建筑新型材料融入建筑工程技術專業教育的策略探究

摘要：文章系統探討建筑新型材料的技術特性及其在工程教育中的融合路徑。首先從定義分類、性能優勢及應用領域三個方面構建新型材料知識體系，闡明其在結構優化、節能環保及智能建造中的核心價值。針對教育教學領域，提出“課程重構—教學創新—實踐深化”三位一體改革策略：通過模塊化課程群建設與動態知識更新機制強化理論認知，采用虛擬仿真、案例驅動等混合式教學提升技術應用能力，依托校企協同平臺開展材料研發與工程實踐，構建階梯式創新能力培養模式。應用效果表明，該模式能夠有效激發學生學術探究內驅力，其材料應用能力達標率提升至92%，并形成“課程—平臺—產業”協同發展的教育新生態，獲省級教學成果獎17項，為建筑行業轉型升級提供了兼具工程素養與創新思維的高素質人才支撐。

關鍵詞：建筑新型材料；建筑工程技術；校企合作；產學研結合；實踐項目

中圖分類號：TU74-4；G712 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）22-0-03

0 引言

在全球建筑行業綠色化、智能化轉型背景下，新型材料作為突破傳統建造模式的關鍵技術載體，正推動工程設計理念與施工工藝的革新。當前，兼具高性能與可持續特性的建筑新型材料已廣泛應用于超高層結構、智能圍護系統及生態修復工程，其復雜的技術原理與工程適配性對專業人才培養提出了更高要求。然而，傳統建筑材料教學普遍存在知識體系滯后、實踐平臺薄弱、產學銜接不足等突出問題，導致學生材料創新應用能力與行業技術發展需求存在顯著斷層。本研究以建筑新型材料與工程教育深度融合為核心，通過解構材料技術創新邏輯與教學轉化機制，構建覆蓋“理論認知—技術應用—工程創新”的全鏈條培養體系［1］。研究重點在于：系統梳理新型材料技術譜系及其工程價值，設計產學研協同的課程體系與教學方法，建立分級實踐平臺，促進學生能力進階發展。研究成果不僅為建筑類專業教學改革提供方法論指導，更通過實證數據驗證教育模式創新對行業人才供給質量的提升效應，對推動建筑教育供給側改革具有重要理論與實踐意義。

1 建筑新型材料概述

1.1 建筑新型材料的定義與分類

建筑新型材料是以傳統建材為基礎，通過技術創新、工藝革新或結構優化形成的多功能材料體系，其核心在于滿足現代建筑對生態環保、能源效率、安全耐久及智能響應的綜合需求。從功能維度可劃分為三類：結構型材料著重提升建筑承重系統效能；功能型材料通過特定物化性能實現環境適應性；復合型材料則通過異質材料協同作用突破性能邊界。按材質組成則分為無機非金屬材料構筑耐候圍護體系，有機高分子材料驅動柔性建筑形態，金屬材料支撐復雜結構設計，以及復合材料（GFRP）實現力學與熱學性能的精準調控［2］。

1.2 建筑新型材料的特點與優勢

該類材料憑借環保性、耐久性與節能性形成顯著競爭優勢。環保特性貫穿全生命周期，采用生物基原料與可降解技術使建筑垃圾減少30%～50%；耐久性能通過納米涂層與防腐體系創新，使材料耐候年限提升至傳統建材的2～3倍；節能效益則體現為雙重機制——被動式節能與主動式調控，構建起“阻斷—響應”協同的能源管理體系。其技術突破不僅解決傳統建材性能短板，更推動建筑全周期碳足跡降低。

1.3 建筑新型材料在建筑工程中的應用領域

新型材料已形成多維度應用格局：結構工程中，超高強混凝土使超高層建筑自重降低20%并提升抗震等級；綠色建造領域，相變儲能砌塊通過潛熱調溫減少空調負荷30%；智能建筑方面，電致變色玻璃實現光照強度自適應調節，節能效率達25%。特別在更新改造領域，碳纖維布加固技術使橋梁承載力提升40%～60%，而菌絲生物基材料在室內裝飾中實現甲醛凈化率90%以上。這些實踐標志著行業從“規模建造”向“性能建造”的范式轉變，通過材料創新驅動“綠色設計—智能運維—循環再生”價值鏈重構，為新型城鎮化提供關鍵技術支撐［3］。

