王力東，郝海霞，彭旭龍，韓艷

（長沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南長沙 410114）

2020年9月，習(xí)近平總書記在湖南考察時勉勵湖南打造“三個高地”、踐行“四新”使命，即著力打造國家重要先進(jìn)制造業(yè)、具有核心競爭力的科技創(chuàng)新、內(nèi)陸地區(qū)改革開放的高地，在推動高質(zhì)量發(fā)展上闖出新路子，在構(gòu)建新發(fā)展格局中展現(xiàn)新作為，在推動中部地區(qū)崛起和長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展中彰顯新?lián)?dāng)，奮力譜寫新時代堅持和發(fā)展中國特色社會主義的湖南新篇章?！叭咚男隆笔姑橇?xí)近平總書記從戰(zhàn)略和全局高度對湖南發(fā)展做出的科學(xué)指引，構(gòu)成了“十四五”乃至更長一個時期湖南發(fā)展的指導(dǎo)思想和行動綱領(lǐng)。土木工程作為長沙理工大學(xué)的優(yōu)勢學(xué)科之一，對省內(nèi)土木工程人才的培養(yǎng)起著舉足輕重的作用。在新形勢下，開展《材料力學(xué)》教學(xué)改革，對培養(yǎng)符合“三高四新”戰(zhàn)略要求的土木工程專業(yè)復(fù)合型人才具有時代意義。

本文旨在探索“三高四新”戰(zhàn)略下土木工程專業(yè)《材料力學(xué)》課程的教學(xué)方法和手段。在《材料力學(xué)》的教學(xué)中融入新時代“三高四新”戰(zhàn)略人才培養(yǎng)需求，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生深刻理解所學(xué)專業(yè)的重要意義，產(chǎn)生專業(yè)自豪感，同時能更好地將理論知識與工程應(yīng)用相聯(lián)系，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這樣既有利于學(xué)生樹立正確目標(biāo)，又能培養(yǎng)學(xué)生的社會使命感和責(zé)任感，從而使學(xué)生更好地掌握材料力學(xué)知識，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 教學(xué)改革現(xiàn)狀

1.1 “三高四新”背景下教學(xué)改革現(xiàn)狀

為服務(wù)湖南“三高四新”發(fā)展戰(zhàn)略，順應(yīng)新時代人才培養(yǎng)需求，省內(nèi)高校積極開展教學(xué)改革研究。湖南大學(xué)吳迪[1]認(rèn)為，圍繞長沙正在實施的“三高四新”戰(zhàn)略目標(biāo)，需通過教學(xué)改革、校企合作，加快培養(yǎng)適合企業(yè)需要的人才。南華大學(xué)[2]及時制定了《貫徹湖南“三高四新”戰(zhàn)略行動方案》，提出將教育教學(xué)、人才培養(yǎng)等方面與“八大任務(wù)”“五大行動”緊密結(jié)合起來。湖南師范大學(xué)袁冬梅等[3]分析了“三高四新”背景下商科經(jīng)貿(mào)類人才培養(yǎng)需求，提出了新形勢下相應(yīng)的改革建議。為更好地服務(wù)“三高四新”戰(zhàn)略，湖南工業(yè)大學(xué)羅竹輝等[4]針對《工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用》課程，從教學(xué)內(nèi)容與體系、教學(xué)方法、實踐教學(xué)等方面提出了相應(yīng)的改革措施。中南林業(yè)科技大學(xué)趙青等[5]針對“三高四新”和智慧農(nóng)林背景下《機(jī)械原理》課程思政教學(xué)，提出了堅守課堂教學(xué)高地、打造網(wǎng)絡(luò)教學(xué)高地、開拓實踐教學(xué)高地等改革措施。湖南理工學(xué)院童耀南等[6]結(jié)合我省“三高四新”戰(zhàn)略背景，以大工程觀為指導(dǎo)，設(shè)計出符合該校實際情況的“4（4+1）”型電子信息類新工科人才培養(yǎng)模式。綜上可知，積極響應(yīng)“三高四新”戰(zhàn)略需求，結(jié)合各高校人才培養(yǎng)特點和優(yōu)勢開展教學(xué)改革，已成為湖南省高校改革的一種趨勢。

