以培養(yǎng)“雙碳”復(fù)合型人才為目標(biāo)的環(huán)境材料課程教學(xué)改革探索

李傳浩 周真宇

摘? 要：在碳達(dá)峰碳中和的重大戰(zhàn)略部署下，以環(huán)境工程專業(yè)學(xué)科特點為基礎(chǔ)，探索新型人才培養(yǎng)方式，是實現(xiàn)碳中和人才提質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵。該文重點闡述以培養(yǎng)高層次“雙碳”復(fù)合型人才為目標(biāo)，從樹立學(xué)生碳達(dá)峰碳中和意識出發(fā)，對環(huán)境材料課程教學(xué)進(jìn)行改革探索，將課堂教學(xué)、演示實驗、小組討論及創(chuàng)新培訓(xùn)引入課堂，以生動形象的教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，全面提升其學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊合作能力及創(chuàng)新實踐能力，發(fā)揮專業(yè)課的思政作用，達(dá)到專業(yè)課與思政課協(xié)同育人的目的，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供可持續(xù)的人才保障和支撐。

關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰碳中和；環(huán)境材料；教學(xué)模式；教學(xué)改革；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）19-0159-06

Abstract： Under the major strategic blueprint of carbon peak and neutrality （double carbon strategy）， it is key to perform some educational reforms in the environmental engineering major to culture more professional talents to realize the "dual carbon goals". In the course of Environmental Materials， we developed some reform solutions to improve the "dual carbon"--related ability of the students. By integrating the conventional class teaching with the demonstrative experiments， group discussion and research training， the new teaching mode can effectively help students build the study interests and establish active learning approaches to comprehensively improve their study， communication， teamwork and creative capabilities. Also， we introduced some ideological and political theories in the field of ecological civilization into the course to strengthen the students' patriotic spirits. Eventually， it provides some useful experiences to support for the realization of the "dual carbon" goal.

Keywords： carbon peak and carbon neutrality; Environment Materials; teaching modle; educational reform; talent training

當(dāng)前，二氧化碳等溫室氣體排放濃度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄水平，全球各地極端天氣頻發(fā)，氣候變化已經(jīng)十分明顯，成為全人類共同關(guān)注的重大發(fā)展挑戰(zhàn)之一。為了積極應(yīng)對氣候變化這一發(fā)展難題，全球已然開始行動起來，中國也不例外。在2020年召開的第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，習(xí)近平主席向全世界鄭重宣布：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！彼麖?qiáng)調(diào)，要把“雙碳”工作納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全局，堅持降碳、減污、擴(kuò)綠、增長協(xié)同推進(jìn)，加快制定出臺相關(guān)規(guī)劃、實施方案和保障措施，組織實施好“碳達(dá)峰十大行動”，加強(qiáng)政策銜接[1]。我國承諾用全球歷史上最短的時間實現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和，為了支撐這個目標(biāo)，加快碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系的構(gòu)建，形成從中央到地方、從總體到各行各業(yè)的政策架構(gòu)迫在眉睫[2]。“雙碳”工作的落實支撐和保障了人與自然和諧共生的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，而科技是保障“雙碳”和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和諧并進(jìn)的關(guān)鍵。由碳達(dá)峰碳中和引領(lǐng)的科技革命將催生一系列新的科學(xué)結(jié)論、方法以及技術(shù)創(chuàng)新成果，引起經(jīng)濟(jì)社會的重大變革。但目前的現(xiàn)狀是缺乏高層次“雙碳”復(fù)合型人才。因此，為深入貫徹落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于“雙碳”的重大戰(zhàn)略部署，教育部制定了《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》。其中明確提到了“碳中和人才培養(yǎng)提質(zhì)行動”，引導(dǎo)各高校發(fā)揮基礎(chǔ)研究和科技創(chuàng)新主力軍作用，大力培養(yǎng)青年科技人才，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供可持續(xù)的人才保障和支撐[3]。

“雙碳”問題的解決是一場系統(tǒng)性變革，涉及到政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化和哲學(xué)等多方面，需要站在全局的角度進(jìn)行考慮和規(guī)劃，綜合考慮減排和增匯兩種途徑。減排即源頭控制，使用清潔能源代替化石燃料，從源頭減少污染物的產(chǎn)生，這貫穿于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全過程和各方面；增匯即末端處理，開發(fā)新型高效碳匯、碳轉(zhuǎn)化技術(shù)，消減碳排放量，實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和[4]。由于“雙碳”問題本質(zhì)上是環(huán)境污染問題，因此，培養(yǎng)高層次碳達(dá)峰碳中和復(fù)合型人才對于環(huán)境工程專業(yè)來說迫在眉睫。

