“雙碳”背景下綠色化學(xué)教學(xué)改革探索

別福升 , 曹 晗 , 叢興順 , 朱東建 , 閆 鵬*

(1.棗莊學(xué)院 魯南煤化工工程技術(shù)研究院 , 山東 棗莊 277160 ; 2.賀州學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院 , 廣西 賀州 542899)

“雙碳”目標(biāo)是全世界解決地球氣候惡劣變化的可持續(xù)發(fā)展所形成的共識策略,關(guān)系人類命運(yùn)共同體的構(gòu)建和中華民族的可持續(xù)發(fā)展,同時(shí)預(yù)示全社會各方面即將到來的一場廣泛而深刻的系統(tǒng)性變革。在此“雙碳”目標(biāo)背景下,高等學(xué)校教學(xué)應(yīng)盡快圍繞“雙碳”目標(biāo)進(jìn)行針對性的課程改革,高校人才培養(yǎng)主動將“雙碳”目標(biāo)的理念與實(shí)踐融入課程教學(xué)全過程當(dāng)中,更新課程教學(xué)內(nèi)容,構(gòu)建完善系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展人才培養(yǎng)體系。

綠色化學(xué)是高校為化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)開設(shè)的一門重要的學(xué)科前沿專業(yè)選修課,是從生產(chǎn)源頭上、合成工藝設(shè)計(jì)上杜絕污染物排放而衍生出的學(xué)科,是人類與環(huán)境和諧發(fā)展的更高層次的化學(xué),作為新興交叉學(xué)科,表現(xiàn)出明確的社會需求和科學(xué)目標(biāo)。本文根據(jù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)講授該課程多年教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上,結(jié)合“雙碳”背景,對綠色化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式改革進(jìn)行了一定的思考和探索,探索學(xué)生應(yīng)用綠色化學(xué)原理和知識提高科研和生產(chǎn)設(shè)計(jì)水平能力的人才培養(yǎng)模式,是實(shí)現(xiàn)高校教育立德樹人根本任務(wù)的重要環(huán)節(jié)。

1 綠色化學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

綠色化學(xué)作為專業(yè)方向選修課程,該課程設(shè)置在第五學(xué)期,設(shè)計(jì)32學(xué)時(shí),計(jì)2學(xué)分。該課程需要學(xué)生對無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)課程理論知識有較全面的掌握和理解。同時(shí)作為前沿科學(xué),知識內(nèi)容更新較快,概念及原理性的文字內(nèi)容較多,導(dǎo)致學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)熱情難以提高,并且對于原理及概念的理解和記憶浮于形式。形成此狀況的主要原因有:①學(xué)生對于基礎(chǔ)化學(xué)課程理論知識掌握的程度參差不齊;②所講授課本內(nèi)容以經(jīng)典案例為主,更新較慢,難以緊跟學(xué)科技術(shù)前沿的快速發(fā)展;③教學(xué)形式單一,以課本內(nèi)容為主,學(xué)生無法積極主動理解知識,難以提高學(xué)習(xí)興趣及參與程度;④學(xué)習(xí)過程中慣于理論知識的應(yīng)試學(xué)習(xí),缺少將理論應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和實(shí)踐機(jī)會?！半p碳”目標(biāo)內(nèi)容涉及學(xué)術(shù)前沿,涵蓋多學(xué)科多種技術(shù)理論創(chuàng)新。如何將課程內(nèi)容與“雙碳”目標(biāo)有機(jī)融合,通過多元化教學(xué)方法改革提高學(xué)生的興趣及參與度,從而提升學(xué)生應(yīng)用綠色化學(xué)原理和方法進(jìn)行科技創(chuàng)新的能力,提高學(xué)校復(fù)合型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的水平,是“雙碳”背景下進(jìn)行本課程教學(xué)改革需要解決的主要問題。

2 課程教學(xué)改革的思考與實(shí)踐

綠色化學(xué)與化學(xué)前沿水平的不斷發(fā)展緊密聯(lián)系,我國提出“雙碳”目標(biāo)的內(nèi)容高度符合綠色化學(xué)的理論和要求。一方面,綠色化學(xué)理論提供實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的理論源泉和智力支持;另一方面,“雙碳”目標(biāo)內(nèi)容是綠色化學(xué)在化學(xué)工業(yè)發(fā)展和應(yīng)用中更高層次的要求。根據(jù)課程目前存在的主要問題,結(jié)合“雙碳”背景和目標(biāo),加入“雙碳”背景的適時(shí)知識內(nèi)容,改善教學(xué)內(nèi)容學(xué)科前沿涉及不足、教學(xué)方式單一等問題。

