“雙碳”背景下《聚合物原料與助劑》課程教學(xué)改革探索

劉 珊，王潤璽，劉玉飛

(1.貴州理工學(xué)院 材料與能源工程學(xué)院，貴陽 550003；2.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴陽 550025)

0 前言

人類文明的進步和生產(chǎn)力的提高與能源消耗、碳排放息息相關(guān)。碳排放造成的溫室效應(yīng)對全球生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為了將大氣中CO2量保持在氣候系統(tǒng)免受人為干擾的濃度上，世界各國聯(lián)合協(xié)商制定了《巴黎氣候協(xié)定》。該協(xié)定把“全球平均氣溫升高幅度需控制在2 ℃以內(nèi)”作為目標(biāo)。為了實現(xiàn)該目標(biāo)，需要全球的碳排放在2070年達到碳中和，否則全球生態(tài)系統(tǒng)將受到不可逆轉(zhuǎn)的嚴(yán)重影響[1]。2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上發(fā)言：“中國CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”[2]。碳達峰、碳中和(簡稱“雙碳”)戰(zhàn)略是我國應(yīng)對全球氣候變化的莊嚴(yán)承諾。實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)對我國來說既是挑戰(zhàn)也是機遇，依賴于公民環(huán)保意識的增強、各行各業(yè)的節(jié)能減排、新能源和新材料的研發(fā)，以及政府出臺各種綠色技術(shù)創(chuàng)新補貼和碳稅等措施[3]。實現(xiàn)“雙碳”，需要對現(xiàn)行社會的能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟體系進行一場全面深刻的變革，是未來幾十年內(nèi)我國社會可持續(xù)發(fā)展的主基調(diào)之一。

筆者立足于《聚合物原料與助劑》課程的教學(xué)實際情況，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生踐行“雙碳”戰(zhàn)略的大局意識，樹立綠色低碳生活理念，探索將“雙碳”概念融入《聚合物原料與助劑》課程的方法和途徑。

1 背景與意義

碳達峰是指CO2排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點，標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟發(fā)展實現(xiàn)脫鉤。碳中和是指人類生產(chǎn)生活中排放的CO2量與植被等吸收的CO2量相同，本質(zhì)上實現(xiàn)CO2凈零排放[4]。自然資源是高質(zhì)量發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和空間載體，要實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，除了必須鞏固自然生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力外，還需要促進全國能源體系清潔化。通過統(tǒng)籌規(guī)劃來調(diào)控能源消費規(guī)模、優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，以降低CO2總排放量[5]。歐美等發(fā)達國家的工業(yè)化起步早，從歷史累計數(shù)據(jù)來看，目前大部分的溫室氣體是西方發(fā)達國家在過去200年間排放的。歐盟和美國從碳達峰到碳中和分別有70年和43年的過渡期，習(xí)近平總書記提出我國的碳中和目標(biāo)為2060年，從碳達峰到碳中和只有30年過渡期[6]。目前中國處在經(jīng)濟高速發(fā)展時期，在此時實施“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)略，主動承擔(dān)碳減排國際義務(wù)，體現(xiàn)了中國在全球氣候治理上的大國擔(dān)當(dāng)。

2021年全國兩會中，碳達峰、碳中和被首次寫入政府工作報告。隨后，中共中央、國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，對“雙碳”目標(biāo)進行系統(tǒng)謀劃，明確了總體要求、目標(biāo)、重大舉措和發(fā)展路徑，做出了構(gòu)建“雙碳”的“1+N”政策體系，以及重點開展“碳達峰十大行動”等總體部署。2021年7月29日，教育部發(fā)布了《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》，要求高校充分發(fā)揮其基礎(chǔ)研究和科技創(chuàng)新主力軍作用，推進碳中和的示范性課程、專業(yè)、學(xué)院建設(shè)，發(fā)展一批國家級碳中和相關(guān)一流本科專業(yè)，開設(shè)“雙碳”相關(guān)通識課程，將“雙碳”概念融入工科教學(xué)中[7]。

