基于復(fù)合材料橋梁競(jìng)賽的教學(xué)實(shí)踐與探索

佟麗莉+郭軼宏+張建華+張學(xué)義

摘要：超輕復(fù)合材料橋梁競(jìng)賽是國(guó)際范圍內(nèi)復(fù)合材料專業(yè)競(jìng)賽，在美國(guó)、法國(guó)、中國(guó)等國(guó)家舉辦的SAMPE地區(qū)學(xué)術(shù)年會(huì)中同期舉行，該競(jìng)賽對(duì)于提高復(fù)合材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、數(shù)值模擬、專業(yè)英語等課程教學(xué)，激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力都起到了促進(jìn)作用，在近幾年的課程教學(xué)中，將大學(xué)生的競(jìng)賽融入到教學(xué)實(shí)踐中，取得了一定的成效，通過實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系的建設(shè)，提高了專業(yè)課程的整體教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：橋梁競(jìng)賽；創(chuàng)新體系；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）22-0149-02

超輕復(fù)合材料橋梁競(jìng)賽是由SAMPE（The Society for the Advancement of Material and Process Engineering）學(xué)會(huì)主辦、美國(guó)國(guó)家航空航天局、波音公司等企業(yè)贊助支持的國(guó)際性學(xué)生競(jìng)賽，已經(jīng)成功舉辦19屆。我校SAMPE超輕復(fù)合材料大學(xué)生科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自2009年成立，指導(dǎo)老師7人，學(xué)生成員累積上百人。2010年10月首次參加在上海舉辦的第二屆超輕復(fù)合材料制造學(xué)生競(jìng)賽，獲得橋梁組冠軍。2011年5月參加在美國(guó)長(zhǎng)灘市舉辦的第十四屆國(guó)際SAMPE超輕復(fù)合材料學(xué)生橋梁競(jìng)賽中獲得亞軍；2011年10月參加在天津舉辦的第三屆超輕復(fù)合材料制造學(xué)生競(jìng)賽獲得1項(xiàng)一等獎(jiǎng)、2項(xiàng)二等獎(jiǎng)、1項(xiàng)三等獎(jiǎng)。2012年5月24日在美國(guó)馬里蘭州巴爾的第十五屆國(guó)際超輕復(fù)合材料橋梁學(xué)生競(jìng)賽，共獲3項(xiàng)單項(xiàng)冠軍、1項(xiàng)亞軍和2項(xiàng)季軍，以總分第一摘得團(tuán)體冠軍。SAMPE團(tuán)隊(duì)自組建7年以來，不斷學(xué)習(xí)溝通，團(tuán)結(jié)協(xié)助，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)大賽中取得了優(yōu)異的成績(jī)。學(xué)生通過競(jìng)賽，對(duì)專業(yè)知識(shí)有了深刻的理解，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)合材料專業(yè)知識(shí)的興趣，鞏固了學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)，鍛煉了學(xué)生的思維，拓展了學(xué)生的視野，增加了與國(guó)內(nèi)外學(xué)生之間的交流，培養(yǎng)和發(fā)現(xiàn)了大批優(yōu)秀的復(fù)合材料創(chuàng)新人才。另一方面，競(jìng)賽為教師提供了教學(xué)交流的良好平臺(tái)，教師團(tuán)隊(duì)通過指導(dǎo)學(xué)生，將競(jìng)賽融入到平時(shí)的日常教學(xué)中，將競(jìng)賽培訓(xùn)與日常教學(xué)緊密結(jié)合，提高了整體的教學(xué)水平，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外高校之間復(fù)合材料力學(xué)教學(xué)的溝通，提高了教師的業(yè)務(wù)能力和復(fù)合材料教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了高等學(xué)校專業(yè)課程建設(shè)的改革。

復(fù)合材料橋梁國(guó)內(nèi)國(guó)際競(jìng)賽對(duì)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)、科技創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)合作競(jìng)賽培養(yǎng)和教學(xué)環(huán)節(jié)有很大的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一、橋梁競(jìng)賽提高學(xué)生的力學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力

全面實(shí)施力學(xué)素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生力學(xué)創(chuàng)新能力是當(dāng)今高等教育的主要任務(wù)之一，其根本途徑之一是重視學(xué)生力學(xué)基本知識(shí)的培養(yǎng)。SAMPE橋梁競(jìng)賽是夯實(shí)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的有效途徑，以賽促學(xué)，不僅能提高學(xué)生的力學(xué)思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且提高了學(xué)生的自學(xué)能力，拓展了知識(shí)面，為學(xué)生后續(xù)的相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)起到了良好的促進(jìn)作用，同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生在就業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

