雙碳目標(biāo)背景下本科生專業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)探討
——以《地下能源儲存前沿》課堂構(gòu)建與實踐為例

王漢勛，張 彬，徐能雄

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

0 前言

為加快生態(tài)文明建設(shè)和實現(xiàn)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布了“雙碳”目標(biāo)，彰顯了大國責(zé)任，受到了國際社會的積極評價。推動我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，提高風(fēng)能、太陽能等可再生能源占比是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路[1]。然而，受氣候等因素的影響，風(fēng)能、太陽能和潮汐能等可再生能源具有很強的間歇性和波動性，大大制約了能源的有效利用[2]。壓縮空氣儲能是有效利用可再生能源的主要手段之一。而且，加大原油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源的儲存對于保障我國能源安全，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)平穩(wěn)轉(zhuǎn)型的有效保障。在地下能源儲存領(lǐng)域，我國起步較晚，人才匱乏。而且，現(xiàn)有的高校人才培養(yǎng)體系滯后于國家戰(zhàn)略發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求[3-5]。為此，論文以中國地質(zhì)大學(xué)（北京）2017級和2018級土木工程、地質(zhì)工程專業(yè)本科生為授課對象，構(gòu)建專業(yè)前沿選修課程—《地下能源儲存前沿》，并開展課程實踐研究，旨在讓學(xué)生了解地下能源儲存的方式，以及所面臨的主要科學(xué)問題和工程技術(shù)難題，為地下能源儲存領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程實踐培養(yǎng)人才。對于授課方式，研討式教學(xué)體現(xiàn)了建構(gòu)主義思想理論、人本主義思想理論、終身學(xué)習(xí)理論、自我決定認知理論和懷特海的教育理念，旨在以問題為導(dǎo)向，強化培養(yǎng)學(xué)生動手能力，推動學(xué)生自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)[6-9]。案例式教學(xué)是一種啟發(fā)式教學(xué)方式，有利于鼓勵學(xué)生獨立思考，培養(yǎng)學(xué)生從實際工程中發(fā)現(xiàn)問題，并應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力，強化理論聯(lián)系實踐[10-11]。而且，隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速完善與發(fā)展，為學(xué)生獲取學(xué)科前沿信息提供了極為便利的條件[12-13]。考慮課程內(nèi)容與特點，《地下能源儲存前沿》課程授課采用“研討式”與“案例式”相結(jié)合的授課方式，構(gòu)建自由開放的教學(xué)課堂環(huán)境，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)與思考，清晰表達與溝通，取得了良好的教學(xué)效果。

1 《地下能源儲存前沿》課程設(shè)計與課堂組織

1.1 課程概述

《地下能源儲存前沿》是為土木工程、地質(zhì)工程專業(yè)高年級本科生開設(shè)的一門專業(yè)前沿選修課程。遵循以“學(xué)生為中心”的“啟發(fā)式”教學(xué)理念，采用“研討式”+“案例式”的教學(xué)模式，該課程主要講授地下水封油庫、地下儲氣庫、壓縮空氣儲能、深部碳封存等地下儲庫的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和選址要求等，并探討工程實踐中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題與工程技術(shù)難題，旨在使學(xué)生了解地下能源儲存的主要手段和工作原理，為從事該行業(yè)研究和實踐工作打下良好的基礎(chǔ)。該課程共16課時，先修課程包括工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)、彈性力學(xué)、工程流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識。課程思路見圖 1（P169）。

1.2 思政元素

“雙碳”目標(biāo)的提出，彰顯了我國的大國擔(dān)當(dāng)和責(zé)任，受到了國際社會一致好評，培養(yǎng)學(xué)生民族自信。通過學(xué)習(xí)和介紹我國大型工程建設(shè)活動，讓學(xué)生充分認識到我國經(jīng)濟高速發(fā)展、科技飛速進步的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生愛國情懷，激發(fā)學(xué)生建設(shè)祖國、投身實踐的激情。

1.3 課堂組織

為充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，結(jié)合課程特點，組織課堂，其具體步驟為：

圖1 《地下能源儲存前沿》課程建設(shè)思路

（1）學(xué)生分組。學(xué)生根據(jù)自己的興趣自由組合，一般每個小組3～4人，并設(shè)置一名組長。教師課堂教學(xué)后，以小組為單位，開展每堂課的研討，主要介紹課堂的收獲以及疑惑，然后班內(nèi)互相討論?！鞍咐健苯虒W(xué)環(huán)節(jié)，小組自由選題，詳細介紹一個典型地下能源儲存工程的類型、工作原理以及工程建設(shè)價值等內(nèi)容（教師引導(dǎo)，確保各組所講案例有所差異）。

