基于“雙碳”背景下《土木工程材料》課程改革

劉婉娟 田 波

（黃河科技學(xué)院濟(jì)源校區(qū)，河南 濟(jì)源 454650）

在全球氣候變化加劇的背景下，中國(guó)宣布將采取有力的政策和措施，力爭(zhēng)CO2排放于2030 年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！半p碳”即碳中和和碳達(dá)峰的簡(jiǎn)稱(chēng)。建筑業(yè)是高碳排放量行業(yè)，我國(guó)是世界最大的建筑材料生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年全國(guó)建筑全過(guò)程碳排放總量為50.8 億tCO2，其中建筑材料生產(chǎn)階段碳排放量28.2t，占全國(guó)碳排放比近1/4[1]。

教育部在2022 年4 月印發(fā)《加強(qiáng)碳達(dá)峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設(shè)工作方案》，鼓勵(lì)高校加快相關(guān)學(xué)科建設(shè)，將綠色低碳理念納入教育教學(xué)體系，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供堅(jiān)強(qiáng)的人才保障。

1 《土木工程材料》課程現(xiàn)狀

《土木工程材料》是我校土木工程和工程管理專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課程。課程的主要教學(xué)內(nèi)容是講解傳統(tǒng)建筑材料（混凝土、鋼材、墻體材料、木材等）的組成成分、生產(chǎn)過(guò)程和基本性能。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用建筑材料，熟悉材料與設(shè)計(jì)參數(shù)及施工措施選擇的相互關(guān)系，為今后工作中合理選用、研究與開(kāi)發(fā)建筑材料打下基礎(chǔ)。

《土木工程材料》授課學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，其中24學(xué)時(shí)為理論課，8 學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)課，通常在大二上學(xué)期開(kāi)設(shè)。課程教學(xué)內(nèi)容繁雜、各章節(jié)間關(guān)聯(lián)性小，教材中建筑材料的內(nèi)容多是十幾年前的研究成果，其中關(guān)于建筑材料節(jié)能減碳的內(nèi)容大都停留在概念或展望階段，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容的拓展。

2 基于“雙碳”背景下的課程改革

“雙碳”背景下，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)建筑材料的要求不僅僅是性能良好，更要求材料環(huán)保、綠色，未來(lái)建筑物選擇、使用的建筑材料對(duì)環(huán)境方面發(fā)揮著重要的作用。為更好地與社會(huì)需求接軌，及時(shí)調(diào)整《土木工程材料》課程教學(xué)目標(biāo)，在新的教學(xué)目標(biāo)下調(diào)整更新授課內(nèi)容，并將“低碳思維”的思政教育融入教學(xué)環(huán)節(jié)，同時(shí)改革課程的考核模式。

2.1 調(diào)整課程目標(biāo)

課程聚焦雙碳背景，在傳統(tǒng)的培養(yǎng)目標(biāo)，即“能針對(duì)不同的工程合理選用材料”的基礎(chǔ)上，將綠色低碳目標(biāo)納入教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的“碳循環(huán)”及低碳思維的觀念，使學(xué)生正確看待建筑材料和資源的循環(huán)利用，樹(shù)立綠色建材的理念，適應(yīng)未來(lái)低碳技術(shù)的行業(yè)環(huán)境。

建筑材料是建筑施工技術(shù)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程估價(jià)基礎(chǔ)等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的先修課。梳理這門(mén)課程中低碳、綠色建筑材料和其他后續(xù)這些專(zhuān)業(yè)核心課程之間聯(lián)系銜接的部分，使學(xué)生看待可持續(xù)建筑材料的角度更加多元化和全面，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綠色建筑材料的理解，具備低碳設(shè)計(jì)能力和綠色建筑技術(shù)應(yīng)用能力。

