刘茂军，王朝华

(桂林理工大学　南宁分校，广西　南宁　530001)



专业竞赛在大学生创新能力培养中的作用
——以广西大学生结构设计竞赛为例

刘茂军，王朝华

(桂林理工大学南宁分校，广西南宁530001)

摘要：本文以广西第六届大学生结构设计竞赛为例，通过对赛题分析、参赛作品分析以及模型制作过程对参赛选手的学习能力、分析和解决问题能力、动手能力、想像能力以及组织协调能力等方面影响的分析，阐明了专业竞赛在大学生创新能力培养中的重要作用。

关键词：专业竞赛；创新能力；结构模型

一、引言

创新是一个国家经济和社会进步最重要的动力之一，国家的繁荣富强和持续发展主要取决于国家创新能力的培育和积累。随着我国经济的快速发展，我国社会的整体创新能力得到了极大提升，科技部中国科学技术发展战略研究院发布的《国家创新指数报告2014》显示，2014年中国创新能力稳中有升，已经上升至世界排名第19位。

高等学校作为人才培养的主要阵地，应该肩负起大学生创新能力培养的重担，《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》中多处强调创新能力的培养：“突出创新精神和创新能力培养，大幅度提升各类人才的整体素质”“突出培养学生的科学精神、创造性思维和创新能力”“立足培养全面发展的人才，突出培养创新型人才”等，这些都为高等学校的人才培养指明了方向。同时，从高校自身的发展来讲，开展大学生的创新教育和创新能力培养对于大学生就业也会产生很大的促进作用[1，2]。

广西大学生结构设计竞赛已经成功举办了六届，每一届都有来自广西二十余所高校的参赛队伍参加角逐，参赛选手都充分发挥自己的聪明才智和创造才能，对自己的作品反复推敲，不断尝试新的结构形式，以期在竞赛中获胜，这个参赛过程对于大学生创新能力的培养具有非常重要的作用。本文以第六届广西大学生结构设计竞赛为例，论述专业竞赛在大学生创新能力培养中的重要作用。

二、广西第六届大学生结构设计竞赛介绍

(一)广西第六届大学生结构设计竞赛简介

广西第六届大学生结构设计竞赛在南宁学院体育馆举行，从2015年12月15日开始，18日结束，历时四天，共有23所广西高校的46支队伍参加。

(二)竞赛赛题简介

广西第六届大学生结构设计竞赛的赛题，是要求参赛选手利用白卡纸和白乳胶为材料，做成一个框架结构模型，示意图见图1。

图1　框架结构模型示意图

模型制作规定：模型层数为2-5层，纵、横方向跨数均不少于2跨，支座所在平面为边长400mm的正方形；模型高度为600mm，模型自重不超过700g；在模型各层楼面中(含顶层)选取不少于两层作为加载层，顶层必须加载；在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。先进行竖向静载加载，计算出各模型竖向承载荷重比，再进行水平静载加载，计算出各模型水平承载荷重比，以荷重比大的为胜。

在进行程序界面设计时，应与传统手工计算的表格一致，以便于后续使用者。Qt是奇趣公司旗下的软件开发平台，它是一款优秀的基于C++的跨平台GUI应用程序框架，同时为用户提供了良好的封装库，其主要使用信号与槽机制来连接事件与函数间关系，使得界面与代码完美配合。且在Qt中自身带有表格显示与图片显示控件，非常方便进行软件界面设计[9，10]。基于此，本文选择Qt进行界面设计，使用C++进行编程实现缓和曲线放样数据计算。

(三)赛题分析

竞赛赛题设计非常巧妙，限制性条件较少，从而给了参赛选手更多的发挥空间。首先，赛题没有具体规定模型层数，选手则可以根据自己的理解，经过计算选取最合适的层数，既保证模型的承载能力，又不能增大模型自重。其次，赛题只规定了纵、横向跨数不少于2，而没有规定最多跨数，选手就可以利用增加跨数来增大承载能力，也可以通过减少跨数而减轻自重，最终达到最大的荷重比。第三，赛题只规定了支座平面尺寸，而没有规定各结构层平面尺寸，选手则可以适当缩小上部结构尺寸来减轻自重和增加结构的稳定性。第四，赛题规定在模型内部层间不能设置横向和空间斜向构件，而没有限制模型外部，因此选手可以在模型外部设置斜杆来改变传力途径，等等。

