基于設計思維的土木工程學科競賽管理體系的建立與更新

蒲黔輝， 富海鷹， 占玉林， 何 畏， 張 方

（西南交通大學 土木工程學院， 四川 成都 610031）

大學生學科競賽自20 世紀80 年代萌芽興起以來，呈現出階梯式發展態勢。從20 世紀90 年代的初興期轉入21 世紀前十多年的全面發展期后更是如火如荼［1］。各高校陸續思考、制定和實踐大學生競賽促進和管理工作。2017年起中國高等教育學會“競賽評估與管理體系研究”專家工作組對全國普通高校學科競賽進行系列評估和研究，開啟了普通高校學科競賽治理的新篇章，標志著大學生競賽開始進入內涵調整期。

大學生競賽是學生利用所學科學文化知識針對提出的學術問題在一定時間和空間，通過一定方法（或模式）進行分析、構思、嘗試，爭取優勝的活動［2］。大學生競賽活動旨在提高學生參與科技活動的意識和興趣［3-5］，豐富知識、提高能力［6-7］，在升華學習意義認識［8］和促進公民意識［9］等方面發揮著積極作用。2017 年以來，教育部積極推進國內高校開展新工科建設，先后發布了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”。2017年，教育部、財政部、國家發改委聯合啟動了世界一流大學和世界一流學科建設。2019 年，根據《教育部辦公廳關于開展2019 年線下、線上線下混合式、社會實踐國家級一流本科課程認定工作的通知》精神，正式啟動了“金課”申報工作。故此，在“雙一流”學科建設和新工科建設攻堅期，大學生學科競賽勢必會保持熱度、呼喚和呈現出新的發展態勢。

近年來，在該領域也暴露出一些共性問題：某些學科競賽在一定程度上游離于課程教學體系、實踐教學環節之外（如新型跨學科比賽，龍舟賽、混凝土輕舟賽等，均無法歸納于某一課程）；在多數時候，對競賽學生的輔導多為個別教師的個例行為，課程教學組支撐和規范的力量微弱（課程教學團隊以課程為載體，競賽指導團隊由于競賽的個性化難以模仿教學團隊，且由于考核機制落后，教師積極性偏低）；學生受升學政策影響，參賽行為“趨利避害”（如學生趨于參加獲獎快、獲獎率高的高級別比賽，而忽略與自己學科知識建構、學科綜合能力養成的相關度），學科競賽對本專業培養人才的整體作用不可控等。近年來，不少教育教學與管理理論逐漸被引進，設計思維是西南交通大學土木學院引入教學改革和管理更新之中的理論方法之一。通過研究和實踐發現，設計思維內涵豐富，強調設計與思維相依的雙螺旋關系，具有生成性和創造性雙重屬性，并且關注學習制品的生成，這為解決大學生學科競賽的升級和持續健康發展提供了新的理論和方法支撐。

一、西南交通大學大學生土木工程學科競賽管理1.0版本

西南交通大學土木工程專業始于1896 年，120 余年以來為國家培養了大量的交通土建中堅力量和領軍人才。在多年的本科教育改革與實踐過程中，土木工程大學生學科競賽的孵化、培育、訓賽、管理等工作一直是學院本科教學工作的一個重點。對于學生而言，其學科競賽能力的培養，核心是培養學生的實踐創新能力。土木工程學科歷史悠久，學科教育培養體系健全、方法完備，學科天生就注重對學生實踐能力的培養，可以說是一門從實踐、實驗中誕生且不斷發展的學科。也正因為這些特點，造成了在新工科建設的大趨勢下，學生創新能力培養不足等問題。

諾貝爾獎獲得者，經濟學家赫布·西蒙1969年在他的著作《人工科學》中提出了設計作為一種思維方式的概念［10］，這被認為是設計思維的雛形。1987 年，哈佛大學設計學院教授ROWE 出版的《設計思維》首次使用設計思維這個概念［11］。1992年，BUCHANAN 在《設計思維中的難題》一文中指出，設計思維可以擴展到社會生活的各個領域［12］，從而解除了設計思維的學科束縛。2005年，斯坦福大學建立了名為d.school 的設計學院［13］，提供設計思維的教育和推廣。在這里，來自各個學科的學生聚集一起，運用設計思維迎接復雜挑戰。其他一些著名大學也開始教授設計思維，如耶魯大學，哈佛大學，多倫多大學等［14］。