環(huán)境、能源與經(jīng)濟(jì)三者之間的共贏，單靠其中任一方面的調(diào)節(jié)都難以實現(xiàn)[5]。因此，基于全球可持續(xù)發(fā)展理念的引導(dǎo)，環(huán)境材料的概念應(yīng)運而生。環(huán)境材料是一門橫跨材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)科學(xué)、化學(xué)工程及生物等多學(xué)科的新興交叉科目，不僅有助于保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，而且還可以提高資源和能源的利用效率，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，是新材料發(fā)展以及實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要方面之一[6]。因此，為了深入貫徹國家碳達(dá)峰碳中和的重要發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的“雙碳”復(fù)合型人才，我們?yōu)楸究粕_設(shè)了環(huán)境材料專業(yè)選修課。該課程的特點是涉及知識面廣、理論分析復(fù)雜、實操性強(qiáng)且與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切[7]。為了使學(xué)生更好地掌握，將圍繞低碳/零碳能源與技術(shù)、CO2捕集封存技術(shù)以及CO2優(yōu)化利用技術(shù)等進(jìn)行創(chuàng)新研究，開展碳減排、碳零排、碳負(fù)排新技術(shù)理論及實踐教學(xué)，采用課堂教學(xué)、演示實驗、小組討論和創(chuàng)新培訓(xùn)等方式實施教學(xué)改革探索，使該課程成為學(xué)生培養(yǎng)科技創(chuàng)新和實踐精神以及碳達(dá)峰碳中和意識的有效載體。

一? 環(huán)境材料課程與“雙碳”的關(guān)聯(lián)性

目前，已有部分高校開設(shè)環(huán)境材料課程。在這些課程中，主要是向?qū)W生介紹各種常用材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及再生循環(huán)利用技術(shù)[8]，使其掌握環(huán)境材料的概念、理論框架以及分類等；熟悉環(huán)境材料常用的制備、表征方法；熟悉環(huán)境材料的清潔生產(chǎn)以及回收利用工藝；掌握常用的環(huán)境凈化、修復(fù)以及替代材料[9]等基本內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生合理利用環(huán)境材料減少環(huán)境污染的能力和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識[10]。

“雙碳”問題的解決除了要求建筑、交通、能源和工業(yè)等各領(lǐng)域最大程度地減排以外，同時也離不開CO2捕集/封存技術(shù)（CCS）和CO2捕集/利用/封存技術(shù)（CCUS）的應(yīng)用。CCS是捕集分離各排放源產(chǎn)生的CO2，將其富集、壓縮后運送到指定地點進(jìn)行封存的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的CCUS是將捕集的CO2提純，繼而在新的生產(chǎn)過程再利用，實現(xiàn)CO2資源化利用，增加經(jīng)濟(jì)收益的技術(shù)。在CCS技術(shù)方面，為了解決工業(yè)上基于胺溶液的化學(xué)吸收法存在的各種問題，采用多孔材料吸附分離CO2逐漸受到人們關(guān)注。目前常用的多孔材料包括多孔炭材料、分子篩、樹脂等，但由于其吸附量和選擇性較差，金屬有機(jī)框架材料（MOFs）逐漸引起研究者的關(guān)注。近年來，這種新型環(huán)境材料因其形態(tài)規(guī)整、種類豐富以及可調(diào)控性強(qiáng)被廣泛應(yīng)用于CO2的吸附分離[5]。例如，2022年3月，Tapiador等[11]首次合成了一種新型MOF材料Zn-URJC-8并應(yīng)用于CO2的捕集。實驗證明，在25 ℃下該催化劑對CO2的吸附量可達(dá)2 827 cm3/g，高于其他已知用于吸附CO2的MOFs。CCUS技術(shù)方面，目前學(xué)界關(guān)注的重點在于新型CO2電/光催化還原材料的設(shè)計和開發(fā)[5]，以實現(xiàn)將捕集和封存的CO2轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品的目的。廣西大學(xué)Liu等[12]通過簡單的生長煅燒法制備了硼、氮共摻雜碳上的單原子鐵電催化劑（Fe-SA/BNC），該催化劑的CRR活性明顯增強(qiáng)。以Fe-SA/BNC為陰極催化劑的Zn-CO2電池的峰值功率密度也高于之前的相關(guān)報道；電子科技大學(xué)向全軍團(tuán)隊[13]開發(fā)出新型光催化劑PtCu-crCN，利用模擬太陽光照射3.5 h后，該體系CO產(chǎn)量達(dá)到了41.1 μmol/g，CH4產(chǎn)量也能達(dá)到9.8 μmol/g。