筆者在《聚合物原料與助劑》課堂上對大學(xué)生進行“雙碳”目標(biāo)的指引。在授課過程中，不斷探索“雙碳”理念與《聚合物原料與助劑》課程的融合點。既給學(xué)生傳授了課程知識，又引導(dǎo)其將碳中和理念融入日常生活，強化綠色環(huán)保意識，提升大學(xué)生踐行低碳生活的能力。

2 課程教學(xué)概況

《聚合物原料與助劑》是材料學(xué)科人才培養(yǎng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，系統(tǒng)閘述了助劑的分類、組成、功能、機理、應(yīng)用、選擇原則等內(nèi)容，其目的是構(gòu)建具有最高綜合性能和最低成本、環(huán)境負(fù)擔(dān)的聚合物材料，是一門系統(tǒng)性綜合課程?！毒酆衔镌吓c助劑》課程培養(yǎng)學(xué)生對實際問題進行分析與解決的能力，為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計和后期社會實踐打下良好的基礎(chǔ)，也為畢業(yè)后從事聚合物產(chǎn)品的生產(chǎn)、開發(fā)和應(yīng)用奠定必要的理論基礎(chǔ)。

將“雙碳”概念融入《聚合物原料與助劑》課程具有可行性和優(yōu)勢。首先，聚合物產(chǎn)品包括塑料、橡膠和纖維及其復(fù)合材料等，應(yīng)用廣泛，授課老師可以將更貼近生活的低碳元素和理論挖掘出來，自然流暢地融入課堂教學(xué)之中，提高大學(xué)生對環(huán)境保護的認(rèn)同感和責(zé)任感，幫助其樹立綠色低碳的生活觀。其次，聚合物材料與科技前沿聯(lián)系緊密，其產(chǎn)品不斷更新，應(yīng)用范圍從日用品、化工、電子、領(lǐng)域擴大到交通工具、通信工具、醫(yī)療用品、航空航天等領(lǐng)域，覆蓋了人們生活中的方方面面。而“雙碳”戰(zhàn)略的順利實施，最終依賴于能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和生活方式的優(yōu)化。在《聚合物原料與助劑》課程中拓展“雙碳”知識，可以提高當(dāng)代大學(xué)生踐行低碳生活的能力和眼界，從專業(yè)知識的角度為可持續(xù)發(fā)展提供解決方案。

3 實施方案

3.1 教學(xué)改革研究路線

在教學(xué)過程中，需要先將“雙碳”概念、內(nèi)涵、國家策略融入教學(xué)大綱，并進行充分解讀，找到“雙碳”與課程的契合點，再將相關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識和經(jīng)典案例納入并整合到課堂教學(xué)中，通過多種形式傳遞給學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，同時使學(xué)生能夠?qū)W以致用，在今后的生活和工作中對節(jié)能減排、踐行綠色低碳起到模范帶頭作用。具體研究路線為：

(1) 構(gòu)建“雙碳”理念與材料科學(xué)與工程學(xué)科有機融合的課程體系。在教學(xué)大綱、教案、課件中明確加入“雙碳”內(nèi)容。結(jié)合課程特點，深挖課程蘊含的碳中和元素，建立其與各章節(jié)知識點間的邏輯關(guān)聯(lián)和融入方式，撰寫典型的“雙碳”案例教案，更新教學(xué)內(nèi)容。

(2) 拓展與“雙碳”直接相關(guān)的材料學(xué)知識的比重。講授聚合物碳材料的加工、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用、回收再利用之間的關(guān)系，使學(xué)生從機理層面上理解CO2捕獲的科學(xué)問題，提升其踐行“雙碳”目標(biāo)的能力。

(3) 提高教師對“雙碳”的認(rèn)知，以及從本課程知識中挖掘“雙碳”元素的能力。在教學(xué)過程中結(jié)合所講授聚合物材料的特征，解讀國家實施“雙碳”戰(zhàn)略的方針政策，使學(xué)生從思想上認(rèn)同“雙碳”戰(zhàn)略。