圖1 設計思維的工作流程

將設計思維用于學科競賽管理機制的設計、日常運行，以及將設計思維本身作為學生創新能力培養重要的一部分具有如下優勢。

（1）設計思維強調共情（以用戶為中心）、反復工作、原型化等，非常有利于促進學習者高階思維的訓練，讓參與的學習者和組織學習者在學習過程中經歷更多的思維活動，從而更容易進入深層學習和長時間處于深層學習之中；在指導學科競賽管理機制的設計、日常運行時，以學生為中心，充分考慮了各層次學生對競賽的需求，從全院學科競賽的角度對指導競賽的課時、科研招募、教學能力提升作了頂層設計及運行機制設計，如圖2所示。

圖2 土木工程實踐科創整體架構

（2）設計思維作為一個思維過程，強調形象和抽象、發散與收斂、分析與綜合、邏輯和直覺的平衡，設計過程是一個形象思維和抽象思維的綜合過程，有利于參與學習者在建立新的知識和能力架構的過程中建立起書本知識與現實世界的內聯關系，形成運用所學知識解決復雜問題的新結構，這也正是學科競賽所追尋的教育目標。

（3）設計思維更是一種創造性心態，重復設計思維過程能夠使參與學習者建立創造力自信心，即相信自己有能力通過創造力改變周圍的環境，從而建立和增進實現這種能力的勇氣和信心，這不僅僅是對學科競賽者的競技要求，更是未來人才培養的素質核心之一。

在近年來不斷的實踐和探索中，反復研究-探索-實踐-總結，將設計思維的思想和方法引入，深入理解、分析和調整競賽與課堂教學的交互關系，結合新工科、一流本科專業的建設工作，探索和實踐了大學生土木工程學科競賽管理“樹德為先、學生中心、能力為重、賽教互促”的新體系，以適應學科的發展和人才培養的新要求。

（一） 樹德為先，解決學生參與競賽的思想本源和原動力問題

如何引導大學生投入競賽、接受挑戰、學出精彩、賽出水平，一直是學科競賽管理中的首要問題。傳統的激勵機制包括：情懷引導、績點刺激、升學獎勵、就業吸引、朋輩榜樣等，這些激勵機制的作用效果、持續力、健康度等比較如表1所示，可見，傳統的激勵機制缺乏原動力，過分采用會引起不良競爭，甚至對學生全人教育的形成造成影響。

表1 傳統的競賽激勵機制對比分析表

經過研究和實踐檢驗，只有樹德為先才是解決學生參與競賽思想本源和原動力問題的根本。土木工程學院重德育由來已久，近年來通過新生入校培訓、新生研討課、課程思政教育、“紅土精神”教育等一系列特色思政教育工作，使學生的德育工作始終領先于其他工作。特別是，2018年西南交通大學土木工程學院黨委入選教育部首批“100個黨建工作標桿院系”，更為立德樹人奠定了堅實基礎。立德樹人成為了學科競賽源源不斷的精神動力來源。

在立德為先工作中，強調務實作風，建立了如圖2所示的實踐科創整體架構，讓學生實實在在感受到學科自信、學校自信，尤其結合學校軌道交通特色，強化學生的主人翁意識和責任擔當意識。

（二） 以學生為中心，掃清學科競賽孵、育、促、激環節間的組織障礙

無論是學院教學實踐管理者、指導教師，還是學生，僅僅依靠以德為先，靠情懷不足以持久。經過多年的研究和實踐，西南交通大學土木工程學院在大學生學科競賽的孵化、培育、促進、激勵等環節間建立了以學生為中心的一系列舉措，為制度的健康發展掃清了組織上的障礙。

1. 細化大學生學科競賽管理的頂層設計，強調對學生實踐創新核心能力培養

強化大學生學科競賽管理機制作為土木工程實踐教學體系中創新能力培養的核心環節，體現以學生為中心，構建了“以實踐創新核心能力培養為導向”的、以學生為中心的實踐教學體系，如圖3所示。

圖3 以學生為中心的實踐教學體系

該體系直接從教學頂層設計入手，將學科競賽的規劃、建設、訓賽、教賽聯系作為學科教學頂層設計的重要環節設計和組織實施。在目標層設計中，明確將人文知識增加到知識模塊；在能力模塊，在傳統土木的“測、繪、算”的基礎上增加了“創（新）、管（理）”能力；素養模塊單獨增加了“創新意識”，從而明確了創新能力培養的目標導向。在方法手段層面上，在培養方案中提高課程實踐環節的比例和質量要求；在實驗課程中強化知識更新，分基本、綜合、實踐、創新四個層次進行管理和實施；強調虛擬現實與現實結合、模型與原型相結合、遠程與近場相結合、校內外相結合，改善了創新能力培養孤立、手段單一等問題。

