基于“雙碳”背景下《土木工程材料》課程改革

劉婉娟 田 波

（黃河科技學院濟源校區，河南 濟源 454650）

在全球氣候變化加劇的背景下，中國宣布將采取有力的政策和措施，力爭CO2排放于2030 年前達到峰值，爭取2060年前實現碳中和。“雙碳”即碳中和和碳達峰的簡稱。建筑業是高碳排放量行業，我國是世界最大的建筑材料生產和消費國。據統計，2020 年全國建筑全過程碳排放總量為50.8 億tCO2，其中建筑材料生產階段碳排放量28.2t，占全國碳排放比近1/4[1]。

教育部在2022 年4 月印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》，鼓勵高校加快相關學科建設，將綠色低碳理念納入教育教學體系，為實現“雙碳”目標提供堅強的人才保障。

1 《土木工程材料》課程現狀

《土木工程材料》是我校土木工程和工程管理專業的學科基礎必修課程。課程的主要教學內容是講解傳統建筑材料（混凝土、鋼材、墻體材料、木材等）的組成成分、生產過程和基本性能。通過該課程的學習，使學生掌握常用建筑材料，熟悉材料與設計參數及施工措施選擇的相互關系，為今后工作中合理選用、研究與開發建筑材料打下基礎。

《土木工程材料》授課學時為32學時，其中24學時為理論課，8 學時為實驗課，通常在大二上學期開設。課程教學內容繁雜、各章節間關聯性小，教材中建筑材料的內容多是十幾年前的研究成果，其中關于建筑材料節能減碳的內容大都停留在概念或展望階段，沒有實質性內容的拓展。

2 基于“雙碳”背景下的課程改革

“雙碳”背景下，現代社會對建筑材料的要求不僅僅是性能良好，更要求材料環保、綠色，未來建筑物選擇、使用的建筑材料對環境方面發揮著重要的作用。為更好地與社會需求接軌，及時調整《土木工程材料》課程教學目標，在新的教學目標下調整更新授課內容，并將“低碳思維”的思政教育融入教學環節，同時改革課程的考核模式。

2.1 調整課程目標

課程聚焦雙碳背景，在傳統的培養目標，即“能針對不同的工程合理選用材料”的基礎上，將綠色低碳目標納入教學體系，培養學生的“碳循環”及低碳思維的觀念，使學生正確看待建筑材料和資源的循環利用，樹立綠色建材的理念，適應未來低碳技術的行業環境。

建筑材料是建筑施工技術、混凝土結構設計、工程估價基礎等后續專業課程的先修課。梳理這門課程中低碳、綠色建筑材料和其他后續這些專業核心課程之間聯系銜接的部分，使學生看待可持續建筑材料的角度更加多元化和全面，培養學生對綠色建筑材料的理解，具備低碳設計能力和綠色建筑技術應用能力。

2.2 調整教學內容

2.2.1 更新教學內容

在課時不變的情況下，對傳統的授課內容進行精簡，在講解材料的各種性質和應用的同時，增加材料節能減碳的內容，包括材料的碳足跡、減碳路徑、減碳的技術潛力以及低碳材料的發展研究現狀，增加建筑材料碳屬性的教學模塊。

建筑工程中常用的材料在生產過程中都會產生一定的碳排放，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：建材生產的碳濃度占整個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%。這兩種材料大量應用于建筑工程中，同時也是《土木工程材料》這門課程授課的重、難點。本文以混凝土和鋼材為重點，介紹在新的教學目標下課程相關內容的調整和設計。

混凝土的主要授課內容為：組成材料、和易性、力學性能、耐久性、配合比計算等。基于“雙碳”背景，在原有的教學內容上，增加混凝土碳排放模塊的知識。碳排放模塊的主要內容包含混凝土在生產階段的碳排放源和排放量，低碳混凝土的研究現狀和發展前沿，減碳方法和手段。調整后授課內容的知識體系見圖1。

圖1 混凝土知識框架

混凝土的碳排放源包括從原材料生產到澆筑過程，涵蓋混凝土原材料開采、生產、運輸等各階段。混凝土生產過程中減少碳排放量的方法主要包括：在原材料生產階段開發非碳鈣質原料的水泥熟料、提高燃料的有效燃燒率、加大工業固廢的應用實現碳循環、添加混凝外加劑等途徑[3]。