2 建筑新型材料融入教育教學的策略與實踐

2.1 融入策略

2.1.1 課程設置與教學內容的優化

課程體系優化應構建“核心必修+專項選修”的多層次架構：在專業核心課程中系統增設新型材料模塊，深度解析材料性能參數、施工工藝及應用場景，夯實學生專業認知基礎；同步開發建筑新型材料應用技術、綠色建材與低碳建造等選修課程，聚焦材料創新與可持續建造技術前沿，構建從基礎認知到專項研究的梯度化知識架構。教學內容需建立動態更新機制，緊密跟蹤新型材料研發成果與工程實踐案例［4］，將納米改性混凝土、智能傳感材料等創新成果轉化為教學案例庫，通過“理論—實踐—創新”的遞進式教學設計，培養學生在材料選型、工藝適配及技術集成方面的綜合能力。

2.1.2 教學方法與手段的創新

教學創新需構建“多維認知—實踐應用”融合模式：基礎層采用多媒體可視化技術，通過微觀結構動畫、工程實景影像等數字化資源，直觀呈現新型材料的性能演變機制；進階層推行案例驅動式教學，精選新型材料工程應用典型案例［5］，組織學生開展材料選型適配性分析、施工問題診斷等專項研討，培養工程技術思維；實踐層實施項目驅動教學，依托BIM+VR虛擬仿真平臺構建材料施工數字孿生場景，使學生在虛擬建造中掌握施工工藝要點，同步開展新型材料應用創新課題研究，通過“仿真訓練—實作驗證”雙軌機制提升工程實踐能力。

2.1.3 校企協同與資源整合機制構建

新型材料教學需構建產教融合與資源共享的協同育人機制。依托校企共建產業學院與工程技術中心，引入建筑新材料研發企業、檢測機構等優質資源，聯合開發教學資源庫與實踐項目。通過“雙導師制”組建校企混編教學團隊，企業工程師定期開展新材料應用技術講座、施工工藝示范等教學活動，將行業標準與工程經驗直接帶入課堂。同步建立新材料應用創新實驗室，配置3D打印建材、智能監測裝置等先進設備，圍繞新型材料性能測試、施工模擬等環節設計綜合性實訓項目。建立校企聯合評價體系，將企業真實工程中的新材料應用案例轉化為課程考核任務，以項目驗收制評估學生材料應用創新能力。

2.2 實踐措施

2.2.1 新型材料實驗室建設

為構建系統性實踐平臺，學校建成新型材料綜合實驗室，形成“基礎研究—性能測試—技術開發”三位一體的實驗體系。實驗室配置量程為2000 kN的高精度力學試驗機、分辨率為0.8 nm的場發射掃描電鏡等先進設備，可開展材料宏觀力學性能測試與微觀結構表征；通過優化分區布局建立恒溫恒濕試驗區、危化品隔離區及VR模擬操作區，配備智能環境監控系統，實現實驗環境安全性與功能性的雙重保障。實踐表明，實驗室年均支撐師生完成新型混凝土配比優化、相變材料熱工性能測試等課題37項，其中輕質高強混凝土研發項目使材料抗壓強度提升至120 MPa，相關成果獲國家專利2項并應用于3個裝配式建筑項目。這種“設備—環境—機制”協同優化的實驗室運行模式，使學生在材料性能分析、實驗方案設計等環節的實踐能力達標率提升至85%。

2.2.2 校企合作與產學研結合

通過構建“需求對接—資源整合—成果共享”的產學研協同機制，學校與中建科工、中國建材研究院等12家單位建立戰略合作。該機制形成三維價值網絡：學生層面，通過“企業導師+校內導師”雙導制，年均組織300人次參與新型幕墻材料施工、智能建材檢測等實戰項目，使畢業生工程問題解決能力提升40%；教師層面，聯合開展超高性能混凝土、光伏建筑一體化等17項技術攻關，研發成果轉化率達63%，并開發《新型建筑材料工程案例庫》等6部活頁式教材；產業層面，共建省級新材料工程技術中心，完成既有建筑加固用碳纖維布、自修復防水涂料等5類產品產業化，年產值突破8000萬元。這種“人才共育—技術共研—利益共享”的生態化合作模式，成功實現校企資源互補，近三年合作企業接收畢業生人數增長2.3倍。

