优秀课程示范案例--混凝土材料概论

为贯彻实施教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》，推进华北理工大学课程思政建设，提高教师课程思政建设能力，学校特自即日起于教师教学发展中心公众号推送课程思政系列优秀案例。优秀案例推送内容包括课程思政教学目标、案例内容、思政目标的实现、教学设计和案例视频。优秀案例的分享将有利于锤炼课程思政教学能力、优化教学设计、创新教学载体，提高我校课程思政建设水平，将思政元素浸入具体教学案例中，达到润物无声的育人效果。

混凝土材料概论

教师简介

封孝信，男，教授。材料科学与工程学院无机非金属材料专业教师。主讲《混凝土材料概论》课程。主持国家级项目3项，主持和参研8项省级科研项目，主持横向项目12项。曾获得河北省科技进步二等奖1项、三等奖1奖、华夏建设科技奖励二等奖1项。出版专著1部、教材1部、编著1部。发表学术论文120余篇。

课程简介

《混凝土材料概论》是无机非金属材料工程专业的专业课。主要讲授混凝土的组分材料；新拌及早期混凝土的性质；混凝土的基本物理力学性能；混凝土的耐久性；混凝土的配合比设计；高性能混凝土及混凝土发展动态。课程遵循OBE理念，针对专业的培养目标和毕业要求，制定课程培养目标，旨在培养学生自主学习意识、团队合作能力、科研创新能力和解决实际工程问题的高级思维，帮助学生树立终身学习意识和科技强国的远大理想，培养严谨求实、敢于创新的科学精神。通过本课程的学习，使学生掌握混凝土的原材料、配合比设计、结构、性能等方面的知识，以及各种工艺参数与结构和性能之间的关系。使学生能够根据实际工程对混凝土的性能要求，正确地选用原材料，合理地设计配合比，制成经济、适用、耐久的混凝土。为学生今后从事混凝土科学研究和混凝土工程应用打下坚实的理论基础。

一、教学设计

（一）本讲的课程思政教学目标

激发学生的爱国情怀和投身国家建设的使命感，培养学生的不畏艰难、刻苦钻研、勇于创新的精神和爱国奉献的爱国主义情怀。

（二）案例如何体现课程思政教学目标

建设港珠澳大桥是中国中央政府支持香港、澳门和珠三角地区城市快速发展的一项重大举措，是“一国两制”下粤港澳密切合作的重大成果。港珠澳大桥沉管隧道及其技术是整个工程的核心，既减少大桥和人工岛的长度，降低建筑阻水率，从而保持航道畅通，又避免与附近航线产生冲突。

港珠澳大桥建设初期，我国的沉管隧道技术几乎还是空白，在国际上，荷兰有着先进的沉管隧道建设技术。当初打算让荷兰提供隧道的技术输出，可是他们漫天开价，远远超出了当时的预算。我国技术人员经过刻苦钻研，克服了这道难题，建成了举世瞩目的港珠澳大桥。

通过这个案例，让学生认识到专业的重要性及技术创新的重要性，激发学生的自主学习动力和克服学业困难的毅力，并以此来激励学生勤奋踏实地学习，培养爱岗敬业的精神；激励学生们的科研兴趣，培养团队协作精神、敢于担当和勇于创新的精神；提升学生从事混凝土行业的优越感和自豪感，坚定学生对专业的认同感，唤起学生的爱国情怀和投身国家建设的使命感，培养学生的爱国主义情怀。

二、课程思政案例内容

（一） 案例的引出（20分钟）
课堂活动：今天讲第七章第4部分第七章  新拌及早期混凝土的性能    四、混凝土强度增长与温度的影响

1、养护温度的影响

水泥水化反应的速率受温度影响显著，当温度升高时，水化速率加快。右图表示不同养护期温度混凝土各龄期的强度发展与23℃时发展的相对值。它表明：

1)早期(1d龄期)的强度发展随养护温度升高而提高。

2)养护温度低的混凝土后期强度相对较高。与水泥的水化相联系：温度高时C-S-H凝胶生成快但密实性差，层间结合力较薄弱。最佳温度，即养护温度为13℃的1年龄期强度最高。