建筑中常用的鋼材在生產及運輸環節都排放大量的CO2。鋼材的主要授課內容為：化學成分、技術性能指標、冷加工與熱處理、標準與選用、銹蝕和防治等。同混凝土一樣，增加鋼材碳排放模塊的知識，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工藝流程、運輸至深加工廠、鋼材深加工、使用防腐涂料等的碳排放[4]；減碳路徑：生產中資源脫碳化、使用中提高鋼材的利用率；整理現階段專家學者對于鋼材碳排放因子系數的研究成果并進行展示。

中國工程院院士岳清瑞[5]指出，在“雙碳”背景下建筑材料未來的發展趨勢：利用高性能、高耐久性的材料，實現源頭減碳；利用地域性材料，節省建筑材料加工、運輸的成本，實現過程減排；資源化再利用實現末端減碳。課程內容在設計不同建筑材料的碳排放模塊內容都參照院士給出的材料減碳的三方面途徑進行設計，系統地向學生介紹建筑材料減碳的潛力和路徑。通過相關課程內容的調整，建立材料碳屬性的知識體系。課程建筑材料的碳排放的設計內容見表1。

表1 課程材料碳排放課程內容設計

2.2.2 課程思政理念設計

新時代下的高校課堂，不僅要注重對學生知識、能力的培養，也應將立德樹人的教育融入專業課堂中。推進“雙碳”工作是實現可持續發展的迫切需要，在這種背景下，將“低碳”思維的價值融入教學體系中，在教學過程中將碳領域的知識與建筑材料課程進行深度結合，培養學生的環保素養[6]。

授課時，通過教學視頻和課件PPT，介紹當今全球環境的嚴峻問題，展示常用建筑材料在生產階段的碳排放對環境的影響。通過權威機構的碳排放數據報告，如中國建筑節能協會給出的建筑能耗與碳排放報告和一些建筑相關協會給出的數據報告，使學生感知建筑材料的綠色發展的重要性和緊迫性，引導學生積極參與低碳環保的行動中。

2.2.3 教學策略與考核方式

除在教學內容上不斷進行調整、補充減碳的知識，還要在教學策略和考核模式上做相應調整。

（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”，帶給學生直觀的感受。課堂上充分發揮學生的主體作用，增加課堂討論的頻率，緊跟時事熱點，設置專題研討，通過分組，收集資料，進行相關主題匯報，引發學生對建筑材料在低碳背景下行業發展的思考。

（2）實地參觀：組織學生到當地的水泥、鋼材、玻璃等公司參觀，了解企業生產過程中對這些高碳排放量建材減碳路徑的處理以及降碳先進技術的研發，加深學生們對于書本中理論知識和相關政策的理解。

（3）課外學習：注重學生的實踐性，結合創新創業、互聯網+等項目，鼓勵學生從“雙碳”背景和建筑材料減碳的相關角度，將理論和實際結合起來，提高創新和實踐能力，培養學生團隊合作的精神。

目前，該課程總成績由期末卷面成績（60%）、實驗成績（20%）和平時成績（20%）三部分組成。為考核學生對“雙碳”理念和材料碳屬性等新增課程內容的認知和理解，從多角度對學生綜合能力進行考核，將成績構成調整為四部分，各部分成績占比為：期末卷面成績（40%）+實驗成績（20%）+課程小論文（20%）+平時成績（20%）。小論文是提交一篇關于建筑材料碳排放相關方面的論文，通過查找相關資料，培養查閱文獻資料和撰寫科技論文的能力。同時，在期末卷面考試中，設置部分開放性試題，讓學生列舉一些建筑材料的減碳路徑和綠色建材的發展注意事項。

3 結語

高校承擔著培養符合新時代要求人才的任務，本文以《土木工程材料》課程為例，介紹在“雙碳”背景下課程內容和考核方式的改革，使學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，使學生在潛移默化中形成低碳意識，推進建材低碳轉型，培養儲備高素質專業人才，為實現我國建筑業的綠色低碳轉型貢獻力量。