总之，竞赛赛题内涵较小而外延较大，给了参赛选手更多想像的空间，对于参赛选手的创造性思维能力和动手能力是一个极大的考验，对大学生创新能力的培养具有很好的作用。

(四)参赛作品分析

各参赛选手都在赛前进行了充分的准备，每个参赛作品中都凝聚着他们的创造性思维，展示着他们的创新能力，下面列举出几个参赛作品进行分析(为了便于表达，已将模型简化为平面图形)。

作品一：(图2)这个作品采用的是传统的框架结构形式，为了减轻自重，特意按照赛题要求的最少层数，即2层框架来制作，同时，为了降低结构加载后的重心，特意将第一层楼面降低，从而可以在第一层楼面上放置更多的砝码，为了抵抗水平荷载，又在框架结构外围增加了斜向支撑来增加侧向刚度，以此来减小节点破坏的机率。整个模型的制作比较中规中矩，但是在很多细节处理上都体现出参赛选手的分析能力、动手能力和创造能力。

图2　传统的框架结构模型

作品二：(图3)这个作品实际上是对传统框架结构的改进，主要是基于竞赛考虑的，制作者把框架结构的上部减小，这样做的模型虽然在实际工程应用方面有较多弊端，但是这样的作品对于这次结构设计竞赛来讲却具有很多优势：首先是上小下大的结构本身就有很好的稳定性，使结构在承受水平荷载时的受力更好；其次，减小上部结构可以在保证结构支撑平面满足尺寸要求的情况下减小上部结构的材料用量，直接减轻自重，在相同承载力的情况下可以增大荷重比；第三，将第二层的斜向支撑改成一个大斜撑，能够更好地将水平荷载转化成杆件压力，充分发挥大斜撑的抗压性能，同时，斜向放置的柱子也增大了柱子对水平力的抵抗能力。整个模型从结构模型设计竞赛的角度，对传统的框架结构进行了改进，体现出参赛选手的创新精神。

图3　上小下大的框架结构模型

作品三：(图4)这个作品是将传统框架结构进行了比较大的改变，和作品二相比，这个作品进一步减弱了结构的实用性而加强了它的竞赛性，三角形的设计更加发挥了它的稳定性，第一层楼面上的竖向荷载加载时，利用加载砝码上的豁口使荷载中心直接作用在中柱上，这样做不但避免了横梁受弯，而且还利用砝码的支撑作用来保持上层中柱的侧向稳定，可谓是把竞赛的思想运用得淋漓尽致。上层结构平面因为缩小成了一个点，无法加载砝码，因此又在顶部做出了一个小平面作为加载平面，思路非常清晰。整个作品简洁对称，不但竖向受力合理，而且水平加载时传力也非常明确，同时由于杆件用量少而大大减轻了模型自重，增大了荷重比。

图4　金字塔式的框架结构模型

图5　塔楼式的框架结构模型

除了以上一些结构形式外，还有很多新颖的设计，例如，有的参赛选手采用了桁架式的梁柱，大大减轻了结构自重，同时达到了较好的承载能力；还有的参赛选手为了减轻自重而减少了跨数，同时为了满足赛题要求的跨数而采用一根细线作为“定义柱”来增加跨数，这些做法虽然有点投机取巧的嫌疑，但是，在很大程度上来讲，却充分体现了参赛选手的创新能力和处理问题的能力。

三、专业竞赛对大学生创新能力的培养

创新能力通常是学习能力、分析和解决问题能力、动手能力、想像能力、创造能力、组织协调能力等多种能力的综合[4]。因此，对大学生创新能力的培养实际上也是对这些能力的培养。

(一)学习能力的培养

大学生在课堂上的学习基本上是教师讲学生听的被动学习模式，校内的实训基本上也是学生去完成老师规定的具体任务的半被动的学习模式，而专业竞赛作为第二课堂甚至是第二课堂的延伸，则与第一课堂有着本质的不同。

在大学生结构设计竞赛中，参赛选手不但要用自己在课堂上学到的知识来设计制作出赛题所要求的结构模型，而且要不断地查找资料，补充相关知识，并通过各种尝试来一步一步地对结构进行优化，使其达到最大的荷重比。因为在竞赛准备阶段，每个参赛队伍并不知道对手的荷重比有多大，所以不能像课程实训那样教师规定了目标，达到目标就算完成任务，参赛选手只能不断尝试来不断提高，不断超越自己，这个过程是对选手学习能力的一个持续的考验和提高。

