摘要：本文旨在探讨如何在高中通用技术课程中开展结构赛，以提升学生的工程思维、创新设计和实践能力。通过分析结构赛的特点和教育价值，结合通用技术课程的核心素养，提出具体的实施策略和案例分析，为高中技术教育提供新的思路和方法。

关键词：通用技术课程；结构赛；工程思维；创新设计；实践能力

 一、引言

在科技飞速发展和全球化深入的背景下，教育改革的紧迫性日益凸显。当前，培养学生的创新能力和实践能力已成为教育改革的核心目标，以适应经济社会发展的需求，提升国家竞争力，并促进教育公平。高中通用技术课程作为培养学生技术素养和工程思维的重要途径，通过实施工程思维，显著提高了学生的系统分析与问题解决能力、知识运用能力、动手实践能力以及创新思维和实践意识。例如，一项研究显示，通过高中通用技术课程的学习，学生的动手制作能力得到了显著提升，这不仅体现在实验操作能力、技术实践能力上，还体现在创新思维能力上。结构赛作为一种新兴的科技竞赛形式，以其独特的魅力和挑战性，吸引了越来越多的学生参与。本文将探讨如何在高中通用技术课程中开展结构赛，以促进学生的技术意识、工程思维、创新设计和实践能力的全面发展。

二、通用技术课程与结构赛的深度融合

（一）通用技术课程的核心素养

通用技术课程的核心目标在于培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等关键素养。这些素养的培育不可能一蹴而就，而是必须经过一系列具有挑战性的实践活动和精心策划的项目，逐步得以达成。在此过程中，结构赛充当了一个理想的实践舞台，不仅极大地激发了学生的学习兴趣与创造力，还让学生在亲身实践中掌握了宝贵的技术知识并加以应用。

简而言之，通用技术课程的目标是培育技术意识、工程思维、创新设计等核心素养，结构赛则通过三个层面与课程实现了深度融合：

1.目标一致性：结构赛要求学生运用力学原理、材料特性等知识解决实际问题，与课程“物化能力”培养目标高度契合。

2.过程互补性：课程中的理论教学为结构赛提供知识基础，而竞赛中的迭代优化过程反哺课堂，形成“学用闭环”。

3.评价综合性：通过结构赛的多元评价体系，例如承重效率、创新性、团队协作等，可以全面地评估学生的技术素养，从而促进他们在这些领域的发展。

（二）结构赛的特点与教育价值

结构赛作为一种特殊的比赛形式，它要求参赛学生在有限的时间和材料资源的约束下，设计并制作出既具有特定功能又能够满足性能要求的结构模型。此比赛形式既考验学生理论知识的掌握程度，又着重于评估他们的实践动手能力和创新思维。参与结构设计竞赛，学生不仅能够深入理解结构设计的基本原理，掌握并应用基本的工程分析方法，还能通过团队合作培养解决问题的能力，从而在实践中提升自身的综合素养。正如相关研究指出，结构设计竞赛通过其竞争性、实践性、合作性和综合性特点，有效促进了学生专业技能的提高和综合素质的全面发展。例如，大学生结构设计竞赛不仅激发了学生的创新意识，还通过实际工程操作能力的培养，加强了学生对理论知识的应用能力，从而促进了土木工程专业学生综合素质的提升。

（三）课程内容的整合

在通用技术课程中，教师可以将结构赛的相关内容融入课程的教学中。例如，在讲解结构设计原理时，融入结构赛实例，启发学生思索结构优化的路径，以增强结构的稳固性和承载能力。这一方式使学生能在坚实的理论学习基础上，进一步加深理解并灵活运用所学知识。教师亦可展示结构赛视频，让学生直观领略其魅力，进而激发学生的参赛兴趣和热情。

（四）实践项目的设置

为了更好地开展结构赛，教师可以设置一系列与结构设计相关的实践项目。例如，设计一个桥梁模型，要求学生考虑桥梁的跨度、承重能力和材料选择等因素；或者设计一个高层建筑模型，要求学生考虑建筑的抗震性能和风荷载影响。这些实践项目不仅可充当结构赛的预选赛或训练环节，更能有效积累学生实战经验，从而助力他们提升比赛水平。同时，教师还可安排学生参观桥梁与建筑工地，亲身体验结构设计在实际工程中的运用，进而深化对结构的认知与理解。