2.1 緊密聯(lián)系“雙碳”背景與綠色化學(xué)工業(yè)發(fā)展前沿,進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

對于化學(xué)工業(yè)來說,結(jié)合我國化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,能夠助推“雙碳目標(biāo)”實(shí)現(xiàn)的方式包括:使用諸如綠電、綠氫等低碳清潔能源,探索碳捕集與封存和碳資源化利用的高效方法等。但是化學(xué)工業(yè)所需能源依然重度依賴化石燃料,其燃燒造成大量二氧化碳排放,是大氣環(huán)境中比例最大的行業(yè)[2]。通過綠色化學(xué)方法的實(shí)施可以很大程度上助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

以此為結(jié)合點(diǎn)優(yōu)化課程內(nèi)容,開拓學(xué)科前沿視野,廣泛采集與課程相應(yīng)教學(xué)板塊密切聯(lián)系的熱點(diǎn)、難點(diǎn)和重點(diǎn)問題,適時(shí)向?qū)W生跟進(jìn)介紹二氧化碳捕集及資源化利用的綠色化學(xué)技術(shù),帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行最新技術(shù)文獻(xiàn)的查找閱讀,深入介紹和討論我國目前具有自主知識產(chǎn)權(quán)的各種先進(jìn)技術(shù)方法等。例如,碳捕集技術(shù)領(lǐng)域中現(xiàn)有捕集技術(shù)有低溫甲醇的物理吸附法、堿性吸收劑的化學(xué)吸附法、基于吸附材料的變壓吸附法和多級膜分離法等。可因地制宜選擇不同應(yīng)用場景,通過優(yōu)化關(guān)鍵工藝極大降低捕集成本,為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。我國科技工作者在利用二氧化碳領(lǐng)域涌現(xiàn)了許多優(yōu)異的案例。聯(lián)系“雙碳”背景的優(yōu)異案例叢出不窮,使學(xué)生開拓了最前沿的綠色化學(xué)化工知識和技術(shù)的眼界,引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐將已掌握的理論知識分析問題并進(jìn)一步解決問題方法,切實(shí)激發(fā)學(xué)生對于本課程、本學(xué)科學(xué)習(xí)的熱情和學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生切身體會到當(dāng)下提出“雙碳”目標(biāo)是我國主動承擔(dān)責(zé)任的大國擔(dān)當(dāng),體會到化學(xué)專業(yè)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)極其重要的專業(yè)之一,讓學(xué)生充滿職業(yè)認(rèn)同感和責(zé)任感。

2.2 采用混合式線上線下教學(xué)方法,立體化構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)維度

綠色化學(xué)課程的課堂教學(xué)中,往往單一講授課本知識,教學(xué)方式單一,并且授課內(nèi)容往往較多。通過采用混合教學(xué)方式進(jìn)行授課探索和實(shí)踐。所謂混合式教學(xué)方式是融合線上線下的多維度教學(xué)方式進(jìn)行授課,主要設(shè)置教師為主的教學(xué)課堂和學(xué)生為主的實(shí)踐課堂。

教師為主教學(xué)課堂是遵照教學(xué)大綱設(shè)計(jì)和要求以及教學(xué)安排時(shí)間表進(jìn)行,注重課堂上講授課本理論知識內(nèi)容。例如綠色化學(xué)的十二條基本原則等基礎(chǔ)理論知識,結(jié)合并靈活使用雨課堂、騰訊會議等各類網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,講解和討論重點(diǎn)專題,分析和剖析諸如節(jié)能減排、“雙碳”目標(biāo)等與綠色化學(xué)教學(xué)內(nèi)容密切聯(lián)系的國家戰(zhàn)略或典型案例。學(xué)生為主的實(shí)踐課堂是整合并合理安排學(xué)生的課余時(shí)間而設(shè)置的,將學(xué)生的零散時(shí)間以課題等的方式融合起來,通過小組合作分工的方式,查閱并整理資料完成相應(yīng)的作業(yè)。針對實(shí)際實(shí)驗(yàn)中遇到的問題,進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研、講述可行性并進(jìn)一步證實(shí)內(nèi)容,并在課堂上展示自己的成果,形成教師引導(dǎo),學(xué)生主動實(shí)踐的方式。實(shí)踐課題結(jié)束后,教師聯(lián)合其他小組共同進(jìn)行多角度評分,作為學(xué)生平時(shí)成績的重要組成部分。實(shí)施實(shí)踐課題促進(jìn)小組內(nèi)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作,鍛煉學(xué)生的思維縝密性和語言表達(dá)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪芰?。同時(shí)根據(jù)學(xué)生利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)的綠色化學(xué)改進(jìn)方法,申請大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃,參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽等。以立體化構(gòu)建多維度的教學(xué)實(shí)踐方式,不僅一定程度上改善課堂教學(xué)方法單一的不足,又能夠激發(fā)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的積極性,鍛煉將理論知識聯(lián)系并運(yùn)用到實(shí)踐中的能力,提高綠色化學(xué)的認(rèn)識和理解水平,從而完成學(xué)以致用的教學(xué)目的。