(二)分析和解决问题能力的培养

在竞赛准备阶段，选手们都会不断制作模型、不断试验、不断改进，每一个模型制作完成，都要首先根据自己的力学知识认真分析一下，提前预测一下结构模型的薄弱环节，预测一下模型加载时会出现的各种可能情况，从而提前做出应对策略。但是在实际加载的过程中，往往也会出现一些没有预测到的情况，这些情况的出现也需要参赛选手进行分析，并根据分析结果，有针对性地寻找解决问题的方法。例如，在竖向加载时出现柱子的屈曲破坏，则是由于这个柱子的长细比太大所致，选手就要考虑加大柱子截面或者增加柱子侧向支撑来减小自由长度从而避免屈曲破坏；再如，在水平加载时出现某些节点破坏，则要考虑增加节点强度或者改变传力途径来降低这个节点受力等方法来解决。

在不断的制作模型、加载试验、分析各种破坏形态、找出各种解决办法的过程中，选手们的分析问题和解决结构问题的能力得到了锻炼和提高。

(三)动手能力的培养

广西第六届大学生结构设计竞赛所用材料是白卡纸和白乳胶，要求选手用白卡纸卷成结构杆件，再用杆件组装成空间结构体系。为了减轻自重，选手们制作的构件都是壁薄、直径小的杆件。根据结构受力特点我们知道，压杆受力时的二阶效应往往是构件最终破坏的重要因素，因此，如果选手制作的杆件不太直，厚薄不均匀，或者节点连接偏心等，都会导致二阶效应的加大，从而导致杆件的提前破坏。所以，选手的动手能力也是决定能否获胜的一个重要因素，经过备赛阶段的反复练习，选手的动手能力也会得到不断锻炼和提高

(四)想像能力的培养

通常我们见到最多的框架结构都是横平竖直的“盒子建筑”，而在结构设计竞赛时，往往需要选手充分发挥想像，尽一切能力在满足赛题要求的前提条件下，得到更好的荷重比，因此，模型的结构形式不应该仅仅局限于我们的常识和经验，而应该根据赛题要求进行改变结构形式，有时甚至需要颠覆我们的常识，这样才能设计出更有特色的作品，在竞赛中获胜。

在模型的不断改进和优化中，随着所制作模型的荷重比的提高，选手的想像能力也得到了最大限度的锻炼和提升，

(五)组织协调能力的培养

大学生结构设计竞赛是团队竞赛，每个团队由四名队员组成，在比赛时要做到分工合作并且密切配合才能顺利完成任务。例如，比赛时可以一个人裁纸、一个人加工梁构件、一个人加工柱子构件、一个人负责进行构件组装，第一个人裁完纸后继续进行构件的烘干工作等等，而这种看似简单的程序，也需要各个团队成员反复磨合才能配合好，这个过程也能够对各个团队成员的组织协调能力起到一定的训练作用。

四、结语

广西大学生结构设计竞赛已经成功举办了六届，通过竞赛，使参赛选手的学习能力、分析和解决问题能力、动手能力、想像能力以及组织协调能力都

得到了很大的锻炼和提高，体现出了专业竞赛在大学生创新能力培养方面的重要作用。

(责任编辑：蒋国平)

参考文献：

[1]谭光兴,赵嘉,曾文波.学科竞赛创新教育模式对大学生就业影响的分析与思考[J].高教论坛,2015(7)：109-111.

[2]陈于. 就业视域下大学生创新能力的培养 [J].继续教育研究,2015(11)：22-24.

[3]贺敬良,赵华.以赛促学——大学生实践创新能力培养的新路径[J].教育教学论坛,2015(12)：162-163.

The Role of Professional Competition in the Cultivation of College Students' Creative Ability——A Case Study of Guangxi University Students' Structure Design Competition

LIU Mao-Jun ， WANG Zhao-Hua

(Nanning Branch School，Guilin University of Technology，Nanning 530001，China)

Abstract：This paper takes the design competition of the sixth college students in Guangxi as an example，through the analysis of the problem，the analysis of entries，and the analysis of the influence of model making process on the learning ability, analysis and problem solving ability, practical ability, imagination ability and organization and coordination ability，illustrates the important role of professional competition in the cultivation of college students' innovative ability.

Key Words：professional competition；innovative ability；structure model

基金项目：2011年度新世纪广西高等教育教学改革工程立项项目“高职高专工程造价专业人才培养模式研究与实践”(2011JGZ029 );2015年度广西职业教育教学改革立项项目“建筑工程技术专业实践教学改革研究与实践”(桂教职成〔2015〕22号)。

收稿日期：2016-01-12修稿日期：2016-01-28

作者简介：刘茂军(1971—)，男，河南洛阳人，副教授,研究方向为建筑工程技术。

中图分类号：G640

文献标识码：A

文章编号：1671-9719(2016)3-0051-03