1.2 土木工程專業(yè)《材料力學(xué)》教學(xué)改革現(xiàn)狀

《材料力學(xué)》作為土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，一直是教學(xué)改革的熱點。盧會芳和賀東青[7]從《材料力學(xué)》和后續(xù)課程的聯(lián)系出發(fā)，著重探討了材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)原理及鋼結(jié)構(gòu)原理等后續(xù)課程的關(guān)系。倪振強(qiáng)等[8]從普通高校的土木工程專業(yè)實際教學(xué)情況出發(fā)，對《材料力學(xué)》課程教學(xué)模式的創(chuàng)新進(jìn)行了研究和探索。聞磊等[9]結(jié)合石家莊鐵道大學(xué)土木、機(jī)械、力學(xué)等專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課外實踐活動等環(huán)節(jié)，根據(jù)《材料力學(xué)》教學(xué)中存在的問題，提出了理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合的改革舉措。為提高土木工程專業(yè)《材料力學(xué)》的教學(xué)效果，于海豐等[10]針對教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題，從教師隊伍專業(yè)性、教學(xué)內(nèi)容時效性、教學(xué)方法靈活性等方面進(jìn)行了探索和嘗試。齊寶欣等[11]探討了將簡單的實際工程問題簡化成力學(xué)模型的《材料力學(xué)》課程教學(xué)模式，以提高土木工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)《材料力學(xué)》的興趣、積極性和主觀能動性。張桂民等[12]根據(jù)《材料力學(xué)》課程安排，總結(jié)了與土木工程相關(guān)的幾個典型案例，認(rèn)為這些案例可以作為教學(xué)案例展示給土木工程專業(yè)的學(xué)生。尚偉等[13]結(jié)合土木類專業(yè)和《材料力學(xué)》課程的特點，在截面法的基礎(chǔ)上總結(jié)出了軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲基本變形形式下構(gòu)件內(nèi)力求解的簡便方法。楊鳳等[14]針對《材料力學(xué)》課程在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等方面存在的不足，提出了新工科背景下提高土木工程專業(yè)學(xué)生實踐能力的《材料力學(xué)》教學(xué)模式，并在教學(xué)實踐當(dāng)中取得了良好的教學(xué)效果。

以上研究針對土木工程專業(yè)《材料力學(xué)》教學(xué)，從教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、評價方式等方面提出了不同的改革措施。因此，在現(xiàn)有措施的基礎(chǔ)上，結(jié)合“三高四新”戰(zhàn)略背景，提出符合新時代發(fā)展要求的《材料力學(xué)》教學(xué)改革方案，具有重要意義。

2 教學(xué)改革方案

根據(jù)新形勢下土木工程專業(yè)人才需求，結(jié)合土木工程專業(yè)《材料力學(xué)》教學(xué)特點，提出以下改革方案。

（1）優(yōu)化教學(xué)材料，在課程教學(xué)過程中適當(dāng)增加土木工程相關(guān)案例。例如，在講解軸向拉伸和壓縮時，可以介紹土木工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)的以軸向拉伸或者壓縮為主要變形特征的桿件，如斜拉橋的拉索、房屋結(jié)構(gòu)的立柱；在講解梁的合理截面形狀時，可以引入高速鐵路簡支箱梁或大跨度橋梁箱型截面梁設(shè)計作為講解材料；在講解組合變形時，可以引入大跨度橋梁的橋塔、工業(yè)廠房的立柱等素材。同時，在引入相關(guān)案例時，盡量選用我國近年來新建的大型土木工程結(jié)構(gòu)，這樣不僅可以使學(xué)生熟悉素材，而且能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)自豪感。

（2）拓展教學(xué)內(nèi)容，在課程教學(xué)過程中適當(dāng)增加材料力學(xué)的最新研究成果。例如，在講解提高材料力學(xué)性能時，可以介紹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能和研究進(jìn)展。目前，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在軌道交通、航空航天、土木工程等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應(yīng)用。在課程講授過程中，可以向?qū)W生介紹纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)點、制備工藝、力學(xué)行為、聲和熱等物理性能以及在高性能化和多功能化等方面的研究進(jìn)展，以激發(fā)學(xué)生對材料力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣；同時，還可以在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的介紹中融入課堂思政，介紹該類材料在我國先進(jìn)裝備制造、土木工程等領(lǐng)域為實現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰所做的貢獻(xiàn)。

