“雙碳”目標下土木工程專業課程教學改革與實踐

［摘 要］ 土木工程專業是我國普通高等學校本科及專科專業，旨在培養能夠掌握各類土木工程學科的基本理論和基本知識，并能在相關領域從事規劃、設計、施工、管理和研究工作的高級工程技術人才。針對“雙碳”目標下的“砌體結構設計”課程教學進行了研究，提出一個總體目標、三個二級目標、五個教學方案的課程教學層次，根據層次分析法計算各級權重進行課程教學方案組合，創新性地提出“70%理論考試+30%實踐考核”的雙評估方式，并實施課程教學改革后評價機制，形成循環持續的課程改進升級，以期在提升土木工程專業人才工程實踐能力和創新能力的同時，進一步推進碳排放政策在土木工程行業的實踐。

［關鍵詞］ 土木工程專業；砌體結構設計；教學改革；“雙碳”目標；實踐型工程人才

［基金項目］ 2022年度教育部“雙萬計劃”專項基金“國家級一流本科專業土木工程專業建設項目”（802261234402）

［作者簡介］ 柏 潔（1981—），女（布依族），貴州貴陽人，工學博士，貴州大學土木工程學院副教授，碩士生導師，主要從事結構工程、綠色建筑結構研究；鄭 濤（1977—），男，貴州貴陽人，工學碩士，貴州大學土木工程學院副教授，主要從事鋼結構抗震、裝配式建筑研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）43-0097-04 ［收稿日期］ 2023-09-04

一、課程改革背景

2020年，我國基于推動實現可持續發展的內在要求和構建人類命運共同體的責任擔當，宣布了碳達峰和碳中和的目標愿景。“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”目標的提出，是黨和國家基于中華民族永續發展和推動構建人類命運共同體的責任擔當而做出的重大戰略決策。根據《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》《國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知》，碳達峰、碳中和落實情況納入中央和省級生態環境保護督察，并對綠色建筑、裝配式建筑、可再生能源建筑應用、磷石膏綜合利用等提出了具體工作要求。

《中國建筑能耗研究報告（2020）》顯示，2018年全國建筑全過程碳排放總量為49.3億噸，占全國碳排放的比重為51.3%。其中，僅建材生產階段碳排放就達27.2億噸，占全國碳排放總量的28.3%。總結我國建筑業與土木工程碳排放基本規律，建筑及土木工程領域減碳已成為實現“雙碳”目標的最大難點和關鍵所在，應優先重視建筑全壽命周期碳排放，特別是優先實施土木工程材料碳減排，其中有效的實施途徑主要有結構節材和土木工程材料資源化利用［1］。

土木工程專業課程具有技術性、工程性和實踐性較強的特點，其內容不僅包含相關的理論知識，而且包含與工程實踐相結合的內容，與理論基礎課程相比，在教學內容、教學目標和教學方法上都有較大區別［2］。當前，土木工程專業課程教學通常采用理論與實踐相結合的教學模式，理論教學以學生掌握扎實的理論基礎為目標，實踐教學則是學生將理論知識轉化為實際應用［3］，進一步將課堂知識與相關法規、規范及職業技能有效銜接的過程，但在實際教學活動中，實踐教學往往滯后于理論教學，與工程應用相關的新政策法規、規范標準和前沿技術的接軌未能有效實現［4］。目前，尚缺乏針對以“雙碳”目標為導向，在土木工程專業課程教學中融入綠色建筑、裝配式建筑、可再生能源建筑應用、磷石膏綜合利用等相關政策及技術知識的教學改革研究和實踐。

