），女，湖南隆回人，合肥工业大学教务部，助理研究员。（安徽 合肥 230009）
基金项目：本文系安徽省高等学校省级质量工程教学研究项目“以创新基地为依托的土木工程专业人才创新教育模式的研究与实践”（项目编号：20100105）、“大学生创新性实验计划项目管理模式的探索与实践”（项目编号：20100100）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0053-02
一、卓越计划对土木工程专业培养目标的要求
借鉴国际先进国家高等工程教育的成功经验，为促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国，教育部提出“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），旨在通过教育和行业、高校和企业的密切合作，强调工程技术，突出实践技能，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养造就一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量各类型工程技术人才，为我国走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。“卓越计划”的实施对促进高等教育面向社会需求培养人才、全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。
“卓越计划”注重强化培养学生的工程能力和创新能力。在该计划正被推广实施的大环境下，土木工程专业需要相应调整人才培养思路，培养模式应由封闭型向开放型转变，重点突出专业实践技能、工程创新素质的培养，使专业培养目标服务于“走中国特色新型工业化道路，迫切需要培养一大批能够适应和支撑产业发展的工程人才；建设创新型国家，提升我国工程科技队伍的创新能力，迫切需要培养一大批创新型工程人才；增强综合国力，应对经济全球化的挑战，迫切需要培养一大批具有国际竞争力的工程人才。”
二、现有专业培养模式对创新能力培养的缺乏
工程教育的目的是将学生培养成为一名优秀的工程师，不仅具备专门技术、应用能力和社会意识，更要具有工程创新素质。但目前来说，我国人才培养模式最大的弊端之一就是人才的创新意识和创新能力普遍匮乏，高校普遍存在重理论、轻实践、重知识传授、轻能力培养、缺乏创新教学氛围的现象。这些也凸显于土木工程专业的人才培养环节。
对于大多数设置土木工程专业的高校，其专业培养环节仍存在以下主要问题：
一是课程体系中的公共基础课程设置不合理。主要表现为课程的重复性、学时过多，如英语、物理和化学等课程与高中阶段知识结构相比，内容存在较多重复。由于公共基础课程占用较多学时，导致后期的主干专业课程学时不得不被压缩，并且学生往往因总学分达标而较少选学后期的某些专业选修课。
二是课程教学中填鸭式、灌入式教学过多，缺乏问题式、互动式、启发式教学，学生完全处于被动学习状态，缺乏对专业知识探索的主动性，根本谈不上对知识的创新性思考和应用。
三是实践教学缺乏主动创新能力培养。虽然某些课程相应设置了实验教学或课程设计环节，但实验教学所开设的实验均属于演示或验证性，而课程设计也仅是检验学生对专业理论知识的掌握和简单应用的能力，未从知识理解与应用必须紧密联系知识创新的角度来组织教学，因此这些实践教学环节缺少让学生综合并创新应用知识的机会，难以有效发掘和培养学生的工程创新素质。
三、“卓越计划”背景下创新能力培养及学科竞赛的重要性
为适应时代发展对创新人才的需求，各高校土木工程专业教学需要在当前实施卓越计划的大环境下按通用标准和行业标准培养工程人才，突出企业实训和实践教学，强调现代工程师所应具备的工程创新素质的塑造，适时建立一种适合当代科技发展、基础知识深厚、工程实践性和创造性强的人才培养新体系，这成为当前土木工程专业高等教育改革亟待解决的问题。