因此，基于目前已開設(shè)的環(huán)境材料課程重“減污”輕“降碳”，不符合國家關(guān)于加強(qiáng)碳達(dá)峰碳中和人才提質(zhì)培養(yǎng)要求的問題，因此，環(huán)境材料課程的開展旨在培養(yǎng)學(xué)生合理利用環(huán)境材料的能力和“減污降碳”兩手抓的意識，推動環(huán)境材料領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，削減碳排放總量，實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，促進(jìn)人類社會可持續(xù)發(fā)展[9]。

二? 環(huán)境材料課程中的“雙碳”內(nèi)容

為了響應(yīng)國家碳達(dá)峰碳中和的政策，本課程除了介紹常規(guī)的環(huán)境友好材料以外，還新增了“降碳”材料的內(nèi)容。目前，常用的“降碳”材料主要有新能源材料、低碳材料、過濾材料、吸收材料、吸附材料、光催化材料和電催化材料等。

（一）? 新能源材料

新能源材料具有清潔環(huán)保的特點，使用新能源材料代替常規(guī)材料可以實現(xiàn)從源頭控制碳排放的目的。常見的新能源材料主要有太陽能、氫能材料等。太陽能因其清潔、安全、儲量無限是發(fā)展最快的可再生清潔能源。當(dāng)前，對太陽能材料的應(yīng)用主要集中在光熱、發(fā)電以及光化利用方面。其中，利用太陽能光伏材料進(jìn)行發(fā)電是我國目前研究的重點之一。其原理是利用光生伏特效應(yīng)將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。常用的太陽能光伏材料有晶硅材料、薄膜材料、聚合物薄膜電池、染料敏化材料和低維納米材料等[14]。氫能作為清潔能源，因其靈活高效和應(yīng)用廣泛被視為減少二氧化碳排放的重要手段，是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉碵15]。我國的氫能技術(shù)正在逐步發(fā)展，主要通過化石能源熱解/重整、工業(yè)副產(chǎn)氣提純及電解水制氫，已成為世界上最大的制氫國。目前，氫能主要被應(yīng)用于煉油、冶金、化工、發(fā)電、供熱和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。例如，高能量轉(zhuǎn)化率且零排放的氫燃料電池引導(dǎo)著未來電動汽車電源向更高效、更清潔的方向發(fā)展，有利于實現(xiàn)消減碳排放量的目標(biāo)。

（二）? 低碳材料

低碳材料是指在不改變材料使用功能的前提下，降低不可再生資源的用量，且在制造過程中降低能耗與污染；使用過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)；廢棄后可回收利用的新型材料。低碳材料具有綠色環(huán)保、可再生性、可降解性和可回收性等特點，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域[16]。其開發(fā)與設(shè)計策略主要包括：從原子和分子角度進(jìn)行低碳材料設(shè)計、高效的材料加工技術(shù)、采購本地可再生材料、使用可循環(huán)材料、設(shè)計壽命長且不產(chǎn)生污染物的材料和提高能源效率等[17]。例如，2018年，Major等[18]使用硝酸鐵和硝酸鈷對芒草生物炭進(jìn)行化學(xué)處理使其直接轉(zhuǎn)化為石墨而不形成無定形碳中間體。結(jié)果表明，生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化可以在原子尺度上操控，從而在不生成中間體的情況下創(chuàng)造高價值的材料，對生物地球化學(xué)循環(huán)友好。Christensen等[19]開發(fā)出一種新型分子工程塑料，無需化學(xué)添加劑即可拆卸重組。該塑料由各種三酮類化合物以及芳香胺或脂肪族胺聚合而成，副產(chǎn)物僅為水，在保證性能和質(zhì)量的情況下可以重復(fù)回收使用。這種創(chuàng)新性研究為設(shè)計環(huán)境友好材料提供了新方向。