3)混凝土在负温下仍然能水化，到-10℃才中止，但前提是大部分水已经参与水化后才暴露到这样的低温下，否则体内自由水结冰膨胀，会破坏尚薄弱的混凝土。水化程度至少相当于产生3.5MPa强度，才足以抵挡膨胀性的破坏作用。

2、水化热的影响

水泥的水化是放热反应，进行的速率和程度与温度密切相关。水化反应的环境存在两种极端的条件：等温条件（即放出的热量迅速散失，保持温度一定）；绝热条件（隔热良好，保持热量完全不散失）。在绝热条件下，水化放热的结果使水泥浆、砂浆或混凝土的温度升高，反过来加速水化，导致放热速率进一步加快，从而温度显著地升高。右图表明：由于骨料不仅不放热而且能抑制放热，所以混凝土要显著低于硬化水泥浆体的温升。每立方米混凝土中，平均l00kg水泥的水化使温度升高约13℃。

混凝土浇筑后，放出的热量要直接或通过模板间接散发，因此既不是绝热条件，也不是等温条件，而是在二者之间。因此混凝土在浇筑后早期升温，随后逐渐冷却到与环境温度相同。不同厚度混凝土芯部的温度随时间的变化如图所示，它表明：厚度在1.5～2m以上的混凝土浇灌后，其芯部在浇筑后开始几天里近似绝热状态，这对性能产生重要影响：

到达温峰后下降时产生温度收缩，收缩受约束产生的拉应力可能导致开裂。

约束来自周围，例如配筋（钢筋混凝土）、基础下面的土壤或结构表层的混凝土（它向外散失大部分热量，不会达到同样的温峰），约束大小因具体条件而异。

水化热引起的温升对大体积混凝土的性能有重大的影响，如大型桥梁、大坝、超高层建筑的基础筏板等。

让我们来看一下目前世界上最长的桥—港珠澳大桥建设中，为了防止温升过高，在混凝土生产时采取的措施。

首先给同学们介绍一个在大桥建设过程中突破国外技术封锁，顺利完成大桥建设的事例。

3、温度匹配养护

该方法是将试件置于与结构物混凝土温度变化过程相同的条件下养护，依据其强度试验结果来确定温度历程的影响、适宜的拆模时间等，近年来正日益受到广泛的重视，已在国内外许多工程施工中应用。但对于重要的大型工程，还需要通过混凝土正式浇注前的试浇筑，来确定可能达到的温峰与温度梯度，以及它们对施工操作性能和设计要求的各种长期性能的影响。这是因为任何一种拌合物，在一定的养护条件下会呈现出其独有的温度发展历程。

（二）案例内容（15分钟）1.案例形式：

港珠澳大桥图片+讲授

2.展示港珠澳大桥的典型照片，并做简要介绍

建设港珠澳大桥是中国中央政府支持香港、澳门和珠三角地区城市快速发展的一项重大举措，是“一国两制”下粤港澳密切合作的重大成果。

港珠澳大桥工程规模大、工期短，技术新、经验少，工序多、专业广，要求高、难点多，为全球已建最长跨海大桥，在道路设计、使用年限以及防撞防震、抗洪抗风等方面均有超高标准。

港珠澳大桥全长55千米，其中珠澳口岸至香港口岸41.6千米，跨海路段全长35.578千米；三地共建主体工程29.6千米，包括6.7千米海底隧道和22.9千米桥梁；桥墩224座，桥塔7座；桥梁宽度33.1米，隧道宽度28.5米，净高5.1米；桥面最大纵坡3%，桥面横坡2.5%内、隧道路面横坡1.5%内；桥面按双向六车道高速公路标准建设，设计速度100千米/小时，全线桥涵设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，桥面总铺装面积70万平方米；通航桥隧满足近期10万吨、远期30万吨油轮通行；大桥设计使用寿命120年，可抵御8级地震、16级台风、30万吨撞击以及珠江口300年一遇的洪潮。