（五）教学方法的创新

在教学过程中，教师可以采用多样化的教学方法，激发学生的兴趣和创造力。例如，采用项目式学习的方法，让学生在完成具体项目的过程中，自主探索和解决问题；或者采用小组合作的方式，培养学生的团队协作能力和沟通能力。此外，教师还可以借助现代信息技术手段，如计算机辅助设计（CAD）和虚拟仿真技术，帮助学生更深入地理解并设计结构模型。为了进一步激发学生的积极性，教师还可以引入竞赛机制，如设立丰富的奖项和荣誉，以此激励学生踊跃参与结构赛，从而增强他们的学习动力和竞争意识。

三、结构设计教学的理论与实践结合策略

结合通用技术课程，让学生更好地理解结构设计原理，可以从以下几个方面入手：

（一）理论教学与实际案例相结合

在通用技术课程中，首先需要向学生讲解结构设计的基本概念，如结构的定义、类型、受力分析等。理论教学能够帮助学生构建起对结构设计的初步认知框架。例如，在讲解结构类型时，不妨细致阐述框架结构之稳固、壳体结构之轻盈以及实心结构之坚实，同时剖析这些结构的特点及其在实际应用中的广泛场景。

理论教学不应停留在抽象的概念上，而应结合实际案例，帮助学生更好地理解结构设计原理。例如，可以引入南洋中学结构大挑战的案例，让学生分析这些案例中结构设计如何满足特定需求。借助案例学习，学生能够更为直观地领悟结构设计的精髓与方法，从而在理论与实践之间架起坚实的桥梁。

（二）实践与项目设计

在通用技术课程中，开展结构设计项目，让学生亲身体验设计过程。例如，设计桥梁模型制作项目，学生需考虑跨度、承重和材料选择等因素。实际操作犹如钥匙，不仅开启学生对结构设计原理深入理解的大门，还极大地锻炼了他们的实践能力，激发了创新思维。

结构设计项目中应提出开放性问题，鼓励学生创新设计。如桥梁承重项目，要求学生在限定材料和时间内，设计出能承受最大重量的桥梁模型。开放性问题激发学生创造力，探索不同解决方案。

（三）团队合作与交流

结构设计项目通常需要团队合作完成，通过团队协作，学生交流想法，分享经验技巧，激发创新思维。团队合作中，学生分工合作，负责不同部分，共同完成项目。例如，在大跨模型承重接力项目中，团队成员各司其职。在制作流程中，同学们各司其职，分别担当设计、制作与测试重任，此举显著增强了项目的完成品质与效率。在测试环节中，同学们需要轮流进行不同的测试任务，共同承担结构测试所带来的风险。

项目实施期间，学生们主动与其他团队展开交流，积极反馈，共享设计智慧与实践心得，并深入探究他队之解决方案。通过交流与反馈，学生激发竞争意识和创新动力，不断优化设计方案。如结构赛中，学生通过展示和答辩，与其他团队交流，学习他人优点和经验。

（四）评价与反馈

在结构设计项目中，我们采用了多维度的评价体系，借鉴了工业产品设计中安全性评价体系的构建原则，包括但不限于结构稳定性、材料选择、结构合理性等关键指标，同时结合了创新性和美观性等设计要素。此外，评价体系还包括过程记录照片以及作品介绍视频的评比，以确保对学生设计方案和实践成果的多元评价。多元评价体系的运用，使学生得以明晰自身之长短，进而优化设计方案。

除最终成果评价外，还应重视设计过程评价。过程性评价帮助学生及时发现并调整问题和不足。如项目实施中，教师定期检查学生进展，通过线上或线下反馈设计思路或制作进度，提供指导和反馈，帮助学生更好地完成项目。

四、学校结构大挑战案例分析

（一）比赛背景与目标

南洋中学科创嘉年华校园结构大挑战是该校的传统科技竞赛活动，旨在通过让学生积极投入和参与，培养他们的工程思维和创新设计能力。学生们需在严格限定的时间和材料范畴内，匠心独运地设计并制作出具备特定功能与性能的结构模型，再通过实际测试来验证其效能。

