基于“双碳”背景下《土木工程材料》课程改革

刘婉娟 田 波

（黄河科技学院济源校区，河南 济源 454650）

在全球气候变化加剧的背景下，中国宣布将采取有力的政策和措施，力争CO2排放于2030 年前达到峰值，争取2060年前实现碳中和。“双碳”即碳中和和碳达峰的简称。建筑业是高碳排放量行业，我国是世界最大的建筑材料生产和消费国。据统计，2020 年全国建筑全过程碳排放总量为50.8 亿tCO2，其中建筑材料生产阶段碳排放量28.2t，占全国碳排放比近1/4[1]。

教育部在2022 年4 月印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》，鼓励高校加快相关学科建设，将绿色低碳理念纳入教育教学体系，为实现“双碳”目标提供坚强的人才保障。

1 《土木工程材料》课程现状

《土木工程材料》是我校土木工程和工程管理专业的学科基础必修课程。课程的主要教学内容是讲解传统建筑材料（混凝土、钢材、墙体材料、木材等）的组成成分、生产过程和基本性能。通过该课程的学习，使学生掌握常用建筑材料，熟悉材料与设计参数及施工措施选择的相互关系，为今后工作中合理选用、研究与开发建筑材料打下基础。

《土木工程材料》授课学时为32学时，其中24学时为理论课，8 学时为实验课，通常在大二上学期开设。课程教学内容繁杂、各章节间关联性小，教材中建筑材料的内容多是十几年前的研究成果，其中关于建筑材料节能减碳的内容大都停留在概念或展望阶段，没有实质性内容的拓展。

2 基于“双碳”背景下的课程改革

“双碳”背景下，现代社会对建筑材料的要求不仅仅是性能良好，更要求材料环保、绿色，未来建筑物选择、使用的建筑材料对环境方面发挥着重要的作用。为更好地与社会需求接轨，及时调整《土木工程材料》课程教学目标，在新的教学目标下调整更新授课内容，并将“低碳思维”的思政教育融入教学环节，同时改革课程的考核模式。

2.1 调整课程目标

课程聚焦双碳背景，在传统的培养目标，即“能针对不同的工程合理选用材料”的基础上，将绿色低碳目标纳入教学体系，培养学生的“碳循环”及低碳思维的观念，使学生正确看待建筑材料和资源的循环利用，树立绿色建材的理念，适应未来低碳技术的行业环境。

建筑材料是建筑施工技术、混凝土结构设计、工程估价基础等后续专业课程的先修课。梳理这门课程中低碳、绿色建筑材料和其他后续这些专业核心课程之间联系衔接的部分，使学生看待可持续建筑材料的角度更加多元化和全面，培养学生对绿色建筑材料的理解，具备低碳设计能力和绿色建筑技术应用能力。

2.2 调整教学内容

2.2.1 更新教学内容

在课时不变的情况下，对传统的授课内容进行精简，在讲解材料的各种性质和应用的同时，增加材料节能减碳的内容，包括材料的碳足迹、减碳路径、减碳的技术潜力以及低碳材料的发展研究现状，增加建筑材料碳属性的教学模块。

建筑工程中常用的材料在生产过程中都会产生一定的碳排放，不同的建筑材料有不同程度的碳足迹。周欢[2]以陕西省15栋住宅建筑的碳排放量得出：建材生产的碳浓度占整个住宅建筑物化阶段碳浓度的94.27%，其中，钢筋和混凝土这两种建筑材料的碳浓度最高，占总建材浓度的75.34%。这两种材料大量应用于建筑工程中，同时也是《土木工程材料》这门课程授课的重、难点。本文以混凝土和钢材为重点，介绍在新的教学目标下课程相关内容的调整和设计。

混凝土的主要授课内容为：组成材料、和易性、力学性能、耐久性、配合比计算等。基于“双碳”背景，在原有的教学内容上，增加混凝土碳排放模块的知识。碳排放模块的主要内容包含混凝土在生产阶段的碳排放源和排放量，低碳混凝土的研究现状和发展前沿，减碳方法和手段。调整后授课内容的知识体系见图1。

图1 混凝土知识框架

混凝土的碳排放源包括从原材料生产到浇筑过程，涵盖混凝土原材料开采、生产、运输等各阶段。混凝土生产过程中减少碳排放量的方法主要包括：在原材料生产阶段开发非碳钙质原料的水泥熟料、提高燃料的有效燃烧率、加大工业固废的应用实现碳循环、添加混凝外加剂等途径[3]。

