碳中和學院“碳循環與全球變化”課程建設探討

摘 要 碳達峰碳中和的目標對新時代人才培養提出了新的要求，全國高等院校紛紛成立了碳中和學院或研究院，探究如何培養碳中和相關的復合型高級人才。碳中和學院涉及學科眾多，基礎學科設置相對復雜。為了更好地適應國家“雙碳計劃”對人才的需求，文章從課程目標、課程建設內容等方面探討碳中和學院“碳循環與全球變化”課程的建設方案，為提升教學質量和碳中和相關人才培養體系建設提供新思路。

關鍵詞 碳中和；課程設計；碳循環；全球變化

中圖分類號：G424 " """""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A """ DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.24.040

Discussion on the Curriculum Construction of \"Carbon Cycle and

Global Change\" in Carbon Neutrality College

Abstract The goal of achieving carbon peak and carbon neutrality has put forward new requirements for talent cultivation in the new era. Higher education institutions across the country have established carbon neutrality colleges or research institutes to explore how to cultivate composite senior talents related to carbon neutrality. The Carbon Neutrality College involves numerous disciplines， with relatively complex basic subject settings. In order to better meet the talent demand of the national \"dual carbon plan\"， this paper explores the construction plan of the \"Carbon Cycle and Global Change\" course in the Carbon Neutrality College from the aspects of course objectives， course construction content， etc.， providing new ideas for improving teaching quality and building a talent training system related to carbon neutrality.

Keywords carbon neutrality; course design; carbon cycle; global change

地球的氣候變化與人類的生存和發展息息相關，是全球各個國家密切關注的問題。2023年3月20 日，聯合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change， IPCC）發布了《第六次評估報告綜合報告：氣候變化2023》[1]。這份報告是IPCC系列報告的總結，由包括中國科學家在內的全球93位學者共同撰寫，是人類社會過去十年來關于氣候變化研究成果的集中體現。報告指出，2011―2020年間，地球表面平均溫度比1850―1900年的平均溫度增加了1.1℃，并進一步明確了人為活動排放的溫室氣體，特別是二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是引起氣溫升高的主要原因。為了積極應對氣候變化，加快綠色低碳發展，各國紛紛開始注重綠色低碳發展。2020年9月，在第七十五屆聯合國大會上，我國做出承諾，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060" 年前實現碳中和。碳達峰和碳中和不僅凸顯了中國堅定走向綠色低碳發展的決心，也體現了中國作為負責任大國積極應對氣候變化的態度。

1" 碳中和學院建設現狀

為了加強綠色低碳教育，為碳達峰碳中和提供堅強的人才保障和智力支持，教育部先后于2021年7月發布了《高等學校碳中和科技創新行動計劃》，2022年4月印發了《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》。近年來，全國高等學校為了加快培養碳達峰、碳中和相關人才，紛紛成立了碳中和學院或者研究院。據筆者不完全統計，目前全國有碳中和學院或研究院40所，各個院校均結合自身特色設置了相關專業和學科。例如安徽理工大學碳中和科學與工程學院設有清潔能源動力系、地球系統科學系，服務支撐安徽省“三地一區”建設和新興產業發展；西北大學榆林碳中和學院設置了“碳儲科學與工程”“綠色低碳發展與治理”兩個交叉學科，圍繞氫能和儲能方向培育新興學科；南京林業大學碳中和研究中心聚焦國內外碳匯計量監測、固碳增匯理論技術及相關經濟政策問題的研究；溫州大學碳中和技術創新研究院著力于低成本、高安全、長壽命鈉離子電池研究，積極推動鈉離子電池產業化；華東理工大學碳中和未來技術學院設置了能源與經濟、環境工程與社會學雙學位本科專業，開設了能源環境創新班；浙江農林大學碳中和學院則主要由5個本科專業和1個微專業組成，分別是正在申請的碳匯科學與技術專業，“雙碳”理念升級改造后的農業資源與環境專業、地理信息科學專業、環境科學與工程專業、測繪工程專業，以及已經開設的碳中和與農林固碳減排微專業；清華大學碳中和研究院統籌學校相關院系力量，規劃了供能、用能、系統、治理四個研究方向，積極推動跨學科交叉融合等。

總的來說，碳中和相關學院或研究院基本圍繞能源、地球科學、環境科學和低碳經濟方向展開。但同時，由于碳中和領域涉及的學科方向廣，學院的基礎學科設置相對復雜，且由于都是新成立的學院或研究院，沒有前人經驗參考，使得碳中和課程設置難上加難。而學院不管是以哪種學科為主，介紹地球碳循環與氣候變化之間的關系，讓學生了解為什么要降碳，了解地球碳儲庫以及碳循環過程都是有必要的，可以設立“碳循環與全球變化”作為專業基礎課或者選修課。

2" 課程概況與課程目標

“碳循環與全球變化”課程是碳中和學院新設立的一門課程，可以作為地球科學類和環境科學類的專業基礎課，也可以作為能源類和經濟類的專業選修課。該課程旨在通過課程學習和系統科學思維訓練，使學生了解地球碳循環與全球氣候之間的關系，掌握地球系統各個圈層中碳的賦存及碳循環過程，以及人類采取的降碳對策，提升學生對“雙碳”的興趣，逐漸培養學生的創新意識、多學科交叉思維和解決具體降碳問題的能力。