（2）課程教學(xué)與課堂研討。通過在“講授式”教學(xué)中融入“研討式”教學(xué)方式，開展教學(xué)。任課教師講授地下水封油庫、地下儲氣庫、壓縮空氣儲能和深部碳封存等地下儲庫的發(fā)展歷史和優(yōu)勢，并結(jié)合工程案例講授儲庫的基本工作原理，以及該領(lǐng)域現(xiàn)存的關(guān)鍵科學(xué)問題和工程技術(shù)難題，培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究或一線工程建設(shè)的興趣。隨后，學(xué)生根據(jù)分組，針對課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容進行討論，內(nèi)容包括自己的所感所悟以及存在的問題。每堂課由2學(xué)時“講授式”教學(xué)+1學(xué)時“研討式”教學(xué)組成，共4堂課，12學(xué)時。

（3）“案例式”課堂教學(xué)。采用案例展示（PPT介紹的形式）+討論的方式開展教學(xué)。任課教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)授課知識點確定案例選題。各小組由組長進行分工，完成充分利用網(wǎng)絡(luò)、期刊、書籍等資料，完成工程案例的詳細介紹，包括運營原理、工程建設(shè)難點及經(jīng)濟效益等內(nèi)容，并制作匯報PPT和演講稿。由小組推薦一名代表進行案例講解，時間控制在10分鐘以內(nèi)。介紹結(jié)束后，學(xué)生提問，演講小組講解?！鞍咐健苯虒W(xué)采用4學(xué)時。

（4）教師點評。案例講解和自由討論完成后，由任課教師進行點評和指導(dǎo)，重點點評案例講解過程中的邏輯推理是否科學(xué)合理、內(nèi)容是否完善、觀點是否正確、表達是否順暢。點評中，應(yīng)充分肯定學(xué)生獨到的見解，鼓勵學(xué)生深入思考、發(fā)散思維，并針對案例講解與討論中的不足，給予學(xué)生合理的建議。部分課堂現(xiàn)場見圖2（P170）。

圖2 “研討式”+“案例式”教學(xué)課堂

1.4 課程考核

“研討式”和“案例式”課程考核必須突出對學(xué)生課堂參與度的考核，促進學(xué)生積極參與課堂討論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，把知識學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)貫穿整個教學(xué)過程，避免學(xué)生突擊學(xué)習(xí)，應(yīng)付考試。

該課程采用考查的考核方式。成績組成及占比為：平時成績占比30%，海報內(nèi)容占比30%，答辯占比40%。通過該考核方式綜合考核學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、參與程度、任務(wù)完成情況等。

2 教學(xué)評價

從學(xué)生反饋中，可知該課程主要取得了以下幾個方面的教學(xué)效果：

（1）培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力?！把杏懯健苯虒W(xué)方式提高了課堂教學(xué)的活力，“案例式”教學(xué)方式加強了學(xué)生理論聯(lián)系實踐，學(xué)以致用。兩者有機的結(jié)合，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，既是受教者，也是授教者，靈活的考核方式也充分促進了學(xué)生利用多種學(xué)習(xí)手段學(xué)習(xí)的動力。由學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式，也克服了傳統(tǒng)的教學(xué)方式與教學(xué)素材的限制，大大提高了教學(xué)效率。

（2）建立地下能源儲庫基本理論體系。課程梳理了《地下能源儲存前沿》的主要授課內(nèi)容，涵蓋了主要的地下能源儲存方式及各自的特點，詳細介紹了不同地下能源儲存方式的工作模式、工作原理與設(shè)計要點，深入剖析了地下能源儲存領(lǐng)域涉及的關(guān)鍵科學(xué)難題，幫助學(xué)生建立對地下能源儲存的基本認識，為學(xué)生在相關(guān)的工程實踐和科學(xué)研究中開展工作打下基礎(chǔ)。

（3）培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)國家建設(shè)祖國的情懷。開展地下能源儲存是當(dāng)前國家所需。建設(shè)《地下能源儲存前沿》課程有助于學(xué)生了解當(dāng)前國家戰(zhàn)略需求。有助于學(xué)生在未來的工作與研究中，更好地實現(xiàn)個人價值與國家需求的結(jié)合，建立服務(wù)國家建設(shè)祖國的認同感。

（4）培養(yǎng)學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力。學(xué)生在自主探索學(xué)習(xí)的同時，與小組成員通力協(xié)作，共同參與到案例資料收集、課件制作與案例講解的工作中，共同完成課堂布置的。通過同學(xué)間的合作，有利于培養(yǎng)學(xué)生組織協(xié)調(diào)能力。

3 結(jié)語

面向國家雙碳目標(biāo)，實時構(gòu)建《地下能源儲存前沿》專業(yè)前沿選修課程體系，對于培養(yǎng)國家戰(zhàn)略發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求型人才具有重要意義。采用“案例式”+“研討式”教學(xué)模式，構(gòu)建靈活開放課堂，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力，取得了良好的課堂效果。該課程的構(gòu)建有利于推動我國能源儲存領(lǐng)域工程實踐人才和科研人才的培養(yǎng)，培養(yǎng)服務(wù)于“雙碳”目標(biāo)的專業(yè)型人才。