“双碳”背景下新能源化工技术案例教学探索与实践

［摘 要］目前化工类专业课程更倾向于理论学习，教学方法和手段较为落后，忽视了实践环节以及教学价值引导。在“双碳”背景下，昆明理工大学根据化学工程与工艺专业的人才培养特点，结合云南新能源产业的发展，建立了基于“双碳”目标的新能源化工技术案例教学的资源库。该案例教学将思政元素与化工新能源专业知识交叉融合，构建了多环节的课程考核体系，采用探索、实践、启发式教学，引导学生进行探索式与个性化学习。改革后的新能源化工技术课程提高了化工专业学生的实践能力、工程思想和创新意识，培养了适应云南产业发展的人才，可为化工类专业教学改革提供借鉴。

［关键词］“双碳”目标；新能源化工；案例库；课程改革

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）11-0073-06

“碳达峰”和“碳中和”目标倡导绿色、环保、低碳的生活方式，有利于提高我国产业和经济的全球竞争力[1]。2022年8月，科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，统筹提出支撑2030年前实现“碳达峰”目标的科技创新行动和保障举措，并为2060年前实现碳中和目标做好技术研发储备[2]。在此目标的指引下，国内石化、新能源以及制造业都掀起了节能降碳的热潮[3]。化工产业的调整和优化升级是实现“双碳”目标的因素之一。2022年4月，教育部印发了《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》，为我国高校工科人才培养和教育改革指明了方向，这也对化工科研人员和工程技术人员提出了新的挑战[4-5]。因此，既掌握化工专业知识又掌握新能源技术的综合型人才备受人才市场欢迎。

云南省矿产资源丰富，以有色金属和磷矿著称。但这些资源大都被用于生产附加值低且产能相对过剩的磷肥、磷酸盐等基础化工产品，一定程度上导致资源优势未转化为经济发展优势[6]。近年来，云南省大力发展风电、光电等新能源产业，2023年9月，云南省工业和信息化厅、云南省发展和改革委员会等部门联合印发了《云南省能源电子产业发展实施方案（2023—2025年）》。该方案提出以构建产业生态发展为目标，充分发挥绿色能源、矿产资源等特色优势，继续推进光伏、新型储能电池产业链，推动面向新能源的关键信息技术及产品加快发展，为绿色能源强省建设提供有力支撑。开展能源材料科研及教学工作有利于培养云南能源电子产业发展急需的人才，解决云南省新能源领域人才紧缺的现状，有利于促进云南地方经济发展。此外，如何通过教学改革提升学生的创新意识和创新能力也是当前化工专业教学急需解决的问题。

优化人才培养模式是提高人才培养质量的载体和途径[7]。完整的人才培养模式应该是在先进的教育思想指导下构建人才培养目标，根据人才培养目标确定人才培养过程。目前，化工专业课程教学更倾向于培养学生对专业理论知识的学习和运用能力，而忽视了教书育人中的“育人”这一重要环节，忽视了专业课教学中的价值引导，导致学生不理解课程的行业价值和社会价值，不能明确课程学习的意义，从而缺乏学习积极性[8-9]。另外，传统课程思政教学中教学情境的缺失，加之“填鸭式”说教方式，一定程度上扼杀了学生的创新思维能力，导致部分学生思维僵化，对思政教育产生抵触心理。这与党的十八大明确提出的“培养学生社会责任感，创新精神，实践能力”的要求并不相符[10]。为了改变这种只注重培养学生专业技能的传统教学模式，课题组根据化工类专业课程特点，将专业课程和课程思政相结合，采取能调动学生自主学习积极性的教学模式——以学生为课堂主体，结合云南地方特色，将课程思政与专业课程紧密结合，开展新能源化工类课程建设工作，采用“理论知识+实践教学”相结合的方法，制订出系统完整、高度关联的知识结构体系的教学方案，建设新能源化工技术课程教学案例库。通过论文写作、创新创业项目、知识竞赛等检验学生的学习效果及实践创新能力，提高学生的自主学习、团结协作和组织实施能力，培养学生以创新为灵魂、以实践为基础的科学精神和严谨的科学态度。

