“雙碳”背景下面向未來的結構力學課程教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）12-0056-05

Abstract：Basedontheoptimizationandadjustmentoftheconstructionindustryunderthebackgroundofthe\"double carbon\"strategicgoal，thispaperexplorestheintegrationofthe\"doublecarbon\"conceptintothecourseconstructionof StructuralMechanics.ByanalyzingthecurentsituationofthecourseOFStructuralMechanics，itproposestointegratethe\" doublecarbon”conceptintothecourseteaching.Fromtheaspectsofrestructuringcuriculumteachingobjectives，integrating curricum thinkingandpoitisintothe\"two-carbon\"strategyandcurrculumteachingreform，clasroomteachingfeaturing\" applyingknowledgetopracticaluse，takingresponsibilty\"and\"lowarbongreen，crossntegration\"isonstructedtobilize students‘autonomyandenthusiasm，cultivatenewengineringstudents’thinkingandresearchabilityonscientificproblems，and improvestudents‘engineringpracticeandapplicationlevel.Inordertocultivatestudentspatrioticfelingsandtheabilityto solvepracticalengineeringproblems，toachievethetraininggoalofcuivatetalentforthePartyandthecountrycontributingto the development and construction of the country and to assume social responsibilities.

Keyords：\"dualcarbon\"targets；StructuralMechanics；teachingobjectives；ideologicalandpoliticaleducationincourses； course construction

2020年，中國提出了“雙碳\"戰略目標。要實現\"雙碳”戰略目標，培養具有創新和實踐能力的高素質“雙碳”人才是基礎。因此土木工程專業學生的培養也面臨著新的機遇與挑戰，應使學生對國家發展戰略有更加深入的理解并具有更加扎實的基礎科學素養。結構力學課程是土木工程專業的專業基礎課，具有重要的工程實踐指導意義。在結構力學課程的學習中，學生不只是簡單地掌握基本概念，更需要融會貫通，具有解決實際應用問題的能力，并將“雙碳”戰略目標融人實際工程的設計中

當前，針對“雙碳\"戰略目標下的結構力學課程改革尚未見報道。海南大學結構力學教學團隊基于國家“雙碳\"戰略目標背景，本文結合筆者多年講授該課程的教學實踐，剖析課程現狀，思考“雙碳”背景下課程內容及教學模式的改革措施，探討新一代復合型\"雙碳”人才的創新培養模式。

一結構力學課程特點及課程現狀

（1） 課程特點

結構力學是傳統三大力學（理論力學、材料力學、結構力學）課程之一，其他兩門為其先導課程，作為土木工程專業承前啟后的專業基礎課，其主要任務是研究各類結構的組成規律和受力性能，在各種作用下的內力和變形，動力性能與穩定性。該課程著重培養工程從業人員的工程素質，提供解決工程問題的基本方法和原理，為后續專業課程提供必需的基礎知識和計算方法，是聯系基礎理論課和專業課的重要橋梁，在專業教學中具有極其重要的地位。

隨著國家“雙碳”戰略的快速發展以及建筑行業布局的優化升級，結構力學課程教學亟需增設“雙碳”相關知識內容，以及節能降碳新材料、新工藝、新技術在結構力學課程中應用的系統，以滿足日益增長的培養學科交叉、具有“雙碳”工程應用思維的新工科人才的迫切需求。

（二） 教學模式

以培養工程從業人員的工程素質和直接服務工程實際為目標的土木工程專業，以培養創新復合型高級工程技術人才為導向。結構力學課程以服務實際工程為特色，重視理論與工程實際應用的聯系，但傳統教學模式多以課堂教師講授為主，實踐內容較少，從而在“教師教、學生學\"這種單純輸出型的以教師為中心的傳統教學模式下，缺乏學生對教師輸出內容的反饋，學生學習積極性和主觀能動性不高-8。

在國家“雙碳”戰略目標的需求下，建筑行業新技術、新工藝不斷發展，新材料、新產品不斷涌現，顯然這種灌輸式的教學模式已經難以適應要求越來越高的創新性復合型“雙碳”人才培養目標的需求。針對現有課程內容，如何突破現有教學模式的局限，通過多元化教學形式融入“雙碳”目標，并提高學生學習的積極性及趣味性，實現學生從“要我學\"轉變為“我要學”，從而真正實現“雙碳\"專業人才培養目標。

二 課程教學改革具體措施

（一）重構課程教學目標

基于國家“雙碳”戰略目標，以服務國家“雙碳\"專業人才培養為需求，并結合土木工程專業培養目標及畢業要求，明確結構力學課程教學應達到的具體課程自標，以及與畢業要求的對應關系。針對結構力學課程特點及培養方案與畢業要求，課程自標設置如下。