著力建設和升級了高水平科研實踐平臺群（建設了國家工程實驗室、教育部重點實驗室、四川省重點實驗室等一批科研實驗平臺），從無到有建設了國家級實踐教學平臺群（實驗教學示范中心、虛擬仿真實驗教學中心和工程實踐教育中心），建立了土木工程下的橋梁、鐵道、巖土等多個校外專業實習基地群，為學科競賽的巡賽、學生創新能力的培養搭建了堅實的支撐平臺。

通過在實踐教學中挖掘科學競賽的作用，強化其對學生實踐創新能力培養的支撐作用，將過去散落在不同教學環節中的創新能力培養串聯起來，實現了培養路徑的貫通，如圖4所示。

圖4 實踐創新核心能力的貫通培養閉環管理路徑

2. 重修培養方案，補充以學生為中心創新培養模塊，固化教師、企業參與路徑

任何與學生培養相關的工作，最有力的保障措施就是在培養方案中予以體現。為此，對培養方案進行了重新修訂，通過補充創新培養模塊，強調和固化教師參與培育和指導、企業參與共建與激勵的路徑，如圖5所示。

圖5 “五位一體”激活補充的創新培養模塊

3. 堅持學生為主體，組織自有比賽，孵化新賽，參加大賽

土木工程學院一貫堅持和強調大學生學科競賽要以學生為主體，包括參賽、辦賽、建賽等所有活動環節。為此，成立了大學生科創中心，通過多年的運行，打造了特色鮮明的科創品牌，持續激發了學生的競賽創新熱情。連續舉辦了20 屆土木科技月中系列自有競賽活動，通過這些活動形成了有品牌、有文化、有隊伍、有機制的特色科創競賽活動。

（三） 堅持能力為重，為學科競賽的發展保證方向

如果沒有為大學生競賽活動指定一個發展的方向，單純追求競賽獲獎這一個成果，那么競賽活動勢必會陷入一種驗證性為主的簡單重復，不會呈現出螺旋上升的趨勢。為此，西南交通大學土木學院教學研究和管理團隊始終堅持競賽的組織要以培養學生的能力為重，以機制和傳承來保證這種堅持，為學科競賽的發展保證了方向。

1. 依托三大國家級實踐教學平臺，保障了競賽訓練、參賽過程中實踐創新能力培養的質量

西南交通大學土木工程學院擁有國家級土木工程實驗教學示范中心（2008 年）、中鐵二院西南交通大學國家級工程實踐教育中心（2012 年）、國家級土木工程虛擬仿真實驗教學中心（2016 年）三個實踐教學平臺，這為競賽訓練、參賽的鍛煉提供了強有力的支撐。這種支撐還反映在日常實踐教學之中，諸如課程結構工程試驗與量測技術、課程建筑材料等都在潛移默化培養學生的實踐創新能力。

2. 積極拓展創新訓練路徑，提升實踐創新能力培養的效能

根據土木工程，尤其是土木工程轉型的變化趨勢，不斷探索創新訓練路徑，逐漸形成了對接交通土建工程勘察、設計、施工、管養全生命周期的技術創新全路徑，全面提升實踐創新能力培養的效能。

（1）打通了實物驗證試驗和虛擬仿真實驗的知識鏈，相互促進，為學科競賽提供了動手和動腦雙螺旋訓練途徑；（2）充分利用校內外實踐基地，同一基地多種用途，除擔負實踐教學任務也為競賽提供訓練和企業指導；（3）利用科研合作等多種途徑，讓學生更多地接觸實際國家重大工程，為競賽能力的提升注入真實場景的訓練。

（四） 賽教互促，為學科競賽的發展提供組織制度保障

只有正確認識和建立競賽和日常教學的良好、健康關系，才能使二者相互促進、共同發展。從競賽的角度來看，一種以賽促教、以賽促學、以賽促創的教學格局被認為是一種健康、有生命力的新格局。西南交通大學土木工程學院教學研究和管理團隊經過多年的實踐和積累創造了有自己特色的賽教互促關系。

