“雙碳”背景下基于地區科研資源對化學專業課程教學改革的探索

郭雅丹 崔永峰 牟真 劉文芳 劉麗靜

摘?要：為實現“雙碳”目標，高校作為人才培養的第一陣地，專業課程的構建需及時做出相應的調整，以適應國家綠色發展戰略與格局。本文以“物理化學”為例，在“雙碳”背景下，探索一種“綠色”發展環境下新型的產教一體的教學模式以適應時代背景。根據化學專業的學科特點，結合地區科研資源，以學生就業為導向，從課程培養目標、課程內容、產教融合以及就業導向等方面創新人才培養模式，探索“雙碳”背景下基于地區科研資源的化學專業課程建設改革。

關鍵詞：“雙碳”背景；科研資源；物理化學；教學模式

雙碳，即碳達峰與碳中和的簡稱。黨的二十大報告指出：“實現碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。”當前，在推進這場系統性變革的過程中，基于理論知識的基礎之上充分發揮高?；A研究和學科交叉融合的優勢，加快構建“雙碳”科技創新體系和人才培養體系，對于如期實現“雙碳”目標至關重要。與此同時，隨著世界經濟快速發展以及綠色發展理念的深入，“雙碳”背景下化學產業發展面臨新機遇，傳統普通高?；瘜W專業教育模式和人才培養理念與“雙碳”目標國家戰略發展方向不相適應［1］。因此，對于普通高?；瘜W專業的課程教育應及時調整以適應新的發展需求。在“雙碳”背景的推動下，普通高?；瘜W專業的課程教學改革應與地區科研資源結合，圍繞學生就業，注重理論與實踐聯手，加強產教一體化構建，進一步培養出符合“雙碳”背景的優秀人才（以下簡稱“雙碳”人才），即具備環保習慣、低碳生活方式、碳管理知識和技能、熟練掌握綠色技術等能力，能夠為企業或社會創造經濟、社會和環境效益，有助于實現可持續發展的人才。

“物理化學”是化學相關專業必修的專業基礎課程，其涉及化學、物理以及高等數學等方面的理論知識，用于研究物質的性質、變化規律以及反應進度。隨著對該課程的深入研究，發現“物理化學”的理論和方法對其他學科如生物學、地球科學、材料科學等都具有重要的應用和意義，因而也在生物、燃料、發光器件以及能源領域有重要應用，也因此迫切需要完成相應的“雙碳”目標。本文針對于“物理化學”課程培養目標、課程內容、產教結合以及就業導向方面，探索“雙碳”背景下結合地區科研資源的教學模式改革，進而培養出符合時代潮流的優秀人才。

一、“雙碳”背景下“物理化學”課程培養目標的重構

“物理化學”是化學專業的一門重要基礎理論課，它是從物質的物理現象與化學現象聯系入手，主要運用數學和物理學的有關理論和方法研究化學變化基本規律的學科［2］。“物理化學”既是化學學科理論的一部分，又是數學、物理學和化學相互滲透的交叉學科，它的理論對中學化學教學、化學科學與化工生產具有重要的實踐指導作用?！拔锢砘瘜W”具有廣闊的應用前景，現今先進的科研成果中也能看到“物理化學”相關知識。“物理化學”的應用性決定了其與“雙碳”背景的緊密聯系，然而傳統的“物理化學”的課程目標與培養具備科學素養、創新意識、跨界能力的“雙碳”人才的目標匹配度較差，因此需要在傳統“物理化學”課程目標基礎之上對其進行相應改革。

（一）掌握理論知識是該課程的基礎培養目標

“物理化學”課程主要包含化學熱力學、動力學、電化學、表面化學與膠體化學等內容，而且這些知識又大量應用于科研、生產、生活領域當中。可是該課程的很多內容理論性強、概念抽象且難以理解、公式多、推導過程復雜、邏輯性和關聯性強，同時相對應的實驗課程操作復雜、儀器精密，這也使其學習起來相比于其他化學基礎課程更困難，“物理化學”的教與學都有不小的難度［3］。因此，在培養“雙碳”化學人才的過程中，“物理化學”理論知識的掌握是奠定后續科學研究、實踐操作的基礎。“物理化學”的教學仍舊不能脫離課堂理論知識的學習。

