“雙碳”背景下新能源化工技術案例教學探索與實踐

［摘 要］目前化工類專業課程更傾向于理論學習，教學方法和手段較為落后，忽視了實踐環節以及教學價值引導。在“雙碳”背景下，昆明理工大學根據化學工程與工藝專業的人才培養特點，結合云南新能源產業的發展，建立了基于“雙碳”目標的新能源化工技術案例教學的資源庫。該案例教學將思政元素與化工新能源專業知識交叉融合，構建了多環節的課程考核體系，采用探索、實踐、啟發式教學，引導學生進行探索式與個性化學習。改革后的新能源化工技術課程提高了化工專業學生的實踐能力、工程思想和創新意識，培養了適應云南產業發展的人才，可為化工類專業教學改革提供借鑒。

［關鍵詞］“雙碳”目標；新能源化工；案例庫；課程改革

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）11-0073-06

“碳達峰”和“碳中和”目標倡導綠色、環保、低碳的生活方式，有利于提高我國產業和經濟的全球競爭力[1]。2022年8月，科技部、國家發展改革委、工業和信息化部等9部門印發《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》，統籌提出支撐2030年前實現“碳達峰”目標的科技創新行動和保障舉措，并為2060年前實現碳中和目標做好技術研發儲備[2]。在此目標的指引下，國內石化、新能源以及制造業都掀起了節能降碳的熱潮[3]。化工產業的調整和優化升級是實現“雙碳”目標的因素之一。2022年4月，教育部印發了《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》，為我國高校工科人才培養和教育改革指明了方向，這也對化工科研人員和工程技術人員提出了新的挑戰[4-5]。因此，既掌握化工專業知識又掌握新能源技術的綜合型人才備受人才市場歡迎。

云南省礦產資源豐富，以有色金屬和磷礦著稱。但這些資源大都被用于生產附加值低且產能相對過剩的磷肥、磷酸鹽等基礎化工產品，一定程度上導致資源優勢未轉化為經濟發展優勢[6]。近年來，云南省大力發展風電、光電等新能源產業，2023年9月，云南省工業和信息化廳、云南省發展和改革委員會等部門聯合印發了《云南省能源電子產業發展實施方案（2023—2025年）》。該方案提出以構建產業生態發展為目標，充分發揮綠色能源、礦產資源等特色優勢，繼續推進光伏、新型儲能電池產業鏈，推動面向新能源的關鍵信息技術及產品加快發展，為綠色能源強省建設提供有力支撐。開展能源材料科研及教學工作有利于培養云南能源電子產業發展急需的人才，解決云南省新能源領域人才緊缺的現狀，有利于促進云南地方經濟發展。此外，如何通過教學改革提升學生的創新意識和創新能力也是當前化工專業教學急需解決的問題。

優化人才培養模式是提高人才培養質量的載體和途徑[7]。完整的人才培養模式應該是在先進的教育思想指導下構建人才培養目標，根據人才培養目標確定人才培養過程。目前，化工專業課程教學更傾向于培養學生對專業理論知識的學習和運用能力，而忽視了教書育人中的“育人”這一重要環節，忽視了專業課教學中的價值引導，導致學生不理解課程的行業價值和社會價值，不能明確課程學習的意義，從而缺乏學習積極性[8-9]。另外，傳統課程思政教學中教學情境的缺失，加之“填鴨式”說教方式，一定程度上扼殺了學生的創新思維能力，導致部分學生思維僵化，對思政教育產生抵觸心理。這與黨的十八大明確提出的“培養學生社會責任感，創新精神，實踐能力”的要求并不相符[10]。為了改變這種只注重培養學生專業技能的傳統教學模式，課題組根據化工類專業課程特點，將專業課程和課程思政相結合，采取能調動學生自主學習積極性的教學模式——以學生為課堂主體，結合云南地方特色，將課程思政與專業課程緊密結合，開展新能源化工類課程建設工作，采用“理論知識+實踐教學”相結合的方法，制訂出系統完整、高度關聯的知識結構體系的教學方案，建設新能源化工技術課程教學案例庫。通過論文寫作、創新創業項目、知識競賽等檢驗學生的學習效果及實踐創新能力，提高學生的自主學習、團結協作和組織實施能力，培養學生以創新為靈魂、以實踐為基礎的科學精神和嚴謹的科學態度。

