双碳目标背景下本科生专业素养与创新能力培养探讨——以《地下能源储存前沿》课堂构建与实践为例

王汉勋，张 彬，徐能雄

（中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083）

0 前言

为加快生态文明建设和实现经济高质量发展，2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布了“双碳”目标，彰显了大国责任，受到了国际社会的积极评价。推动我国能源结构转型，提高风能、太阳能等可再生能源占比是实现“双碳”目标的必由之路[1]。然而，受气候等因素的影响，风能、太阳能和潮汐能等可再生能源具有很强的间歇性和波动性，大大制约了能源的有效利用[2]。压缩空气储能是有效利用可再生能源的主要手段之一。而且，加大原油、天然气等传统化石能源的储存对于保障我国能源安全，实现能源结构平稳转型的有效保障。在地下能源储存领域，我国起步较晚，人才匮乏。而且，现有的高校人才培养体系滞后于国家战略发展和产业需求[3-5]。为此，论文以中国地质大学（北京）2017级和2018级土木工程、地质工程专业本科生为授课对象，构建专业前沿选修课程—《地下能源储存前沿》，并开展课程实践研究，旨在让学生了解地下能源储存的方式，以及所面临的主要科学问题和工程技术难题，为地下能源储存领域的科学研究和工程实践培养人才。对于授课方式，研讨式教学体现了建构主义思想理论、人本主义思想理论、终身学习理论、自我决定认知理论和怀特海的教育理念，旨在以问题为导向，强化培养学生动手能力，推动学生自主学习与终身学习[6-9]。案例式教学是一种启发式教学方式，有利于鼓励学生独立思考，培养学生从实际工程中发现问题，并应用所学知识解决问题的能力，强化理论联系实践[10-11]。而且，随着互联网的快速完善与发展，为学生获取学科前沿信息提供了极为便利的条件[12-13]。考虑课程内容与特点，《地下能源储存前沿》课程授课采用“研讨式”与“案例式”相结合的授课方式，构建自由开放的教学课堂环境，促进学生自主学习与思考，清晰表达与沟通，取得了良好的教学效果。

1 《地下能源储存前沿》课程设计与课堂组织

1.1 课程概述

《地下能源储存前沿》是为土木工程、地质工程专业高年级本科生开设的一门专业前沿选修课程。遵循以“学生为中心”的“启发式”教学理念，采用“研讨式”+“案例式”的教学模式，该课程主要讲授地下水封油库、地下储气库、压缩空气储能、深部碳封存等地下储库的工作原理、结构组成和选址要求等，并探讨工程实践中存在的关键科学问题与工程技术难题，旨在使学生了解地下能源储存的主要手段和工作原理，为从事该行业研究和实践工作打下良好的基础。该课程共16课时，先修课程包括工程地质学、岩体力学、弹性力学、工程流体力学等基础理论知识。课程思路见图 1（P169）。

1.2 思政元素

“双碳”目标的提出，彰显了我国的大国担当和责任，受到了国际社会一致好评，培养学生民族自信。通过学习和介绍我国大型工程建设活动，让学生充分认识到我国经济高速发展、科技飞速进步的现状，培养学生爱国情怀，激发学生建设祖国、投身实践的激情。

1.3 课堂组织

为充分调动学生自主学习的兴趣，结合课程特点，组织课堂，其具体步骤为：

图1 《地下能源储存前沿》课程建设思路

（1）学生分组。学生根据自己的兴趣自由组合，一般每个小组3～4人，并设置一名组长。教师课堂教学后，以小组为单位，开展每堂课的研讨，主要介绍课堂的收获以及疑惑，然后班内互相讨论。“案例式”教学环节，小组自由选题，详细介绍一个典型地下能源储存工程的类型、工作原理以及工程建设价值等内容（教师引导，确保各组所讲案例有所差异）。