（二）比赛内容与规则

以2022年南洋中学结构大挑战为例，比赛向学生发出了挑战，要求他们运用旧报纸、饮料吸管和透明胶带，创造出跨径至少40cm的轻质桥梁模型，且总重量需控制在100克以内。比赛还要求准备两个高度35—45cm的桥墩，桥墩间距不小于40cm。测试时，使用力学试验机在桥梁中心施加压力，直至桥梁垮塌或结构破坏。

（三）教学实践与效果

通过参与结构大挑战，学生学会设计和制作结构模型，培养团队协作和解决问题能力。比赛过程中，学生不断优化设计方案，提高模型稳定性和承重能力。实践环节深化了学生对结构设计的认知，并催生了他们的创新思维与实践技能。

赛后课堂上，我们共同回放了班级的比赛视频，并依据课本原理，逐一剖析同学们设计的结构，实现了书本知识的迁移与实践应用。

赛事落幕，学生们着手撰写活动小结，细致回顾并总结了设计过程中的宝贵经验和深刻教训。

（四）案例分析与总结

通过对南洋中学结构大挑战成功案例的剖析，学生们得以深入探索结构设计的原理和方法。例如，在桥梁结构承重案例中，学生们深入剖析了创新桥梁的设计思路与实施细节，并探索了如何通过材料优化与结构设计来显著提升桥梁的承重能力。案例分析帮助学生更好地理解结构设计原理，并应用于自己设计中。

随着项目的圆满结束，学生们积极投身于总结与反思之中，他们仔细剖析了设计过程中的亮点与短板，并据此提出了一系列切实可行的改进方案。通过深入的总结与反思，学生们积累了丰富的经验，进一步提升了他们的设计能力和创新思维。在项目总结环节，学生们深入探讨了设计过程中遇到的难题及其解决方案，并分享了各自的收获与心得体会。

通过以上方法，结合通用技术课程，学生更好地理解结构设计原理，培养工程思维、创新设计和实践能力，为未来学习和职业发展打下坚实基础。

五、结构赛中创新思维的激发方法

这些案例通过多种方式激发学生创新思维，以下是一些具体方法：

（一）问题解决驱动创新

实际问题提出：每个结构赛案例围绕一个实际工程问题，如桥梁承重、高层建筑抗风能力等。这些问题具体化和生活化，使学生深刻感受解决问题的必要性和紧迫性，激发寻找解决方案的创新思维。

开放性问题设计：桥梁设计的开放性问题鼓励学生全面考量，涵盖材料特性、结构形式及荷载作用，旨在打造最优桥梁模型。例如，在桥梁模型制作教案中，学生需要综合考虑桥的承重能力、材料选择和结构设计。此外，桥梁承重模型实验让学生亲眼见证桥梁在不同承重下的形变与破坏，深化对结构设计原则的理解。创新案例分析报告也展示了如何通过智能设计系统和绿色环保设计等方法，提高桥梁设计的安全性、可靠性和经济性。开放性促使学生多角度思考问题，尝试多种解决方案，培养创新意识和解决问题能力。

（二）材料与工具的限制激发创新

材料选择与优化：案例中学生仅能使用特定材料，如旧报纸、饮料吸管、桐木片等。材料限制驱使学生深挖材料特性与潜力，探索加工与组合之道，以彰显材料优势。如桥梁结构承重案例中，学生发现旧报纸折叠和胶带加固后，承重能力显著提高，体现材料优化方面的创新思维。

还有些赛题，学生仅能使用特定规格的木片或木条，此外不准使用其他任何材料。单一材料的限制，使材料的劣势无法被弥补，因此同学们需探索如何极致发挥材料优势，或利用特定工艺规避其弱点，此皆需实践验证。

工具的创新使用：案例对工具使用进行限制，学生只能使用指定工具进行加工和制作。限制条件的设置，犹如为学生们的创新思维搭建了舞台，促使他们不断探索如何利用手头有限的工具，攻克复杂的加工与制作难关。如大跨模型承重接力案例中，学生巧妙使用绳索和挂钩，实现模型悬挂和运输功能，展示工具使用方面的创新能力。