一、建立新能源化工技術教學案例庫

新能源化工技術是化工類基礎課的后續課程，主要包含化工技術與新能源統籌優化、綜合利用的方法，以及高效、清潔儲能技術的開發等內容。通過對新能源轉換、儲存及其應用的理論探討、案例分析、實驗教學等形式，帶領學生掌握新能源化工技術的相關化工科學問題，旨在推動化工、材料和新能源的交叉融合，培養學生的創新意識和實踐能力，為云南地方經濟發展培養所需人才。新能源化工技術課程的主要內容如表1所示。

案例教學是一種以實際案例為基礎的教學方法，教師在教學中扮演設計者和激勵者的角色，鼓勵學生參與討論[11]。案例教學可以通過生動真實的案例有效地串聯教學難點和重點，彌補傳統教學對實踐重視的不足。

案例教學最重要的就是案例庫的建設，案例庫的質量是影響案例教學效果的關鍵因素。新能源化工技術課程是一門涉及多門學科的課程，以新能源、電化學、鋰離子電池、太陽能、儲能材料為主要內容。所選案例應該能夠反映課程的內涵，能讓學生運用理論知識解決實際問題，提升學生看問題的高度。對選取好的案例進行入庫管理、分類、確定關鍵詞，可方便任課教師檢索和查詢。

在新能源化工技術的授課過程中，課題組教師結合云南新能源產業的發展現狀以及自己的科研成果，開發了一系列教學案例，部分案例如下所示。

（一）黑磷的制備與應用

二次電池是目前儲能效率最高的儲能裝置，而二次電池發展的關鍵在于高性能電池材料，磷基材料在二次電池領域具有很好的發展前景[12]。在教學過程中，教師結合云南地方特色及磷化工科研工作基礎，以“黑磷的制備與應用”為例[13]，對相關理論知識進行講解，同時引導學生學習云南磷化工行業的發展歷史及現狀，培養學生的刻苦鉆研意識；并結合目前云南地區所面臨的新能源領域人才緊缺的機遇與挑戰，鼓勵學生學習專業知識，提升專業技能，為云南產業發展貢獻自己的力量。

（二）太陽能利用技術

太陽能光伏發電作為一種新興的清潔能源，受到了越來越多的關注。太陽能光伏發電是一種利用太陽能將光能轉化為電能的技術，是一種非常有發展前景的清潔能源[14]。云南省積極踐行綠色發展理念，加快新能源項目開發建設，推動資源開發與生態環境保護，印發了《云南省2023年第一批新能源項目開發建設方案》，工作目標為投產并網新能源項目裝機1500萬千瓦，裝機1579.17萬千瓦。2023年以來，云南省能源局克服水電減少的影響，能源投資高速增長，使新能源成為僅次于水電的第二大能源。

（三）燃料電池

燃料電池是一種電化學能量轉換裝置，可以將反應物的化學能直接轉化為電能。燃料電池運行一般只產生熱量和水，具有環保、效率高、可持續發電的優點，是解決當前資源、環境危機的有效途徑之一[15]。教師以固體氧化物燃料電池為例，介紹國內外固體氧化物燃料電池產業的發展現狀，分析產業發展前景，讓學生通過查閱資料、閱讀最新的科技文獻，針對我國的固體氧化物燃料電池問題及發展提出解決辦法和建議。