（三）? 過濾材料

過濾是利用壓差，使懸浮液中的液體（或氣體）通過可滲性介質(zhì)（過濾介質(zhì)），固體顆粒被截留，實現(xiàn)固液（或氣固）分離的工藝。過濾工藝在應(yīng)用于捕集CO2時主要采用的是膜分離法。膜分離法是利用某些特定材料制成的薄膜（如碳膜、二氧化硅膜、沸石膜、醋酸纖維膜和聚酰亞胺膜等）對不同氣體滲透率的差異來選擇性分離氣體的方法。膜分離法應(yīng)用的前提是存在壓差，即當(dāng)膜兩邊存在壓差時，會優(yōu)先通過滲透率較高的氣體組分，形成滲透氣流，而滲透率較低的氣體組分大部分在膜進(jìn)氣側(cè)聚集，而后將其分別引出，達(dá)到分離的目的。

（四）? 吸收材料

吸收材料的吸收原理主要有兩種類型：物理吸收和化學(xué)吸收。物理吸收是指在加壓條件下，利用水或甲醇等有機(jī)溶劑作為吸收劑，對CO2進(jìn)行吸收來脫除酸氣成分的方法。由于物理吸收法所需工藝較為復(fù)雜、中高壓設(shè)備成本以及低溫甲醇洗工藝制冷成本高、碳酸丙烯酯有腐蝕性等缺點，使得該方法在發(fā)達(dá)國家逐漸被化學(xué)吸收法替代[20]?；瘜W(xué)吸收法是利用弱堿性化學(xué)物質(zhì)（如醇胺、碳酸鹽等的水溶液）與呈酸性的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸收捕集二氧化碳，然后改變其溫度、壓力等外部條件，使反應(yīng)逆向進(jìn)行，實現(xiàn)二氧化碳的解吸與吸收劑的再生。常用的化學(xué)吸收劑具有選擇性好、不易揮發(fā)、無腐蝕、黏度低、毒性小和不易燃等特點。在化學(xué)吸收劑開發(fā)方面，混合胺吸收劑已經(jīng)能夠?qū)⒉都芎膹? GJ/t降至2.8～3.3 GJ/t[20]。劉珍珍等[21]對混合胺吸收劑（MAH）進(jìn)行試驗與模擬研究，發(fā)現(xiàn)基于40%乙醇胺（MEA）吸收劑的新型CO2吸收工藝捕集率為90%時，再生能耗為2.61 GJ/t，相比于傳統(tǒng)工藝（4.0 GJ/t）降低了34.75%。為進(jìn)一步降低再生能耗，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)開發(fā)出第三代少水吸收劑（如相變有機(jī)胺、功能化離子液體和非水基胺等），旨在將再生能耗理論值降至2.5 GJ/t以下[20]。

（五）? 吸附材料

吸附法主要是利用固態(tài)吸附劑在低溫（或高壓）條件下對原料氣中的二氧化碳進(jìn)行選擇性吸附來分離回收二氧化碳，而后通過升溫（或降壓）將二氧化碳解吸出來，實現(xiàn)吸附劑的循環(huán)再生。常用的吸附劑有活性炭、沸石、分子篩、活性氧化鋁和碳基吸附劑等。例如，張明星等[22]開發(fā)的新型吸附劑NTUniv-53在室溫下對CO2具有良好的吸附選擇性（1 kPa的情況下，273、298 K的CO2吸附能力分別為71.6、49.0 cm3·g-1，而對CH4的吸附能力僅為18.6、10.7 cm3·g-1）且對溫度變化不敏感；2019年3月，Kong等[23]利用NaNH2活化活性炭得到氨基修飾的活性炭材料（AOMC），與原始的活性炭材料（OMC）相比，該材料的孔結(jié)構(gòu)、孔體積以及比表面積都有了明顯的提升，使得AOMC在捕集CO2方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能和較好的循環(huán)利用性，為選擇性去除廢氣中的CO2提供理論支撐。