1. 依托六大重點科研平臺，借力科教融合，實現賽教互促

土木工程是西南交通大學傳統優勢學科，有良好的社會口碑和行業積淀，尤其在交通土建領域，擁有陸地交通災害防治技術國家工程實驗室（國）、交通隧道工程教育部重點實驗室（部）、高速鐵路線路工程教育部重點實驗室（部）、道路工程四川省重點實驗室（?。?、風工程四川省重點實驗室（?。?、抗震工程技術四川省重點實驗室（?。┑攘鶄€國家級、省部級重點科研平臺，依托這些平臺，采取雙模式，即由科研一線教授及其科研團隊與教學團隊共同對接核心課程，實現科教融合，豐富競賽創新元素、開闊競賽創新視野、擴展競賽創新場景，從而實現賽教互促。

2. 建立學科競賽負責人制度，借力跨學科課程，實現賽教互促

土木工程一級學科有橋梁、隧道、道路、鐵道、巖土等多個二級學科。大學生學科競賽多以二級學科來劃分。建立學科競賽負責人制度，以學科主干課程的教學負責人作為競賽負責候選人，可以有力地促成“賽教互促”。當然，近年來也有學科融合的競賽新趨勢。為此，在建立學科競賽負責人制度的同時，西南交通大學土木工程學院教學研究和管理團隊還建設了諸如“比特與混凝土的藝術”等跨學科課程，實現學科交叉融合下的賽教互促。

二、土木工程學科競賽管理1.0版本的實施效果

（一） 學科競賽成績斐然

通過以上舉措和制度的實施，西南交通大學土木工程競賽在2013—2016 年共獲得國家級競賽獎62項（表2），其中連續4屆獲得全國大學生結構設計競賽一等獎，全國唯一的高校。

表2 2013～2016土木工程類獲國家級競賽獎情況

土木工程學科競賽成績很好地促進了西南交通大學整個競賽成績的攀升。學校公布的數據顯示，2013—2016 年間土木工程類學科競賽獲獎貢獻率、參與人數貢獻率都排于全校所有學科前列。根據中國高等教育學會官網發布的2020 年全國普通高校大學生競賽排行榜以及2016—2020 年五輪總榜，在2020 年全國各類大學生競賽中，西南交通大學學子榮獲各類獎項305 項，總分排名全國高校第四。在近五年的競賽中，西南交通大學學子共計榮獲各類獎項749 項，總分排名全國第十。在這兩份榜單中，西南交通大學是唯一一所擠進前十位的非985 高校，這充分說明了學生的創新能力和綜合素質是非常高的。

土木工程學院的“樹德為先、學生中心、能力為重、賽教互促”競賽新體系也輻射到學校其他學院和專業，全校競賽成績呈現出欣欣向榮的趨勢。僅2020年，西南交通大學在全國大學生市場調查與分析大賽、全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽、全國大學生智能汽車競賽、全國大學生集成電路創新創業大賽等多項競賽中都有一等獎或特等獎。

（二） 競賽豐富和促進了實踐創新能力的培養

近年來，在學科競賽的激勵和促進下，西南交通大學土木工程學院實踐教學各模塊每年受益學生達4500 人。競賽促進了土木工程學生就業競爭力的提升，就業質量持續保持高位，連續多年學生首次就業率達99%以上（圖6）。同時，經過競賽的洗禮，學生的綜合能力同步提升顯著，各種訓練模式獲得學生高度認可，滿意度評分4.54 分（滿分5 分）。學科競賽開拓了學生思路，提升了學生的科研參與度和創新能力，本科生發表期刊學術論文數量和質量顯著提升。

圖6 競賽豐富和促進了實踐創新能力的培養

（三） 躋身國際舞臺，體現創新能力

作為全國前五家進入美國土木工程師協會（ASCE）大學生競賽單位，在多種、多項國際競賽項目中斬獲佳績（圖7）。

圖7 躋身國際競賽舞臺

（四） 形成了特色鮮明的競賽品牌，并輻射全國

作為自有競賽項目，土木科技月連續舉辦了20 屆。每年有十余學校、學院的數千學生參加，且呈現逐年增加的趨勢。在立足本校本學院發展的同時，定向援建西藏大學，多次邀請藏大學生參加競賽，并為藏大工學院實踐教學實驗室的建設貢獻了力量。同時，以競賽為契機，與國內外40 余所院校開展交流，幫助西昌學院、攀枝花學院、南寧工學院等省內外20 余所院校推進實踐教學建設改革，創辦了四川省大學生結構設計競賽，邀請省內外16所高校參加。