二、“雙碳”目標下土木工程專業“砌體結構設計”課程教學改革的意義

“雙碳”目標的提出有著深刻的國內外發展背景，必將對經濟社會產生深刻的影響，土木工程行業朝著綠色低碳方向發展勢在必行。

本次教學改革是在傳統土木工程專業課程教學模式的基礎上，以“砌體結構設計”課程為例，提出“雙碳”目標下，以專業理論知識為核心，以綠色低碳發展為導向，以綠色建筑、裝配式建筑、可再生能源建筑應用、磷石膏綜合利用等內容為拓展的土木工程專業課程教學改革模式，探索專業課程教學理念、培養目標、培養方案、課程建設及工程實踐和創新能力培養方法等，以期通過系統的課程學習，學生能掌握完整的課程知識體系，具備工程運用能力，并熟悉綠色建筑、低碳發展的相關政策和技術，進而培養學生對相關政策法規的接納力、對新技術和新材料的探索欲，以及對創新思考和與時俱進的主動性。

在新的歷史機遇和挑戰下，本次教學改革可以為土木工程專業的教學發展和創新提供借鑒，也為培養全方位型、創新型工程技術人才提供經驗和參考，具有一定的研究意義。

三、“雙碳”目標下土木工程專業“砌體結構設計”課程教學改革實踐

（一）問卷調查和訪談

在課程開始階段，采用提前設計的問卷表對學生進行問卷調查。問卷表應做到問題明確、答案簡明，且要求以匿名的方式填寫，確保學生填寫問卷時不易受外界因素影響，盡可能地反映學生的真實情況。問卷調查內容主要包含已掌握的學科知識、對土木工程專業及砌體結構的了解、對本課程學習目標的了解、對碳排放相關政策的了解等。

在問卷調查結果的基礎上，采用課堂討論和個人訪談相結合的方式，對問卷調查中發現的典型問題與全班學生進行啟發式探討，并在課后對部分學生進行訪談，科學調研和分析土木工程專業學生對專業認知、基礎知識、政策導向及學習需求等方面的情況與特征，強化項目實施過程中以學生為本的屬性，確保教學過程中的引導性、針對性和融合性。

（二）拓展培養目標和教學方案

采用層次分析法對培養目標和培養方案進行分析。首先，確定課程教學改革的總體目標為培養“雙碳”目標下的實踐型工程人才；其次，確定實現總體目標的三個判別準則（二級目標）為B1掌握完備的專業知識體系，B2具備工程實際應用能力，B3了解碳排放政策和技術；最后，確定實現總體目標的五個教學方案為P1講授課程理論知識，P2介紹相關工程規范，P3碳排放政策、相關技術解讀，P4工程案例體驗式教學，P5引導式創新和探索。具體的層次結構圖如圖1所示。

通過問卷調查結果，借助教師的知識、經驗和判斷，從總體目標層逐級向下，初步確定下層各因素相對于上一層因素的重要性權數，采用兩兩對比標度對三級層次分別構造比較判別矩陣，對比標度根據相對重要性取值范圍為1～9及相應倒數，即若因素i與因素j比較得aij，則因素j與因素i比較得1/aij。

對單準則下層次排序和層次總排序后，檢驗排序一致性滿足要求，最終得到第三級五種教學方案的相對優先排序為：P1講授課程理論知識（權重0.513）＞P2介紹相關工程規范（權重0.187）＞P4工程案例體驗式教學（權重0.121）＞P3碳排放政策、相關技術解讀（權重0.108）＞P5引導式創新和探索（權重0.071）。

根據上述層次分析權重結果，在原有教學大綱和教學計劃基礎上對“砌體結構設計”課程教學方案進行拓展及完善，并按五種教學方案的計算權重分配教學課時，安排教學內容。

1.講授課程理論知識。課程教學總課時為36學時，按講授課程理論知識權重0.513計算，此部分約占18.5學時，應根據前期問卷摸底情況合理安排教學內容，區分重點講授內容和學生自學內容，以有效節約課堂講授時長。此外，應根據講授內容合理預留課堂習題時間。

2.介紹相關工程規范。重視土木工程專業課程知識框架與現行規范、標準等的相關性和拓展性，是實現實踐型工程人才培養的關鍵。在講授課程理論知識的同時，應引入對應的規范內容，完成從理論知識到工程實踐的延伸和應用。按此部分權重0.187計算，該部分約占6.7學時，主要介紹相關規范、標準及其與課程知識點的銜接等。

