“碳中和”背景下“無機化學”課程設置的策略分析

荊海龍

（陽泉師范高等?？茖W校，山西 陽泉 045000）

2020年9月22日，習近平總書記提出“實現(xiàn)碳中和”重大戰(zhàn)略決策，希望我國能在2060年前實現(xiàn)“碳中和”，發(fā)揮中國在應對全球氣候變暖問題中的大國作用。在此背景下，各行業(yè)面臨改革轉型的挑戰(zhàn)與機遇，一切工作都離不開“碳中和”相關專業(yè)人才的支持。2021年7月，教育部印發(fā)了《高等學校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》，促使各大高校、核心企業(yè)以及相關科研機構參與人才培養(yǎng)，通過社會各行業(yè)、多領域的共同協(xié)作，全面加強“碳中和”領域急需的專業(yè)型人才培養(yǎng)?！盁o機化學”作為化工、農(nóng)學、醫(yī)學、環(huán)境、食品、制藥等專業(yè)的必修課程，對“碳中和”背景下不同專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要作用，如何將“碳中和”理念融入“無機化學”課程培養(yǎng)體系，對“無機化學”課程進行科學合理的設置值得深入探討。

1 “碳中和”研究概述

1.1 “碳中和”的定義

“碳中和”是指在一定時間內(nèi)，由國家、企業(yè)、團體、產(chǎn)品等直接或間接產(chǎn)生的碳排放總量與植物的碳吸收及其他節(jié)能減排等形式形成正負抵消的平穩(wěn)階段，達到的一種相對“零排放”狀態(tài)。從“碳中和”的定義不難看出，要想實現(xiàn)“碳中和”這一重大目標，主要通過植樹造林吸收形成的碳，或者通過節(jié)能減排降低碳排放量。研究表明，節(jié)能提效是碳減排最重要的手段，其次是降低排放強度、增加低碳能源、減少高碳能源、植樹造林等途徑，簡單的能源中和并不等同于真正的“碳中和”。

1.2 “碳中和”戰(zhàn)略進展

“碳中和”議題不僅關系到溫室氣體排放以及全球氣候變化問題，更緊密關系到世界的糧食安全、衛(wèi)生健康及經(jīng)濟發(fā)展等問題，成為制約全球綠色可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。中國需要在提高本國綠色經(jīng)濟發(fā)展水平的基礎上，進一步從全人類利益的國際角度考慮“碳中和”的歷史意義?！疤贾泻汀边@一重大決策提出以來，各項工作有序開展，科技部指出：“碳中和”的工作任務很重，還需要很長時間的努力，要把實施科技支撐“碳中和”行動及加快推動綠色低碳轉型工作作為2022年的十大重點工作之一。中科院的行動計劃明確了近期、中期、遠期3個階段的發(fā)展目標，到2025年要突破若干支撐“碳達峰”的關鍵技術，促進經(jīng)濟社會低碳綠色轉型，探索支撐“碳中和”目標的顛覆性、變革性技術；明確碳匯機理，形成碳源匯監(jiān)測、核算的科學方案，為國家相關決策提供科學依據(jù)；突破化石能源、可再生能源、核能、碳匯等關鍵技術；推進重點行業(yè)低碳技術綜合示范，支撐產(chǎn)業(yè)綠色轉型發(fā)展。科技創(chuàng)新是實現(xiàn)“碳中和”的關鍵支撐，根據(jù)“十四五”規(guī)劃，全國多地提出力爭率先，不斷加強綠色低碳技術攻關，開展“雙碳”科技創(chuàng)新專項，加強綠色低碳技術相應的推廣工作。

2 “無機化學”課程內(nèi)容介紹

“無機化學”是生物工程、食品工程、化學工程、環(huán)境工程、醫(yī)學、農(nóng)學、制藥等專業(yè)的必修專業(yè)基礎課，該課程比較全面地介紹了化學學科的面貌、化學學科的各個分支、化學的基本原理、元素化學的基本知識與理論、現(xiàn)代化學研究的熱門領域等[1]。無機化學作為化學中最早期的分支學科之一，是一門研究無機物質的組成特點、化學性質、化學結構和反應的科學，無機物質包含所有化學元素及其組成的化合物，是對除碳氫化合物及其衍生物以外所有元素及其化合物的性質和反應進行實驗研究和理論解釋的科學。課程具體分為理論課和實驗課兩大類，強調(diào)通過課程學習增強學生的學習興趣，幫助他們選擇專業(yè)方向，將知識的獲得、實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)緊密結合，對提高學生的綜合素養(yǎng)具有重要作用。

無機化學相關前沿知識不斷變化，在“碳中和”目標的指引下，教師要在深入掌握教材的基礎上密切關注相關前沿知識，通過教學過程引導學生從化學的角度認識“碳中和”這一熱點問題，并從“無機化學”課程學習中不斷提升自身“碳中和”相關化學知識的儲備量，為實現(xiàn)“碳中和”作出“無機化學”課程應有的貢獻。