3.2 教學(xué)改革實踐

3.2.1 “雙碳”概念融入課程設(shè)計

建立適應(yīng)“雙碳”戰(zhàn)略需求的人才培養(yǎng)方案、課程大綱和教學(xué)方式。找到“雙碳”概念的科學(xué)內(nèi)涵與《聚合物原料與助劑》課程的契合點，講授的內(nèi)容既要結(jié)合中國的當(dāng)代背景，與實際問題相結(jié)合，合理有序地推廣“雙碳”理念，又要順應(yīng)國際發(fā)展趨勢和全球化局勢，聯(lián)系材料科學(xué)與工程學(xué)科的研究熱點，適度超前布局；同時要為該領(lǐng)域未來的發(fā)展、革新留有修正和改善的空間。找到貼合的教學(xué)案例，在講授環(huán)節(jié)中做到融會貫通，鼓勵學(xué)生用發(fā)展的眼光看待現(xiàn)有的能源和環(huán)境問題。

3.2.2 “雙碳”概念融入課堂講授

立足于《聚合物原料與助劑》課程的教學(xué)實際，圍繞“雙碳”這一主題，制定與之匹配的新教案、新課件和新案例，探索“雙碳”理念與《聚合物原料與助劑》課程的融合點。例如，在課程第一章《聚合物的熱穩(wěn)定劑》中，開篇引入《2030年前碳達峰行動方案》，對學(xué)生提出問題“隨著我國經(jīng)濟騰飛、工業(yè)高速發(fā)展，碳排放壓力劇增，習(xí)近平總書記提出的‘雙碳’目標(biāo)該如何實現(xiàn)？”從而引導(dǎo)學(xué)生進行思考，提高學(xué)生對該課程和節(jié)能減排的主觀能動性。從認(rèn)識了解碳排放的CO2和聚合物熱分解產(chǎn)物CO2著手，講述聚合物的熱分解過程和規(guī)律，并從減少CO2排放的角度，對熱穩(wěn)定劑進行分類，給學(xué)生灌輸綠色低碳理念。另外，從“雙碳”戰(zhàn)略的角度，講解當(dāng)聚合物熱分解失效后，聚合物材料的回收再利用，變廢為寶的可行性和必要性。例如，在課程第八章《聚合物的阻燃劑》中，分析聚合物的燃燒要素和燃燒機理，從聚合物燃燒時如何抑煙減毒，減少CO、CO2生成著手，講述聚合物的綠色環(huán)保阻燃劑的分類、應(yīng)用和機理，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識和踐行“雙碳”的能力。

在課后，設(shè)立與每個章節(jié)相關(guān)的碳排放問題的作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻，逐步培養(yǎng)學(xué)生將《聚合物原料與助劑》課程中的理論知識用于解決實際碳排放問題的能力。組織學(xué)生進行小組討論，并與全班同學(xué)一起梳理和匯總解決碳排放問題的途徑。授課老師對學(xué)生的討論成果進行分析和總結(jié)，加深學(xué)生對節(jié)能減排知識的把握，促使學(xué)生理解“雙碳”戰(zhàn)略的重要性和實施途徑。

3.2.3 “雙碳”概念融入課外實踐

組織學(xué)生進行課外實踐活動，調(diào)研高校碳排放情況。鼓勵學(xué)生從自身做起，尋找高校和宿舍中節(jié)能減排的方法，使其樹立節(jié)能減排意識。隨后，讓學(xué)生交流和分享“雙碳”的實踐成果，創(chuàng)造濃厚的綠色低碳的氛圍，為踐行低碳生活提供平臺。最后，對學(xué)生節(jié)能低碳成果進行匯總、評比、表彰和獎勵，引導(dǎo)其將“雙碳”理念融入日常生活，培養(yǎng)其主動降低碳排放的意識和能力。

4 結(jié)語

貫徹落實教育部《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》，將“雙碳”理念融入工科教學(xué)，普及和推廣“雙碳”相關(guān)知識，培養(yǎng)大學(xué)生的環(huán)保意識、大局意識、踐行“雙碳”戰(zhàn)略的能力和行為習(xí)慣刻不容緩。本教學(xué)改革著力于找到“雙碳”的科學(xué)內(nèi)涵與《聚合物原料與助劑》課程的契合點，總結(jié)“雙碳”融入《聚合物原料與助劑》課程的路徑和方法，提煉“雙碳”融入材料學(xué)專業(yè)課的通用方案，為其他工科課程提供參考。