三、土木工程學科競賽管理2.0版藍本

1.0版本實施8年來，取得了一些成績，但同時也暴露出一些問題。我們將堅持以設計思維為教育教學理念和指導方法，在原有學科競賽管理1.0版本的基礎上，提出土木工程學科競賽管理2.0版藍本，力爭在以下方面實現實質性改變。

（一） 徹底改變頂層設計板塊的缺失

盡管在1.0 版本中，競賽作為實踐教學主體的一個重要組成被納入人才培養方案中。然而，實質上競賽對人才培養的貢獻還是非顯性的，在人才培養矩陣圖中，沒有為競賽設定一個四年一貫制通道。在今后的2.0 版本中，將著重調整。首先，在培養計劃中增設以實踐創新縱向培養機制的單獨的縱向通道，四年均設置有實踐創新課程及學分，參加競賽可以“減免”和“抵扣”學分，使以競賽為代表的實踐創新培養不再針對部分學生，而是面向全體；其次，在頒發畢業證書的同時，頒發實踐創新等級證書，要求三級以上才準予畢業，最高設置十級，競賽是實踐創新證書等級的重要來源；最后，參與競賽及競賽成績可作為優秀畢業生遴選的重要參考。

（二） 嘗試開設0學分必修課，實現賽教互促新格局

盡管已經建設和實踐了“比特與混凝土的藝術”“土木工程學科競賽創新能力的養成與提升”等課程，并在結構設計原理、橋梁美學等課程中埋下了競賽培養的“種子”。但是，賽教互促仍沒有實現制度化、體系化。如：目前的競賽課程仍屬于選修課，不受“約束”，學生選課過于自由，造成受益面偏窄。在2.0版中，嘗試將競賽類課程開設為0學分必修課群，分橋梁、巖土隧道、鐵道、結構四類，共計12門，分三學年貫穿實施，以期實現競賽創新思維和能力培養的學科全覆蓋、縱向迭代，創造賽教互促新格局。

（三） 依托融創中心的建設，實現鐵打的營盤

目前競賽培育和指導團隊存在流動性大、組織較松散，沒有形成持續的競賽教學學術研究局面。在2.0版本中，隨著土木工程學科融創中心的建設，將實現競賽管理、組織、指導、研究團隊的相對穩定和專業化，從制度上實現競賽團隊鐵打的營盤，即以“副崗”的形式，實現專業教師在融創中心擔任學生學科科創能力培養導師（有賽事時，成為競賽指導教師）；以“主崗”的形式，實現專業學科科創輔導員教職正式化，作為中心日常運行的坐班教師；以“虛擬崗”形式，實現學生科創組織擬職位化，從另一層面為有管理需求的學生創造鍛煉及勤工儉學的機會。

四、結語

基于近年來學校土木工程專業人才實踐創新能力培養方面所作的一些改革和探索，結合人才培養方案的修訂、競賽組織指導體系的重構、實踐創新教學活動的開展，建立了“樹德為先、學生中心、能力為重、賽教互促”的新體系，在土木工程學科競賽中取得了一定的成績，促進了學校土木工程人才實踐創新能力的培養探索和改革。從土木工程學科競賽管理1.0的少許成績，到2.0的思考，一些建設性的措施可為同仁所參考。

（1）要結合學院的綜合試點改革，對學科競賽乃至科創能力培養整體架構做好頂層設計，包括課程的設置、學分和畢業機制的優化、教師（含輔導員）教職的多崗制等，這是做好學科競賽工作的首要前提。

（2）充分吸納好的教學新理念和方法，如設計思維、PBL 教學理論與方法、工程設計理念與方法等，從學生在校時間的縱向，和學科、層級的橫向，進行競賽課程、創新實踐、競賽等活動的一體化設計。

（3）充分考慮學生對就業、繼續深造等的需求，研究開發和創立各類新型的競賽類型，如跨學科競賽、各類主題Hackathon活動等，滿足國際接軌、社會對綜合性人才的需求。

但是，在土木工程日益復雜、學科細分與融合兩極性拓展的形勢下，仍然需要進一步深入探索土木工程人才培養的實踐創新能力培養，仍然需要在大學生土木工程學科競賽的管理上做更多的思考和探索。