課程目標1：掌握平面結構體系機動分析及靜定結構和超靜定結構內力及位移計算的基本方法。

課程目標2：對于常見工程結構的設計計算，可用所學基本原理及計算方法準確運用至工程實際。

課程目標3：基于基本力學原理，對采用新材料、新工藝、新技術的實際工程問題能提出具體的解決方案，具有對計算結果進行校核及內力分布合理性判定的能力。

（二） 課程思政建設

結構力學課程內容與工程實際息息相關，是工科專業中較為重要的專業基礎課。結構力學課程思政通過課程的教學實施，在講授專業知識的同時，充分展現與之相關的國家重大工程、重大項目、重要精神，實現課程思政內容潤物無聲、潛移默化的育人效果-。黨的二十大指出推進工業、建筑、交通等領域清潔低碳轉型”，建筑行業綠色化、低碳化勢在必行，責任重大。

如何將“雙碳”戰略目標與結構力學課程思政結合。基于結構力學課程特點，結合教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》，可從以下三個方面開展課程思政融人。

1基于服務“雙碳”戰略自標，結構力學課程在應對行業優化調整，立足節能減排方面，其課程思政建設可從設計、實施及反饋三個階段逐步實現，課程思政反饋又可指導其設計及實施，以形成有效的閉環，從而建立專業的學生培養制度和課程評價體系。

2學生通過結構力學課程學習系統地掌握結構力學基本知識，掌握平面結構受力特點，運用基本原理解決工程實際問題。引導學生對基本原理在實際工程中的應用及相關前沿問題開展探索思考，使學生能夠正確地認識結構力學在建筑領域中的重要價值，讓學生真正認識到掌握結構力學基本原理是設計和建造出更高質量、更安全、更可持續結構的重要保障，培養學生的大國工匠精神、職業精神及家國情懷等。

3）在授課過程中，教師可講述我國著名的工程項目設計及建造過程，如港珠澳大橋、國家游泳中心（水立方）國家體育場（鳥巢）等，向學生介紹工匠精神、職業精神等是如何在這些項目中發揮作用的，以此培養學生不斷踐行發揚不怕苦、不怕累的土木作風、傳承精益求精的工匠精神及良好的職業道德，從而激發學生學習的積極性和主動性，達到“為國育才、為黨育人\"的培養目標，為國家的發展和建設貢獻力量，擔當社會責任。

（三） 課程教學建設

結構力學作為土木工程專業的專業基礎課，授課內容涉及力學、材料、環境等多個領域知識，具有多學科交叉的顯著特點。

1）課程內容方面：針對結構力學課程存在的“雙碳'教學內容不足、教學模式單一等問題，課程設計需面向“雙碳\"背景下建筑行業新材料、新工藝、新技術領域研究前沿，豐富課程內容，更加系統地介紹土木工程新材料、新工藝、新技術在“雙碳”戰略目標實現過程中發揮的作用等相關內容。

2）教學模式方面：改進優化課程教學模式，將綠色低碳、可持續發展理念融入課程教學，在傳統授課的基礎上增加新的教學環節，如基本理論如何與實際工程相結合的應用實踐環節、帶領學生在實際工程中進行情景教學環節、讓學生將實際工程抽象為力學模型的自主學習環節等，為國家培養“雙碳”人才打下堅實基礎。具體課程改革內容系統闡述如下。

1智能化設計

隨著建筑智能化的不斷深入和推進，現代結構分析技術及數據分析工具，如人工智能、虛擬仿真、數值模擬等，在建筑行業得到了越來越廣泛的應用，計算機輔助設計軟件（AutoCAD）結構優化軟件（ETABS、SAP2000）及數值模擬分析軟件（ANSYS、ABAQUS）等軟件工具，實現更高效、更精準的結構設計。具體實施可從以下兩個方面展開。

1）課堂教學及實踐環節中，引入虛擬仿真技術，與課堂多媒體系統相結合，運用軟件自動分析與軟件三維建模仿真效果，將復雜的結構受力分析與計算過程簡化為可視化、形象化，讓學生直觀認識如何應用結構力學基本原理及計算方法分析計算實際工程結構的內力及變形等，將實際工程與結構力學基本原理建立聯系，強化學生的專業知識與實踐應用技能，實現課堂教學可視化、趣味化，提高學生學習的積極性，培養學生主動學習的能力。

