利用结构模型设计与训练基地培养创新型人才的探索

摘要：基于长沙理工大学大学生实践教学改革，提出结构模型设计与训练基地作为土木工程专业学生创新实践基地，通过开展多种形式的创新实践活动，丰富了结构模型设计与训练基地的功能，提升了土木工程类本科生的创新实践能力，指出了在具体实施中需要注意实践与理论结合、训练基地的安全教育与科学管理等方面的问题，探索了基地培养土木工程学科创新型人才的途径与重要作用。

关键词：结构模型设计与训练基地；创新实践能力；结构设计竟赛

作者简介：付果（1979-），男，湖南株洲人，长沙理工大学土木与建筑学院，讲师。（湖南 长沙 410114）马晓娟（1979-），女，湖南株洲人，长沙县第一中学，中教一级。（湖南 长沙 410138）

基金项目：本文系长沙理工大学教研教改项目（项目编号：CN1204）的研究成果。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0050-02

在建设创新型国家的新形势下，创新实践能力是高素质人才的重要标志，是高水平大学建设的灵魂。大学生创新实践能力的培养已成为高等学校教育与教学改革的重点和核心。[1]土木工程专业是实践性和应用性很强的专业，单一的课程教学重理论轻实践，无法实现大学生创新实践能力培养的目标，不能适应现代土木工程专业人才培养的需要。围绕培养大学生的创新实践能力，国内各高校纷纷设立并实施了以大学生结构设计实践基地、大学生科技创新项目、大学生创新性实验项目及大学生创业项目等为载体的大学生创新训练计划，探索以各种基地为载体，以学生为主体，以教师为辅导，以学科竞赛为导向，以创新为核心，自主实践，研学结合的培养方式，这是推动人才培养模式改革和教育教学模式改革的重要举措。[2]

一、土建类本科生实践能力的缺失与创新实践基地使用现状分析

土木工程专业本科生的培养计划中，力学类课程设置较多，若一味按照传统的教学模式，因缺少实践操作机会而不能灵活运用力学理论来分析和解决现实生活中的实际问题，将会导致学生学习力学与专业课程的兴趣大减，创新能力与创新意识薄弱。结构模型设计与训练基地是力学理论知识和现实问题联系的桥梁。它可以针对一个现实工程问题作出必要的简化假设，运用力学理论工具，通过力学计算得到一个合理的结构模型。我国自1994年清华大学举行了大学生结构设计竟赛以后，结构模型设计与训练基地在各大高等院校中应运而生，它是综合有限元数值计算模拟、加载试验和模型制作等功能于一体的实践教学基地。由于受传统教育思想的影响，重理论知识教育、轻实验实践教学，忽视实践教学活动在培养学生的适应能力、应变能力、创新能力上的作用，许多结构模型设计与训练基地仅服务于大学生结构设计竞赛的开展，建设效果逐渐趋于冷清，最终沦为简单的试验基地，仪器设备使用率低、管理混乱等问题逐步凸显。

二、基于结构模型设计与训练基地的创新实践活动

结构模型设计与训练基地能为大学生主动探索和勇于创新提供良好的环境，是培育高素质创新型工程人才的高效实验室。它不仅可以支撑结构模型设计的集训与竞赛的开展，也可以承担工程力学及其他相关课程的教学、实验、实训和创新项目活动的开展。将结构模型设计与训练基地作为创新实践基地，构建创新实践活动实施框架结构，着力培养和提高土木工程类本科生的创新实践能力，这为传统的教学实验室使用提供了新思路。

1.开设创新实践项目

利用结构模型设计与训练基地开设省级、校级和院级课外科技项目、研究性学习项目、创新性实验项目等创新实践活动，由具有一定科研和教学水平的教师指导学生，让学生参与到实际的课题研究，[3]激发学生学习理论知识的积极性，提高学生自主学习的能力，使学生在实践过程中掌握应用知识的方法与技巧，提高解决实际问题的能力和动手实践能力。

2.组织参加各类大学生创新实践竞赛

大学生结构设计竞赛作为大学生创新训练计划的一种重要形式，是土木工程专业创新性和实践性最强的学科竞赛，在培养学生创新思维、创新意识和合作精神等方面发挥着重要作用。大学生结构设计竞赛已经迅速发展成为教育部大学生九大学科赛事之一，每年举办一次。在这类学科大赛的导向下，结构模型设计与训练基地经过多年建设与积累，目前形成了相对稳定的各大赛事指导教师组。指导教师组由具有一定科研和教学水平的教师组成，由指导教师组织学生参加全国大学生结构设计竞赛、湖南省大学生结构设计竞赛、中南地区结构设计竞赛、“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛等不同类型、不同层级的结构创新实践大赛。结构创新实践大赛对学生来说就是是一种创新实践训练，它是实现土木工程专业教育个性化的有效手段，可以打破传统以“老师为主”的被动接受知识的教育模式，向以“学生为主，老师指导”的实践型和创新型的人才培养模式转变。学生通过参加这类极具挑战性的竞赛活动可切身体会到理论知识与实践结合的重要性，在实战中开拓进取，开阔视野，大胆创新，积极实践。