（六）? 光催化材料

光催化還原二氧化碳是通過半導(dǎo)體材料在清潔能源——太陽能的照射下將二氧化碳還原為烴或醇類等化學(xué)燃料，高效、清潔地實現(xiàn)二氧化碳資源化以及碳循環(huán)的重要手段之一[24]。其原理是：利用半導(dǎo)體材料吸收光產(chǎn)生電子-空穴對，誘發(fā)氧化、還原反應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，從而促進(jìn)化合物分解或合成的過程。即當(dāng)入射光的能量大于或等于半導(dǎo)體的帶隙時，半導(dǎo)體價帶（VB）上的電子會被激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶（CB），而在價帶上留下空穴，形成電子空穴對，并遷移至半導(dǎo)體表面。光生電子具有很強(qiáng)的還原性，可以參與還原反應(yīng)將二氧化碳還原為CO和碳?xì)浠衔铮昭▌t參與氧化反應(yīng)釋放氧氣。實現(xiàn)CO2高效率轉(zhuǎn)化為高值化學(xué)品，需要半導(dǎo)體材料具備有效的光吸收性、高效的光生電子-空穴對分離與遷移效率以及足夠多的活性位點[24]。因此，在未來繼續(xù)構(gòu)建獨特的光催化材料是提高光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化目標(biāo)產(chǎn)物活性及選擇性的關(guān)鍵[25]，也是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的重要途徑。例如，Zhou等[26]通過在枝狀TiO2/C納米纖維上生長葉狀的MOF（ZIF-L），制備出性能良好的三元半導(dǎo)體光催化劑TiO2/C@MOF對CO2進(jìn)行選擇性還原，揭示了協(xié)同效應(yīng)重要作用。實驗結(jié)果表明，在不添加犧牲劑的情況下，CO生成率可以達(dá)到28.6 μmol·h-1·g-1，且選擇性高達(dá)99%。這些優(yōu)異的性能主要歸因于催化劑豐富的活性位點和碳吸收能力以及ZIF-L和TiO2間強(qiáng)電子耦合和合適的能帶匹配協(xié)同抑制電子-空穴對的復(fù)合。該項工作為未來構(gòu)建良好的復(fù)合光催化材料開辟了新方向。

（七）? 電催化材料

電催化還原CO2的主要原理是在施加電位的作用下，CO2在電池陰極上的電子生成CO和碳?xì)浠衔铮瑥亩鴮崿F(xiàn)二氧化碳的還原。Zhu等[27]通過電沉積原位合成了空心銅金屬有機(jī)框架（Cu-MOF），其中制備Cu-MOF只需5 min。實驗證明，該電催化劑具有豐富的活性位點和出色的CO2還原能力，體系電流密度可達(dá)102.1 mA/cm2，選擇性高達(dá)98.2%。Hod等[28]使用電泳沉積技術(shù)，將Fe-卟啉分子催化劑（Fe-TPP）固定在Fe-MOF-525上，此時的Fe-TPP既是電催化劑，又起到了連通電極和外層催化活性位點的作用。該方法獲得的電催化劑有效電化學(xué)活性位點提升至1015/cm2，高于已報道的最大分子催化劑負(fù)載濃度近1個數(shù)量級。但由于電催化還原二氧化碳的反應(yīng)機(jī)制較為復(fù)雜，使得其具有成本高、效率低、選擇性低和材料易失活等缺點。因此，研究一類低成本、高性能的電催化材料是電催化還原CO2未來發(fā)展的重點[25]。

三? 環(huán)境材料的教學(xué)模式改革和探索

環(huán)境材料課程涉及知識面廣、理論性和實操性強(qiáng)[29]。在過去的課堂中，主要偏重于基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，缺乏對其實際應(yīng)用的深入了解，導(dǎo)致學(xué)生在課堂上無法較好地接受并消化抽象且大信息量的內(nèi)容。因此，為了讓學(xué)生在課堂教學(xué)時間內(nèi)系統(tǒng)、科學(xué)地掌握環(huán)境材料的相關(guān)知識，并在實際應(yīng)用中發(fā)揮作用，本課程進(jìn)行了大量的教學(xué)改革與探索[10]。

（一）? 課堂教學(xué)

在環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)環(huán)境材料課程不僅可以使學(xué)生獲得系統(tǒng)的環(huán)境材料相關(guān)知識，還能讓學(xué)生樹立正確的環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展觀念[30]，把環(huán)境保護(hù)意識和可持續(xù)發(fā)展思想引入課堂，為學(xué)生未來參與相關(guān)研究工作打下堅實的思想、理論與實踐基礎(chǔ)[8]。本課程將圍繞低碳/零碳能源與技術(shù)、CO2捕集封存技術(shù)以及CO2優(yōu)化利用技術(shù)等進(jìn)行創(chuàng)新研究，開展碳減排、零排、負(fù)排等新技術(shù)的理論及實踐教學(xué)。目前，環(huán)境材料領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，這就要求教師及時收集國內(nèi)外有關(guān)環(huán)境材料最新的一些研究成果，在課堂上為學(xué)生進(jìn)行補充、擴(kuò)展。除此之外，也可以向?qū)W生推薦一些代表性期刊、文獻(xiàn)等，便于學(xué)生課后主動了解該領(lǐng)域發(fā)展的最新動向，拓寬其知識面。