（四）香煙過濾嘴基復合材料處理

我國煙草消費巨大，每年數以萬億計的過濾嘴被隨意丟棄。香煙過濾嘴對環境有害且不可降解。以香煙過濾嘴作為碳源，采用KOH為活化劑，結合高溫熱處理和氣相沉積法，可以制備香煙過濾嘴基多孔炭/紅磷復合材料。香煙過濾嘴基多孔炭具有豐富的微孔結構，其作為載體能有效緩解紅磷在充放電過程中體積變化較大的問題，多孔炭材料的引入大大提高了充放電比容量和循環性能。此研究為香煙過濾嘴固體廢棄物的高價值化利用提供了新的途徑。

（五）風力發電

風力發電是指將風的動能轉化為電能。風力發電比較環保，日益受到人們的重視。風電更易受地域和規模限制，風力發電在與化工公用工程集成耦合方向的研究深度不如光伏發電，但在設備維護、能量轉換等方面，風力發電較光伏發電更具優勢[16]。在當前的“雙碳”背景下，云南省能源投資集團有限公司（以下簡稱云南能投）聚焦風電等可再生能源電力生產項目的投資、開發、建設和運營管理。截至2023年7月，云南能投已投產發電的風力總裝機容量達670兆瓦，預計通泉風電場、金鐘風電場、永寧風電場及澗水塘梁子風電場建廠投產后，將增加風電裝機容量1620兆瓦。

二、案例教學中的課程思政

（一）課程思政建設的重要性

自從黨的十八大以來，我國高等教育立德樹人任務越來越清晰，不同學科的課程思政越來越受到重視。高校是人才教育的主要陣地，我國高校的思政教育應該以人為本，探究新的教育方式，優化思政教學內容[17]，讓學生真正懂得做人、做事的基本道理。對于理工科來說，相關教師也需要深入挖掘思政元素，并融入理工科課程建設當中。因為歷來理工科課程的教學大多強調對“技術”的掌握和運用，較少強調德育。隨著我國工業結構的調整以及全球化工產業格局的變化，國內更多的化工企業需要參與國際競爭，因此需要更多具備過硬化工專業技能以及優秀道德品質的高素質人才。化工類專業課程的思政建設符合立德樹人的要求，對高素質化工類專業人才培養意義重大。

（二）新能源化工技術課程中的思政元素

在新能源化工技術課程教學中，教師要深入挖掘課程內容中的社會主義核心價值觀、社會責任、創新意識、家國情懷等思政元素，結合昆明理工大學的“紅土精神”，激發學生的愛國奉獻精神，使學生樹立文化自信。在教學內容中融入思政元素，需要找準思政元素切入點，從課程內在邏輯出發，找出能夠吸引學生興趣的內容。如分享優秀華人科學家的事跡，弘揚社會主義核心價值觀，在傳播知識的同時，實現價值塑造、能力培育等教育目標，提高新時代高校育人質量。表2列出了部分課程教學內容及對應的思政元素。

從實際效果上看，新能源化工技術的課程思政建設是值得肯定的，一方面，科學家的事跡生動有趣，有助于活躍課堂氣氛；另一方面，這種隱性教育是潛移默化的，有助于學生樹立崇高的科學思想和愛國精神。

三、教學實施與考核

（一）案例教學實施

具體的案例分析解決過程比較復雜，需要學生具備基本的理論知識，因此在案例教學實施過程中，教師要對涉及的基礎理論知識進行回顧和講解，讓學生在接觸案例時可以聯想到有關知識點。

案例的教學過程包括案例導入、分析和討論。通過案例的細致講解，引導學生形成獨立思考問題的批判性思維，分析案例背后的科學問題。例如對于某一種新能源化工技術，教師可以根據學生興趣對學生進行分組，讓學生查閱本領域著名專家的研究內容、治學經驗，充分準備后以小論文或者PPT的方式進行匯報交流，提出問題讓大家共同探討，教師可以和學生一起對問題進行解答和總結。這種啟發式和互動式的課堂教學，不但能培養學生主動學習和思考的能力，還能豐富教學內容，培養學生的學習興趣，提高學生分析問題和解決問題的能力。另外，將部分教學內容從課堂轉移到實驗室，采用“理論知識+實踐教學”相結合的模式，讓學生邊學邊做，淡化實驗個數概念，能強化學生化工類課程的基礎知識，培養學生勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力。

