“双碳”背景下化工单元操作技术课程教学改革探索与实践论文

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　　摘要：“双碳”目标的提出，为中国化工行业的转型升级及绿色低碳发展带来了巨大的发展和挑战，而这个转变离不开“双碳”人才的支撑。文章以应用化工学科的一门重要专业课程—化工单元操作技术为例，首先阐述化工单元操作技术课程中渗透“双碳”理念的必要性，然后重点从优化教学目标、调整教学内容、深挖课程“双碳”思政元素以及改进教学方法等方面探讨课程改革策略，以期能为化工类专业培养“双碳”人才提供借鉴和启发。

　　关键词：“双碳”；化工单元操作技术；教学改革
　　0引言
　　自工业化时代伊始，人类社会排放的以二氧化碳为主的温室气体浓度急剧上升，导致海平面上升、生态系统破坏以及极端天气事件增多，若不控制碳排放量，若不控制碳排放量，未来全球将面临不可逆转的灾难。2020年9月22日，第七十五届联合国大会一般性辩论上，***主席郑重宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”[1]。自2021年起，我国生态文明建设进入了以降碳为重点的战略方向[2]，今后我国相关政策工具、组织安排都将围绕这个目标进行。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》以及《绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案》等相关文件，目的是为如期实现“双碳”目标提供坚强的人才保证和智力支持。总的来说，在国家“双碳”目标下，高等院校应积极参与“双碳”建设的现实需求，推进“双碳”人才的培养[3]。
　　化工行业是我国传统的高能耗高碳排放行业，是工业领域主要的温室气体来源之一。“双碳”目标的提出，为我国化工行业的转型升级及绿色低碳发展带来了巨大的发展机遇，且离不开“双碳”人才的支撑[4]。因此，为有效促进化工行业高新技术发展，实现化工行业“双碳”目标，需加大化工人才培养力度，加速化工专业课程建设，在专业课程教学过程中融入“双碳”理念。鉴于上述，本文以化工类专业课程—化工单元操作技术为例，阐述了化工单元操作技术课程中渗透“双碳”理念的必要性，重点从优化教学目标、更新课程内容、改进教学模式及引入课程思政协同育人等方面，研究“双碳”目标融入化工单元操作技术课程教学改革的途径。

　　1化工单元操作技术课程中渗透“双碳”理念的必要性
　　化工单元操作技术是一门工程技术性、应用性、操作性均很强的课程，直接服务和应用于化工生产的第一线，在化工技术类专业人才培养方案中，有着举足轻重的作用，是一门必修的专业核心技术基础课程。该课程的主要任务是学习化工生产中最常见的单元操作，比如流体输送、过滤与沉降、传热、干燥、蒸发、精馏、吸收、萃取、反应器等的基本知识，使学生理解设备的基本理论，掌握常见单元设备操作的基本技能，能从事相应岗位的现场操作和技术管理工作。通过本课程的学习，能够提升学生对化工常见单元操作的作用、应用，设备结构的认知能力；典型化工单元操作开车、正常运行、停车熟练操作能力；对工艺状况是否处于正常状态及发展趋势判断的能力；理性分析异常现象引发原因，并能选择正确的调节措施恢复其正常操作的能力；设备仪表使用、维护能力；化工生产工艺流程图的读取和绘制能力；养成化工生产规范操作意识，劳动保护、安全生产、节能减排的安全环保意识。
　　鉴于上述，可以看出化工单元操作技术课程所涉及的领域非常广泛，对解决生产实际中遇到的问题也有很强的指导作用。此外，传热、精馏、吸收、萃取及干燥等单元操作均涉及碳排放问题，结合国家的“双碳”目标，作为化工单元操作技术课程教师，在培养学生专业技能的同时，应当将“双碳”理念巧妙贯穿于课程教学的全过程。以化工单元操作技术课程为例，从优化教学目标、调整教学内容、引入课程思政以及改进教学方法等方面探讨课程改革策略。
