“雙碳”戰略背景下《施工原理與方法》課程思政與教學改革探索

徐智超,唐 葭,劉 勁,陳勻杉,鄧 超,4,吳月星, 毛 宇,計 靜

(1.湖南城市學院 國家級土木工程實驗教學示范中心,湖南 益陽 413002;2.湖南城市學院 湖南省綠色建筑與智能建造普通高等學校重點實驗室,湖南 益陽 413002;3.東北林業大學 教育部東北多年凍土區地質環境系統野外科學觀測研究站,黑龍江 哈爾濱 150040;4.湖南城市學院 注漿工程技術研究中心,湖南 益陽 413002;5.湖南城市學院 湖南省數字化城鄉空間規劃關鍵技術重點實驗室,湖南 益陽 413002;6.東北石油大學 黑龍江省高校防災減災工程與防護工程重點實驗室,黑龍江 大慶 163318;7.哈爾濱工業大學 教育部結構災變與控制重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150040)

隨著我國“雙碳”戰略的公布,生態文明建設開啟了以經濟社會發展為主導、以低碳發展為關鍵的全面綠色轉型[1-5]。改革開放以來,我國土木工程建設取得了巨大成就。然而,當前土木工程行業大而不強[6-10],存在生產方式粗放、碎片化、資源消耗高、污染排放高、工程質量低、生產效率低等問題。土木工程行業作為我國碳排放的三大領域之一,其整個建筑生命周期的碳排放量占40%以上,與新發展理念仍有較大差距,不符合新發展理念的要求[11-15],所以雙碳戰略發展在土木施工領域遇到了重大的挑戰。為了更好的培養出國家需要的雙碳施工人才,且讓學生更好的了解國家發展戰略,在掌握基礎施工技能的前提下掌握新型施工技能,這就需要立足于實際工程,解決工程中具體問題,并結合實際施工問題完善現有教學內容[15-16]。

近年來,隨著課程教學中思政教育水平的顯著提高,教學人員強調將思政元素融入到許多專業課程中。教師不僅要按照新時代要求認清人才培養發展趨勢,還要更新教學模式,推動專業技能課與思政課有機結合,確保思政要素融入到教學中。但從當前的教學現狀來看,思政與土木工程施工融合還存在一定的局限性[17-24]。例如,以哲學為導向的思想政治教育很常見,但從自然科學角度研究思想政治教育,特別是在將思想政治元素融入科學和工程專業技能方面,存在明顯的不足。同時,對于雙碳的思想政治訴求以及如何將其納入土木工程課程,也沒有任何報道。因此,作為土木工程基礎課程的施工原理與方法,將課程的雙碳目標和思政要求完美融入到課程中,對于新時代土木工程人才的培養至關重要[21-26]。

1 課程主要特點及目前教學中存在的主要問題

《施工原理與方法》是土木工程的重要專業基礎課,主要內容包括:土方工程、基礎工程、砌筑工程、混凝土工程等常見施工過程中的施工原則、施工方法和適當施工問題及對策;工程施工的施工流程、設計和組織網絡原理通過對各個教學環節的學習,使學生掌握土石方工程、基礎工程、砌體工程、混凝土工程等施工過程中的基本原理和方法,掌握網絡規劃技術原理及其在建設中的應用;深入了解土木工程施工原理和方法,初步具備特定場所的施工管理能力[27-31]。

在土木工程專業本科課程體系中,《施工原理與方法》課程是一門重要的專業基礎課,總結各類工程的施工技術,主要研究施工技術和施工組織。同時,本課程涉及力學、混凝土結構、建筑材料、土力學與基礎工程、管理學等基礎課程知識,具有較強的綜合性和實踐性[28-29]。《施工原理與方法》課程主要來源于實際工程經驗,同時又需要理論知識去優化工程實踐,不斷將工程實踐與工程理論相結合才能更好的發揮教學效果。所以高校在進行教學時,應該加強教材理論知識與工程實踐的相互銜接。在教授完階段性的理論知識后,在這一階段組織教授內容的實踐工作,讓學生在鞏固理論知識的同時能夠運用到實踐中,這是一種雙向的方式,雙重催化,這種教學模式讓學生能夠將理論運用到實踐[17-18,31]。

然而,隨著“雙碳”等政策的提出,《施工原理與方法》課程教學中逐漸顯現出一些問題,具體如下:

第一,課程內容經典,但缺少工程案例。隨著新材料和新技術的發展,傳統的施工方法和工程材料已經被新型施工技術和工程材料取代,而綠色材料的使用是土木工程行業減少碳排放重要手段。另外,很多施工現場位于特殊脆弱地區(凍土區、濕地區、林區等),此部分區域存在大量的有機質,常規的施工方法會對其穩態環境造成擾動并引起碳排放。而這門課程的內容主要是根據大綱材料編寫的,盡管教材中的教學內容非常經典,但并沒有及時更新一些最新發現,尤其是技術案例。在“雙碳”的背景下,為了及時實現“雙碳”目標,非常有必要增加添加綠色創新的知識內容。

第二,課堂教學時數少,課堂授課受限。一方面課程涉及多個專業課程,內容復雜涉及面廣,且課程綜合性強,知識體系跨度大,導致學生學習困難,使學生在學習過程中感到厭煩,在一定程度上影響了土木工程專業的教學效果;同時,本科生培養注重其理論知識教學,對現場施工和試驗等學分要求并不高;另一方面為了拓寬學生的知識面,該專業的課程數目相對較多,導致每個學位課程的學分都很低,由于教學時間有限,教師很難帶領學生深入學習構建方法,也很難在課堂上補充過多相關的前沿施工技術。所以,盡管學生們能取得良好的成績,具有良好的理論知識,但他們對相應工程的實際案例分析或實踐知識的掌握仍然薄弱。

第三,理論教學為主,實踐教學缺少。由于課時少,再加上本課程綜合性強,其施工理論教學與鋼筋混凝土基本原理、高層建筑結構設計、道路勘測設計、路基路面工程及橋梁工程等課程聯系密切,因此,課程以理論課為主,實踐課較少,教學過程相對枯燥。而對于施工現場混凝土配置,材料力學性能測試、混凝土泵送灌注等,單純靠課本的文字描述和圖片,很難讓學生清晰理解,相對于理論教學學生更加渴望實踐教學。

2 雙碳與課程內容設計

為了更好的完成國家“雙碳”戰略目標,這就需要高校在培養學生基本理論知識和實踐能力的前提下,進一步補充培養掌握新型施工技術、新型工程材料、新型施工設備及新型施工工藝的能力,課程根據國家土木工程發展趨勢,構建新的完善的教學內容,相關主課程內容所包括的新型施工降碳技術如圖1所示。

圖1 相關主課程內容所包括的新型施工降碳技術

在土木工程施工相關教學過程中,課程應該補充符合國家所需要的“雙碳”措施,貫徹相關施工理論與施工實踐虛實結合的教學方法。將新型施工技術、新型工程材料、新型施工設備及新型施工工藝融入到傳統的土木工程施工課程,進而更好的培養出適應于“雙碳”戰略目標下的土木工程人才。通過轉變之前的理論考核模式,將普通的卷面考試向工程實踐考核轉變,并且將土木工程施工課程向信息化及智能化靠攏,實踐教學由傳統的砌筑施工等向綠色裝配及綠色施工等方向轉變,例如在在邊坡支護中引入GRF綠色可回收邊坡支護施工技術,在砌筑材料中引入砌體結構節能材料,蒸壓粉煤灰磚、混凝土夾心聚苯板及填充保溫材料的夾心砌塊等;混凝土材料引入低碳膠凝材料、堿激發膠凝材料、砂石分離機處理廢棄混凝土技術等;工程勘察中引入UAV無人機監測技術,ARCGIS遙感技術,探地雷達GPR技術等,并結合圖片和視頻提高學生的學習興趣,拓展學生的學習興趣領域。

3 課程思政建設

全面推進課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰略舉措,也是提高人才培養質量的重要任務。

《施工原理與方法》課程內容與土木工程實踐密切相關,是工科專業非常重要的專業核心課程。《施工原理與方法》除了教授學生專業理論知識和實踐技能外,還應該充分補充課程思政教學,展示相關國家大型工程案例及重要工程精神案例以培養學生未來工作中的精神依托和精神信仰。

土木工程施工思政教學改革主要包括四個內容(圖2、圖3):