3.创新课程教学方法改革

优化课程体系，将结构模型设计的思想引用到土木类相关专业课程教学体系中，注重学生学与用相结合。[4]长沙理工大学通过开设“结构模型设计与制作”等相关选修课程，充分利用了结构模型设计与训练基地的软硬件资源，采用了理论教学和动手制作实践相结合的教学手段。在实际教学过程中，除了理论知识讲解外还可以引入案例，通过真实结构模型演示引出问题，从而引导学生通过实践操作来探索和解决问题。相较于传统的教学模式，这类教学方法更能激发学生的求知欲，调动学生动手实践的积极性，营造良好的教学氛围，达到学思结合，从而培养了学生动手实践能力、团队协作能力与创新意识。

4.建立大学生毕业设计（论文）实践基地

毕业设计是本科教学过程最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。学生在毕业论文选题时，一些以实际工程问题作为背景的科学研究题目受到了大部分学生的青睐，学生面对实用性较强的课题时积极性较高。通过检索文献，查找相关资料，了解课题的相关领域，利用软硬件资源深入分析和研究课题。结构模型设计与训练基地作为一个教学研究和开发设计的重要场所，为土木类本科毕业生的毕业设计提供了良好的试验实习环境，学生可以在基地完成有限元程序模拟计算，也可以在基地制作真实结构模型，完成结构模型的加载试验，并随着基地设备的逐年增加，能完成的模型试验类别将越来越多，加载形式与范围越来越广，这样不仅提高毕业设计（论文）的质量，也提高了土木类毕业生综合应用所学理论知识的能力，顺应了现代社会对创新实践人才的新需求。

5.组建有限元软件研发兴趣小组

结构模型设计在理论分析力学建模后的数值计算一般都离不开有限元程序软件，而有限元程序模拟计算的结果也需要实验来验证其计算的可靠性，在一系列模拟计算与模型实验过程中激发了学生动手实践的兴趣，引导学生独立思考，拓宽思路，积极探索数值计算结果与实验结果差异的原因，并尝试开发实用性数值软件模块，从而唤醒学生的创新意识潜能。通过有限元软件研发兴趣小组开展的活动使学生初步养成了结构模型数值模拟与编写简单程序的技能，为将来进行科学研究或相关就业打下了坚实的基础。

三、利用结构模型设计与训练基地开展创新实践活动的注意事项

1.注意实践与理论的有效结合

工程学科理论学习的最终价值需要体现在指导工程实践上。过分侧重土木工程专业学生的力学理论与专业课学习、轻实践，教学过程将枯燥乏味，纸上谈兵终究不能解决工程实际问题；过分倾向于动手实践、轻理论教学，导致学生在动手实践时缺乏基本理论知识储备而无从下手。因此，在创新实践活动的实施过程中，应合理分配理论课与实践课的学时比例，注意理论知识学习和实践操作训练并重，科学设计结构模型设计与制作课程教学方案，最大程度激发学生的学习动力，注重培养学生运用力学与专业知识解决实际问题的能力，注重培养学生的创新意识、团队协作精神和动手实践的能力。

2.注意安全教育与科学管理

结构模型的制作离不开锯、磨、粘等多道实践工序，在制作过程中要学会安全使用各种制作工具，防止意外伤害。在结构模型的加载阶段更要注意加载设备的使用安全，要避免因结构模型的意外垮塌而出现安全事故，安全无小事，这些都需要有专门的安全教育机制。如对比较危险结构模型的加载要带安全帽，要对结构模型破坏的危险程度要有一定的预见性，这类安全教育将使土木工程专业学生受益终生，使学生在将来的工作中能积极预防安全事故。创新实践活动的开展使结构模型设计与训练基地的设备使用率大大提高。基地小吨位万能试验机和计算机系统的安全与正常使用首先需要有良好的运行环境，满足供配电、温度、湿度和防雷接地等要求。还要定期检修与保养实验设备，避免因使用过多、负荷过重而引起机器设备瘫痪。此外，还可优化实验室运行环境，加强规章制度管理，保证系统的稳定性和安全性，积极采用指纹管理系统等，让学生积极参与到训练基地的管理与建设当中来，做到科学化、人性化的维护和管理，从而提高训练基地的使用效率，使学生能够安全、高效地使用训练基地。

四、结束语

结构模型设计与训练基地是培养土木工程专业学生创新实践能力的重要平台，通过探索与开展创新实践活动，开设创新实践项目，组织参加各类创新竞赛，实施教学课程体系改革，设立毕业设计实践基地，组建有限元软件研发兴趣小组，拓展结构模型设计与训练基地的功能，提高训练基地的使用率，不仅有利于提高土木工程类本科生的创新实践能力，提升土木工程类本科毕业生的综合素质，有效克服常规教学实践存在的一些缺点，还能为社会迫切需要的创新实践人才的培养提供新思路。经过多年的教学实践和理论探索，长沙理工大学“结构模型设计与训练基地”构建了具有鲜明基地特色的创新教育体系，培养了一批具有创新精神和实践能力的高素质人才，并在2012年湖南省首届大学生结构设计竞赛中包揽前三名，创新教育成效显著。

参考文献：

[1]王军，李明，牛小玲，等.创新实践基地建设与创新人才培养探索[J].中国电力教育，2013，（10）：198-200.

[2]陈玲玲，王义康.利用数学建模实验室培养学生创新实践能力的探索[J].中国电力教育，2013，（10）：201-202.

[3]付果，马晓娟.以科研实践提高土木工程专业学生的创新能力[J].当代教育论坛，2010，（10）：117-118.

[4]付果，彭旭龙.“结构力学”课程教学改革与实践探讨[J].中国电力教育，2013，（10）：88-89.

（责任编辑：王祝萍）

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