2.2 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

2.2.1 更新教學(xué)內(nèi)容

在課時(shí)不變的情況下，對(duì)傳統(tǒng)的授課內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)，在講解材料的各種性質(zhì)和應(yīng)用的同時(shí)，增加材料節(jié)能減碳的內(nèi)容，包括材料的碳足跡、減碳路徑、減碳的技術(shù)潛力以及低碳材料的發(fā)展研究現(xiàn)狀，增加建筑材料碳屬性的教學(xué)模塊。

建筑工程中常用的材料在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放，不同的建筑材料有不同程度的碳足跡。周歡[2]以陜西省15棟住宅建筑的碳排放量得出：建材生產(chǎn)的碳濃度占整個(gè)住宅建筑物化階段碳濃度的94.27%，其中，鋼筋和混凝土這兩種建筑材料的碳濃度最高，占總建材濃度的75.34%。這兩種材料大量應(yīng)用于建筑工程中，同時(shí)也是《土木工程材料》這門(mén)課程授課的重、難點(diǎn)。本文以混凝土和鋼材為重點(diǎn)，介紹在新的教學(xué)目標(biāo)下課程相關(guān)內(nèi)容的調(diào)整和設(shè)計(jì)。

混凝土的主要授課內(nèi)容為：組成材料、和易性、力學(xué)性能、耐久性、配合比計(jì)算等?；凇半p碳”背景，在原有的教學(xué)內(nèi)容上，增加混凝土碳排放模塊的知識(shí)。碳排放模塊的主要內(nèi)容包含混凝土在生產(chǎn)階段的碳排放源和排放量，低碳混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前沿，減碳方法和手段。調(diào)整后授課內(nèi)容的知識(shí)體系見(jiàn)圖1。

圖1 混凝土知識(shí)框架

混凝土的碳排放源包括從原材料生產(chǎn)到澆筑過(guò)程，涵蓋混凝土原材料開(kāi)采、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)雀麟A段。混凝土生產(chǎn)過(guò)程中減少碳排放量的方法主要包括：在原材料生產(chǎn)階段開(kāi)發(fā)非碳鈣質(zhì)原料的水泥熟料、提高燃料的有效燃燒率、加大工業(yè)固廢的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)、添加混凝外加劑等途徑[3]。

建筑中常用的鋼材在生產(chǎn)及運(yùn)輸環(huán)節(jié)都排放大量的CO2。鋼材的主要授課內(nèi)容為：化學(xué)成分、技術(shù)性能指標(biāo)、冷加工與熱處理、標(biāo)準(zhǔn)與選用、銹蝕和防治等。同混凝土一樣，增加鋼材碳排放模塊的知識(shí)，包括鋼材的碳排放源、碳排放因子和減碳路徑。鋼材的碳排放源涵蓋生產(chǎn)工藝流程、運(yùn)輸至深加工廠、鋼材深加工、使用防腐涂料等的碳排放[4]；減碳路徑：生產(chǎn)中資源脫碳化、使用中提高鋼材的利用率；整理現(xiàn)階段專(zhuān)家學(xué)者對(duì)于鋼材碳排放因子系數(shù)的研究成果并進(jìn)行展示。

中國(guó)工程院院士岳清瑞[5]指出，在“雙碳”背景下建筑材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)：利用高性能、高耐久性的材料，實(shí)現(xiàn)源頭減碳；利用地域性材料，節(jié)省建筑材料加工、運(yùn)輸?shù)某杀?，?shí)現(xiàn)過(guò)程減排；資源化再利用實(shí)現(xiàn)末端減碳。課程內(nèi)容在設(shè)計(jì)不同建筑材料的碳排放模塊內(nèi)容都參照院士給出的材料減碳的三方面途徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)地向?qū)W生介紹建筑材料減碳的潛力和路徑。通過(guò)相關(guān)課程內(nèi)容的調(diào)整，建立材料碳屬性的知識(shí)體系。課程建筑材料的碳排放的設(shè)計(jì)內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 課程材料碳排放課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.2.2 課程思政理念設(shè)計(jì)