　　2“双碳”背景下化工单元操作技术课程教学改革策略
　　结合国家的“双碳”目标，目前化工单元操作技术课程教学主要存在以下问题：一是教学目标中忽视了对学生“双碳”理念的渗透；二是授课内容陈旧，没有紧跟快速发展的科技前沿，缺乏针对“双碳”教学的知识点和案例库；三是未充分挖掘课程中蕴含的“双碳”思政元素；四是教学模式主要以课堂讲授为主，不利于培养学生的学习兴趣以及提升创新实践的能力，与“双碳”背景下对“双碳”人才的培养目标还有一定的差距。
　　鉴于此，接下来将从以下4个方面探讨化工单元操作技术课程教学改革策略：一是教学目标中注重“双碳”理念的渗透；二是紧密结合化工行业发展，优化教学内容，补充与“双碳”有关的科学技术讲解；三是深挖课程“双碳”思政元素，将“双碳”目标内涵纳入课程思政建设体系，培养学生创新、绿色、安全化工的理念，树立化工生产“安全至上、生态和谐”的意识；四是创新教学方式、方法与手段，培养学生自主、开放的学习能力，分析和解决化工生产过程中一般工程和技术问题的能力。
　　2.1优化教学目标
　　巴班斯基指出：“教学最优化的第一步。就是用综合的观点选择和决定教学任务。”所谓“综合”，是指全面地、有针对性地完成能力提升、知识获取、思政教育等综合任务。因此，针对全球资源、能源、环境、气候等问题，中国提出“双碳”目标，旨在推动经济社会的绿色低碳发展，同时也对高校相关化学、化工、材料类专业课程提出了更高要求。为助力“双碳”目标实现，全面提高人才培养质量，应当努力建立价值塑造、能力培养、知识传授、生态文明涵养的“四位一体”人才培养体系[5]。
　　鉴于此，本课程教学目标优化为：在情感方面，增强低碳意识，培养学生遵守标准规范的职业素养，建立绿色、安全化工的理念，培养学生精益求精的大国工匠精神，培养学生在化工相关领域持续学习、追求卓越的精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当；在知识层面，掌握各单元操作的基本原理及计算方法，包括过程的计算和设备的设计计算或选型计算，强化各单元操作过程中的废热利用、节能减排等相关新技术方法的原理学习；在能力层面，培养国际视野，了解国内外与“双碳”相关的化工单元操作先进技术和理念，增强根据化学工程问题提出创新性解决方案的能力。

　　2.2紧密结合化工行业发展，优化教学内容
　　化工单元操作技术是化工类专业的核心课程之一，在“双碳”背景下，准确定位该课程对整个专业体系以及学生能力培养中的作用非常重要。本课程内容中的传热、精馏、吸收、萃取、干燥、非均相物系分离等均与“双碳”目标有着密切的联系，因此，基于“双碳”目标和课程目标，优化课程教学内容是教学改革的重要举措之一。作为化工单元操作技术的授课教师，教学内容应当紧密结合化工行业发展，补充与“双碳”有关的科学技术讲解。比如：在“传热”章节，补充新型强化传热燃烧器技术，该项技术突破了传统辐射加热炉炉膛固有的传热方式，采用文氏喉管效应原理，能显著改善加热炉辐射室对流情况，使温度分布更加均匀，在提高加热炉操作弹性的同时提高炉管热强度，并能节约燃料气和减少碳排放量；在“精馏”章节，补充垂直筛板型甲醇三塔精馏技术，该技术在国内大中型甲醇生产装置中应用广泛，与传统双塔精馏相比，具有精馏能耗低、操作稳定、产品质量好等突出优点；在“吸收”章节，补充两段法变压吸附脱碳技术，该技术主要应用于合成氨、尿素装置脱碳工段，可使提纯段吸附相产品CO2浓度在不用置换的情况下，体积分数达98%以上，从而使整套装置投资和电耗量大幅降低，并能有效减少碳排放量；在“非均相物系分离—过滤”章节，补充水平带真空滤碱节能技术，该技术不仅适用于联碱生产，也适用于氨碱生产，与传统真空转鼓滤碱机相比，节能效果明显，具有较好的经济效益和社会效益。