一、建立新能源化工技术教学案例库

新能源化工技术是化工类基础课的后续课程，主要包含化工技术与新能源统筹优化、综合利用的方法，以及高效、清洁储能技术的开发等内容。通过对新能源转换、储存及其应用的理论探讨、案例分析、实验教学等形式，带领学生掌握新能源化工技术的相关化工科学问题，旨在推动化工、材料和新能源的交叉融合，培养学生的创新意识和实践能力，为云南地方经济发展培养所需人才。新能源化工技术课程的主要内容如表1所示。

案例教学是一种以实际案例为基础的教学方法，教师在教学中扮演设计者和激励者的角色，鼓励学生参与讨论[11]。案例教学可以通过生动真实的案例有效地串联教学难点和重点，弥补传统教学对实践重视的不足。

案例教学最重要的就是案例库的建设，案例库的质量是影响案例教学效果的关键因素。新能源化工技术课程是一门涉及多门学科的课程，以新能源、电化学、锂离子电池、太阳能、储能材料为主要内容。所选案例应该能够反映课程的内涵，能让学生运用理论知识解决实际问题，提升学生看问题的高度。对选取好的案例进行入库管理、分类、确定关键词，可方便任课教师检索和查询。

在新能源化工技术的授课过程中，课题组教师结合云南新能源产业的发展现状以及自己的科研成果，开发了一系列教学案例，部分案例如下所示。

（一）黑磷的制备与应用

二次电池是目前储能效率最高的储能装置，而二次电池发展的关键在于高性能电池材料，磷基材料在二次电池领域具有很好的发展前景[12]。在教学过程中，教师结合云南地方特色及磷化工科研工作基础，以“黑磷的制备与应用”为例[13]，对相关理论知识进行讲解，同时引导学生学习云南磷化工行业的发展历史及现状，培养学生的刻苦钻研意识；并结合目前云南地区所面临的新能源领域人才紧缺的机遇与挑战，鼓励学生学习专业知识，提升专业技能，为云南产业发展贡献自己的力量。

（二）太阳能利用技术

太阳能光伏发电作为一种新兴的清洁能源，受到了越来越多的关注。太阳能光伏发电是一种利用太阳能将光能转化为电能的技术，是一种非常有发展前景的清洁能源[14]。云南省积极践行绿色发展理念，加快新能源项目开发建设，推动资源开发与生态环境保护，印发了《云南省2023年第一批新能源项目开发建设方案》，工作目标为投产并网新能源项目装机1500万千瓦，装机1579.17万千瓦。2023年以来，云南省能源局克服水电减少的影响，能源投资高速增长，使新能源成为仅次于水电的第二大能源。

（三）燃料电池

燃料电池是一种电化学能量转换装置，可以将反应物的化学能直接转化为电能。燃料电池运行一般只产生热量和水，具有环保、效率高、可持续发电的优点，是解决当前资源、环境危机的有效途径之一[15]。教师以固体氧化物燃料电池为例，介绍国内外固体氧化物燃料电池产业的发展现状，分析产业发展前景，让学生通过查阅资料、阅读最新的科技文献，针对我国的固体氧化物燃料电池问题及发展提出解决办法和建议。

（四）香烟过滤嘴基复合材料处理

我国烟草消费巨大，每年数以万亿计的过滤嘴被随意丢弃。香烟过滤嘴对环境有害且不可降解。以香烟过滤嘴作为碳源，采用KOH为活化剂，结合高温热处理和气相沉积法，可以制备香烟过滤嘴基多孔炭/红磷复合材料。香烟过滤嘴基多孔炭具有丰富的微孔结构，其作为载体能有效缓解红磷在充放电过程中体积变化较大的问题，多孔炭材料的引入大大提高了充放电比容量和循环性能。此研究为香烟过滤嘴固体废弃物的高价值化利用提供了新的途径。

