“双碳”目标下土木工程专业课程教学改革与实践

［摘 要］ 土木工程专业是我国普通高等学校本科及专科专业，旨在培养能够掌握各类土木工程学科的基本理论和基本知识，并能在相关领域从事规划、设计、施工、管理和研究工作的高级工程技术人才。针对“双碳”目标下的“砌体结构设计”课程教学进行了研究，提出一个总体目标、三个二级目标、五个教学方案的课程教学层次，根据层次分析法计算各级权重进行课程教学方案组合，创新性地提出“70%理论考试+30%实践考核”的双评估方式，并实施课程教学改革后评价机制，形成循环持续的课程改进升级，以期在提升土木工程专业人才工程实践能力和创新能力的同时，进一步推进碳排放政策在土木工程行业的实践。

［关键词］ 土木工程专业；砌体结构设计；教学改革；“双碳”目标；实践型工程人才

［基金项目］ 2022年度教育部“双万计划”专项基金“国家级一流本科专业土木工程专业建设项目”（802261234402）

［作者简介］ 柏 洁（1981—），女（布依族），贵州贵阳人，工学博士，贵州大学土木工程学院副教授，硕士生导师，主要从事结构工程、绿色建筑结构研究；郑 涛（1977—），男，贵州贵阳人，工学硕士，贵州大学土木工程学院副教授，主要从事钢结构抗震、装配式建筑研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）43-0097-04 ［收稿日期］ 2023-09-04

一、课程改革背景

2020年，我国基于推动实现可持续发展的内在要求和构建人类命运共同体的责任担当，宣布了碳达峰和碳中和的目标愿景。“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”目标的提出，是党和国家基于中华民族永续发展和推动构建人类命运共同体的责任担当而做出的重大战略决策。根据《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，碳达峰、碳中和落实情况纳入中央和省级生态环境保护督察，并对绿色建筑、装配式建筑、可再生能源建筑应用、磷石膏综合利用等提出了具体工作要求。

《中国建筑能耗研究报告（2020）》显示，2018年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨，占全国碳排放的比重为51.3%。其中，仅建材生产阶段碳排放就达27.2亿吨，占全国碳排放总量的28.3%。总结我国建筑业与土木工程碳排放基本规律，建筑及土木工程领域减碳已成为实现“双碳”目标的最大难点和关键所在，应优先重视建筑全寿命周期碳排放，特别是优先实施土木工程材料碳减排，其中有效的实施途径主要有结构节材和土木工程材料资源化利用［1］。

土木工程专业课程具有技术性、工程性和实践性较强的特点，其内容不仅包含相关的理论知识，而且包含与工程实践相结合的内容，与理论基础课程相比，在教学内容、教学目标和教学方法上都有较大区别［2］。当前，土木工程专业课程教学通常采用理论与实践相结合的教学模式，理论教学以学生掌握扎实的理论基础为目标，实践教学则是学生将理论知识转化为实际应用［3］，进一步将课堂知识与相关法规、规范及职业技能有效衔接的过程，但在实际教学活动中，实践教学往往滞后于理论教学，与工程应用相关的新政策法规、规范标准和前沿技术的接轨未能有效实现［4］。目前，尚缺乏针对以“双碳”目标为导向，在土木工程专业课程教学中融入绿色建筑、装配式建筑、可再生能源建筑应用、磷石膏综合利用等相关政策及技术知识的教学改革研究和实践。

二、“双碳”目标下土木工程专业“砌体结构设计”课程教学改革的意义

“双碳”目标的提出有着深刻的国内外发展背景，必将对经济社会产生深刻的影响，土木工程行业朝着绿色低碳方向发展势在必行。

本次教学改革是在传统土木工程专业课程教学模式的基础上，以“砌体结构设计”课程为例，提出“双碳”目标下，以专业理论知识为核心，以绿色低碳发展为导向，以绿色建筑、装配式建筑、可再生能源建筑应用、磷石膏综合利用等内容为拓展的土木工程专业课程教学改革模式，探索专业课程教学理念、培养目标、培养方案、课程建设及工程实践和创新能力培养方法等，以期通过系统的课程学习，学生能掌握完整的课程知识体系，具备工程运用能力，并熟悉绿色建筑、低碳发展的相关政策和技术，进而培养学生对相关政策法规的接纳力、对新技术和新材料的探索欲，以及对创新思考和与时俱进的主动性。