（二）培養科學素養是該課程的時代培養目標

“雙碳”戰略必須立足于科學技術，推動科技革命，培養具有扎實的科學素養“雙碳”人才，以實現經濟社會的可持續發展。“物理化學”的理論知識在培養“雙碳”人才的過程中提供了理論基礎，“雙碳”背景也為“物理化學”的學習提供了新的思路與活力。在當今科技迅猛發展的潮流中二者的相互影響順應了時代的發展，也賦予高校化學人才培養的先進性。在課程培養目標制定時要加入相應科學知識、實踐技能以及科研思想的相應內容，進一步符合時代發展要求。

（三）融合時代背景是該課程的創新培養目標

“雙碳”戰略是有別于以往技術革命的一項廣泛而深刻的變革，是強調以人為本的低碳化和可持化的發展戰略。為實現人與自然的和諧發展，需要打破以往的思路框限，培養具有強烈創新意識的“雙碳”人才。此外，“雙碳”戰略將打破行業之間的界限，這就要求“雙碳”人才必須了解和掌握不同領域的知識和技能，擁有創新思維和跨界思維，以跨越不同領域之間的界限，尋找和發掘解決方案，以滿足可持續發展的要求，在學校教育方面也需要更多的交叉學科建設。針對高?；瘜W專業學生后續發展的基本需求，可著眼于地區科研資源，融合時代背景與“物理化學”理論知識，激發學生的創造力，提高學生的動手能力，進一步突破專業壁壘，開展交叉融合創新，支持多專業協同，并為地區“雙碳”發展培養復合型低碳人才。

二、“雙碳”背景下“物理化學”課程內容的深化及豐富

“物理化學”是一門涉及多學科、多理論以及多計算的學科，是由大量采納物理學的理論與實驗結論，探索和研究化學的基本規律和理論而構建的一門反映化學發展深度的科學。基于當今綠色經濟發展與綠色科學研究的潮流，普通高校更加需要繼續深化完善化學相關專業課程的建設內容。目前關于碳中和的相關課程仍在建設當中，因此，在已有的“物理化學”課程基礎上進行完善，將一些相近的理論原理與“雙碳”相融合，促進該門課程理論知識內涵的豐富性，構建并深化相關課程內容。同時，與高校所在地區科研資源緊密結合，使物理課程具備更深層次的地區服務性與時代應用性。

（一）深化時代內涵

“物理化學”是現代生命科學、材料科學、環境科學和能源科學發展的重要基礎，與“雙碳”的時代大背景息息相關［4］。“物理化學”涉及的理論概念以及相應的計算，對解決環境問題和促進可持續發展具有很強的實驗性和實用性。例如，將化學反應動力學中研究不同反應條件下化學反應的機制和速率的方法應用于碳排放減少的學習和研究當中，將有利于推動碳減排技術的研發。與此同時，“物理化學”知識內容還涉及能量轉換、儲存、利用等領域，應當注重其對能源相關知識的深入探究。因此，設計具有科學性、合理性、準確性、先進性的課程教學內容，加入低碳、環保、可持續發展等相關概念，鼓勵學生探討利用學習的知識，采用更環保、更節能的方式進行研究和生產，將有利于達成“雙碳”人才的培養目標，提高培養質量，進而培養學生的環保意識和創新精神［5］。盡管不少高校與“雙碳”相關的專業和課程建設取得了一定成效，但專業和課程的內涵建設仍需進一步加強。化學專業和課程的建設應更加關注環境保護和可持續發展，注重相關研究和應用。