建筑中常用的钢材在生产及运输环节都排放大量的CO2。钢材的主要授课内容为：化学成分、技术性能指标、冷加工与热处理、标准与选用、锈蚀和防治等。同混凝土一样，增加钢材碳排放模块的知识，包括钢材的碳排放源、碳排放因子和减碳路径。钢材的碳排放源涵盖生产工艺流程、运输至深加工厂、钢材深加工、使用防腐涂料等的碳排放[4]；减碳路径：生产中资源脱碳化、使用中提高钢材的利用率；整理现阶段专家学者对于钢材碳排放因子系数的研究成果并进行展示。

中国工程院院士岳清瑞[5]指出，在“双碳”背景下建筑材料未来的发展趋势：利用高性能、高耐久性的材料，实现源头减碳；利用地域性材料，节省建筑材料加工、运输的成本，实现过程减排；资源化再利用实现末端减碳。课程内容在设计不同建筑材料的碳排放模块内容都参照院士给出的材料减碳的三方面途径进行设计，系统地向学生介绍建筑材料减碳的潜力和路径。通过相关课程内容的调整，建立材料碳属性的知识体系。课程建筑材料的碳排放的设计内容见表1。

表1 课程材料碳排放课程内容设计

2.2.2 课程思政理念设计

新时代下的高校课堂，不仅要注重对学生知识、能力的培养，也应将立德树人的教育融入专业课堂中。推进“双碳”工作是实现可持续发展的迫切需要，在这种背景下，将“低碳”思维的价值融入教学体系中，在教学过程中将碳领域的知识与建筑材料课程进行深度结合，培养学生的环保素养[6]。

授课时，通过教学视频和课件PPT，介绍当今全球环境的严峻问题，展示常用建筑材料在生产阶段的碳排放对环境的影响。通过权威机构的碳排放数据报告，如中国建筑节能协会给出的建筑能耗与碳排放报告和一些建筑相关协会给出的数据报告，使学生感知建筑材料的绿色发展的重要性和紧迫性，引导学生积极参与低碳环保的行动中。

2.2.3 教学策略与考核方式

除在教学内容上不断进行调整、补充减碳的知识，还要在教学策略和考核模式上做相应调整。

（1）课堂模式：引入工程案例，将建筑材料的低碳化路径“可视化”和“量化”，带给学生直观的感受。课堂上充分发挥学生的主体作用，增加课堂讨论的频率，紧跟时事热点，设置专题研讨，通过分组，收集资料，进行相关主题汇报，引发学生对建筑材料在低碳背景下行业发展的思考。

（2）实地参观：组织学生到当地的水泥、钢材、玻璃等公司参观，了解企业生产过程中对这些高碳排放量建材减碳路径的处理以及降碳先进技术的研发，加深学生们对于书本中理论知识和相关政策的理解。

（3）课外学习：注重学生的实践性，结合创新创业、互联网+等项目，鼓励学生从“双碳”背景和建筑材料减碳的相关角度，将理论和实际结合起来，提高创新和实践能力，培养学生团队合作的精神。

目前，该课程总成绩由期末卷面成绩（60%）、实验成绩（20%）和平时成绩（20%）三部分组成。为考核学生对“双碳”理念和材料碳属性等新增课程内容的认知和理解，从多角度对学生综合能力进行考核，将成绩构成调整为四部分，各部分成绩占比为：期末卷面成绩（40%）+实验成绩（20%）+课程小论文（20%）+平时成绩（20%）。小论文是提交一篇关于建筑材料碳排放相关方面的论文，通过查找相关资料，培养查阅文献资料和撰写科技论文的能力。同时，在期末卷面考试中，设置部分开放性试题，让学生列举一些建筑材料的减碳路径和绿色建材的发展注意事项。

3 结语

高校承担着培养符合新时代要求人才的任务，本文以《土木工程材料》课程为例，介绍在“双碳”背景下课程内容和考核方式的改革，使学生熟悉常用建筑材料的碳属性和减碳路径，并融入绿色低碳的课程思政元素，使学生在潜移默化中形成低碳意识，推进建材低碳转型，培养储备高素质专业人才，为实现我国建筑业的绿色低碳转型贡献力量。