3 “碳中和”背景下“無機化學”課程設置策略

3.1 根據(jù)行業(yè)需求，融入思政元素，增強“碳中和”責任擔當

“碳中和”與社會各行各業(yè)的發(fā)展息息相關，每個人、每個家庭、每個行業(yè)都是碳排放的來源，同時也是碳減排的推動力量。教師應該以“碳中和”涉及的專業(yè)領域為出發(fā)點，對以“無機化學”為基礎性課程的專業(yè)進行合理的課程安排，將相關知識融入課程體系，讓無機化學知識體系服務于“碳中和”的實現(xiàn)過程。在“無機化學”教學過程中，教師要恰當融入思政元素，充分認識到無機化學知識在應用過程中的“雙刃劍”特點，倡導低碳環(huán)保、節(jié)能減排的生活方式與工作方式，讓當代學生深刻認識到“碳中和”的重要意義，勇于擔當，肩負使命，為實現(xiàn)“碳中和”作出貢獻。

3.2 優(yōu)化教材內(nèi)容，合理區(qū)分重難點，夯實“碳中和”基礎

“無機化學”課程建設的核心在于幫助學生培養(yǎng)化學平衡思想、掌握化學反應速率的影響因素、了解基本的物質結構、熟悉元素周期定律相關知識和概念、熟練運用化學熱力學知識定理等，使學生能通過化合物的結構、性質以及相關規(guī)律解釋化學現(xiàn)象，形成良好的化學學科思維能力，增強化學學科素養(yǎng)以及應對各種化學難題的能力，并為學生日后從事科研探究學習奠定良好的基礎，使其樹立正確的三觀，懂得使用辯證唯物觀客觀理性地看待各種現(xiàn)象和問題。

“無機化學”涵蓋的知識內(nèi)容較為廣泛，主要有化學基礎理論、原子分子結構和元素化合物3個部分，分別對無機物質的組成、性質、結構和反應進行了詳細介紹[2]?；诳茖W性、先進性和系統(tǒng)性三大原則，“無機化學”課程的教師應基于學校學科建設實情合理選擇教材，并根據(jù)各專業(yè)核心能力培養(yǎng)的需求對“無機化學”課程內(nèi)容進行優(yōu)化與重組，合理劃分教材的重難點，并對核心重點知識進行詳細教學，縮短“中學化學”以及“分析化學”部分的教學時間，要求學生自主學習主族元素及其化合物等高中階段已掌握的知識內(nèi)容。教師還要通過講授化合物的反應規(guī)律、反應動力學、反應熱力學、化學熱力學、化學平衡、氧化還原、原子結構、大氣和水等與“碳中和”密切相關的知識點，加強學生對“碳中和”相關理論知識的了解，同時拓寬學生的視野，開展社會責任意識、綠色節(jié)能意識、環(huán)保意識的滲透性教育，提高學生對“碳中和”變革的適應能力。此外，教師要以教學大綱為方向標，在參考書《無機化學習題與自測題》的輔助下，結合課堂教學的主題內(nèi)容和學生知識練習訴求，選擇合適的自測題，使學生通過自測題及時深化對相關知識的理解。需要注意的是，教師應掌握自測題的特性，結合學生的章節(jié)知識學情進行靈活投放。

3.3 構建教學情境，講練結合，聚焦特色“碳中和”技術

在“無機化學”教學過程中，教師須做好課前教學備課，明確教學方向，再根據(jù)教學方向構建學生感興趣的教學情境，使新舊知識交替，循序漸進，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生逐步深入學習，幫助學生更好地接受和掌握新的知識。需要注意的是，在理論推導和計算環(huán)節(jié)，教師應盡量避免采用形式單一且缺乏互動性的教學模式，提升學生的參與體驗感，強化學生的計算演練以及定理推導能力。教師應為學生創(chuàng)造更多的計算機會，讓學生多次演練計算，增強學生的實踐能力和探究學習能力[3]。實現(xiàn)“碳中和”目標需要多學科知識與能力的共同支撐，在“無機化學”課程中，低碳技術、零碳技術、負碳技術及儲能技術等內(nèi)容與“碳中和”密切相關。除了學習相關技術，教師還可以進行相關專業(yè)知識的拓展，聚焦特色“碳中和”技術，從無機化學知識體系的角度出發(fā)，針對“碳中和”實現(xiàn)過程中存在的問題提出可行的解決方法，建立相對完整的模塊體系，加強“無機化學”課程內(nèi)容和“碳中和”技術的聯(lián)系，為學生后續(xù)參加“碳中和”相關工作提供知識支撐。此外，在設計教學情境時，教師還要充分發(fā)揮多媒體教學的作用，利用計算機進行輔助教學，將傳統(tǒng)手段與先進技術有機結合，使教學內(nèi)容形象化，使微觀轉為宏觀，將知識動態(tài)化，變抽象為直觀，實現(xiàn)課程的優(yōu)化。例如在教授“原子結構”時，多媒體的加入能讓學生更容易理解抽象的知識。理論課實施參與式、啟發(fā)式教學，組織學生討論，教師解答疑難問題，能將原本枯燥無味的化學知識變得有生命、有活力。