（五）风力发电

风力发电是指将风的动能转化为电能。风力发电比较环保，日益受到人们的重视。风电更易受地域和规模限制，风力发电在与化工公用工程集成耦合方向的研究深度不如光伏发电，但在设备维护、能量转换等方面，风力发电较光伏发电更具优势[16]。在当前的“双碳”背景下，云南省能源投资集团有限公司（以下简称云南能投）聚焦风电等可再生能源电力生产项目的投资、开发、建设和运营管理。截至2023年7月，云南能投已投产发电的风力总装机容量达670兆瓦，预计通泉风电场、金钟风电场、永宁风电场及涧水塘梁子风电场建厂投产后，将增加风电装机容量1620兆瓦。

二、案例教学中的课程思政

（一）课程思政建设的重要性

自从党的十八大以来，我国高等教育立德树人任务越来越清晰，不同学科的课程思政越来越受到重视。高校是人才教育的主要阵地，我国高校的思政教育应该以人为本，探究新的教育方式，优化思政教学内容[17]，让学生真正懂得做人、做事的基本道理。对于理工科来说，相关教师也需要深入挖掘思政元素，并融入理工科课程建设当中。因为历来理工科课程的教学大多强调对“技术”的掌握和运用，较少强调德育。随着我国工业结构的调整以及全球化工产业格局的变化，国内更多的化工企业需要参与国际竞争，因此需要更多具备过硬化工专业技能以及优秀道德品质的高素质人才。化工类专业课程的思政建设符合立德树人的要求，对高素质化工类专业人才培养意义重大。

（二）新能源化工技术课程中的思政元素

在新能源化工技术课程教学中，教师要深入挖掘课程内容中的社会主义核心价值观、社会责任、创新意识、家国情怀等思政元素，结合昆明理工大学的“红土精神”，激发学生的爱国奉献精神，使学生树立文化自信。在教学内容中融入思政元素，需要找准思政元素切入点，从课程内在逻辑出发，找出能够吸引学生兴趣的内容。如分享优秀华人科学家的事迹，弘扬社会主义核心价值观，在传播知识的同时，实现价值塑造、能力培育等教育目标，提高新时代高校育人质量。表2列出了部分课程教学内容及对应的思政元素。

从实际效果上看，新能源化工技术的课程思政建设是值得肯定的，一方面，科学家的事迹生动有趣，有助于活跃课堂气氛；另一方面，这种隐性教育是潜移默化的，有助于学生树立崇高的科学思想和爱国精神。

三、教学实施与考核

（一）案例教学实施

具体的案例分析解决过程比较复杂，需要学生具备基本的理论知识，因此在案例教学实施过程中，教师要对涉及的基础理论知识进行回顾和讲解，让学生在接触案例时可以联想到有关知识点。

案例的教学过程包括案例导入、分析和讨论。通过案例的细致讲解，引导学生形成独立思考问题的批判性思维，分析案例背后的科学问题。例如对于某一种新能源化工技术，教师可以根据学生兴趣对学生进行分组，让学生查阅本领域著名专家的研究内容、治学经验，充分准备后以小论文或者PPT的方式进行汇报交流，提出问题让大家共同探讨，教师可以和学生一起对问题进行解答和总结。这种启发式和互动式的课堂教学，不但能培养学生主动学习和思考的能力，还能丰富教学内容，培养学生的学习兴趣，提高学生分析问题和解决问题的能力。另外，将部分教学内容从课堂转移到实验室，采用“理论知识+实践教学”相结合的模式，让学生边学边做，淡化实验个数概念，能强化学生化工类课程的基础知识，培养学生勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力。

新能源化工技术是当前科学研究的热点问题。一方面，教师可以通过这些热点问题组织学生参加“挑战杯”、创新创业大赛等科研活动，提升学生的学习兴趣和科研兴趣，为毕业设计以及进一步深造奠定基础。另一方面，引导学生参与到教师的科研项目中，这个过程能使学生更好地掌握专业基础知识，了解专业的前沿科技。此外，邀请化工新能源行业的专家学者举办学术报告会，有助于学生了解新能源技术领域的最新研究成果和行业动态。

（二）案例教学考核

教学考核需要教师根据项目要求精心设计学习任务、制订评价标准，以便学生在学习过程中，有明确的学习目标。评价时既要注意对技能和成果进行评价，又要对学生的态度和方法进行评价，最终制订出旨在培养学生创新意识和实践能力的教学考核标准。