以諾貝爾獎為例，2019年諾貝爾化學獎得主John?B.Goodenough、M.Stanley?Whittingham和Akira?Yoshino因其在鋰離子電池方面的研究獲獎。這項研究成果不僅推動了電動汽車等清潔能源的發展，也有助于減少碳排放。因此，“雙碳”背景下，化學專業和課程的建設應緊密關注當前的研究前沿和熱點，注重理論與實踐的結合，進一步加深課程內容的理解，為培養“雙碳”人才提供豐富的知識內涵。

（二）豐富科研內容

在“雙碳”的背景下，“物理化學”課程內容的構建不應只是書本上知識的教與學。在教學過程中，鼓勵學生通過數據的平臺擴充“物理化學”相應的知識，結合時代背景與科研資源，查閱和推導“物理化學”中相關理論與計算，以加深學生對學習內容的理解，從而加深對抽象理論公式的理解和記憶提高教學的效果，使“物理化學”課程內容更加豐富，教與學更加輕松［6］。同時，在教學改革過程中要采取不同的應對辦法，及時發現和解決學生們遇到的問題。將課程的內容與地方科研資源相結合，因地制宜，使學生所學的知識可以學以致用，除此之外，因地制宜可以使抽象難懂的“物理化學”知識變得生動可見，也使得該門課程學習與授課的過程變得充滿活力。

例如，在包頭師范學院“物理化學”表面張力現象與分散系統的教學過程中，基于包頭市“稀土之都”與“綠色硅都”的豐富稀土與硅資源優勢，在講解相應的理論知識的基礎上結合稀土溶膠以及硅材料的氣固吸附工藝，使授課對象對理論知識的掌握更加深入。結合“雙碳”的發展目標，激發授課對象在所學知識的基礎上優化相應工藝，進一步達到“雙碳”的目標。

（三）引入思政元素

“物理化學”課程作為化學專業的核心課程，是培養高素質化學專業人才的主陣地［7］。在“物理化學”課堂上要把握住思政教育的豐富內涵，將思政元素落實在教學過程的環節當中，充分發揮“物理化學”課程的育人功能。近年來，綠色環保的發展理念已經成為發展的核心內容，利用與“物理化學”原理有關的社會生活應用對學生進行思政教育。如，在學習表面現象知識點時，通過近年來全國各地出現的嚴重霧霾這一天氣現象，講解霧霾出現所涉及的表面“物理化學”中知識，讓學生樹立起“金山銀山不如綠水青山”的綠色環保理念，建立起可持續科學發展觀和綠色生態觀。在講授電化學知識時，適當地介紹電池在生活中的應用，增強學生的環保意識。也可以借助地方“綠色硅都”的優勢，引導學生將電化學與硅材料結合，開發學生學習負碳、零碳、低碳和脫碳知識，樹立綠色低碳理念，加深對“雙碳”的了解，真正讓“雙碳”融入課堂和生活。同時通過德育、思政及專業課程實踐環節，引導學生從身邊做起，傳播綠色低碳育人文化，踐行綠色低碳發展理念，為化學專業課程的“雙碳”發展提供堅實的思想保證。

（四）激發產教結合

“物理化學”是一門理論知識抽象但與實際應用關系緊密的學科。在“雙碳”的時代大背景下，“物理化學”課程不僅要注重教與學，更應該面向地方科研資源優勢，將“產”作為課程的主要組成部分。依托既有資源和優勢，以能源、環境、綠色化工、綠色材料為基礎，注重與社會、行業企業的需求相結合，并強調特色教育、因材施教，滿足學生的特色化發展。把“雙碳”理念融入教學過程，結合太陽能、風能、地熱能、海洋能、生物質能、核能及相關低碳能源發展技術，利用物理化動力學與熱力學理論知識，讓學生更加深刻地理解“雙碳”的發展背景。在此基礎上，與地方特色資源研發企業合作，構建相應的實踐平臺，開展校企結合的實習實訓基地，將校內的“物理化學”課程內容與特色企業實踐融合，建立產教結合的合作機制，促進高校和企業之間的緊密合作，將學生的專業知識和實踐能力與企業需求相結合，促進產業發展和學生就業，激發“雙碳”背景下的產教結合的培養模式，開展融合創新研究，突破“雙碳”研究壁壘，為培養復合型低碳人才提供優勢。