新能源化工技術是當前科學研究的熱點問題。一方面，教師可以通過這些熱點問題組織學生參加“挑戰杯”、創新創業大賽等科研活動，提升學生的學習興趣和科研興趣，為畢業設計以及進一步深造奠定基礎。另一方面，引導學生參與到教師的科研項目中，這個過程能使學生更好地掌握專業基礎知識，了解專業的前沿科技。此外，邀請化工新能源行業的專家學者舉辦學術報告會，有助于學生了解新能源技術領域的最新研究成果和行業動態。

（二）案例教學考核

教學考核需要教師根據項目要求精心設計學習任務、制訂評價標準，以便學生在學習過程中，有明確的學習目標。評價時既要注意對技能和成果進行評價，又要對學生的態度和方法進行評價，最終制訂出旨在培養學生創新意識和實踐能力的教學考核標準。

對課程的考核方式呈現多元化，課題組針對課程目標制訂了合理的支撐內容，制訂了新能源化工技術課程的考核標準（見表3）。通過專題研討、實驗教學、以賽促教等環節，引導學生進行探究式與個性化學習，培養學生的表達能力、團隊協作能力、創新能力、實踐能力和科研創新能力。這種考核方式能使學生意識到他們的平時表現也會體現在最終的期末成績中。

四、案例教學存在的不足與改進措施

首先，案例教學可以培養學生的工程實踐能力，但是現有的案例大多數只是文字敘述，難以增強學生的學習興趣，使得案例教學的作用達不到應有效果。因此，隨著信息技術的不斷進步，建立可視化案例庫是很有必要的[18]。通過虛擬現實技術、仿真模擬技術等，可以將以前看不見、摸不著的工程內容通過可視化案例庫呈現出來。其次，由于數量偏少、來源渠道有限，現有案例容易脫離企業生產實際，難以調動學生主動思考，不能充分發揮案例庫的作用。這需要鼓勵教師參與校企合作，在企業實踐中發掘、撰寫案例，更新案例庫資源，不斷深挖案例背后的知識聯系。最后，部分學生專業基礎知識薄弱、分析能力不足，對案例蘊含的理論知識分析不夠深入；還有一些學生主動性不夠，缺乏獨立思考能力和團隊精神。這就需要教師引導學生進行課前預習，讓學生對案例涉及的知識點有所了解，在討論的時候可以分組進行，提高學生的參與程度。另外，案例可以選擇社會熱點問題以及學生感興趣的話題，比如新能源汽車等，引導學生關注社會問題，提高學生的工程實踐能力。

五、總結

低碳排放以及清潔能源的高效利用是我國的發展目標之一。新能源化工技術課程是一門跨學科課程，本課程以學生為中心，確定了新能源、鈉離子電池、鋰離子電池、儲能等教學內容，創新性地采用了探索式教學模式。通過建立新能源化工技術課程的案例庫，融入思政教育，培養學生為實現“雙碳”目標解決實際問題的能力。

首先，通過對新能源轉換、儲存及其應用的理論探討、案例分析、實驗教學等形式，帶領學生掌握新能源化工技術的相關化工科學問題，旨在推動化工、材料和新能源等知識的交叉融合，培養學生的創新意識和實踐能力，為云南地方經濟發展培養所需人才。

其次，建立了新能源化工技術課程案例庫。通過案例分析，解決了新能源化工技術課程專業教育與思政教育相脫節的問題，保證了學生知識的系統性、完整性和高度關聯性。通過創新基礎訓練和賽教融合，引導學生進行探究式與個性化學習，增加新能源化工技術課程的學習深度。

最后，新能源化工技術課程案例庫的建設還需要加強，在培養學生的科學素養、環保節能意識、愛國情懷和工匠精神方面還需要不斷探索和改進。

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［責任編輯：劉鳳華］