（三）结构设计的创新

多样化结构形式：案例中结构设计涵盖多种类型，如桥梁、高层建筑、空间结构等。每种结构形式有独特的设计要求和挑战，学生需要根据不同的问题和条件，灵活设计出合适的结构方案。以吹不倒的结构案例为例，学生们巧妙地运用框架结构，精准布局受力点，从而确保了结构在风荷载作用下的稳如泰山，进一步展现了多样化结构设计在激发创新思维方面的巨大潜力。

创新的结构细节：结构设计中，学生注重细节创新。如桥梁结构承重案例中，学生们匠心独运，设计了可调节支撑结构，依据测试结果灵活调整支撑位置，从而实现了承重能力的最大化优化。大跨模型承重接力案例中，设计可调节绳索系统，根据荷载调整，提高运输稳定性和效率。这些创新结构细节解决实际问题，展示创新设计能力。

（四）团队合作与交流促进创新

团队协作：结构赛通常以团队形式进行，学生需在团队中分工合作，共同完成设计和制作任务。团队合作过程中，学生们在交流中碰撞想法，分享宝贵的经验和技巧，从而激发彼此的创新思维。在拼装模型结构案例中，成员们各司其职，在测试台上紧密合作，将多个模块的结构精准组合为单一整体，成功使其承受10kg的静态荷载。团队协作不仅提升了工作效率，更激发了创新火花的碰撞。

交流与反馈：比赛过程中，学生与其他团队交流反馈，分享设计思路和经验，了解其他团队解决方案。交流与反馈机制激发竞争意识和创新动力，促使学生不断优化设计方案，提高创新水平。

（五）测试与优化推动创新

多次测试环节：学生们在完成初步制作后，会反复试验，依据测试结果不断微调设计方案，力求结构性能的最优化。例如，在抗风结构案例中，学生们在限定时间内反复测试，细致调整受风面角度及支撑系统布局，从而显著提升结构的抗风能力。多次测试和优化过程帮助学生发现问题和不足，激发寻找更好解决方案的创新思维。

数据分析与改进阶段，学生们在测试过程中广泛收集数据，通过深入分析，准确找出问题症结，并提出切实有效的改进方案。如桥梁结构承重案例中，学生发现桥梁承重能力与材料折叠方式和胶带加固位置有关，针对性进行改进，提高桥梁承重能力。数据分析与改进过程培养科学思维和创新能力。

通过这些举措，南洋中学的结构大挑战案例成功地激发了学生的创新思维，培养了他们的工程思维、创新设计能力与实践技能，为学生的未来学业与职业生涯奠定了坚实的基础。

六、结构赛对高中通用技术课程教学的启示

（一）注重实践与理论结合

结构赛开展要求学生将理论知识应用于实践，通过实际操作和反复测试来检验并优化设计方案。实践与理论结合教学方式有助于学生更好地理解和掌握知识，提高解决实际问题的能力。

（二）培养创新意识和团队精神

结构赛不仅是技术竞赛，更是创新活动。在比赛中，学生需要积极探索并尝试新的设计方法和材料应用，以此培养创新意识和创造力。同时，比赛通常以团队形式进行，要求学生密切合作，共同完成设计和制作任务，培养团队精神和协作能力。

（三）提升教师专业素养和教学能力

结构赛开展对教师专业素养和教学能力提出更高要求。教师须具备扎实技术知识和丰富实践经验，指导学生完成复杂设计和制作任务。同时，教师需要不断学习新知，更新教学方法，以适应新时代教育改革的需求与挑战。

在高中通用技术课程中开展结构赛，是培养学生工程思维、创新设计和实践能力的有效途径。通过课程内容整合、实践项目设置和教学方法创新，为学生提供展示才华和提升能力的平台。南洋中学结构大挑战的实践案例生动展示了，此类竞赛不仅能够极大地激发学生的学习热情与创新思维，还有效促进了团队协作能力的培养以及问题解决策略的掌握。未来，应进一步探索和实践，完善结构赛组织和实施，为高中技术教育发展做出更大贡献。

参考文献：

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