2）增加有限元軟件基本理論及基本操作的學習，對于較簡單的工程結構（如桁架、剛架等），學生能建模并分析不同外界作用及改變結構邊界條件時結構受力特點的變化規律，讓學生對結構優化的概念有更為直觀的認識，使抽象理論知識變得形象生動，從而讓學生掌握在確保工程結構安全性及經濟性的基礎上，如何將結構力學基本原理及設計方法運用于實際結構，培養學生踐行降能低碳理念，提升學生學習的積極性及自主性，為“雙碳”人才培養奠定基礎。

2綠色材料結構力學

隨著節能減排及綠色低碳在建筑行業的不斷推進，具有發展可持續性和應用可循環性的木結構和竹結構等綠色材料得到了越來越廣泛的應用。當前，在“雙碳\"戰略目標的不斷推進下，木竹材的使用不僅能減輕對化石資源的依賴，還能為未來新材料、綠色能源、環境和生物醫療等領域發展提供新的支撐。因此，對于土木工程專業，木結構及竹結構的推廣應用對于踐行建筑低碳環保意義重大，在結構力學課程中可增設系統介紹該綠色材料結構設計的基本原理及方法，具體可從以下兩方面展開。

1）結構力學課程課堂教學過程中，應增設和聚焦竹木等綠色建筑材料，緊扣“綠色發展、低碳建筑\"的時代主旋律，緊跟學科方向前沿，融合相關領域最新科研成果，以結構力學基本原理及設計方法為載體，系統介紹竹木等綠色建筑材料的受力特點及結構設計，以及國內外竹木等綠色建筑的應用和發展等，潛移默化地讓學生認識到綠色建筑材料的優勢，自覺地踐行“雙碳”理念在建筑行業的實施，培養“雙碳”人才。

2）近幾年的結構設計大賽均以竹材為原材料，因此，在課程實踐方面，可將相關力學相關競賽引入實踐教學環節，如大學生結構設計競賽（國家級、省級、校級）力學競賽（校級）等，鼓勵學生積極參加，并可根據比賽結果獲取相應的學分。在競賽過程中，以分析實際工程的案例及基本設計概念為載體，探究該結構所蘊含的\"雙碳\"理念，從整體上提升學生以竹木等綠色建筑材料建造結構模型的概念設計、方案優化和實踐技巧，培養學生自主創新和實踐能力及“雙碳\"理念。

3材料、結構和功能一體化設計

建筑作為社會發展的物理載體，對材料和結構的要求極為嚴格，傳統的設計理念通常將建筑材料、結構設計及功能要求作為獨立的考慮因素，忽略了三者之間的內在聯系，導致許多問題的出現，如材料與結構的不協調、材料的浪費和結構費用的增加等，這與低碳節能建筑背道而馳。因此，為培養踐行\"雙碳”戰略目標的土木工程專業人才，應強調跨學科的集成設計方法，將材料、結構和功能整合在一起，以實現更高的性能和效率。在結構力學課程教學中，可從以下兩個方面增設相關內容。

1）材料-結構-功能一體化設計是獲得低成本、高性能結構最有效的途徑之一。對實際工程建模設計時，應考慮材料-結構-功能一體化設計，培養學生根據建筑功能和要求選擇合適的材料，考慮材料的可持續性和環境影響，選擇對環境友好的材料。

2）結構設計時，培養學生不但側重于結構本身力學參數的計算和形式的確定，更要注重材料本身的特性、結構形式與結構功能是否契合，并在計算中考慮材料的強度、剛度、延展性等特性。如在使用鋼材構造的建筑中，可以根據材料的高強度和可塑性，設計更輕巧、靈活的結構形式，減少材料消耗并提高建筑的性能。從而培養學生從宏觀層面理解并自覺踐行低碳綠色理念。

4環境結構力學

傳統的結構力學主要關注結構的安全性，而對于結構的耐久性及服役期間的適用性關注較少，隨著社會的不斷發展及低碳建筑的踐行，現代結構力學應注重通過改善結構設計、材料選擇和施工工藝來提高結構的可持續性及可循環性，并考慮對環境影響的評估，如碳排放和能源消耗等3。培養學生分析動態環境中實際工程受力問題，確保結構的穩定性和安全性，并自覺踐行“雙碳”理念。

因此，在結構力學課程中增設環境與結構之間相互影響的內容，讓學生認識到實際工程從規劃設計到施工的整個過程中對環境均有不同程度的影響，增加學生對結構概念設計的認識深度，實際工程被設計出來不僅要滿足人類的需求，還要與周邊環境相適應，不對環境造成結構污染，即建筑結構具有可持續性和可循環性，潛移默化地影響學生在實際工程設計過程中自覺踐行低碳綠色的意識。