　　碳中和是一条庞大的产业链，在源头上开发绿色清洁能源，在过程中践行节能减排，在后端实现高效资源循环利用，是实现“双碳”目标的关键[6]。因此，需要对传统行业进行变革与创新，发展新兴产业，因此，化工类专业教育要与现代新兴产业的发展需要保持高度一致，课程内容应与时俱进，不断补充和完善“双碳”背景下带来的新知识、新理论和新技术，积极探索和实践应用型人才培养模式，培养符合产业需求的卓越工程型人才。
　　2.3深挖课程“双碳”思政元素，形成相应育人渗透点
　　2020年5月，教育部发布《高等学校课程思政建设指导纲要》，该文件强调必须抓好思政建设，应当在全国所有高校、所有学科专业全面推进课程思政建设，课程思政是立德树人的根本遵循[7]，在知识传授和能力培养的同时传播崇高的理念。通过化工单元操作技术课程思政建设，将“双碳”目标内涵纳入课程思政建设体系，旨在培养学生遵守标准规范的职业素养，创新、绿色、安全化工的理念，树立化工生产“安全至上、生态和谐”的意识。
　　“双碳”目标的确定，对传统化工类专业人才的培养提出了新的要求，高校课堂教学又是教书育人的主渠道，因此，作为化工单元操作技术课程教师应当根据所授课程特点和思想政治教育的规律，准确找到二者的结合点和施教点。
　　比如：在“传热”授课过程中，讲到换热器的工作原理以及常见的设备类型时，教师可以适时介绍热管技术在青藏铁路工程中的应用。低温热管具有单向导热作用，很好保证了冻土路基的长期稳定，既可以在冬季增强冻土层的冷冻过程，在夏季又不会强化冻土层的融化过程。此外，还可以通过介绍化工企业废热利用、节能减排的案例，强调循环利用不仅可以保护环境，还可以节约资源、降低生产成本、提高资源利用效率以及提高经济效益，以此来拓展学生对环境保护、可持续发展理念以及资源循环利用的理解。在“精馏”教学过程中，由于此过程会产生大量废热，同传热章节一样，向学生普及废热循环利用。
　　在“吸收”教学过程中，教师讲解二氧化硫的脱除方法，引导学生了解最新的洁净煤技术，明确清洁能源和绿色化工的概念，牢固树立“绿水青山就是金山银山”和“保护生态环境就是保护生产力，改善生态环境就是发展生产力”的绿色发展理念。在“萃取”教学过程中，通过案例分析液-液萃取单元操作过程，介绍液-液萃取过程的分离与能量消耗的关系，引导学生理解此过程的节能以及能量充分利用非常重要，从而进一步分析液-液萃取过程的节能减排措施。在“干燥”教学过程中，通过案例分析干燥单元操作过程，介绍干燥效果与能量消耗的关系，进一步增强学生环保意识。在“非均相物系分离”教学过程中，通过粉尘爆炸的案例介绍控制大气粉尘浓度的必要性，提醒学生提高生活和化工生产中的安全意识。
　　通过上述分析可以看出，化工单元操作技术课程内容中传热、精馏、吸收、萃取、干燥、非均相物系分离等均与“双碳”目标有着密切的联系，借由化工单元操作技术课程教学过程阐明“双碳”目标内涵，将低碳环保理念作为化工类课程思政元素融入课程教学，可以切实有效地发挥课堂教学育人的主渠道作用，使学生在学习专业技能的同时，培养学生不断追求真理，勇于探索未知领域的精神，肩负起时代赋予的使命和责任。
　　2.4改进教学模式，提高授课质量
　　传统课程教学注重传授系统的科学知识，虽然有助于学生在短时间内形成知识结构与体系，但忽视了发展能力，使得学生的创新能力和思维拓展能力的发展受阻。在教学方法上，较强调接受学习，填鸭式、机械训练模式，更多的是研究教师如何“教”，而不重视学生如何“学”，不利于调动学生的学习积极性。因此，在互联网及信息技术的快速发展的背景下，应当积极改革探索教学模式，适应新时代对人才的培养需求。目前，很多高校在课程教学模式改革中采取线上线下混合式。以化工单元操作技术课程教学为例，积极进行混合式教学模式的探索，以期在提升教学质量与效率的同时促进学生专业能力的发展。
