李秀君 彭斌 宋明洋

摘 ?要：土木工程材料課程是土木方向的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，有應(yīng)用范圍廣、知識(shí)體系復(fù)雜、實(shí)踐性高和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力要求高等特點(diǎn)。在新時(shí)代“雙碳”戰(zhàn)略背景下，國(guó)家要求推進(jìn)土木工程材料和土木工程向綠色低碳和精細(xì)化管理方向發(fā)展，對(duì)大學(xué)生的基礎(chǔ)技能和專業(yè)技術(shù)能力提出新的要求。而目前傳統(tǒng)土木工程材料課程教學(xué)中存在課程內(nèi)容多，教材內(nèi)容滯后，教學(xué)與試驗(yàn)結(jié)合不足，與學(xué)生工作和科研聯(lián)系不足等問題。因此，應(yīng)通過工程技術(shù)案例化教學(xué)，梳理教學(xué)內(nèi)容；進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革，增加成熟再生材料及施工工藝，貼近實(shí)際工程；進(jìn)行創(chuàng)新化試驗(yàn)教學(xué)，通過創(chuàng)新試驗(yàn)設(shè)計(jì)與講解，提升教學(xué)效果；推進(jìn)科研創(chuàng)新研討化教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生參與科技項(xiàng)目與課題研究等方式，進(jìn)而全面提升教學(xué)效果，提高學(xué)生的基礎(chǔ)技能和專業(yè)技術(shù)能力。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；“雙碳”戰(zhàn)略；教學(xué)模式；教學(xué)改革；教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2023）33-0012-04

Abstract： The course of Building Materials is an important basic course of civil engineering. It has the characteristics of wide application， complex knowledge system， high practicality and high requirement for students' learning ability. Under the background of the "two-carbon" strategy in the new era， the state requires to promote the development of building materials and construction projects to the direction of green， low-carbon and fine management， which puts forward new requirements on the basic skills and professional technical ability of college students. However， there are many problems in the teaching of traditional building materials， such as excessive course content， lagging textbook content， insufficient combination of teaching and experiment， and insufficient connection with students' work and scientific research. Therefore， the teaching content should be sorted out through the case teaching of engineering technology. We carry out the teaching content reform， increase mature recycled materials and construction technology， close to the actual project. We carry out innovative experimental teaching， visually display new materials to improve the teaching effect. We promote research innovation and discussion teaching， encourage students to participate in science and technology projects and subject research and other ways， so as to comprehensively improve the teaching effect， improve students' basic skills and professional technical ability.

Keywords： Building Materials; "Two-carbon" strategy; teaching mode; teaching reform; teaching effect

土木工程材料是土木工程、公路工程、巖土工程等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容較多，包含理論、試驗(yàn)學(xué)習(xí)和課程實(shí)踐等內(nèi)容，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力要求較高，如圖1所示。而且隨著科技與時(shí)代的發(fā)展，新型土木工程材料和設(shè)計(jì)方法大量出現(xiàn)，同時(shí)國(guó)家和社會(huì)對(duì)土木工程材料不斷提出新的需求。

2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上的講話中承諾，中國(guó)“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。2021年中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》明確指出，加快推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，交通領(lǐng)域二氧化碳排放盡早達(dá)峰[1]。

工程教育是工程學(xué)科的重要組成部分，其教學(xué)質(zhì)量和水平是影響我國(guó)工程技術(shù)人才培養(yǎng)的重要因素之一。我國(guó)《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》要求工程教育以成果導(dǎo)向教育為理念，要求工程教育必須具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、廣泛的知識(shí)面、全面的專業(yè)技能，能夠與社會(huì)需求和國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合。因此在新時(shí)代“雙碳”戰(zhàn)略背景下，高等院校應(yīng)在人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)理念、教學(xué)內(nèi)容等角度，全面推進(jìn)工程教育教學(xué)改革[2]。在土木工程材料教學(xué)時(shí)，應(yīng)根據(jù)新時(shí)代“雙碳”戰(zhàn)略背景要求，針對(duì)土木工程材料課程特點(diǎn)，結(jié)合科學(xué)技術(shù)發(fā)展，革新教學(xué)內(nèi)容與理念，培養(yǎng)學(xué)生基本技能和專門技術(shù)工作能力。

