“双碳”背景下基于地区科研资源对化学专业课程教学改革的探索

郭雅丹 崔永峰 牟真 刘文芳 刘丽静

摘 要：为实现“双碳”目标，高校作为人才培养的第一阵地，专业课程的构建需及时做出相应的調整，以适应国家绿色发展战略与格局。本文以“物理化学”为例，在“双碳”背景下，探索一种“绿色”发展环境下新型的产教一体的教学模式以适应时代背景。根据化学专业的学科特点，结合地区科研资源，以学生就业为导向，从课程培养目标、课程内容、产教融合以及就业导向等方面创新人才培养模式，探索“双碳”背景下基于地区科研资源的化学专业课程建设改革。

关键词：“双碳”背景；科研资源；物理化学；教学模式

双碳，即碳达峰与碳中和的简称。党的二十大报告指出：“实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。”当前，在推进这场系统性变革的过程中，基于理论知识的基础之上充分发挥高校基础研究和学科交叉融合的优势，加快构建“双碳”科技创新体系和人才培养体系，对于如期实现“双碳”目标至关重要。与此同时，随着世界经济快速发展以及绿色发展理念的深入，“双碳”背景下化学产业发展面临新机遇，传统普通高校化学专业教育模式和人才培养理念与“双碳”目标国家战略发展方向不相适应［1］。因此，对于普通高校化学专业的课程教育应及时调整以适应新的发展需求。在“双碳”背景的推动下，普通高校化学专业的课程教学改革应与地区科研资源结合，围绕学生就业，注重理论与实践联手，加强产教一体化构建，进一步培养出符合“双碳”背景的优秀人才（以下简称“双碳”人才），即具备环保习惯、低碳生活方式、碳管理知识和技能、熟练掌握绿色技术等能力，能够为企业或社会创造经济、社会和环境效益，有助于实现可持续发展的人才。

“物理化学”是化学相关专业必修的专业基础课程，其涉及化学、物理以及高等数学等方面的理论知识，用于研究物质的性质、变化规律以及反应进度。随着对该课程的深入研究，发现“物理化学”的理论和方法对其他学科如生物学、地球科学、材料科学等都具有重要的应用和意义，因而也在生物、燃料、发光器件以及能源领域有重要应用，也因此迫切需要完成相应的“双碳”目标。本文针对于“物理化学”课程培养目标、课程内容、产教结合以及就业导向方面，探索“双碳”背景下结合地区科研资源的教学模式改革，进而培养出符合时代潮流的优秀人才。

一、“双碳”背景下“物理化学”课程培养目标的重构

“物理化学”是化学专业的一门重要基础理论课，它是从物质的物理现象与化学现象联系入手，主要运用数学和物理学的有关理论和方法研究化学变化基本规律的学科［2］。“物理化学”既是化学学科理论的一部分，又是数学、物理学和化学相互渗透的交叉学科，它的理论对中学化学教学、化学科学与化工生产具有重要的实践指导作用。“物理化学”具有广阔的应用前景，现今先进的科研成果中也能看到“物理化学”相关知识。“物理化学”的应用性决定了其与“双碳”背景的紧密联系，然而传统的“物理化学”的课程目标与培养具备科学素养、创新意识、跨界能力的“双碳”人才的目标匹配度较差，因此需要在传统“物理化学”课程目标基础之上对其进行相应改革。

（一）掌握理论知识是该课程的基础培养目标

“物理化学”课程主要包含化学热力学、动力学、电化学、表面化学与胶体化学等内容，而且这些知识又大量应用于科研、生产、生活领域当中。可是该课程的很多内容理论性强、概念抽象且难以理解、公式多、推导过程复杂、逻辑性和关联性强，同时相对应的实验课程操作复杂、仪器精密，这也使其学习起来相比于其他化学基础课程更困难，“物理化学”的教与学都有不小的难度［3］。因此，在培养“双碳”化学人才的过程中，“物理化学”理论知识的掌握是奠定后续科学研究、实践操作的基础。“物理化学”的教学仍旧不能脱离课堂理论知识的学习。

（二）培养科学素养是该课程的时代培养目标

“双碳”战略必须立足于科学技术，推动科技革命，培养具有扎实的科学素养“双碳”人才，以实现经济社会的可持续发展。“物理化学”的理论知识在培养“双碳”人才的过程中提供了理论基础，“双碳”背景也为“物理化学”的学习提供了新的思路与活力。在当今科技迅猛发展的潮流中二者的相互影响顺应了时代的发展，也赋予高校化学人才培养的先进性。在课程培养目标制定时要加入相应科学知识、实践技能以及科研思想的相应内容，进一步符合时代发展要求。