港珠澳大桥建设初期，我国的沉管隧道技术几乎还是空白，在国际上，荷兰有着先进的沉管隧道建设技术。当初打算让荷兰提供隧道的技术输出，可是他们漫天开价，索要的咨询费高达1.5亿欧元，折合人民币15亿元，这个费用很高，远远超出预算。有关部门在与荷兰公司谈判时，表明了底线，最多只能给3亿人民币，可荷兰公司以嘲讽的口吻说：我给你们唱首歌，唱首祈祷歌！想想这个场面，这是对中国技术人员的侮辱，是对国家的侮辱！

鉴于此，我国技术人员狠下决心，要靠自力更生，自行研究这项技术。我国技术人员不畏艰辛、不畏技术封锁，日夜奋战，经过刻苦钻研，终于攻破了沉管隧道的技术难关，大桥得以完工。这是凭借我们自己的技术设计修建完成的跨海大桥，让国人无比振奋。只有国家强大了，才有建设大工程的能力，只有掌握了顶尖技术，才有说话的底气。

中共中央总书记、国家主席习近平考察港珠澳大桥时，对大桥建设给予了高度评价：港珠澳大桥是国家工程、国之重器，其建设创下多项世界之最，非常了不起，体现了一个国家逢山开路、遇水架桥的奋斗精神，体现了我国综合国力、自主创新能力，体现了勇创世界一流的民族志气。这是一座圆梦桥、同心桥、自信桥、复兴桥。大桥建成通车，进一步坚定了我们对中国特色社会主义的道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，充分说明社会主义是干出来的，新时代也是干出来的！

三、分析讲解

（一）重点分析：案例与本讲内容的关联度

本讲课的内容是混凝土的强度增长及其温度的影响，知识性的教学目标是让学生掌握混凝土强度的增长规律及外部环境温度和内部温度对强度增长的影响，尤其是针对大体积混凝土。港珠澳大桥的桥墩、沉管等部位或构件都体积庞大，在生产过程中都要按照大体积混凝土对待。课程思政的内容以港珠澳大桥建设为例，与本讲课的讲授内容密切相关，高度融合，顺理成章地就引出了课程思政的内容。

课程思政案例同时也是该课程专业知识的典型案例，专业知识和价值分析同步同向同过程完成。案例最后进行的总结和升华，也同时提升了本讲课专业知识的站位和理论层次。二者在教学内容和教学目标上彼此契合，共同促进。

（二）如何达成课程思政预期目标：采取适宜教学方法和教学模式

1.首先讲授专业知识，讲到某个知识点时，导入课程思政所用案例，并以此为例使学生加深对专业知识的认识，并引出港珠澳大桥建设的关键核心技术，使案例与讲授内容浑然一体，不露痕迹的将学生带入到了课程思政的案例当中，为后面课程思政的开展做好思想准备。

2.向学生展示港珠澳大桥的代表性的、具有震撼力的照片，包括建设规划、建设中使用的大型构件、建成后的辉煌景色，并进行简单介绍，逐渐将学生带入到对大桥的憧憬之中，使产生对中国工程建设者的崇敬，并为国家的快速发展而自豪。同时，说明这样的建设成就来之不易，某些技术还受到了国外的封锁，介绍我国技术人员如何突破封锁，为国家交上一份满意的答卷。

照片有助于提升学生的学习兴趣，强化学生对专业知识的直观认知，更好的理解和掌握专业知识，使学生认识到专业知识在国家建设中的作用，从而激发学生的学习热情和学习动力，以及为国家建设做贡献的期待和愿望。

3.使用讲授法，通过对思政案例的应用，展示出我国工程技术人员的责任担当、勤劳勇敢和为国奉献的精神，同时引用习总书记对港珠澳大桥建设的高度评价，习总书记还接见了港珠澳大桥岛隧项目工程沉管预制厂试验室主任张宝兰，这是混凝土工作者的莫大荣幸，更能使学生牢固树立起爱岗敬业、敢于担当、崇尚科学、勇于创新、积极向上、爱国奉献的正确世界观、人生观和价值观。

四、教学设计

五、教学视频

感谢材料科学与工程学院

封孝信教授供稿

教师教学发展中心

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