在新的历史机遇和挑战下，本次教学改革可以为土木工程专业的教学发展和创新提供借鉴，也为培养全方位型、创新型工程技术人才提供经验和参考，具有一定的研究意义。

三、“双碳”目标下土木工程专业“砌体结构设计”课程教学改革实践

（一）问卷调查和访谈

在课程开始阶段，采用提前设计的问卷表对学生进行问卷调查。问卷表应做到问题明确、答案简明，且要求以匿名的方式填写，确保学生填写问卷时不易受外界因素影响，尽可能地反映学生的真实情况。问卷调查内容主要包含已掌握的学科知识、对土木工程专业及砌体结构的了解、对本课程学习目标的了解、对碳排放相关政策的了解等。

在问卷调查结果的基础上，采用课堂讨论和个人访谈相结合的方式，对问卷调查中发现的典型问题与全班学生进行启发式探讨，并在课后对部分学生进行访谈，科学调研和分析土木工程专业学生对专业认知、基础知识、政策导向及学习需求等方面的情况与特征，强化项目实施过程中以学生为本的属性，确保教学过程中的引导性、针对性和融合性。

（二）拓展培养目标和教学方案

采用层次分析法对培养目标和培养方案进行分析。首先，确定课程教学改革的总体目标为培养“双碳”目标下的实践型工程人才；其次，确定实现总体目标的三个判别准则（二级目标）为B1掌握完备的专业知识体系，B2具备工程实际应用能力，B3了解碳排放政策和技术；最后，确定实现总体目标的五个教学方案为P1讲授课程理论知识，P2介绍相关工程规范，P3碳排放政策、相关技术解读，P4工程案例体验式教学，P5引导式创新和探索。具体的层次结构图如图1所示。

通过问卷调查结果，借助教师的知识、经验和判断，从总体目标层逐级向下，初步确定下层各因素相对于上一层因素的重要性权数，采用两两对比标度对三级层次分别构造比较判别矩阵，对比标度根据相对重要性取值范围为1～9及相应倒数，即若因素i与因素j比较得aij，则因素j与因素i比较得1/aij。

对单准则下层次排序和层次总排序后，检验排序一致性满足要求，最终得到第三级五种教学方案的相对优先排序为：P1讲授课程理论知识（权重0.513）＞P2介绍相关工程规范（权重0.187）＞P4工程案例体验式教学（权重0.121）＞P3碳排放政策、相关技术解读（权重0.108）＞P5引导式创新和探索（权重0.071）。

根据上述层次分析权重结果，在原有教学大纲和教学计划基础上对“砌体结构设计”课程教学方案进行拓展及完善，并按五种教学方案的计算权重分配教学课时，安排教学内容。

1.讲授课程理论知识。课程教学总课时为36学时，按讲授课程理论知识权重0.513计算，此部分约占18.5学时，应根据前期问卷摸底情况合理安排教学内容，区分重点讲授内容和学生自学内容，以有效节约课堂讲授时长。此外，应根据讲授内容合理预留课堂习题时间。

2.介绍相关工程规范。重视土木工程专业课程知识框架与现行规范、标准等的相关性和拓展性，是实现实践型工程人才培养的关键。在讲授课程理论知识的同时，应引入对应的规范内容，完成从理论知识到工程实践的延伸和应用。按此部分权重0.187计算，该部分约占6.7学时，主要介绍相关规范、标准及其与课程知识点的衔接等。

3.工程案例体验式教学。为实现实践和创新的培养目标，除了必备的教学设施和理论教学环节以外，土木工程专业课程教学应提供必要的实践途径，以提升学生的实践技能和对新的行业政策、规范和技术等的响应速度。由于传统工程教育重理论、轻实践的特点，结合CDIO教学理念［5］、体验式教学和培养专业执业能力的拓展目标，通过经典案例和虚拟项目，让学生直观地感受理论知识向工程实践的转化。有别于传统的校企合作模式，采用“引进来”的“工程+”教学手段，将企业项目和人员引入校园及课堂，为实践教学提供可行的便利条件。按此部分权重0.121计算，该部分约占4.4学时，主要穿插在应用型知识点讲授和期末理论知识讲授完毕时进行。