圖1 ?土木工程材料課程內(nèi)容與工程應(yīng)用

一 ?土木工程材料課程教學(xué)中的問題

（一） ?課程內(nèi)容較多，章節(jié)邏輯性較弱

土木工程材料課程涉及水泥、石灰、瀝青、集料、鋼材、瀝青混合料和混凝土等材料，不同材料各成體系，互相聯(lián)系較少，內(nèi)容繁雜[3]。所以學(xué)生學(xué)習(xí)過程中無法建立清晰的邏輯結(jié)構(gòu)，只能機(jī)械記憶不同章節(jié)內(nèi)容，難以抓住重點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率不高、學(xué)習(xí)難度較大。同時(shí)，土木工程材料課程涉及土木工程、公路工程、巖土工程等多個(gè)專業(yè)，而多個(gè)專業(yè)學(xué)生對(duì)不同材料也有各自的側(cè)重點(diǎn)[4]。因此，需要任課教師根據(jù)不同專業(yè)的側(cè)重點(diǎn)，科學(xué)規(guī)劃不同專業(yè)側(cè)重點(diǎn)所占課時(shí)，進(jìn)而提升教學(xué)質(zhì)量。

（二） ?教材內(nèi)容滯后，內(nèi)容與實(shí)際工程脫節(jié)

近年來，我國(guó)對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的重視和對(duì)環(huán)境保護(hù)的需求日益增加，因此新型土木工程材料和施工工藝的發(fā)展變得越發(fā)迅速。交通運(yùn)輸部在《中國(guó)可持續(xù)交通發(fā)展報(bào)告》中提出，要大力推動(dòng)廢舊材料和工業(yè)廢棄物再生利用，加快建立循環(huán)利用的新體系，提高土木工程資源利用效率[5]。而目前，由于傳統(tǒng)教材的更新較為緩慢，導(dǎo)致大部分院校的教材內(nèi)容并未及時(shí)更新再生材料的相關(guān)技術(shù)和施工工藝，從而導(dǎo)致教材內(nèi)容與實(shí)際工程存在脫節(jié)的情況。為解決該問題，需要進(jìn)一步完善土木工程材料課程教學(xué)體系，推進(jìn)校企合作，進(jìn)而對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)和專業(yè)技能進(jìn)行培養(yǎng)。針對(duì)再生材料的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，高等院校需要盡快調(diào)整教育內(nèi)容，并與實(shí)際工程緊密銜接，注重教學(xué)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。同時(shí)，還需要建立完善的評(píng)估體系，不斷地對(duì)教學(xué)質(zhì)量和效果進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)估，保障教育質(zhì)量的穩(wěn)定和提升。

（三） ?教學(xué)內(nèi)容與試驗(yàn)結(jié)合不足

《中華人民共和國(guó)學(xué)位條例》要求高等院校本科畢業(yè)生較好地掌握本門學(xué)科的基礎(chǔ)理論、專門知識(shí)、基本技能，具有從事科學(xué)研究工作或擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作的初步能力[6-7]。土木工程材料課程既包含不同材料的理論知識(shí)，也涉及各種材料的性能試驗(yàn)。材料的性能試驗(yàn)與實(shí)際工程相關(guān)性很高，也可以輔助學(xué)生理解相關(guān)材料理論知識(shí)。但在傳統(tǒng)授課中，學(xué)生主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容是不同材料的理論知識(shí)，而對(duì)各種材料的性能試驗(yàn)關(guān)注較少，并且高等院校試驗(yàn)設(shè)備通常較為老舊與實(shí)際工程中的試驗(yàn)設(shè)備差距較大，不利于學(xué)生對(duì)學(xué)科基本技能的學(xué)習(xí)和專門技術(shù)工作能力的形成。

（四） ?理論知識(shí)與工作、科研方向聯(lián)系不足

土木工程材料是各種工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)揮性能的基礎(chǔ)，是工程質(zhì)量的基石。同時(shí)土木工程材料也是土木工程學(xué)科的重要基礎(chǔ)，是土木與水利、巖土工程和橋梁與隧道工程等研究生專業(yè)的重要科研方向。目前新型綠色、再生土木工程材料研究占比逐年提高，并大量應(yīng)用有限元、離散元、分子模擬等軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究和工程設(shè)計(jì)。而在傳統(tǒng)土木工程材料課程教學(xué)中，對(duì)新型綠色、再生土木工程材料及應(yīng)用于研究的數(shù)值模擬軟件教學(xué)較少，造成學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)與工作科研方向聯(lián)系不足，不利于培養(yǎng)學(xué)生初步科研工作能力。