圖2 土木工程施工主要思政方向

圖3 相關主課程所包括的思政內容

第一,引入中國古今代表性工程,通過引入和分析典型的建筑施工案例加強學生的民族自豪感。例如世界上最長的長城萬里長城;中國最早的公路秦直道;被譽為“世界水利文化的鼻祖”的都江堰;舉世無雙的高原宮殿布達拉宮;世界最大的雙層鐵路公路兩用橋南京長江大橋等等,通過這些著名案例帶領學生學習中國的工匠精神,引領學生在未來的工作學習生活中更好的踐行工匠精神。

第二,引入國內外先進的施工工程,選取國家思政焦點工程,介紹工程中涉及到的先進施工經驗和施工技術。例如北京城市副中心站綜合交通樞紐工程01標段應用的焊接機器人,其可按設定的焊接速度和焊接電流電壓自動行走焊接,減少人工干預,焊縫均勻飽滿無熔瘤;鄭萬高鐵湖北段采用隧道開挖機器人,顛覆了以人工為主的傳統隧道建造方式,以機器人換人、減人,有效減少隧道施工高風險環境作業人員,大幅度提高了施工質量和效率;中鐵大橋局武漢橋梁科學研究院研發的橋梁斜拉索智能監測機器人,只需要一節60安/小時電池,便可持續檢測5小時以上,該項技術以前一直由國外壟斷,研究人員通過自主研發,攻克了這項技術難題,系國內首創。通過以上先進技術案例培養學生的科技強國認知及科教報國精神,讓學生接觸到先進的科學技術,讓學生感受科學離他們并不遙遠,增強其科學自信心,并使學生明白,只要具有不放棄的移山精神、沉穩平靜的科研心態及對真理的不斷追求,便可為我國土木工程施工的快速發展做出貢獻。

第三,引入國內外典型施工現場事故。課程教學團隊結合國內外典型代表施工事故案例及自身參與工程項目現場事故,例如廣州市海珠廣場基坑坍塌事故,造成3人死亡、8人受傷及大量財產損失的重大安全事故;金華開發區“湖畔里”項目在建工地鋼結構架倒塌事故,共造成6人死亡、6人受傷;廣東珠海市石景山施工隧道發生透水事故,致14名施工人員遇難;龍潭長江大橋南錨碇工程“6.22”沉井模板坍塌較大事故,事故造成3人死亡,12人受傷,直接經濟損失約958萬元。依據這些施工事故的種類、發生的施工階段及施工事故性質布設于不同的教學章節,通過嚴重且慘痛的施工事故震撼學生心靈,增加學生的施工安全經驗,提高學生的安全施工意識,最終將施工質量意識及施工安全意識牢牢地植入學生的記憶。

第四,引入現場施工實踐及科研實踐。依托學校國家級土木工程實驗教學示范中心、湖南省城市地下基礎設施結構安全與防災工程研究中心、學校注漿工程技術研究中心等豐富企業資源,結合試驗室開展的一系列工程試驗,例如鋼-混凝土組合結構的力學性能及抗震性能試驗、非飽和土體的水氣遷移試驗及邊坡穩定性試驗等及附近的施工現場進行的實踐活動。一方面提高學生的實踐動手能力,讓學生意識到,理論知識與施工現場的差異性,并讓學生了解施工勞動者的辛苦,培養學生尊重勞動者、勞動光榮及團結協作的精神。

除上述思政內容外,進一步將“雙碳”戰略目標融入上述思政教學過程,引入“綠色絲綢之路”及“創新絲綢之路”的國家戰略要求,進一步加速應用科技創新促進綠色施工的發展;在“雙碳”戰略目標下,土木工程施工應該實現綠色結構轉型。在土木工程施工教學過程中加入“雙碳”施工頭腦風暴、翻轉課堂等教學方式,依據土木工程施工行業“雙碳”戰略目標下的發展趨勢,培養學生的表現欲,充分發揮學生的主觀能動性,最終讓土木工程學生知道“雙碳”戰略目標不僅僅是口號,更要知道如何去實施,具體如下:

第一,施工過程要減少對地球資源能源的耗用,減少對環境的影響或沖擊。例如:對于混凝土、隔熱材料及砂漿等的拌制,需要嚴格依據實際配合比的用量隨時拌制隨時使用,以防過多的拌制引起未及時使用發生初凝而引起材料的浪費;建筑施工中常用到的鋼鐵、銅及鋁等礦產資源都是不可再生的原材料,所以在使用過程中應仔細規劃和優化材料的使用量,并對剩余材料進行回收和廣泛使用;混凝土養護覆蓋材料應使用可生物降解材料,如果使用不可降解材料,應立即回收并在使用后重復使用。另外,對于特殊地質區域的施工要時刻保護周圍環境穩定性,例如擬建輸油管道項目應及時監測輸油管道附近的植物生態,以減少其影響,例如中俄輸油管道的建設;預測勘探區及礦區周邊環境、氣候等相關因素對環境的影響程度,確定重點保護區,并利用現有技術對重點防護區域進行重點處理,防止礦區環境惡化,例如同塔山煤礦、大慶油田等。

第二,施工建筑要創造健康舒適的生活環境。建筑不僅僅是一個產品,例如:目前,正在開發的綠色建筑包括太陽能建筑、生態建筑、健康建筑、資源節約型住宅、廠房等。通過使用更清潔的生產技術,使用更少的自然資源和能源,并使用大量廢物,積極開發用于環境保護和人類健康的綠色建筑材料,“以人為本,天人合一”是現代建筑追求的目標。例如享有盛譽綠色建筑的2000年悉尼奧運會場館,它提高了人們的環保意識。太陽能技術、水資源保護、廢水、廢棄物處理技術等環保技術應用廣泛;清華大學設計中心大樓是北京第一座綠色建筑,也是中國最早的綠色建筑之一,如圖4所示;建筑采用緩沖層策略,減少供暖能耗,增加空氣流通;光伏太陽能電池板發電技術利用自然能源的策略:低放射性污染的健康、無害策略建筑材料及回收材料等[32-36]。

圖4 清華大學設計中心樓

第三,施工過程要和周圍的自然環境相融合。例如:對于建設工程來說,在施工階段不可避免地會對環境造成危害,施工不但會對施工現場以及周邊人們生活造成影響,同時還會對施工工作造成妨礙。因此,要對施工環境進行有效管理,對廢氣以及固體廢棄物還有噪音和光等污染進行有效控制。防止大氣污染,在對現場雜物進行清理的時候,要利用桶裝,防止雜物揚起。防止噪音污染,在施工過程中使用的施工設備以及運輸車輛都會造成噪音污染。如施工場地所在的地區人口比較密集,要對施工時間進行限制,在晚上不能夠作業,如果必須要在晚上進行施工,那么就要采取措施降低噪音。防止水污染,對于施工中產生的所有廢水,需要利用污水管道進行排放,不能任由其污染周邊環境。如果在施工過程中需要化學溶劑和油料,需要設置專門庫房,同時還要對庫房中的墻面以及地面做好防滲工作,避免溶劑由于滲漏而對地表水以及地下水等造成污染。在施工場地附近還要對污水收集池進行設置,要對其中的水進行處理,直到與排放標準相符以后才能排放到地表水體之中或者是用其噴灑降塵。

對于中國這樣人口大國來講,只有走綠色建筑,綠色施工的道路才能實現綠色中國夢,實現資源的與環境的協調發展,才能創造一個更加美好、舒適的都市生活。為了進一步滿足土木工程施工課程建設,除了添加上述思政內容,還要建設好合理的思政體系,分別建設課程思政設計、課程思政執行、課程思政考核三個階段,最后以課程思政考核來指導課程思政設計,形成有效的閉環,建立專業的學生培養體系和課程評價體系,如圖5所示。

圖5 《施工原理與方法》課程思政建設方案

4 結 語

本文通過將土木工程行業新型施工技術、新型工程材料、新型施工設備及新型施工工藝融入《施工原理和方法》課程教材,通過加入中國古今代表性工程、國內外先進的施工工程、國內外典型施工現場事、現場施工實踐及科研實踐培養學生的思政修養,并進一步將雙碳目標與課程思政相結合,動態更新教學內容,保障土木工程施工理論知識的適用性和實效性。

通過教學方式及教學內容的改革,從被動和主動雙層面將“雙碳”理念融入日常教學和生活中,強化學生對“雙碳”理解和認知;為培養具有“雙碳”理念的技術技能專業人才提供支持。本文為形成思政課實踐教學共同體而努力,構建了多主體參與、合作共贏的思政課實踐教學創新機制,為雙碳背景下土木工程專業課程思政教學提供理論補充。