　　线上线下混合式教学模式，是教师借助互联网、移动学习终端以及各种智能化工具等现代信息化技术搭建的线上网络学习平台，将传统课堂教学拆解为课前、课中、课后三个部分[8]。课前线上预习，教师对化工单元操作技术课程内容中的重点知识进行梳理，制作适合线上教学的视频、音频、文字、课件等资料，上传至学习平台，并督促学生课前预习课程内容。此外，学生也可将预习过程中遇到的问题发布至学习平台讨论区，教师通过电脑端或者手机端及时回答学生的问题，答疑解惑，同时根据学生反馈的问题，针对性地调整授课重难点。课中线下教学，教师可以利用多种教学手段，比如目标导向法、任务驱动法、案例分析法等，对学生线上预习过程反馈的问题进行重点讲解，组织学生聚焦重难点知识进行头脑风暴，提高学生课堂参与度的同时，也提升了学生团队协作能力、分析问题和解决问题的能力。课后线上拓展，教师通过线上学习平台发布当堂授课内容的针对性练习题，规定学生在指定的时间内独立完成，由平台在线批改并显示学生测试的情况，对测试的情况按照分数从高到低进行排序，将学生的课堂知识掌握程度和学习效果及时反馈给教师，教师则有针对性地调整、修订线上线下教学计划。此外，教师也可以根据化工单元操作技术课程的授课内容，发布相应的拓展任务至线上学习平台，组织学生以小组合作的形式进行资料查阅与收集，任务完成后将学习成果提交至学习平台，教师及时查阅并给予学生反馈。通过自主学习和小组合作探究，不仅能深化知识的掌握，也能培养学生的协作能力，提高学生工程应用和分析问题的能力。
　　3结语
　　我国经济已由高速增长转向高质量发展阶段，社会主要矛盾发生变化，为提升发展质量，彰显大国责任，保护生态环境，满足人民群众对美好生活的向往，推动“碳达峰、碳中和”势在必行。在“双碳”目标下，顺应时代的需求，高等学校作为基础研究的主力军，应主动将课程内涵与“双碳”理念相融合，为“双碳”目标的实现提供人才保障。本文以化工类专业课程—化工单元操作技术为例，在教学过程中，将“双碳”概念、内涵、国家策略融入教学大纲，找到“双碳”与课程的契合点，同时将相关联的科学知识和化工行业经典案例纳入并整合到课堂教学中，增加学生“双碳”知识储备的同时，也引导学生形成遵守标准规范的职业素养，树立化工生产“安全至上、生态和谐”的意识。
　　参考文献：
　　[1]***.在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话[N].人民日报，2020-09-23(003).
　　[2]黄润秋.把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局[J].中国生态文明，2021(6)：9-11.
　　[3]教育部.关于印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》的通知：教科信函〔2021〕30号[A].北京：教育部，2021.
　　[4]李静，杨亚男，周别林.“双碳”目标下对化工行业转型升级的思考及建议[J].天津化工，2022，36(5)：113-115.
　　[5]张杨帆，杨静.基于“双碳”目标的大气污染控制工程案例教学优化与探索[J].广东化工，2022，49(14)：217-219，229.
　　[6]张楚虹，聂敏，刘新刚，等.双碳背景下《材料科学与工程选论》课程教学改革探讨[J].高分子材料科学与工程，2022，38(6)：178-181.
　　[7]张大良.课程思政：新时期立德树人的根本遵循[J].中国高教研究，2021，329(1)：5-9.
　　[8]吴丽丽.线上线下混合式教学模式的探索与实践[J].宁波教育学院学报，2019，21(6)：6-9.

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