2.3 授課過程適時(shí)結(jié)合課程思政,有機(jī)融合專業(yè)知識和全程育人理念

專業(yè)知識講授和道德品德培育是相互促進(jìn)共同發(fā)展的。作為大學(xué)教師,在教學(xué)實(shí)踐中將兩方面有機(jī)結(jié)合,充分發(fā)掘課程思政元素,在課堂教學(xué)和實(shí)踐中強(qiáng)化學(xué)生求真務(wù)實(shí)、開拓進(jìn)取的科學(xué)素養(yǎng)。將社會主義核心價(jià)值觀貫穿本課程教學(xué)的整個(gè)過程中,從而促使學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀,形成綠色可持續(xù)的發(fā)展觀,培養(yǎng)具有中國特色社會主義的愛國、敬業(yè)、專業(yè)素養(yǎng)高的復(fù)合型人才。

貼合教學(xué)內(nèi)容,收集整理合適的人物事跡紀(jì)錄片、視頻、事件故事等資料,在教學(xué)內(nèi)容中適時(shí)引入,有機(jī)結(jié)合專業(yè)知識教學(xué)和課程育人。既可以引用經(jīng)典的化學(xué)事故案例引導(dǎo)學(xué)生深刻體會一些失誤的小問題給人類帶來的痛苦和災(zāi)難,也要引用積極的化學(xué)進(jìn)步給人類生活帶來的巨大改善。例如在綠色原料這一章時(shí),結(jié)合“雙碳”背景,我們介紹2021年中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所創(chuàng)造性地在實(shí)驗(yàn)室中利用二氧化碳作為原料人工合成淀粉技術(shù)突破。該創(chuàng)新技術(shù)將整個(gè)反應(yīng)步驟縮短為11步,相比于天然農(nóng)作物的理論能量轉(zhuǎn)化效率提高了3.5倍。若該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,不僅能早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)及改善全球變暖的問題,還可以一定程度上緩解能源資源問題,為我國的糧食安全提供重要保障[3]。探索綠色生態(tài)的農(nóng)業(yè)模式,端牢“中國飯碗”,我國的糧食安全仍然存在嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。加強(qiáng)學(xué)生對國家安全觀的教育,培養(yǎng)為國家和人民負(fù)責(zé)的民族責(zé)任感。同時(shí),我們也要讓學(xué)生清晰地認(rèn)識到,目前我國仍是發(fā)展中國家,工業(yè)化進(jìn)程仍逐步推進(jìn),要克服諸多困難,實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)必然要發(fā)展和實(shí)施綠色化學(xué)技術(shù)。作為化學(xué)化工專業(yè)的學(xué)生,不僅要擁有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ),且要樹立可持續(xù)的綠色生態(tài)價(jià)值觀,努力蛻變?yōu)椤坝欣硐?、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)”的專精特新綠色化學(xué)人才。

3 結(jié)語

綠色化學(xué)作為一門重要的專業(yè)選修課程,能夠深刻影響學(xué)生未來學(xué)習(xí)深造和工作的方式方法。在課程講授過程中,按照國家戰(zhàn)略及發(fā)展規(guī)劃,適時(shí)更新學(xué)科前沿知識。結(jié)合課程思政,通過開設(shè)教學(xué)課題和實(shí)踐課堂以及線上線下混合教學(xué)的方式,完美解決了授課內(nèi)容與課時(shí)數(shù)少的矛盾,帶動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,實(shí)現(xiàn)了講授專業(yè)知識與學(xué)生學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)。

本次“雙碳”背景下的教學(xué)改革探索,對相關(guān)專業(yè)選修課程的教學(xué)改革具有一定的示范意義,通過多維度混合式教學(xué)模式的探索,有利于形成與時(shí)俱進(jìn)的知識體系,讓學(xué)生了解學(xué)科前沿,掌握科學(xué)方法,使學(xué)生更好地適應(yīng)科技工業(yè)快速發(fā)展的需求,為未來高端化工產(chǎn)業(yè)人才提供有效的支持。