二 ?土木工程材料課程改革思路

當(dāng)前，我國(guó)高等院校正不斷推進(jìn)工程教育改革，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐與工程思維能力的培養(yǎng)。新型工程教育教學(xué)模式應(yīng)是以學(xué)生為主體，以任課教師為主導(dǎo)，構(gòu)建立體化、多元化的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、科研和創(chuàng)新體系，培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型高層次人才，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)工程實(shí)踐和科技創(chuàng)新的需求。在新型工程教育教學(xué)模式下，學(xué)生是學(xué)習(xí)和實(shí)踐的主體，而任課教師則需充分發(fā)揮自身專業(yè)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，幫助學(xué)生建立自主思考和創(chuàng)新的靈感。與傳統(tǒng)工程教育相比，新型工程教育教學(xué)模式更強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和激發(fā)，要求學(xué)生深度學(xué)習(xí)，注重實(shí)踐和科研能力的培養(yǎng)，使學(xué)生掌握創(chuàng)新方法、技能和工程思維。在新型工程教育教學(xué)體系下，應(yīng)以工程實(shí)踐為中心，構(gòu)建由基礎(chǔ)教育、課程教育、實(shí)踐教育和科研教育組成的教學(xué)體系，全面提高學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐與工程思維的理解和掌握。同時(shí)，在教學(xué)中應(yīng)注重鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生參加創(chuàng)新項(xiàng)目活動(dòng)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和科研意識(shí)，從而幫助學(xué)生更好地適應(yīng)高科技發(fā)展的社會(huì)需求。

針對(duì)目前土木工程材料課程教學(xué)中存在的問題，應(yīng)明確以培養(yǎng)工程應(yīng)用和科研創(chuàng)新復(fù)合型人才為導(dǎo)向，緊密結(jié)合“雙碳”背景下工程應(yīng)用和土木工程材料科學(xué)發(fā)展，采用再生材料工程案例教學(xué)、增加再生材料教學(xué)內(nèi)容、理論試驗(yàn)結(jié)合教學(xué)和科研創(chuàng)新研討教學(xué)等方式，全面培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用和科研創(chuàng)新能力。

三 ?土木工程材料課程改革舉措

（一） ?土木工程材料與施工技術(shù)案例化教學(xué)，發(fā)掘各章節(jié)內(nèi)在聯(lián)系

傳統(tǒng)土木工程材料教學(xué)重點(diǎn)通常在不同材料的化學(xué)性質(zhì)、物理力學(xué)特性和技術(shù)要求上，忽略了不同材料在工程結(jié)構(gòu)中的作用，學(xué)生很難形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。而采用工程技術(shù)案例教學(xué)，可以通過介紹不同土木工程材料在工程中的作用，從而串聯(lián)不同章節(jié)內(nèi)容，使學(xué)生形成較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。以水泥穩(wěn)定就地再生基層技術(shù)為例，如圖2所示，該技術(shù)充分利用現(xiàn)有路面的舊材料，具有減少砂石材料、節(jié)能降耗、降低工程成本、縮短施工工期和保持原路面不再抬升等優(yōu)點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于公路養(yǎng)護(hù)大中修工程，通過講解水泥穩(wěn)定就地再生基層技術(shù)，可以使學(xué)生較為直觀地建立水泥及無機(jī)結(jié)合料的知識(shí)體系，并且可以進(jìn)一步向?qū)W生介紹典型路面結(jié)構(gòu)，通過典型的面層、基層、底基層、路基和功能層路面結(jié)構(gòu)，將水泥、集料、石灰、無機(jī)結(jié)合料、瀝青及瀝青混合料和建筑功能材料等知識(shí)進(jìn)行串聯(lián)，使學(xué)生建立不同章節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)效率。

（二） ?教學(xué)內(nèi)容改革，增加成熟再生材料及施工工藝

以公路工程為例，《“十四五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》要求大力推動(dòng)廢舊路面材料、工業(yè)廢棄物等再生利用；提出高速公路、普通國(guó)省道瀝青路面材料循環(huán)利用率分別達(dá)到95%、80%以上[8]。針對(duì)再生材料目前國(guó)家、行業(yè)、地方政府也已出臺(tái)相應(yīng)推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用于高速和國(guó)省縣道公路養(yǎng)護(hù)大中修工程中，取得良好路用效果。但是，目前高等院?！锻聊竟こ滩牧稀方滩闹?，對(duì)再生材料介紹相對(duì)較少。因此，應(yīng)結(jié)合再生材料發(fā)展前景及政策文件要求，在教材和課堂中增加講解再生材料及其施工工藝等教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)再生材料及其施工工藝通常涉及水泥基材料、瀝青類材料和集料等內(nèi)容，通過再生材料及其施工工藝的教學(xué)，可以加強(qiáng)教學(xué)中理論知識(shí)與實(shí)際工程的聯(lián)系，也可以增進(jìn)學(xué)生對(duì)不同類型土木工程材料知識(shí)的學(xué)習(xí)。目前公路領(lǐng)域主要再生技術(shù)有：泡沫瀝青冷再生、水泥穩(wěn)定再生基層、乳化瀝青全再生和瀝青路面熱再生等。

（三） ?試驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新化，通過創(chuàng)新試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析提升教學(xué)效果