此外，為了響應(yīng)國家目前提出的碳達(dá)峰碳中和重要發(fā)展戰(zhàn)略以及人才培養(yǎng)提質(zhì)行動，在介紹環(huán)境材料的相關(guān)知識和發(fā)展現(xiàn)狀的同時，也應(yīng)該讓學(xué)生了解到我國在開發(fā)應(yīng)用環(huán)境材料應(yīng)對“雙碳”問題方面所做的努力。例如，針對新能源材料的開發(fā)，政府啟動重大研發(fā)項目開展技術(shù)研究，并部署了一大批可再生能源發(fā)電、分布式能源、儲能等類型的示范工程；針對化工材料的開發(fā)，在低能耗、低碳排放的要求下，壓縮落后產(chǎn)能，鼓勵新型工藝，使用環(huán)保和低碳新材料取代高排放、高能耗舊材料；針對建筑材料的開發(fā)，要求建筑行業(yè)降低能耗和排放，提升建筑材料綠色化水平[31]。通過這些內(nèi)容，讓學(xué)生意識到運用環(huán)境材料解決“雙碳”問題的必要性與急迫性，了解將“雙碳”納入社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)整體布局，是我國推動全球構(gòu)建人類命運共同體、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略決策，也是著力解決環(huán)境約束突出問題、實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇。同時，也能讓學(xué)生堅定對中國特色社會主義制度優(yōu)勢的自信、對中國特色社會主義先進(jìn)性的自信，堅信中國特色社會主義道路是實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的必由之路，發(fā)揮了專業(yè)課的思政作用，達(dá)到了專業(yè)課與思政課程協(xié)同育人的目的[29]。

（二）? 演示實驗

在本課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生對環(huán)境材料的概念、原理、工藝應(yīng)用方法等有了一定的了解，但涉及實操時仍然存在模糊不清的情況。因此，為了讓學(xué)生更好地將理論知識聯(lián)系到實際應(yīng)用，應(yīng)適當(dāng)將課堂教學(xué)引入實驗室，由教師進(jìn)行演示實驗，強(qiáng)化學(xué)生對環(huán)境材料相關(guān)知識的系統(tǒng)認(rèn)知和理解[10]。例如，設(shè)計利用光催化材料降解水中污染物的演示實驗，可以形象地向?qū)W生展示新型環(huán)境材料在污染物去除方面的應(yīng)用。授課教師可以根據(jù)后續(xù)該課程的特點，加深對光催化原理、光催化材料的知識擴(kuò)展，介紹光催化材料的表面化學(xué)組成、內(nèi)部孔道結(jié)構(gòu)、制備方法、性能檢測以及實際應(yīng)用等。通過以上光催化降解污染物的實驗，有利于學(xué)生對該教學(xué)內(nèi)容建立直觀且深刻的知識構(gòu)架，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的效果。

（三）? 小組討論

為了發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，加深對課堂知識的理解與掌握，本課程選取部分適合討論的題目讓學(xué)生進(jìn)行討論分析。將學(xué)生組成小組進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，教師適時給予引導(dǎo)、提示與總結(jié)，不僅可以提高課堂效率，還能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、自學(xué)能力、表達(dá)能力以及團(tuán)隊合作能力[32]。例如，在進(jìn)行“CO2吸附材料”這一部分的教學(xué)時，設(shè)置討論題目“如何開發(fā)新型高效CO2吸附材料”。討論課前，將學(xué)生分成小組，教師將題目布置給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料與文獻(xiàn)，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)；小組討論時，各小組基于CO2吸附原理提出科學(xué)假設(shè)與論證，為開發(fā)新型CO2吸附材料提出設(shè)想。通過此次小組討論，學(xué)生不僅鞏固和加深了對“CO2吸附材料”這一知識點的理解，更將所學(xué)應(yīng)用于實踐，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂積極性，也提高了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)以及綜合素質(zhì)能力[30]。

（四）? 創(chuàng)新培訓(xùn)