3.工程案例體驗式教學。為實現實踐和創新的培養目標，除了必備的教學設施和理論教學環節以外，土木工程專業課程教學應提供必要的實踐途徑，以提升學生的實踐技能和對新的行業政策、規范和技術等的響應速度。由于傳統工程教育重理論、輕實踐的特點，結合CDIO教學理念［5］、體驗式教學和培養專業執業能力的拓展目標，通過經典案例和虛擬項目，讓學生直觀地感受理論知識向工程實踐的轉化。有別于傳統的校企合作模式，采用“引進來”的“工程+”教學手段，將企業項目和人員引入校園及課堂，為實踐教學提供可行的便利條件。按此部分權重0.121計算，該部分約占4.4學時，主要穿插在應用型知識點講授和期末理論知識講授完畢時進行。

4.碳排放政策、相關技術解讀。基于“雙碳”目標下培養實踐型工程人才的課程總體目標，按此部分權重0.108計算，該部分約占3.9學時，主要以課堂引導、課后學生自行查閱和收集資料、課堂分享和討論的方式進行。學生通過查閱、分析、整理“雙碳”目標和土木工程行業低碳減排相關政策、規范及標準等，特別是與綠色建筑、裝配式建筑、可再生能源建筑應用、磷石膏綜合利用等有關的工程技術文件和資料，有助于建立低碳減排思維；教師則基于不同的土木工程專業課，篩選課程須要引入的相關概念和知識點。

5.引導式創新和探索。此部分內容為基于上述四種教學方案的拓展內容，目的在于提升土木工程專業學生的創新創業能力，啟發學生的科研興趣和萌芽，開闊學生的視野，激發學生的學習熱情，從而反向提升學習效率。按此部分權重0.071計算，該部分約占2.6學時，課堂內容以引導性問答、小組選題調研和討論、課堂交流為主，鼓勵學生敢于提出新設想、互相啟發。

通過上述層次分析法得到五種教學方案的課時分配，最終確定本課程教學改革方案為“多元化教學+案例實踐+拓展性探索”，并按課程知識體系對教學方案進行穿插和配合，搭建土木工程專業“砌體結構設計”課程的實踐教學創新性平臺，從政策、理論、實踐和創新等方面提高專業人才培養的質量。

（三）創新課程考核方式

課程考核是評價課程教學改革成效的關鍵環節。在本次課程改革中改變了傳統的期末考試+平時成績的考核方式，創新性提出“70%理論考試+30%實踐考核”的雙評估方式，不僅使成績評定能更全面體現學生的學習成效，而且能激發學生在課程學習過程中的實踐積極性。

1.理論考試。基于傳統的考核方式完善理論考試，在期末考試和平時成績的基礎上，增加單元測試，將課程學習學時線用單元測試節點劃分為數個學時段，有效緩解學生學習時可能出現的懈怠期，形成持續激勵的學習節奏。理論考試采用百分制，其中，期末考試成績占70%，平時成績（含平時作業和課堂問答）占10%，單元測試占20%。

2.實踐考核。實踐考核分為工程應用能力和碳排放政策及相關技術考核兩方面，主要考核學生將理論知識應用于工程問題的能力、掌握碳排放相關政策和技術的程度以及積極探索科學問題的能力。實踐考核是對課程設計和畢業設計的前期銜接，重視實踐考核，有助于激發學生思考理論知識學習的目的，真正明白“為什么學、怎么學、如何用”。實踐考核采用五級制，其中，小組專題報告占50%，體驗式模擬工程設計占50%。除了考核專題報告和設計成果外，還關注了學生在課堂上的分析、共享和創新思考能力。

