“碳達峰、碳中和”背景下冶金工程課程教學改革

趙偉　國宏偉　閆炳基　陳棟

摘 要 在強化學生基礎專業知識的基礎上，進一步增強學生對相關行業最新動態與政策的了解與把握，是培養合格工科人才的重要組成。以冶金學課程教學改革為例，介紹了在“碳達峰”與“碳中和”背景下冶金學在教學改革中的具體措施。通過對冶金學課程教學改革，優化教學體系，豐富課程內容，提升學生對行業最新動態的把握能力以及自主思考與學習能力。

關鍵詞 碳達峰;碳中和;冶金工程;教學改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.31.040

Teaching Reform of Metallurgical Engineering Course under the Background of "Peak Carbon Dioxide Emissions and Carbon Neutral"

ZHAO Wei， GUO Hongwei， YAN Bingji， CHEN Dong

（School of Iron and Steel， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215021）

Abstract On the basis of strengthening students' basic professional knowledge， further enhancing students' understanding of the latest trends and policies of relevant industries is an important part of cultivating qualified engineering talents. Taking the teaching reform of metallurgical engineering as an example， the specific methods of Metallurgy in teaching reform under the background of "peak carbon dioxide emissions" and "carbon neutral" are introduced. Through the teaching reform of Metallurgy， optimize the teaching system， enrich the course content， and improve students' ability to grasp the latest trends of the industry and their ability to think and learn independently.

Keywords peak carbon dioxide emissions; carbon neutral; metallurgical engineering; teaching reform

2021年全國兩會期間，中國政府報告中所提到的“碳達峰”與“碳中和”一躍成為熱詞，越來越多的企業與機構開始重視工業與生活中的碳排放。冶金行業作為碳排放大戶，在“碳達峰”與“碳中和”過程中更應該承擔更多的責任。[1-2]圖1為2020 年全球主要鋼鐵生產國產量對比，可以看出，我國作為世界主要鋼鐵生產國，鋼鐵產量遠高于其他國家，占全球鋼鐵總產量的一半還多。在傳統冶金中，碳元素一直在供熱以及還原方面扮演著重要的角色，煤炭作為碳元素的主要載體提供了鋼鐵行業約70%的能源消耗，這也是鋼鐵行業主要的碳排放來源。[3]根據2017年全國各行業對碳排放貢獻度（圖2）分析，我國冶金行業的碳排放量僅次于能源行業，是我國第二大碳排放來源，其碳排放量占全國總排放量的18%左右。我國巨大的粗鋼產量以及對長流程冶煉的依賴是我國冶金行業碳排放過多的主要原因。

在“碳達峰”和“碳中和”的背景下，冶金行業勢必會面臨一系列新的改革與創新，高電爐冶煉占比以提高廢鋼利用率、以氫冶金為代表的各種清潔冶煉的技術以及碳捕捉、碳封存工藝將會陸續覆蓋在全國各地的冶金行業，其中高爐煉鐵中的高爐富氫還原與非高爐煉鐵中氣基豎爐還原煉鐵已逐漸得到行業的認可。[4-5]在高爐中通過噴吹富氫介質參與高爐冶煉可有效降低10%～20%的碳排放，氣基豎爐中采用氫氣與CO混合氣體代替純CO氣體，可有效減少碳元素的入爐，減少碳排放50%以上。屆時，冶金行業將會出現大量的新型設備與技術。在傳統教學理念中，課堂上多以教師講授為主，所授內容也以傳統且成熟的生產流程為主，減少了學生主動思考的機會，同時對于最新先進設備與技術的介紹也有所欠缺，對于氫冶金等新型工藝的介紹更是少之又少。在以往畢業生調查反饋來看，學生缺少必要的實踐能力以及可持續發展等能力。[6-9]因此，為加強學生對新技術、新設備的了解，激發學生主動了解、主動學習的積極性，本文提出以基礎知識為根本，以學生的主觀能動性為中心的教育理念，通過構建科學的冶金學教學體系，建立學生對新技術、新設備的主動了解、主動查詢的興趣，培養學生對新老流程、設備以及技術的對比能力。

1 冶金學課程改革體系構建

構建科學且合理的課程教學體系是教師知識高效傳播、學生知識高效獲取的重要前提，需要以基礎知識為根本，以學生的主觀能動性為中心，構建多方位、多層次、多交流、多思考的教學體系。冶金學課程改革體系基本構成如圖2所示。

冶金學課程改革體系的主旨是為了使學生在學習過程中能夠養成自主學習的能力，在了解傳統流程以及設備的基礎上，引導學生對新技術、新設備的相關信息進行查閱，并將相近的新老技術進行對比，對學生的專業能力、學習能力、思考能力、創新能力、溝通能力等多方面進行全面訓練，以達到學生在畢業后在參加工作或繼續升學時能夠更快、更好的適應新的環境以及節奏。

2 課程教學改革措施

自新型冠狀病毒疫情傳播，我國各高校采用線上授課的方式，通過各個平臺進行線上教學互動以及作業提交批改等，目前來看線上交流授課經驗成熟，同時相比于線下授課，線上授課具有方式更便捷、時間更靈活等優點，因此在冶金學課程教學改革措施中，采用線上線下雙交流，線下上課為主，輔以課余線上交流的方式。