在環(huán)境材料課程的教學(xué)過程中與本專業(yè)教師的科研課題相結(jié)合，開展適當(dāng)?shù)膶嵺`教學(xué)可以讓學(xué)生激發(fā)科研興趣，強(qiáng)化知識理解與實際應(yīng)用，促進(jìn)完整知識體系的建立[30]。此外，由于課堂時間有限，授課教師可借助學(xué)院以及學(xué)校開設(shè)的相關(guān)創(chuàng)新培訓(xùn)平臺，將教學(xué)內(nèi)容與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目等相結(jié)合，鼓勵學(xué)生對感興趣的部分進(jìn)行進(jìn)一步研究，其生在完成項目的過程中獲得經(jīng)驗，進(jìn)一步提升了學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力以及專業(yè)素質(zhì)。

四? 結(jié)束語

結(jié)合目前國家對于培養(yǎng)碳達(dá)峰碳中和復(fù)合型人才的迫切要求以及環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)科特點和人才培養(yǎng)目標(biāo)，對環(huán)境材料課程的教學(xué)方式與內(nèi)容進(jìn)行了初步的探索與改革。在教學(xué)內(nèi)容上，除了常規(guī)的環(huán)境材料的基本概念、研究方法、理論框架、類型、制備及表征方法、清潔生產(chǎn)、回收利用工藝以及各種污染治理材料以外，還增添了有關(guān)削減碳排放量的新型環(huán)境材料的介紹，使得該課程更貼近國家有關(guān)“碳中和人才培養(yǎng)提質(zhì)行動”的要求，充分發(fā)揮了高校作為基礎(chǔ)研究和科技創(chuàng)新主力軍的作用，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供可持續(xù)的人才保障和支撐。在教學(xué)方式上，摒棄了傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”的方式，將課堂內(nèi)容延伸至實驗室、科研項目以及各種創(chuàng)新培訓(xùn)上，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，使課程效率最大化。今后，我們還將繼續(xù)時刻緊跟國家最新政策，就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，使得該課程既傳授專業(yè)知識，又起到思想政治教育作用；繼續(xù)探索適合環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展的教學(xué)方式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實踐能力的面向碳達(dá)峰碳中和的復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1] 習(xí)近平主持中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)[EB/OL].http：//jhsjk.people.cn/article/32339608.

[2] 宋國愷.中國落實碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的行動主體及實現(xiàn)措施[J].城市與環(huán)境研究，2021（4）：47-60.

[3] 教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》的通知[J].中華人民共和國教育部公報，2021（10）：43-46.

[4] 歐陽志遠(yuǎn)，史作廷，石敏俊，等.“碳達(dá)峰碳中和”：挑戰(zhàn)與對策[J].河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)學(xué)報，2021，42（5）：1-11.

[5] 劉爽，梁瀚穎，劉雪松，等.2020年環(huán)境材料與技術(shù)熱點回眸[J].科技導(dǎo)報，2021，39（1）：174-184.

[6] 楊偉楠，王書墨.環(huán)境材料的概念、特點與評判依據(jù)初探[J].世界環(huán)境，2019（2）：58-60.

[7] 王樹明.工程實踐案例教學(xué)模式在環(huán)境材料課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國冶金教育，2018（5）：43-46.

[8] 寶冬梅，任清偉，王環(huán)江，等.材料科學(xué)與工程專業(yè)環(huán)境材料學(xué)課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].高等建筑教育，2019，28（2）：89-92.

[9] 王明花，張宏忠，田俊峰，等.工科環(huán)境類專業(yè)開設(shè)環(huán)境材料課程的教學(xué)實踐和探討[J].河南化工，2013，30（19）：59-61.

[10] 駱麗杰，林春富，陳擁軍.生態(tài)環(huán)境材料課程教學(xué)改革探索[J].教育教學(xué)論壇，2017（40）：124-126.

[11] TAPIADOR J L P， RODR?GUEZ-DI?GUEZ A， CHOQUESILLO-LAZARTE D， et al. A novel Zn-based-MOF for efficient CO2 adsorption and conversion under mild conditions[J]. Catalysis Today， 2022：390-391.

[12] LIU S ， JIN M ， SUN J ，et al.， et al. Coordination environment engineering to boost electrocatalytic CO2 reduction performance by introducing boron into single-Fe-atomic catalyst[J]. Chemical Engineering Journal， 2022，437.