1.以比賽促進(jìn)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高自學(xué)能力。力學(xué)知識(shí)尤其是復(fù)合材料力學(xué)知識(shí)一貫以其抽象性、枯燥性讓很多學(xué)生望而生畏。在教學(xué)改革的實(shí)踐中，教師一直在尋找激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的突破口。橋梁競(jìng)賽是有效的教育手段之一，很好地培養(yǎng)和激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)及復(fù)合材料相關(guān)專業(yè)知識(shí)的熱情。自2010年起，SAMPE北京分會(huì)開始在國(guó)內(nèi)舉辦“超輕復(fù)合材料橋梁競(jìng)賽”，比賽規(guī)則與美國(guó)的相同，在國(guó)內(nèi)獲獎(jiǎng)的選手推薦赴美國(guó)參加SAMPE學(xué)會(huì)主辦的橋梁競(jìng)賽，這樣吸引大批學(xué)生積極參與。在這個(gè)過程中，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生競(jìng)賽進(jìn)行輔導(dǎo)，培訓(xùn)中不斷夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，開拓學(xué)生的視野。學(xué)生從原來的被動(dòng)接受專業(yè)知識(shí)變成了積極主動(dòng)地去探討，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確。在設(shè)計(jì)橋梁的過程中，除需要復(fù)合材料、力學(xué)專業(yè)知識(shí)，還需要學(xué)習(xí)CAD繪圖軟件、結(jié)構(gòu)分析軟件，模具設(shè)計(jì)及成型工藝等相關(guān)知識(shí)，過程中學(xué)生對(duì)其他知識(shí)的學(xué)習(xí)都是根據(jù)自己的興趣，自學(xué)完成，出現(xiàn)的問題和指導(dǎo)教師討論交流，這樣除鞏固了所學(xué)知識(shí)外，還拓展了知識(shí)范圍。

2.以競(jìng)賽促進(jìn)學(xué)習(xí)，提高創(chuàng)新能力。復(fù)合材料橋梁競(jìng)賽方案設(shè)計(jì)過程中，除了需要掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)之外，還需要學(xué)生分析問題和解決問題的能力。需要學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能等諸多要素，具有好奇心、求知欲、獨(dú)立思考能力，競(jìng)賽使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，不拘泥于書本，不迷信于權(quán)威，不依賴于常規(guī)，而是以已有的知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合競(jìng)賽規(guī)則，獨(dú)立思考，大膽探索，尋找獨(dú)創(chuàng)性的解決問題的方法，競(jìng)賽結(jié)果統(tǒng)一的沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，以重量最輕，承載最高為目標(biāo)，每年成績(jī)都在提高，每年方案均不相同，沿用上一年的方案不可能達(dá)到最優(yōu)結(jié)果，這樣促進(jìn)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新思維，突破常規(guī)思維界限，以不同視角、方法思考問題，提出與眾不同的解決方案，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新技能。

3.提高學(xué)生的外語水平及表達(dá)能力。通過競(jìng)賽前方案的討論，比賽過程中與國(guó)外學(xué)生的交流，鍛煉并提高學(xué)生用英文交流的能力，提交英文方案及分析競(jìng)賽規(guī)則，提高了學(xué)生寫作及閱讀能力。使學(xué)生意識(shí)到英文作為交流工具的重要性，競(jìng)賽過程中提高了外語的聽說寫水平。

二、橋梁競(jìng)賽推動(dòng)了復(fù)合材料力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)工作

橋梁競(jìng)賽不僅為廣大學(xué)生提供了展示自我、鍛煉自我的平臺(tái)同時(shí)也為教師們提供了溝通的平臺(tái)，有利于促進(jìn)學(xué)校間的教學(xué)交流，提高整體教學(xué)水平。同時(shí)也促進(jìn)各學(xué)校在復(fù)合材料力學(xué)等專業(yè)課程的投入力度，在學(xué)校政策支持、師資力量以及教學(xué)方法等方面都有不斷的提升，學(xué)生競(jìng)賽對(duì)促進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)研究，開展教學(xué)方面的學(xué)術(shù)交流，發(fā)揮了積極的作用。