（三）融合时代背景是该课程的创新培养目标

“双碳”战略是有别于以往技术革命的一项广泛而深刻的变革，是强调以人为本的低碳化和可持化的发展战略。为实现人与自然的和谐发展，需要打破以往的思路框限，培养具有强烈创新意识的“双碳”人才。此外，“双碳”战略将打破行业之间的界限，这就要求“双碳”人才必须了解和掌握不同领域的知识和技能，拥有创新思维和跨界思维，以跨越不同领域之间的界限，寻找和发掘解决方案，以满足可持续发展的要求，在学校教育方面也需要更多的交叉学科建设。针对高校化学专业学生后续发展的基本需求，可着眼于地区科研资源，融合时代背景与“物理化学”理论知识，激发学生的创造力，提高学生的动手能力，进一步突破专业壁垒，开展交叉融合创新，支持多专业协同，并为地区“双碳”发展培养复合型低碳人才。

二、“双碳”背景下“物理化学”课程内容的深化及丰富

“物理化学”是一门涉及多学科、多理论以及多计算的学科，是由大量采纳物理学的理论与实验结论，探索和研究化学的基本规律和理论而构建的一门反映化学发展深度的科学。基于当今绿色经济发展与绿色科学研究的潮流，普通高校更加需要继续深化完善化学相关专业课程的建设内容。目前关于碳中和的相关课程仍在建设当中，因此，在已有的“物理化学”课程基础上进行完善，将一些相近的理论原理与“双碳”相融合，促进该门课程理论知识内涵的丰富性，构建并深化相关课程内容。同时，与高校所在地区科研资源紧密结合，使物理课程具备更深层次的地区服务性与时代应用性。

（一）深化时代内涵

“物理化学”是现代生命科学、材料科学、环境科学和能源科学发展的重要基础，与“双碳”的时代大背景息息相关［4］。“物理化学”涉及的理论概念以及相应的计算，对解决环境问题和促进可持续发展具有很强的实验性和实用性。例如，将化学反应动力学中研究不同反应条件下化学反应的机制和速率的方法应用于碳排放减少的学习和研究当中，将有利于推动碳减排技术的研发。与此同时，“物理化学”知识内容还涉及能量转换、储存、利用等领域，应当注重其对能源相关知识的深入探究。因此，设计具有科学性、合理性、准确性、先进性的课程教学内容，加入低碳、环保、可持续发展等相关概念，鼓励学生探讨利用学习的知识，采用更环保、更节能的方式进行研究和生产，将有利于达成“双碳”人才的培养目标，提高培养质量，进而培养学生的环保意识和创新精神［5］。尽管不少高校与“双碳”相关的专业和课程建设取得了一定成效，但专业和课程的内涵建设仍需进一步加强。化学专业和课程的建设应更加关注环境保护和可持续发展，注重相关研究和应用。

以诺贝尔奖为例，2019年诺贝尔化学奖得主John B.Goodenough、M.Stanley Whittingham和Akira Yoshino因其在锂离子电池方面的研究获奖。这项研究成果不仅推动了电动汽车等清洁能源的发展，也有助于减少碳排放。因此，“双碳”背景下，化学专业和课程的建设应紧密关注当前的研究前沿和热点，注重理论与实践的结合，进一步加深课程内容的理解，为培养“双碳”人才提供丰富的知识内涵。

（二）丰富科研内容

在“双碳”的背景下，“物理化学”课程内容的构建不应只是书本上知识的教与学。在教学过程中，鼓励学生通过数据的平台扩充“物理化学”相应的知识，结合时代背景与科研资源，查阅和推导“物理化学”中相关理论与计算，以加深学生对学习内容的理解，从而加深对抽象理论公式的理解和记忆提高教学的效果，使“物理化学”课程内容更加丰富，教与学更加轻松［6］。同时，在教学改革过程中要采取不同的应对办法，及时发现和解决学生们遇到的问题。将课程的内容与地方科研资源相结合，因地制宜，使学生所学的知识可以学以致用，除此之外，因地制宜可以使抽象难懂的“物理化学”知识变得生动可见，也使得该门课程学习与授课的过程变得充满活力。

例如，在包头师范学院“物理化学”表面张力现象与分散系统的教学过程中，基于包头市“稀土之都”与“绿色硅都”的丰富稀土与硅资源优势，在讲解相应的理论知识的基础上结合稀土溶胶以及硅材料的气固吸附工艺，使授课对象对理论知识的掌握更加深入。结合“双碳”的发展目标，激发授课对象在所学知识的基础上优化相应工艺，进一步达到“双碳”的目标。

（三）引入思政元素

“物理化学”课程作为化学专业的核心课程，是培养高素质化学专业人才的主阵地［7］。在“物理化学”课堂上要把握住思政教育的丰富内涵，将思政元素落实在教学过程的环节当中，充分发挥“物理化学”课程的育人功能。近年来，绿色环保的发展理念已经成为发展的核心内容，利用与“物理化学”原理有关的社会生活应用对学生进行思政教育。如，在学习表面现象知识点时，通过近年来全国各地出现的严重雾霾这一天气现象，讲解雾霾出现所涉及的表面“物理化学”中知识，让学生树立起“金山银山不如绿水青山”的绿色环保理念，建立起可持续科学发展观和绿色生态观。在讲授电化学知识时，适当地介绍电池在生活中的应用，增强学生的环保意识。也可以借助地方“绿色硅都”的优势，引导学生将电化学与硅材料结合，开发学生学习负碳、零碳、低碳和脱碳知识，树立绿色低碳理念，加深对“双碳”的了解，真正让“双碳”融入课堂和生活。同时通过德育、思政及专业课程实践环节，引导学生从身边做起，传播绿色低碳育人文化，践行绿色低碳发展理念，为化学专业课程的“双碳”发展提供坚实的思想保证。