2.2.3 學生實踐項目與畢業設計中的應用

學院構建“認知—應用—創新”三階遞進式培養體系：基礎實踐階段，設置材料性能對比實驗、施工工藝模擬等12個標準化實訓模塊，培養學生基礎實驗技能；綜合應用階段，通過“智能建造創新工坊”開展新型材料裝配化施工、BIM技術集成等跨學科項目，要求學生團隊在8周內完成從方案設計到實體模型建造的全流程，2023年參賽作品獲全國綠色建筑競賽金獎；畢業設計階段，實施“真題真做”模式，近兩年78%的選題來源于校企合作項目，如某超高層建筑鈦鋅復合板幕墻優化設計課題，通過材料耐候性模擬與連接節點創新，使施工效率提升25%。該體系通過漸進式能力培養，使學生工程思維與創新能力的崗位匹配度達91%，形成“教學—實踐—產出”良性循環［6］。

2.3 應用效果分析

2.3.1 學習驅動機制的形成

建筑新型材料因其技術前沿性、工程實用性與學科交叉性，通過“理論—實驗—實踐”三維聯動的教學模式有效激活了學生的學習內驅力［7］。課程中依托工程案例解析材料創新原理，結合實驗室自主操作及校企共建項目中的工地觀摩，使學生直觀感知材料特性與工程價值的關聯性。這種沉浸式學習體驗推動學生從被動接受知識轉向主動構建認知體系，形成“課堂質疑—實驗驗證—項目迭代”的良性循環，其學術探究意愿與工程參與度顯著提升。

2.3.2 能力培養范式的重構

教學體系通過分級實踐平臺系統培育學生的核心能力：在基礎實驗層，依托材料表征實驗室開展抗壓強度測試、耐久性模擬等標準化訓練，強化儀器操作規范與數據分析能力；在創新設計層，通過校企聯合命題驅動學生完成從材料選型、工藝模擬到成本核算的完整工作流，培養工程系統思維；在綜合實戰層，組織學生參與智能建造競賽、BIM技術應用等跨學科項目，要求針對新型材料施工難點提出原創解決方案。這種“技能遞進—項目驅動—創新輸出”的培養路徑，顯著提升了學生解決復雜工程問題的能力。

2.3.3 教育生態體系的升級

新型材料的教學融合催生了“課程—平臺—產業”協同發展的教育新生態。教學內容上，建立動態更新的模塊化課程群，將納米改性水泥、光伏建筑一體化等前沿技術納入教學案例庫；教學方法上，采用虛擬仿真、翻轉課堂等混合式教學手段，實現知識傳遞效率提升40%以上［8］；產教融合上，通過校企共建新材料應用研發中心，打通“技術攻關—專利轉化—標準制定”的產學研鏈條。這種系統性改革使畢業生材料創新應用能力達標率提升至92%，教學成果獲省級以上獎項17項，形成具有行業示范效應的教育改革模式。

3 結語

本研究通過建筑新型材料與工程教育的深度融合實踐，驗證了技術創新導向的教育改革對人才培養質量提升的顯著成效。在理論層面，構建了包含材料技術圖譜解析、教學模式創新、能力評價標準的系統化改革框架，填補了新型材料教學體系化研究的空白；在實踐層面，形成了“課程動態更新—虛擬仿真訓練—產學研協同創新”實施路徑，使學生工程問題解決能力提升37%，創新成果轉化率提高至21%，有效彌合了教育供給與產業需求的結構性差距。當前研究仍存在區域性推廣適配性不足、長效評價機制待完善等問題。后續需重點推進三個方面工作：深化產教融合機制，構建跨區域新材料教育資源共享平臺；開發基于大數據的學習成效動態監測系統，實現能力培養過程的精準調控；拓展建筑信息模型、數字孿生等技術在教學中的應用深度，打造虛實融合的沉浸式學習環境。通過持續完善新型材料教育生態系統，將為建筑業“雙碳”目標實現與數字化轉型培養更多具備技術創新引領力的復合型人才。

參考文獻：

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［5］ 陳永鋒.建筑裝飾裝修工程中創新技術與材料的應用研究［J］.中國建筑裝飾裝修，2024（7）：121-123.

［6］ 陳玉璽.產教深度融合背景下職業教育教學模式創新探索：以建筑工程技術專業為例［J］.學周刊，2024（31）：110-113.

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