（2）课程教学与课堂研讨。通过在“讲授式”教学中融入“研讨式”教学方式，开展教学。任课教师讲授地下水封油库、地下储气库、压缩空气储能和深部碳封存等地下储库的发展历史和优势，并结合工程案例讲授储库的基本工作原理，以及该领域现存的关键科学问题和工程技术难题，培养学生从事科学研究或一线工程建设的兴趣。随后，学生根据分组，针对课堂学习的内容进行讨论，内容包括自己的所感所悟以及存在的问题。每堂课由2学时“讲授式”教学+1学时“研讨式”教学组成，共4堂课，12学时。

（3）“案例式”课堂教学。采用案例展示（PPT介绍的形式）+讨论的方式开展教学。任课教师引导学生根据授课知识点确定案例选题。各小组由组长进行分工，完成充分利用网络、期刊、书籍等资料，完成工程案例的详细介绍，包括运营原理、工程建设难点及经济效益等内容，并制作汇报PPT和演讲稿。由小组推荐一名代表进行案例讲解，时间控制在10分钟以内。介绍结束后，学生提问，演讲小组讲解。“案例式”教学采用4学时。

（4）教师点评。案例讲解和自由讨论完成后，由任课教师进行点评和指导，重点点评案例讲解过程中的逻辑推理是否科学合理、内容是否完善、观点是否正确、表达是否顺畅。点评中，应充分肯定学生独到的见解，鼓励学生深入思考、发散思维，并针对案例讲解与讨论中的不足，给予学生合理的建议。部分课堂现场见图2（P170）。

图2 “研讨式”+“案例式”教学课堂

1.4 课程考核

“研讨式”和“案例式”课程考核必须突出对学生课堂参与度的考核，促进学生积极参与课堂讨论，激发学生学习的主动性和积极性，把知识学习和能力培养贯穿整个教学过程，避免学生突击学习，应付考试。

该课程采用考查的考核方式。成绩组成及占比为：平时成绩占比30%，海报内容占比30%，答辩占比40%。通过该考核方式综合考核学生学习态度、参与程度、任务完成情况等。

2 教学评价

从学生反馈中，可知该课程主要取得了以下几个方面的教学效果：

（1）培养学习兴趣和自主学习能力。“研讨式”教学方式提高了课堂教学的活力，“案例式”教学方式加强了学生理论联系实践，学以致用。两者有机的结合，使学生成为学习的主体，既是受教者，也是授教者，灵活的考核方式也充分促进了学生利用多种学习手段学习的动力。由学生自主选择学习内容和方式，也克服了传统的教学方式与教学素材的限制，大大提高了教学效率。

（2）建立地下能源储库基本理论体系。课程梳理了《地下能源储存前沿》的主要授课内容，涵盖了主要的地下能源储存方式及各自的特点，详细介绍了不同地下能源储存方式的工作模式、工作原理与设计要点，深入剖析了地下能源储存领域涉及的关键科学难题，帮助学生建立对地下能源储存的基本认识，为学生在相关的工程实践和科学研究中开展工作打下基础。

（3）培养学生服务国家建设祖国的情怀。开展地下能源储存是当前国家所需。建设《地下能源储存前沿》课程有助于学生了解当前国家战略需求。有助于学生在未来的工作与研究中，更好地实现个人价值与国家需求的结合，建立服务国家建设祖国的认同感。

（4）培养学生组织协调能力。学生在自主探索学习的同时，与小组成员通力协作，共同参与到案例资料收集、课件制作与案例讲解的工作中，共同完成课堂布置的。通过同学间的合作，有利于培养学生组织协调能力。

3 结语

面向国家双碳目标，实时构建《地下能源储存前沿》专业前沿选修课程体系，对于培养国家战略发展和产业需求型人才具有重要意义。采用“案例式”+“研讨式”教学模式，构建灵活开放课堂，培养学生自主学习和终身学习能力，取得了良好的课堂效果。该课程的构建有利于推动我国能源储存领域工程实践人才和科研人才的培养，培养服务于“双碳”目标的专业型人才。