（四）激发产教结合

“物理化学”是一门理论知识抽象但与实际应用关系紧密的学科。在“双碳”的时代大背景下，“物理化学”课程不仅要注重教与学，更应该面向地方科研资源优势，将“产”作为课程的主要组成部分。依托既有资源和优势，以能源、环境、绿色化工、绿色材料为基础，注重与社会、行业企业的需求相结合，并强调特色教育、因材施教，满足学生的特色化发展。把“双碳”理念融入教学过程，结合太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、核能及相关低碳能源发展技术，利用物理化动力学与热力学理论知识，让学生更加深刻地理解“双碳”的发展背景。在此基础上，与地方特色资源研发企业合作，构建相应的实践平台，开展校企结合的实习实训基地，将校内的“物理化学”课程内容与特色企业实践融合，建立产教结合的合作机制，促进高校和企业之间的紧密合作，将学生的专业知识和实践能力与企业需求相结合，促进产业发展和学生就业，激发“双碳”背景下的产教结合的培养模式，开展融合创新研究，突破“双碳”研究壁垒，为培养复合型低碳人才提供优势。

（五）提升就业向导

传统的“物理化学”课程教学方法相对单一，虽然能够保证学生对既定知识的学习和吸收，但容易导致学生对“物理化学”课程学习兴趣降低、学习积极性不高及学习效果不理想等问题。随着将“双碳”目标融入人才培养过程中，传统的课程设置和时代的发展产生了相当大的差距。不同的时代背景对化学专业人才的要求各不相同，“物理化学”与时代发展结合紧密，了解科研资源优势与科研成果，跟随“双碳”时代背景，推进产学研合作，鼓励企业和高校、科研机构等相互交流与合作，共同研发解决实际问题，将科学研究成果转化为实际生产力和社会经济效益，达到学生毕业即就业的目标。在这样的模式下，学生在科研基础、理论知识方面拥有较高的竞争力，成就感和归属感得到增加，同时也满足市场对相应人才的需求，从而提升其就业导向。

结语

“物理化学”课程作为一门应用性课程，对学生实践能力、动手能力以及应用能力的掌握具有很高的标准要求，如果仅仅依靠学校教师的理论教学、校内课程实验以及校外实习等传统教学模式去培养学生，将很难满足市场岗位对学生能力和职业素养的要求。因此在“双碳”背景下基于地区科研资源对“物理化学”课程进行符合时代潮流的改革，就是要在课程内容、培养目标、产教结合以及就业导向方面进行相应调整以适应绿色低碳的发展需求。将“双碳”目标纳入相关课程的教学体系，在丰富教学内容的同时，有助于探索课程教学改革的新路径，为进一步培养新时代的低碳化学专业人才提供有力保障，为我国高等教育领域人才培养“多主体、强合作、共发展”的多元协同运行系统奉献一份力量。

参考文献：

［1］郑苑楠，李姗姗，江丙友，等，面向“双碳”战略的煤炭高校教学改革探索［J］.科技创新导报，2022，19（11）：176179.

［2］赵丹.关于非化学专业《物理化学》课程教学的探讨［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2010，26（12）：45.

［3］周海，康敏.浅谈地方本科院校物理化学课程教学改革［J］.广东化工，2022，49（10）：230232.

［4］周欣，王茗倩，果崇申，等.本研课程一体化教学助力理解物理化學课程难点——以计算化学研究表面吸附过程为例［J］.当代化工研究，2022（22）：142144.

［5］戴国梁，刘家辉，钱蕙.地方性应用型本科高校物理化学课程定位与改革［J］.课程教育研究，2019（36）：35.

［6］于开源，迟晓星，钱丽丽，大数据时代的大学化学基础课程建设——以“物理化学”课程教学为例［J］.农产品加工，2016（16）：7476.

［7］航敏，冯燕，张小娟，等.“物理化学”课程思政教育建设初探［J］.广东化工，2019，46（10）：196.

基金项目：包头师范学院科研启动金项目（BTTCRCQD 2020008）；内蒙古自治区本科教学改革项目（JGYB2022 053）；内蒙古自治区“十四五”规划课题（NGJGH2021229）

作者简介：郭雅丹（1991— ），女，内蒙古包头人，博士，包头师范学院化学学院讲师，研究方向：纳米材料的构建及其生物应用；刘丽静（1972— ），女，内蒙古包头人，硕士，包头师范学院化学学院教授，研究方向：纳米材料的构建及应用。