3.4 理論聯(lián)系實際，構建實踐課程體系，形成“碳中和”實踐能力

化學教學生活化是豐富化學學科教學內(nèi)涵、提高化學教學廣度的最佳舉措，更是培養(yǎng)學生學習興趣的重要途徑[4]，因此，教師應在教學過程中聯(lián)系生活生產(chǎn)實際。以“氧化還原的平衡”相關知識內(nèi)容為例，教師可介紹一些電池知識，比如常用的手機電池，并講解電池的工作原理，使學生了解電池的優(yōu)缺點，同時認識到常規(guī)電池產(chǎn)業(yè)會持續(xù)性破壞環(huán)境，并強調(diào)當前較為熱門的新型環(huán)保電池，使學生產(chǎn)生學習興趣，將所學知識用于之后的具體實踐。合理構建“無機化學”實驗課程，并增加一定的課外實踐中，以“碳中和”對人才的需求為動力，從實踐教學的內(nèi)容與模式入手，在實驗課與課外實踐等方面構建立體多維的教學新體系，有助于培養(yǎng)學生的“碳中和”思維與實踐能力。此外，學校還要緊跟“碳中和”相關工程技術前沿知識，及時更新實踐課程體系所涵蓋的知識內(nèi)容，構建與“碳中和”相適應的實踐平臺；結合我國能源轉型現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，淘汰一些傳統(tǒng)的驗證性實驗課程，將“碳中和”前沿技術與實驗教學相融合，開發(fā)綜合能源實驗系統(tǒng)、火電機組碳捕集仿真實驗平臺等，與龍頭企業(yè)合作，發(fā)揮其榜樣示范作用，實施校企合作模式，為學生搭建實踐學習的良好平臺。

3.5 設置強化研究型課程，鼓勵學生自學，提升“碳中和”創(chuàng)新能力

為使化學教學手段多元化、豐富化，教師要靈活使用課堂教學手段。對于一些淺顯易懂的知識內(nèi)容，教師可鼓勵學生自主圍繞核心知識要點開展線下探究性學習，逐步提升學生的自主學習能力[5]。教師還可以依托釘釘、騰訊課堂等線上教學平臺，上傳核心知識要點以及課后練習自測題，倡導學生自主學習，并積極分享學習成果。教師之間也要共享優(yōu)質教學資源，互相了解學生的學習情況，以便第一時間掌握學生的學習動向，為后續(xù)自主學習活動的調(diào)整設計提供有利條件，既有助于實現(xiàn)學生自主學習能力的培養(yǎng)，又有助于實現(xiàn)課程專業(yè)內(nèi)容的有效延伸，幫助學生構建完整的化學知識體系。增設研究型課程，通過教師的引導培養(yǎng)學生自學能力和思考能力，圍繞學科發(fā)展前沿內(nèi)容，對“碳中和”相關課題等進行獨立的思考與研究，有助于提升學生的創(chuàng)新能力。研究型課程內(nèi)容應是開放的，可確保學生學習知識的過程足夠自由，而教師回歸教學輔導者角色，使學生得以圍繞“碳中和”技術的最新研究進展和發(fā)展趨勢開展探索學習活動，并應用互聯(lián)網(wǎng)上豐富的資料，實現(xiàn)“碳中和”背景下無機化學與多個學科的整合性教學模式，激發(fā)學生在“碳中和”領域深入探索與思考的活力，逐步培養(yǎng)學生查閱各種文獻資料的能力，綜合發(fā)展積極性、主動性、合作精神和創(chuàng)新能力等。此外，教師可將實驗素質養(yǎng)成作為課堂教學的方向標，要求學生自主測定實驗數(shù)據(jù)，細心觀察實驗現(xiàn)象，認真分析背后的原理等，逐步提升實驗能力。以“三氯化六氨合鈷的制備和組成測定”開放性實驗活動為例，教師應要求學生結合相關基礎知識概念，采取恰當?shù)膶嶒炋骄渴侄魏头椒?，自主收集實驗資料，并設計合理的實驗方案，準備實驗儀器，最后對實驗過程中得到的數(shù)據(jù)進行處理，與同學討論，全面提升“無機化學”實驗教學質量。

4 結語

為順應國際發(fā)展的大趨勢，滿足我國能源低碳轉型的重大發(fā)展需求，培養(yǎng)具有“碳中和”使命和社會責任感的接班人，“無機化學”課程設置應立足課堂教學的育人功能，將知識的學習、能力的培養(yǎng)、實踐能力、創(chuàng)新能力緊密結合，不斷增加學生“碳中和”相關化學知識的儲備量，為“碳中和”作出“無機化學”課程體系應有的貢獻。