3" 課程建設

碳中和領域是一個新興的研究方向，碳中和相關專業的教材也還沒有形成體系。“碳循環與全球變化”目前沒有直接對應的中文教材，英文教材有Kondratyev K I A 在2003年出版的《Global Carbon Cycle and Climate Change》[2]，但距今也已有20多年。結合其他相關的書籍，如周廣勝編著的《全球碳循環》[3]、于貴瑞編著的《全球變化與陸地生態系統碳循環和碳蓄積》[4]和汪品先編著的《地球系統與演變》[5]等，設置課程章節和內容如表1所示。課程圍繞“地球系統的碳循環”“碳匯、碳源及碳收支計算”和“碳對策”三個重點，分別介紹碳元素在地球大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈的賦存形態，陸地、海洋的碳匯與碳源，各種生態系統的碳收支計算，以及針對節能降碳問題人類能夠采取的各種應對措施。

3.1" 課程體系的動態構建

隨著各個國家對綠色降碳的特別關注，國內和國際各個領域的頂級期刊發表了很多與碳中和相關的論文。課程將利用互聯網資源，秉承“以學生為主體，教師為主導”的教學理念，穿插最新的科研問題和成果以構建研究型課堂[6]。

由于“碳循環與全球變化”是一門很新的課，所以在教學過程中，課程團隊將結合實際教學效果和最新科研成果，不斷修改和完善教學大綱，及時淘汰課程中過時的認識，將新認識和新技術補充進入課程模塊。在不斷累積該門課程的教學經驗后，將總結整理出一本新的教材，將“碳循環與全球變化”打造成為更系統、更先進的一門課程。

3.2" 跨學科整合，多學科交叉

“碳中和”這一概念涉及地球科學、環境科學、生態學、化學工程、能源科學、社會經濟學、信息技術、政策與法規等領域。在課程教學過程中，如何進行跨學科整合、多學科交叉是一個難點，也對教師本身的知識水平提出了更高的要求。可以邀請多個學科方向的教師共同授課，打造綜合性的教師團隊，讓學生從不同角度了解碳循環和全球變化，拓寬他們的視野和思維方式。

積極尋找課程中不同學科的交叉點和結合點，提升教學效果。例如，地球科學中不同圈層的碳循環過程與偏工程方向的碳捕集、利用和封存技術之間的結合點就在于如何將二氧化碳從大氣圈轉移到巖石圈并固定下來。在介紹碳收支時，可以與碳市場、碳交易等經濟領域相結合。課程教學中還可以介紹國內外有關碳中和的政策和法規，讓學生了解政府對于碳減排的政策導向，引導學生關注社會熱點問題，激發其對于社會責任的思考。同時，在教學過程中注重培養學生的家國情懷，激勵學生努力學習碳中和知識，以后為國家碳中和事業的發展作出貢獻。

3.3" 強化案例分析，突出實踐環節

課程實施過程中，教師在介紹全球碳收支部分時，可通過具體的案例分析，以典型的生態系統例如森林生態系統、草地生態系統、北極陸地生態系統和水生生態系統為例，具體講述如何進行碳收支的計算，加深學生的學習印象，使得課程更貼合實際生活。教師在案例分析的同時，還可組織小組討論，活躍課堂氛圍，碰撞出思考的火花，提升學生分析問題的能力[7]。

在課程教學中，教師可根據不同儲庫中的碳，結合對應的降碳實踐路徑進行講解。例如，通過植樹造林、開展生態修復，可以增加森林生態系統中的碳，從而減少大氣圈中的碳含量；碳捕集技術從工業廢棄流（點源碳捕獲）或者直接從大氣（直接空氣捕獲）來捕獲二氧化碳，可以降低大氣圈中的碳[8]；碳封存技術則將捕獲的二氧化碳封存在油田、氣田、咸水層和不可開采的煤層等地下層，相當于將大氣圈中的碳轉移到巖石圈。理論結合具體技術，使學生能更全面地理解碳循環的過程，以及如何通過技術手段實現對碳的捕集和利用，學會將理論知識應用到實際問題的解決中。

課程教學中教師應強調碳中和對于應對氣候變化的重要性，提升學生對于環保、可持續發展的認識，培養學生節能減排、保護環境的價值觀念。從個人、家庭、社會不同層面介紹降碳的措施，引導學生樹立綠色低碳觀，從小事做起，從身邊事做起，自覺踐行低碳生活。例如，選擇步行、騎自行車、乘坐公共交通工具等低碳出行方式，減少一次性塑料使用，關閉不必要的燈光和電器，合理使用空調和暖氣，積極參與垃圾分類，減少生活垃圾的產生等手段，保持低碳生活方式。

4" 結語

在碳達峰碳中和的目標下，為了更好地培養碳中和專業人才，碳中和學院和研究院應運而生。“碳循環與全球變化”課程的設置，可幫助學生樹立為什么要從事碳中和事業的信念，掌握地球碳循環過程，從而引導學生了解從什么方向入手進行降碳。該課程能激發學生學習碳中和知識的興趣，同時將碳循環理論與碳對策技術相結合，使得學生對專業前景有了更好的憧憬。

參考文獻

[1] IPCC.Climate" change" 2023：synthesis" report." Contribution" of" working groups Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ to the sixth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M].Canberra：The Australian National University，2023.

[2] Kondratyev K I A，Krapivin V F，Varotsos C.Global carbon cycle and climate change[M].Switzerland：Springer Science amp; Business Media， 2003.

[3] 周廣勝.全球碳循環[M].北京：氣象出版社， 2003.

[4] 于貴瑞.全球變化與陸地生態系統碳循環和碳蓄積[M].北京：氣象出版社， 2003.

[5] 汪品先，田軍，黃恩清，等.地球系統與演變[M].北京：科學出版社，2018.

[6] 姜博，邢奕，蘇偉.“雙碳”背景下環境學科本碩博課程建設的思考[J].教育教學論壇，2024（1）：129-132.

[7] 劉習平，莊金苑.碳中和通識課程體系設計[J].湖北經濟學院學報（人文社會科學版），2024，21（1）：147-150.

[8] 張燕龍.碳達峰與碳中和實施指南[M].北京：化學工業出版社，2021.