土木工程材料課程包含大量試驗(yàn)內(nèi)容，傳統(tǒng)試驗(yàn)課程教學(xué)中，任課教師主要講解材料的工作性能驗(yàn)證試驗(yàn)，使學(xué)生了解材料的物理、力學(xué)性質(zhì)[9-11]。目前，高等院校中試驗(yàn)設(shè)備通常較為老舊，與實(shí)際工程中的試驗(yàn)設(shè)備差距較大，因而在教學(xué)中不利于實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與試驗(yàn)結(jié)合的目標(biāo)。因此高等院校應(yīng)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行更新，同時(shí)增加試驗(yàn)課時(shí)在土木工程材料課程教學(xué)中的占比。并且隨著社會(huì)對(duì)大學(xué)生的專業(yè)技術(shù)和科研能力要求逐漸提高，學(xué)生不僅需要完成課程內(nèi)基礎(chǔ)試驗(yàn)學(xué)習(xí)，也需要通過自發(fā)探索、深入學(xué)習(xí)創(chuàng)新試驗(yàn)，為未來的工作或研究生學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。如在基礎(chǔ)的半柔性瀝青混合料低溫彎曲小梁試驗(yàn)中，可采用細(xì)觀顯微鏡掃描，觀察分析瀝青與水泥基材料的分布與黏附對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，并可進(jìn)一步進(jìn)行電子顯微鏡掃描試驗(yàn)，從微觀角度分析瀝青與水泥基材料的“嵌鎖”，研究瀝青與水泥基材料的黏附機(jī)理。因此，土木工程材料教學(xué)改革應(yīng)采取增加試驗(yàn)課程占比和試驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新化培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。

（四） ?科研創(chuàng)新研討化教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生參與科技項(xiàng)目與課題研究

土木工程材料是土木類各學(xué)科的基礎(chǔ)，學(xué)生通過參與土木工程材料方向的科學(xué)研究和研討，可以深化學(xué)生對(duì)土木工程材料課程知識(shí)的學(xué)習(xí)；提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率和科研能力；增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與工作科研聯(lián)系的作用。因此，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生課外積極參與省、市、學(xué)校的科技創(chuàng)新項(xiàng)目，或者參與研究生課題研究。通過參與瀝青材料相關(guān)課題研究，使學(xué)生提早接觸、學(xué)習(xí)Materials Studio等分子動(dòng)力學(xué)科研軟件，從物質(zhì)分子微觀層面加深對(duì)瀝青材料化學(xué)組成和物理力學(xué)性質(zhì)的理解，提升學(xué)生的科研能力；通過瀝青混合料小梁構(gòu)件的數(shù)值模擬，讓學(xué)生了解PFC3D等離散元軟件，直觀了解集料、瀝青、礦粉等不同材料在小梁構(gòu)件中起到的骨架、填充、黏附作用，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與未來科研的聯(lián)系；通過路面的數(shù)值模擬，讓學(xué)生學(xué)習(xí)Abaqus等有限元軟件，深入了解不同結(jié)構(gòu)層土木工程材料的物理力學(xué)特性，增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與工作的聯(lián)系。綜上，土木工程材料教學(xué)改革可采用科研創(chuàng)新研討化教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生參與科技項(xiàng)目與課題研究，進(jìn)而全面、系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用和科研創(chuàng)新能力。

四 ?結(jié)束語

本文通過分析土木工程材料課程傳統(tǒng)教學(xué)模式，認(rèn)為傳統(tǒng)教學(xué)中存在課程內(nèi)容較多；教材內(nèi)容滯后，內(nèi)容與實(shí)際工程脫節(jié)；教學(xué)內(nèi)容與試驗(yàn)結(jié)合不足；理論知識(shí)與工作、科研方向聯(lián)系不足等問題。

在新時(shí)代“雙碳”背景下土木工程材料課程的教學(xué)改革，應(yīng)以培養(yǎng)工程應(yīng)用和科研創(chuàng)新復(fù)合型人才為導(dǎo)向，通過土木工程材料與施工技術(shù)案例化教學(xué)，使學(xué)生建立不同章節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)效率；進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革，增加成熟再生材料及施工工藝，可以加強(qiáng)教學(xué)中理論知識(shí)與實(shí)際工程的聯(lián)系，也可以增進(jìn)學(xué)生對(duì)不同類型土木工程材料知識(shí)的學(xué)習(xí)；試驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新化，更新高等院校試驗(yàn)設(shè)備，增加試驗(yàn)課時(shí)占比，并通過創(chuàng)新試驗(yàn)分析與設(shè)計(jì)提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力；推進(jìn)科研創(chuàng)新研討化教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生參與科技項(xiàng)目與課題研究，使學(xué)生提早接觸、學(xué)習(xí)分子動(dòng)力學(xué)、離散元和有限元等科研工作軟件，進(jìn)而深化學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率和科研能力，增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)與工作科研聯(lián)系，最終全面、系統(tǒng)地提升學(xué)生工程應(yīng)用和科研創(chuàng)新能力。

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