（五）提升就業向導

傳統的“物理化學”課程教學方法相對單一，雖然能夠保證學生對既定知識的學習和吸收，但容易導致學生對“物理化學”課程學習興趣降低、學習積極性不高及學習效果不理想等問題。隨著將“雙碳”目標融入人才培養過程中，傳統的課程設置和時代的發展產生了相當大的差距。不同的時代背景對化學專業人才的要求各不相同，“物理化學”與時代發展結合緊密，了解科研資源優勢與科研成果，跟隨“雙碳”時代背景，推進產學研合作，鼓勵企業和高校、科研機構等相互交流與合作，共同研發解決實際問題，將科學研究成果轉化為實際生產力和社會經濟效益，達到學生畢業即就業的目標。在這樣的模式下，學生在科研基礎、理論知識方面擁有較高的競爭力，成就感和歸屬感得到增加，同時也滿足市場對相應人才的需求，從而提升其就業導向。

結語

“物理化學”課程作為一門應用性課程，對學生實踐能力、動手能力以及應用能力的掌握具有很高的標準要求，如果僅僅依靠學校教師的理論教學、校內課程實驗以及校外實習等傳統教學模式去培養學生，將很難滿足市場崗位對學生能力和職業素養的要求。因此在“雙碳”背景下基于地區科研資源對“物理化學”課程進行符合時代潮流的改革，就是要在課程內容、培養目標、產教結合以及就業導向方面進行相應調整以適應綠色低碳的發展需求。將“雙碳”目標納入相關課程的教學體系，在豐富教學內容的同時，有助于探索課程教學改革的新路徑，為進一步培養新時代的低碳化學專業人才提供有力保障，為我國高等教育領域人才培養“多主體、強合作、共發展”的多元協同運行系統奉獻一份力量。

參考文獻：

［1］鄭苑楠，李姍姍，江丙友，等，面向“雙碳”戰略的煤炭高校教學改革探索［J］.科技創新導報，2022，19（11）：176179.

［2］趙丹.關于非化學專業《物理化學》課程教學的探討［J］.赤峰學院學報（自然科學版），2010，26（12）：45.

［3］周海，康敏.淺談地方本科院校物理化學課程教學改革［J］.廣東化工，2022，49（10）：230232.

［4］周欣，王茗倩，果崇申，等.本研課程一體化教學助力理解物理化學課程難點——以計算化學研究表面吸附過程為例［J］.當代化工研究，2022（22）：142144.

［5］戴國梁，劉家輝，錢蕙.地方性應用型本科高校物理化學課程定位與改革［J］.課程教育研究，2019（36）：35.

［6］于開源，遲曉星，錢麗麗，大數據時代的大學化學基礎課程建設——以“物理化學”課程教學為例［J］.農產品加工，2016（16）：7476.

［7］航敏，馮燕，張小娟，等.“物理化學”課程思政教育建設初探［J］.廣東化工，2019，46（10）：196.

基金項目：包頭師范學院科研啟動金項目（BTTCRCQD?2020008）；內蒙古自治區本科教學改革項目（JGYB2022?053）；內蒙古自治區“十四五”規劃課題（NGJGH2021229）

作者簡介：郭雅丹（1991—?），女，內蒙古包頭人，博士，包頭師范學院化學學院講師，研究方向：納米材料的構建及其生物應用；劉麗靜（1972—?），女，內蒙古包頭人，碩士，包頭師范學院化學學院教授，研究方向：納米材料的構建及應用。