1.改革培养模式适应创新能力培养
首先，课程体系要适应现代社会对专业人才培养的需求，在强调厚基础、宽专业的同时，更需强能力、高素质，注重学生专业实践技能及创新能力的培养。其次，教学应当及时反映现代教育思想和高科技成果，适时引入本专业科技前沿内容的介绍，教学方法和手段、考核方式也应形式多样，能多层次地满足学生独立进行学习和创新研究的需要。最后，利用现代教学手段构建多元化的教学环境，开设更多综合性、开放性的创新设计型实验或实践课程，鼓励学生积极主动地探索和发现问题，并带着问题去设计方案并独立实施解决，更多地为学生创造能自由思考、充分想象的创新空间，激发学习的主动性和创新性。
2.学科竞赛对创新能力培养的重要作用
为推进创新型思维、提升创新能力，除了改革课程体系、教学内容、方法以及实践教学环节外，要重点为学生搭建创新平台，提供全过程工程实践的机会，而学科竞赛则有效搭建了一个系统性、创新性及工程性的实践创新平台。它侧重考查学生对相关学科知识能否深度理解、系统归纳和实践运用，能有效体现学生对学科知识的创新运用能力，有利于学生形成发展型、全面型的知识结构，开发探究型的素质和能力。通过参与竞赛，学生能切实感受并主动实践工程的创新，不仅可以提高自身的专业素质，还能激发对学科的浓厚兴趣，培养良好的意志力与克服困难的精神，增强团队协作意识，促进综合素质的全面提高。另外，学科竞赛的受益面相对较广，这是目前其他各类型科技创新活动（如国家及校级层面的大学生创新实验计划项目）所不能比拟的，参与对象的普遍性以及受益的深刻性正是各类学科竞赛的活力所在，因此学科竞赛必将成为卓越计划实施中必不可少的、行之有效的创新培养途径。
四、结构设计竞赛成为工程创新素质培养的重要途径
依据土木工程专业特点，联系工程实践，以房屋、桥梁、空间大跨等多种结构类型为对象，组织开展结构设计竞赛，是一项极富创造性、挑战性的重要学科竞赛。参赛学生需要具备对知识的系统归纳、未知领域的探索以及知识综合实践应用的能力，在理解掌握赛题的前提下合理运用竞赛规则创新性地开展理论分析与设计，并利用指定材料制作模型，充分将理论知识、创新理念、动手技巧等融入设计和制作过程，最终实现设计成果最优化的目标。由于竞赛提供了创新思想实施的对象与过程，学生的创新意识、创新能力和个性能得到充分发掘、施展，知识综合应用能力、自主学习能力、心理素质和团队协作精神均能得到有效培养和展现。
合肥工业大学（以下简称“我校”）每年均开展校内结构设计竞赛，竞赛以搭建专业学习创新平台、注重学生参与并受益为宗旨，以不同类型结构为设计对象，如建筑结构、桥梁结构、大跨空间结构模型等，考虑不同材料的运用，如纸张、木条、竹皮等，在追求竞赛命题内容丰富的同时，更以创新性、趣味性的选题特点吸引众多学生积极参与。每届参与的学生数之多以及受益面之广使得该项赛事已在大学生课外科技活动中形成特色和优势，成为学生课外学习生活的重要组成部分。组织开展竞赛时，以校内大学生结构设计创新基地为固定场所，按学生为主、教师为辅的原则开展活动，涉及宣传、组织、辅导、设计制作及模型加载评定等多个环节。结构分析和设计离不开力学等专业知识的综合应用，同时涉及有关资料查找以及CAD制图、结构分析计算、文字排版等工具软件的使用。由于这些知识是更好地完成结构设计计算书的基础，因此竞赛过程不仅能激发学生自主学习探索的热情，而且也能初步培养学生进行科学研究、论文写作等方面的基本能力（图1），为今后从事科研阶段的学习和工作奠定基础；由于设置了经验交流及答辩环节，因此竞赛在培养学生语言表达能力，提升自信心方面也都具有积极作用（图2）。实践证明，将结构设计竞赛作为大学生科技创新实践活动的载体长期开展并深入到学生活动中对培养我校学生的科学精神、学习意识、协作意识、组织能力、竞争实力等综合素质起到了积极作用。竞赛并不要求学生对结构设计理论有深入了解，并以优秀设计成果为评价目标，重要的是通过竞赛激发学生的创新意识和探索精神。这项活动必将成为土木工程专业培养学生创新能力的最有效途径。