新時(shí)代下的高校課堂，不僅要注重對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力的培養(yǎng)，也應(yīng)將立德樹(shù)人的教育融入專(zhuān)業(yè)課堂中。推進(jìn)“雙碳”工作是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，在這種背景下，將“低碳”思維的價(jià)值融入教學(xué)體系中，在教學(xué)過(guò)程中將碳領(lǐng)域的知識(shí)與建筑材料課程進(jìn)行深度結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保素養(yǎng)[6]。

授課時(shí)，通過(guò)教學(xué)視頻和課件PPT，介紹當(dāng)今全球環(huán)境的嚴(yán)峻問(wèn)題，展示常用建筑材料在生產(chǎn)階段的碳排放對(duì)環(huán)境的影響。通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)的碳排放數(shù)據(jù)報(bào)告，如中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)給出的建筑能耗與碳排放報(bào)告和一些建筑相關(guān)協(xié)會(huì)給出的數(shù)據(jù)報(bào)告，使學(xué)生感知建筑材料的綠色發(fā)展的重要性和緊迫性，引導(dǎo)學(xué)生積極參與低碳環(huán)保的行動(dòng)中。

2.2.3 教學(xué)策略與考核方式

除在教學(xué)內(nèi)容上不斷進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)充減碳的知識(shí)，還要在教學(xué)策略和考核模式上做相應(yīng)調(diào)整。

（1）課堂模式：引入工程案例，將建筑材料的低碳化路徑“可視化”和“量化”，帶給學(xué)生直觀的感受。課堂上充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，增加課堂討論的頻率，緊跟時(shí)事熱點(diǎn)，設(shè)置專(zhuān)題研討，通過(guò)分組，收集資料，進(jìn)行相關(guān)主題匯報(bào)，引發(fā)學(xué)生對(duì)建筑材料在低碳背景下行業(yè)發(fā)展的思考。

（2）實(shí)地參觀：組織學(xué)生到當(dāng)?shù)氐乃?、鋼材、玻璃等公司參觀，了解企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)這些高碳排放量建材減碳路徑的處理以及降碳先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，加深學(xué)生們對(duì)于書(shū)本中理論知識(shí)和相關(guān)政策的理解。

（3）課外學(xué)習(xí)：注重學(xué)生的實(shí)踐性，結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+等項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生從“雙碳”背景和建筑材料減碳的相關(guān)角度，將理論和實(shí)際結(jié)合起來(lái)，提高創(chuàng)新和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神。

目前，該課程總成績(jī)由期末卷面成績(jī)（60%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）和平時(shí)成績(jī)（20%）三部分組成。為考核學(xué)生對(duì)“雙碳”理念和材料碳屬性等新增課程內(nèi)容的認(rèn)知和理解，從多角度對(duì)學(xué)生綜合能力進(jìn)行考核，將成績(jī)構(gòu)成調(diào)整為四部分，各部分成績(jī)占比為：期末卷面成績(jī)（40%）+實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）+課程小論文（20%）+平時(shí)成績(jī)（20%）。小論文是提交一篇關(guān)于建筑材料碳排放相關(guān)方面的論文，通過(guò)查找相關(guān)資料，培養(yǎng)查閱文獻(xiàn)資料和撰寫(xiě)科技論文的能力。同時(shí)，在期末卷面考試中，設(shè)置部分開(kāi)放性試題，讓學(xué)生列舉一些建筑材料的減碳路徑和綠色建材的發(fā)展注意事項(xiàng)。

3 結(jié)語(yǔ)

高校承擔(dān)著培養(yǎng)符合新時(shí)代要求人才的任務(wù)，本文以《土木工程材料》課程為例，介紹在“雙碳”背景下課程內(nèi)容和考核方式的改革，使學(xué)生熟悉常用建筑材料的碳屬性和減碳路徑，并融入綠色低碳的課程思政元素，使學(xué)生在潛移默化中形成低碳意識(shí)，推進(jìn)建材低碳轉(zhuǎn)型，培養(yǎng)儲(chǔ)備高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)人才，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)力量。