2.1 課前線上目標布置

線上交流渠道的建立與使用便捷了教師與學生之間的溝通，因此通過線上交流，可以使教師與學生之間進行實時溝通。冶金學課程在冶金工程專業課里屬于基礎且較為簡單的專業課程，學生進行課程預習的難度較小，因此教師可以提前將下一節課教學目標進行提前準備與整理，然后將教學目標提供給班內每個學生，并可以提前錄制部分重點的講解視頻進行上傳或提供相應國家精品公開課觀看地址。

此措施雖然占用了學生少量的課余時間，但卻在節省大量的課上時間的同時，充分發揮了學生的主觀能動性，促進了學生主動進行資料查閱的意識，增強了學生對先進工藝與流程的了解，培養了學生進行自主學習的能力，有助于學生在步入工作之后能夠快速的適應崗位工作，對于工藝升級能夠快速適應都有著積極的影響。

2.2 課堂線下交流與匯報

在學生進行課前預習的前提下，教師的授課難度將會大大降低，并且授課進度也會有極大的提升，原課時時間內將會出現空余時間，此時可在每堂課后對于課堂內所講重點部分布置分組作業。教師先將學生分為若干組，根據每堂課的預留時間安排部分同學于課后對本節課中重點部分進行深層次挖掘，于下堂課進行分組匯報。例如在講解非高爐冶煉時，可布置各非高爐冶煉流程與高爐冶煉流程之間的異同點、各非高爐冶煉流程的優勢與劣勢、不同非高爐冶煉流程的能源與地域間的局限性等相關專題。每組學生進行自主溝通，將資料的查閱與收集、有價值資料的整理、匯報PPT的制作、課堂匯報等工作進行分工。學生課上匯報工作的成績可由學生相互進行評定打分，分數指標有匯報內容的豐富程度、對所匯報內容講解的詳實程度以及匯報內容的邏輯性和完整性。此舉措在激發學生參與匯報的積極性之外，還可以引導學生之間的良性競爭，使每個學生在參與的過程中更愿意積極思考與創新，增強課堂的活躍程度。

此種課堂交流與匯報的出現，首先會促使學生之間進行主動的有效溝通與交流，培養學生的溝通交流能力;在資料收集的過程中，學生將會對所收集資料進行充分的分析、歸納與吸收，對學生的自主學習能力與對待問題的思考能力都是一種極為有效的鍛煉;在課堂匯報中，匯報同學不僅需要充分發揮其自身的口才優勢，同時還需要整個團隊將對所選專題的一切有價值的理解與思考清晰的傳達于匯報人，而這一過程正是對團隊中所有同學的表達能力、應變能力以及協作能力的一種鍛煉與考驗。

2.3 課后線上答疑

改革后的教學模式使學生在課前經過了針對性預習，學生在進行預習時隨著自己的思考會產生許多疑問點，課上教師所授內容有極大可能并不能完全覆蓋學生在預習過程中所產生的疑問點，同時也由于部分學生的課堂匯報內容并非教材中的書面材料，因此課后的答疑是十分有必要的。

課后的答疑活動采用線上形式，答辯時間可由教師和學生共同商議決定，采用線上非固定時間答疑，可以十分有效的解決地點和時間對答疑活動的局限。在答疑活動中，首先由教師對課上所授教材中內容進行答疑，而對于學生匯報部分中的疑點，主要答疑人由教師轉變為匯報組學生，組內同學根據分工時所收集資料的不同為其余同學的不同方面問題進行答疑，此時教師的角色則轉變為補充者或更正者，給予學生更多的交流與展示機會。

2.4 創新考核手段

在學期結束前，設置課程創新設計競賽。課程創新設計競賽同樣將學生分成若干組，以小組形式參加，競賽內容主要圍繞冶金過程中的某個工序、設備或新流程進行。由于參與者為本科階段學生，所學課程與實踐均存在一定的局限性，同時對實際工程層面接觸較少，所以要求老師對于競賽作品的評判標準需著重于作品的創新性和理論可行性。各小組競賽題目自擬，作品呈現方式可采用PPT展示、圖紙展示、模型呈現和動畫演示等方式。作品提交后由教師根據作品的理論可行性、創新性以及作品呈現形式的精美程度等多方面進行評定打分，之后學生組內根據競賽過程中每個同學的貢獻程度進行組內互評，綜合教師評分與學生組內互評結果確定學生在課程創新設計競賽中的最終成績。課程設計競賽的設立不僅有助于學生的自主學習能力、主動思考能力以及創新性的培養，同時也加強了學生對于協同能力、溝通能力的鍛煉，增強了課程的參與性與趣味性。

學期結束后課程的最終成績削弱期末考試中的試卷成績占比系數，提高課上匯報工作成績以及課程創新設計競賽成績，以學生的基礎知識、課上表現以及所展現的自主學習能力、思考能力、表達能力、創新能力等進行最終的課程成績判定，最終達到不為書本固化內容所局限，提高學生綜合素質的目的。

3 結語

“碳達峰”“碳中和”背景下的課程改革，是既定課程順應專業潮流的一項改革，這需要學校、教師、學生三者的共同配合和努力，這一過程是需要不斷積累、迭代和完善的。只有學校所授內容與行業變革趨勢保持一致，才能培養出合格的、能夠應對挑戰與創新的行業人才。

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