4.碳排放政策、相关技术解读。基于“双碳”目标下培养实践型工程人才的课程总体目标，按此部分权重0.108计算，该部分约占3.9学时，主要以课堂引导、课后学生自行查阅和收集资料、课堂分享和讨论的方式进行。学生通过查阅、分析、整理“双碳”目标和土木工程行业低碳减排相关政策、规范及标准等，特别是与绿色建筑、装配式建筑、可再生能源建筑应用、磷石膏综合利用等有关的工程技术文件和资料，有助于建立低碳减排思维；教师则基于不同的土木工程专业课，筛选课程须要引入的相关概念和知识点。

5.引导式创新和探索。此部分内容为基于上述四种教学方案的拓展内容，目的在于提升土木工程专业学生的创新创业能力，启发学生的科研兴趣和萌芽，开阔学生的视野，激发学生的学习热情，从而反向提升学习效率。按此部分权重0.071计算，该部分约占2.6学时，课堂内容以引导性问答、小组选题调研和讨论、课堂交流为主，鼓励学生敢于提出新设想、互相启发。

通过上述层次分析法得到五种教学方案的课时分配，最终确定本课程教学改革方案为“多元化教学+案例实践+拓展性探索”，并按课程知识体系对教学方案进行穿插和配合，搭建土木工程专业“砌体结构设计”课程的实践教学创新性平台，从政策、理论、实践和创新等方面提高专业人才培养的质量。

（三）创新课程考核方式

课程考核是评价课程教学改革成效的关键环节。在本次课程改革中改变了传统的期末考试+平时成绩的考核方式，创新性提出“70%理论考试+30%实践考核”的双评估方式，不仅使成绩评定能更全面体现学生的学习成效，而且能激发学生在课程学习过程中的实践积极性。

1.理论考试。基于传统的考核方式完善理论考试，在期末考试和平时成绩的基础上，增加单元测试，将课程学习学时线用单元测试节点划分为数个学时段，有效缓解学生学习时可能出现的懈怠期，形成持续激励的学习节奏。理论考试采用百分制，其中，期末考试成绩占70%，平时成绩（含平时作业和课堂问答）占10%，单元测试占20%。

2.实践考核。实践考核分为工程应用能力和碳排放政策及相关技术考核两方面，主要考核学生将理论知识应用于工程问题的能力、掌握碳排放相关政策和技术的程度以及积极探索科学问题的能力。实践考核是对课程设计和毕业设计的前期衔接，重视实践考核，有助于激发学生思考理论知识学习的目的，真正明白“为什么学、怎么学、如何用”。实践考核采用五级制，其中，小组专题报告占50%，体验式模拟工程设计占50%。除了考核专题报告和设计成果外，还关注了学生在课堂上的分析、共享和创新思考能力。

四、课程教学改革后评价制度

课程教学改革后评价制度是有效的信息反馈制度。通过建立循环持续的课程评价制度，以学期作为评价周期，对已完成的课程教学改革全过程进行综合评价，评价包含预期目标、学时分配、过程管理、学生参与度、考核方式等几方面。教师通过后评价阶段的总结、学习过程，提出持续改进措施，完善并修正课程教学方案，从而进一步提高教师教学改革的信心、责任心和教学能力。

后评价分为问卷调查、统计分析和预测三个阶段。在课程结束后，尽快完成面向学生的问卷调查，调查内容包含教学模式、考核方式、实践和创新能力培养成效等方面；在课程成绩登录完成后，应完成相应的成绩分析，包含二级层次目标（B1掌握完备的专业知识体系，B2具备工程实际应用能力，B3了解碳排放政策和技术）的得分情况；在问卷调查和统计分析的基础上，定量分析课程改革的各目标完成度，对效果不明显的环节和失分情况明显的知识点进行原因分析，采用延伸性预测法对下次课程教学改革进行预测，据此进行教学方案改进和调整，以期逐年提高教学改革成效。