1.多元教學(xué)方式，促進(jìn)教學(xué)改革。在指導(dǎo)學(xué)生競(jìng)賽過程中，學(xué)生不定期、不定時(shí)地會(huì)有疑問需要討論及交流，這也促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的快速發(fā)展，建設(shè)課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，提供教師之間、師生之間、學(xué)生之間的有效交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生間有好互助模式。同時(shí)，利用豐富的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源等平臺(tái)，提高學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源、校園網(wǎng)內(nèi)電子圖書資料解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生素質(zhì)的全方面提高。學(xué)生在準(zhǔn)備競(jìng)賽方案過程中，學(xué)生除需要自己設(shè)計(jì)方案，還要自己設(shè)計(jì)模具、自己動(dòng)手進(jìn)行工藝成型，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，這種學(xué)習(xí)方式打破了傳統(tǒng)的灌輸式的教學(xué)模式，使學(xué)生走出教室，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，不僅自己動(dòng)腦，還需要自己動(dòng)手，感受知識(shí)帶來的樂趣，從而加深鞏固所學(xué)知識(shí)，這種新的聽、說、看、觸的教學(xué)模式，有力于學(xué)生的學(xué)習(xí)，相比傳統(tǒng)的講授形式，提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果。指導(dǎo)學(xué)生競(jìng)賽過程中，需要圍繞競(jìng)賽問題，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行與同一問題相關(guān)的專業(yè)教學(xué)活動(dòng)，使專業(yè)之間的教學(xué)互相之間有銜接，有關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生為解決問題而去學(xué)習(xí)，通過多門專業(yè)課的教學(xué)活動(dòng)，指導(dǎo)學(xué)生將多門專業(yè)知識(shí)都能用于解決問題，這與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，提高了效率和效果。

2.構(gòu)建了復(fù)合材料橋梁實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系。復(fù)合材料橋梁實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系是以復(fù)合材料橋梁競(jìng)賽為目標(biāo)而開展的一系列教學(xué)活動(dòng)，分為三個(gè)階段。第一階段，進(jìn)行基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，包括材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械制圖等課程的學(xué)習(xí)，這些課程是面向全校學(xué)生的必修課，通過這些課程的學(xué)習(xí)，掌握基礎(chǔ)的力學(xué)知識(shí)和繪圖能力。第二階段是計(jì)算機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)，包括SOLIDWORK、ANSYS、ABAQUS軟件的學(xué)習(xí)，這些課程是選修課，通過課程的學(xué)習(xí)，能夠?qū)?fù)雜形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。第三階段是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，包括復(fù)合材料力學(xué)、復(fù)合材料工藝、模具設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)，掌握并了解復(fù)合材料相關(guān)專業(yè)知識(shí)。通過以上時(shí)間教學(xué)體系的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握復(fù)合材料橋梁設(shè)計(jì)及制作技術(shù)，熟悉競(jìng)賽流程。哈爾濱工程大學(xué)SAMPE創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在2011年連續(xù)六年參加美國(guó)SAMPE學(xué)會(huì)主辦的學(xué)生橋梁競(jìng)賽，并取得一等獎(jiǎng)六項(xiàng)，二等獎(jiǎng)六項(xiàng)，三等獎(jiǎng)九項(xiàng)，相關(guān)研究參加國(guó)際會(huì)議發(fā)表文章3篇，實(shí)踐教學(xué)證明，復(fù)合材料橋梁實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系有著良好的教學(xué)效果。

隨著現(xiàn)代化教學(xué)理念的不斷更新，各類競(jìng)賽的不斷開展，將會(huì)出現(xiàn)更多新的教學(xué)實(shí)踐方案，探索更多的教學(xué)模式，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

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Practice and Exploration of Education Based on Composite Bridge Contest

TONG Li-li，GUO Yi-hong，ZHANG Jian-hua，ZHANG Xue-yi

（College of Aerospace and Civil Engineering，Harbin Engineering University，Harbin，Heilongjiang 150001，China）

Abstract：Super lightweight composite bridge contest is an international competition within the field of composite materials and held in the same period of SAMPE technical conference in the United States，F(xiàn)rance and China. The contest can improve teaching level such as composite mechanics，structural mechanics，numerical simulation，professional English teaching. Meanwhile，contest can arise students' interest in learning professional knowledge and increase student's ability to analysis and solve problems. It have played a role in guiding students into teaching practice. Professional curriculum teaching level had been improved through the construction of practice teaching innovation system.

Key words：bridge contest；invocation system；educational reform