5新型高效大跨結構體系

結構力學課程主要是學習常見建筑結構的受力及變形特點，隨著社會的不斷發展，新型建筑結構形式及超高層、超大跨結構不斷涌現4，如預應力混凝土、空間網格結構和索穹頂等，為開闊學生的視野，結構力學課程應增設相關內容，以提高學生的專業素養及知識深度。

1）注重傳統結構力學知識與現代新型建筑結構的有機結合。教師在授課過程中不能單單止步于對教材知識的講授，學生也不能僅限于對教材上內容的學習。教師應在傳統結構力學知識的基礎上增加新型現代建筑結構（如超高層、超大跨結構等）如何進行受力及變形分析，如何將這些建筑結構簡化抽象為力學模型，并引導學生畫出相應的計算簡圖并進行計算。

2）結合工程案例進行教學。教師應選取典型的新型建筑結構形式，引導學生對其設計理念、材料選擇及結構設計等方面進行內涵式分析，訓練學生如何將實際工程轉化為力學問題，建立相應的力學模型，其中的重點、難點是節點及邊界條件的確定。在此過程中，學生不但對新型建筑結構有了本質的認識，而且對結構力學基本理論在新型現代建筑結構中的應用有了更深入的了解，加強學生對實際工程的認知力，為其將來能夠順利解決實際工程問題做出良好的鋪墊。

6新型防災減災技術

隨著防災減災技術的不斷發展，現代建筑結構不僅僅從抗震方面進行結構的設計，而且增加了減震隔震設計。在傳統結構力學課程的基礎上增加防災減災設計及新興技術和材料的基本力學特性等內容，如隔震支座、消能裝置和耐震構件等，通過新型防災減災技術可有效減少建筑結構的損壞及倒塌，以提高結構的防災性能和功能不中斷能力，對建筑結構可持續性及減少因結構破壞較嚴重或倒塌而新建建筑產生的能源浪費，從整體上提高學生對新型防災減災技術在現代建筑結構應用的更深層次認識，為培養復合型工程技術人才奠定基礎。

7多學科交叉融合

學科交叉融合是培養新時代綜合型“新工科”人才的重要途徑之一，也是國家“雙一流\"建設下人才培養的迫切需求。“十四五\"時期，面對學科發展特點，推進不同課程交叉融合，造就身懷愛國之心且擁有儲備豐富的交叉學科基礎知識的卓越工程人才，是推進建筑行業優化轉型，發展低碳綠色建筑的必然要求。

當前，結構力學課程主要講授土木類相關知識，缺乏多學科交叉融合。為提升學生的學科知識儲備，只有打破學科屏障，適度地將其他學科的知識體系與結構力學相融合，提升學生相關領域的了解與認識，引導學生深入理解相關原理與應用，進一步激發學生創新性探索與嘗試，才能更好助力學生成長成才。

1）通過與具體工程案例相結合開展多學科與結構力學課程的課堂教學，可從介紹我國典型工程案例入手，如鳥巢、都江堰等實際工程，這些工程涉及水力學、環境科學、土木工程、材料科學等多學科，通過對實際工程的深入挖掘，使學生在學習的過程中提高對結構力學的深層次認識，開闊學生的視野，增強對我國重大基礎工程的使命感和認同感，提高學生的學習積極性

2）結構力學作為一門需要緊密聯系實踐的課程，如果僅僅機械地背知識做習題，很難做到融會貫通和了解實際工程所涉及的學科交叉問題。可鼓勵學生參與教師的科研項目，從試驗試件的模型選取到最終加載方案的確定，讓學生直接參與到試驗中，從而充分發揮學生的動手和思考能力，并對結構力學與其他學科的交叉融合有更深層次的認識，加深學生對專業領域的理解。

三 結束語

通過在結構力學課程教學中引入智能化設計、綠色材料、一體化設計、新型高效大跨結構體系、新型防災減災技術等概念和實踐方法，以及教學手段的改革和創新，這些改革內容旨在培養學生具備面向未來的結構設計和工程實踐能力，并可將“雙碳”理念有機地融入課程的教學和實踐中，激發學生的科研熱情，促進學生對土木工程研究前沿熱點的學習，以適應低碳、可持續和綠色發展的需求，有利于培養學生的“雙碳”創新思維能力，有助于推動高校“雙碳”相關專業的學科建設和培養更多更優秀的符合時代發展需求的\"雙碳\"科技創新人才。

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