[13] CHENG L Z P， WEN Q Y， FAN J J， et al. Copper and platinum dual-single-atoms supported on crystalline graphitic carbon nitride for enhanced photocatalytic CO2 reduction[J]. Chinese Journal of Catalysis， 2022，43（42）.

[14] 房慶圓.淺談太陽能光伏發(fā)電材料的研究進(jìn)展及發(fā)展前景[J].當(dāng)代化工研究，2020（17）：12-13.

[15] 姚若軍，高嘯天.氫能產(chǎn)業(yè)鏈及氫能發(fā)電利用技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].南方能源建設(shè)，2021，8（4）：9-15.

[16] 王星文.低碳材料在產(chǎn)品設(shè)計中的利用和價值的研究[D].天津：天津科技大學(xué)，2016.

[17] DAS O， REST?S ?， SHANMUGAM V， et al. Demystifying low-carbon materials[J].Materials Circular Economy， 2021，3（1）.

[18] MAJOR I， PIN J M， BEHAZIN E， et al. Graphitization of miscanthus grass biocarbon enhanced by in situ generated FeCo nanoparticles[J]. Green Chemistry， 2018，20（10）：2269-2278.

[19] CHRISTENSEN P R， SCHEUERMANN A M， LOEFFLER K E， et al. Closed-loop recycling of plastics enabled by dynamic covalent diketoenamine bonds[J].Nature Chemistry， 2019，11（5）：442-448.

[20] 郭宇紅.燃煤電廠碳捕集技術(shù)及節(jié)能優(yōu)化研究進(jìn)展[J].山西電力，2021（6）：46-49.

[21] 劉珍珍，方夢祥，夏芝香，等.基于高濃度MEA的CO2化學(xué)吸收工藝優(yōu)化[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2021，41（11）：3666-3676.

[22] 張明星，張培培，王素，等.基于超分子構(gòu)筑模塊和酰胺插入的螺旋配體的PCN類型金屬有機(jī)骨架的結(jié)構(gòu)和選擇性吸附CO2[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報，2022，38（3）：423-429.

[23] KONG W P， LIU J. Ordered mesoporous carbon with enhanced porosity to support organic amines： efficient nanocomposites for the selective capture of CO2[J].New Journal of Chemistry，2019，43（15）：6040-6047.

[24] 唐蘭勤，賈茵，朱志尚，等.光催化二氧化碳還原研究進(jìn)展[J].物理學(xué)進(jìn)展，2021，41（6）：254-263.

[25] 趙嬌.金屬/氮摻雜的碳基電催化材料制備及其電還原二氧化碳應(yīng)用研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2020.

[26] ZHOU A W， DOU Y B， ZHAO C， et al. A leaf-branch TiO2/carbon@MOF composite for selective CO2 photoreduction[J].Applied Catalysis B-Environmental， 2020：264.

[27] ZHU Q G， YANG D X， LIU H Z， et al. Hollow Metal-Organic-Framework-Mediated in situ architecture of copper dendrites for enhanced CO2 electroreduction[J].Angewandte Chemie-International Edition， 2020，59（23）：8896-8901.

[28] HOD I， SAMPSON M D， DERIA P， et al. Fe-porphyrin-based metal-organic framework films as high-surface concentration， heterogeneous catalysts for electrochemical reduction of CO2[J].ACS Catalysis， 2015，5（11）：6302-6309.

[29] 孫海濱，郭學(xué)，樂紅志，等.研究生課程《生態(tài)環(huán)境材料》雙語教學(xué)案例庫建設(shè)[J].山東化工，2020，49（9）：209，211.

[30] 寶冬梅，文竹，羅迎春，等.環(huán)境材料學(xué)課程教學(xué)改革的研究與實踐[J].西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，44（2）：136-141.

[31] 潘科，徐海濤，馮祥奕.“雙碳”目標(biāo)下我國新材料重點方向發(fā)展研究[J].信息通信技術(shù)與政策，2022（3）：74-81.

[32] 寧楊.團(tuán)隊合作的互動教學(xué)模式在本科專業(yè)課教學(xué)中的運用——以環(huán)境材料導(dǎo)論為例[J].文教資料，2018，（24）：195-196.

基金項目：2022年中山大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量工程項目“《環(huán)境材料》線上線下混合式課程建設(shè)”（無編號）

第一作者簡介：李傳浩（1983-），男，漢族，安徽濉溪人，博士，教授，院長助理。研究方向為環(huán)境材料。