四、課程教學改革后評價制度

課程教學改革后評價制度是有效的信息反饋制度。通過建立循環持續的課程評價制度，以學期作為評價周期，對已完成的課程教學改革全過程進行綜合評價，評價包含預期目標、學時分配、過程管理、學生參與度、考核方式等幾方面。教師通過后評價階段的總結、學習過程，提出持續改進措施，完善并修正課程教學方案，從而進一步提高教師教學改革的信心、責任心和教學能力。

后評價分為問卷調查、統計分析和預測三個階段。在課程結束后，盡快完成面向學生的問卷調查，調查內容包含教學模式、考核方式、實踐和創新能力培養成效等方面；在課程成績登錄完成后，應完成相應的成績分析，包含二級層次目標（B1掌握完備的專業知識體系，B2具備工程實際應用能力，B3了解碳排放政策和技術）的得分情況；在問卷調查和統計分析的基礎上，定量分析課程改革的各目標完成度，對效果不明顯的環節和失分情況明顯的知識點進行原因分析，采用延伸性預測法對下次課程教學改革進行預測，據此進行教學方案改進和調整，以期逐年提高教學改革成效。

結語

在本次課程教學改革過程中，將“雙碳”目標相關政策、技術和規范等與土木工程專業課程的特點相結合，以學生為主體制定了合適的拓展知識體系，創設了體驗式教學情境，高效利用了企業工程資源和前沿技術，以“砌體結構設計”課程為試點，搭建了土木工程專業實踐教學創新型平臺，提升了土木工程專業學生的創新創業能力。

采用“雙碳”目標下實踐型工程人才培養的總體目標和三個二級目標（B1掌握完備的專業知識體系，B2具備工程實際應用能力，B3了解碳排放政策和技術）進行層次分析，按計算得到各教學方案的權重并有效分配教學學時，安排教學環節，創新課程考核方式，建立相應的后評價機制。實踐表明：本課程教學改革能夠有效提高學生的學習積極性，使學生高效掌握課程理論知識體系，初步具備工程實踐能力和創新科研能力，充分了解碳排放相關政策和知識，最終實現課程的總體目標。

參考文獻

［1］袁閃閃，陳瀟君，杜艷春.中國建筑領域CO2排放達峰路徑研究［J］.環境科學研究，2022（2）：394-404.

［2］葉亞麗，王保群，徐向鋒.以工程能力為導向的應用型本科人才培養體系構建方法研究：以土木工程專業為例［J］.教育教學論壇，2018，9（36）：196-198.

［3］程志，韓云山，劉蘭，等.新工科土木工程創新型人才培養體系構建：以中北大學為例［J］.教育教學論壇，2022（2）：168-171.

［4］李濤，蔡靖.科研—知識—實踐全流程砌體結構教育探索［J］.學科探索，2023（8）：62-64.

［5］王鈞，趙金友，徐嫚，等.基于CDIO理念的土木工程專業實踐教學體系構建［J］.教育探索，2016（1）：79-81.

Teaching Reform and Practice for Civil Engineering Major under the Double Carbon Target：

Taking Masonry Structure Design as an Example

BAI Jie， ZHENG Tao

（College of Civil Engineering， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： Civil engineering is an undergraduate and specialized major in China’s ordinary colleges and universities. It trains senior engineering and technical talents who master the basic theories and knowledge and can engage in planning， design， construction， management and research in related fields. The teaching research of masonry structure design under the double carbon target is carried out， and the teaching level of one overall goal， three secondary goals and five teaching schemes is put forward. According to the weight of each level calculated by the analytic hierarchy process， the course teaching scheme is combined， and the double evaluation method of ‘70% theoretical examination+30% practical examination’ and post-evaluation mechanism are innovatively proposed. Through the continuous cycle of curriculum improvement and upgrading， the engineering practice ability and innovation ability of civil engineering professionals are improved， and the practice of carbon emission policy in civil engineering industry is further promoted.

Key words： civil engineering major; masonry structure design; teaching reform; double carbon target; practical engineering talent