（3）調(diào)整教學(xué)方法，提高學(xué)生分析問題和解決工程問題的能力。土木工程專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)《材料力學(xué)》，應(yīng)在課程學(xué)習(xí)過程中鍛煉他們運(yùn)用材料力學(xué)解決實際工程問題的能力。為達(dá)到該目的，可以在課堂訓(xùn)練中增加關(guān)于實際工程案例的分析題。例如，在講解梁的合理設(shè)計時，可以針對“無錫高架橋側(cè)翻”等獨(dú)柱墩橋梁側(cè)翻問題展開討論，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)材料力學(xué)知識進(jìn)行解釋。除此之外，還應(yīng)該增加學(xué)生解決工程問題的手段。目前ANSYS、MIDAS/Civil 是土木工程領(lǐng)域常用的有限元分析軟件，借助有限元軟件開展結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析是新時代土木工程領(lǐng)域工作者的必備技能。因此，在《材料力學(xué)》的學(xué)習(xí)過程中應(yīng)鍛煉學(xué)生使用有限元軟件分析簡單工程問題的能力。

（4）鼓勵學(xué)生參加土木工程相關(guān)創(chuàng)新訓(xùn)練項目，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。一方面可以鼓勵學(xué)生參加各類結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，以賽促學(xué)。長沙理工大學(xué)土木工程學(xué)院擁有省級“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育平臺”，在大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽方面擁有豐富的指導(dǎo)經(jīng)驗，目前已連續(xù)7 次獲全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽一等獎。因此，可以充分利用學(xué)院的資源和優(yōu)勢鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。另一方面，土木工程學(xué)院擁有一群高水平導(dǎo)師隊伍，每年主持省級以上科研項目數(shù)十項，因此可以鼓勵學(xué)生參與導(dǎo)師科研課題，在參與解決科學(xué)前沿問題中鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（5）融入“湖南元素”，培養(yǎng)學(xué)生建設(shè)祖國、建設(shè)湖南的責(zé)任感和使命感。湖南擁有一批與材料力學(xué)緊密相關(guān)的行業(yè)龍頭企業(yè)（如中建五局、中國中車），也建造了多項可稱之為“湖南名片”的重大工程項目（如矮寨大橋、長沙磁浮線），因此可以將上述元素融入《材料力學(xué)》的講解過程當(dāng)中。例如，在講解軸向拉伸時，可以矮寨大橋吊索的受力和變形特征作為課程導(dǎo)入；在講解梁的位移時，可以長沙中低速磁浮線為例，與學(xué)生分享設(shè)計規(guī)范中關(guān)于軌道梁撓度和轉(zhuǎn)角的相關(guān)規(guī)定。通過將上述元素融入《材料力學(xué)》課堂教學(xué)，一方面向?qū)W生展示朝氣蓬勃、發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的湖南，另一方面也為“三高四新”戰(zhàn)略培養(yǎng)后備人才。

3 結(jié)語

“三高四新”使命，是習(xí)近平總書記從戰(zhàn)略和全局高度對湖南發(fā)展做出的科學(xué)指引，構(gòu)成了“十四五”乃至更長一個時期湖南發(fā)展的指導(dǎo)思想和行動綱領(lǐng)。本文以此為背景，根據(jù)新形勢下人才培養(yǎng)需求提出了《材料力學(xué)》教學(xué)改革方案，包括優(yōu)化教學(xué)材料、拓展教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)方法、鼓勵學(xué)生參加土木工程相關(guān)創(chuàng)新訓(xùn)練項目和融入更多“湖南元素”。擬通過上述改革，在提高《材料力學(xué)》教學(xué)質(zhì)量的同時，為“三高四新”戰(zhàn)略培養(yǎng)符合時代要求的復(fù)合型土木工程人才。