图1 结构模型计算与分析 图2 经验交流及答辩
五、结构设计竞赛的发展和完善
1.结构设计竞赛与日常教学有机结合
将结构设计竞赛融入到日常教学活动中，两者相辅相成，实现以竞赛为平台、以创新应用型人才培养为目标的实践教学模式。首先，日常教学活动尽可能渗透结构设计竞赛的有关知识内容。如在力学课程、专业课程的课堂教学活动中充分设计好竞赛内容与本课程理论知识的有机联系，有意识地增加与结构设计竞赛相关知识的讲授和讨论，这样不仅可以丰富枯燥的理论基础知识学习，增强对专业知识学习的感性认识，而且可以避免教师对纯理论知识内容的枯燥讲授。在提高学生学习兴趣的同时，也为培养学生的结构设计创新能力打下基础。其次，将结构设计竞赛的内容作为课程教学内容的重要补充。比如涉及有关材料性能、构件及节点性能、结构体系选型、体系承载强度、刚度和稳定性的基本原理都可以在模型设计制作和加载试验中得到直接体现。渐进式加载也是对结构两类极限状态最直观、最有效的认识过程。另外，有关不同类型结构的受荷形式、不同荷载与作用的特点、荷载传力方式等专业知识均能在竞赛中获得最直观的试验验证，如建筑结构抗震、悬挑结构抗风、大跨结构静动力加载、桥梁结构车辆动态加载等（如图3至图6）。上述认知过程是目前课堂教学以及实验教学所难以再现的，对于培养学生专业知识的感性认识能力、促进理论知识的学习、掌握、转化以及创新应用具有非常重要的作用。
图3 建筑结构抗震试验 图4 悬挑结构抗风试验
图5 大跨结构静动力加载试验 图6 桥梁结构车辆动态加载试验
2.结构设计竞赛延伸为创新实践课程
结合土木工程的各专业模块（如建筑工程方向、道路与桥梁工程方向等）开设符合专业特点的结构创新设计课程，将科技创新活动纳入实践课程教学体系中，更能突出其在实践创新能力培养中的地位和作用。课程知识可涵盖不同模块的专业创新内容，如建筑工程方向可以房屋建筑结构为主，道路与桥梁工程方向可以桥梁结构为主，满足不同模块学生的选修要求。
结构创新设计课程可结合专业课的实践性教学环节来设置，开设诸如构件模型（如梁、板、柱、墙、基础等）、结构模型（建筑、桥梁、高耸结构、大跨及空间结构等）设计制作及加载试验等一系列内容的创新实践课。考核方式可侧重过程，将学生所表现出来的知识综合应用能力、创新思维及动手能力、团队协作能力等作为考查目标，综合模型作品的加载表现和结构性能来评定课程成绩。开设创新设计课程将有助于增强学生对专业知识的直观认识和理解。例如，设计制作构件可增强对构件材料、截面以及节点连接的力学性能的掌握，设计优化结构整体模型可增强对结构体系类型、荷载空间传力方式、体系受力性能以及体系可靠度的认识，对模型进行加载则可直观体会各类荷载与作用的特点、结构承载性能以及结构两类极限状态等方面的知识。
在实践教学环节中设置结构创新设计课程可以在学生实践学分和教师工作量得到充分认定的基础上进一步提高学生参与科技活动的热情，使更多教师参与到科技创新实践教学的指导工作中。
六、结语
在目前卓越工程师培养计划的实施背景下，土木工程专业的教学改革应适应现代工程师所需具备的工程创新素质培养的需要，重视学生工程创新意识和创新能力的培养，而结构设计竞赛在这些方面将起着其他实践环节所无法替代的作用。结构设计竞赛也需要进一步完善和发展，突出其在课程体系中的地位，强化竞赛与平时教学活动的衔接与延伸，充分发挥竞赛对教学的促进及其在创新人才培养中的重要地位和作用。
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（责任编辑：王祝萍）
