“碳达峰、碳中和”背景下冶金工程课程教学改革

赵伟　国宏伟　闫炳基　陈栋

摘 要 在强化学生基础专业知识的基础上，进一步增强学生对相关行业最新动态与政策的了解与把握，是培养合格工科人才的重要组成。以冶金学课程教学改革为例，介绍了在“碳达峰”与“碳中和”背景下冶金学在教学改革中的具体措施。通过对冶金学课程教学改革，优化教学体系，丰富课程内容，提升学生对行业最新动态的把握能力以及自主思考与学习能力。

关键词 碳达峰;碳中和;冶金工程;教学改革

中图分类号：G424                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.31.040

Teaching Reform of Metallurgical Engineering Course under the Background of "Peak Carbon Dioxide Emissions and Carbon Neutral"

ZHAO Wei， GUO Hongwei， YAN Bingji， CHEN Dong

（School of Iron and Steel， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215021）

Abstract On the basis of strengthening students' basic professional knowledge， further enhancing students' understanding of the latest trends and policies of relevant industries is an important part of cultivating qualified engineering talents. Taking the teaching reform of metallurgical engineering as an example， the specific methods of Metallurgy in teaching reform under the background of "peak carbon dioxide emissions" and "carbon neutral" are introduced. Through the teaching reform of Metallurgy， optimize the teaching system， enrich the course content， and improve students' ability to grasp the latest trends of the industry and their ability to think and learn independently.

Keywords peak carbon dioxide emissions; carbon neutral; metallurgical engineering; teaching reform

2021年全國两会期间，中国政府报告中所提到的“碳达峰”与“碳中和”一跃成为热词，越来越多的企业与机构开始重视工业与生活中的碳排放。冶金行业作为碳排放大户，在“碳达峰”与“碳中和”过程中更应该承担更多的责任。[1-2]图1为2020 年全球主要钢铁生产国产量对比，可以看出，我国作为世界主要钢铁生产国，钢铁产量远高于其他国家，占全球钢铁总产量的一半还多。在传统冶金中，碳元素一直在供热以及还原方面扮演着重要的角色，煤炭作为碳元素的主要载体提供了钢铁行业约70%的能源消耗，这也是钢铁行业主要的碳排放来源。[3]根据2017年全国各行业对碳排放贡献度（图2）分析，我国冶金行业的碳排放量仅次于能源行业，是我国第二大碳排放来源，其碳排放量占全国总排放量的18%左右。我国巨大的粗钢产量以及对长流程冶炼的依赖是我国冶金行业碳排放过多的主要原因。

在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，冶金行业势必会面临一系列新的改革与创新，高电炉冶炼占比以提高废钢利用率、以氢冶金为代表的各种清洁冶炼的技术以及碳捕捉、碳封存工艺将会陆续覆盖在全国各地的冶金行业，其中高炉炼铁中的高炉富氢还原与非高炉炼铁中气基竖炉还原炼铁已逐渐得到行业的认可。[4-5]在高炉中通过喷吹富氢介质参与高炉冶炼可有效降低10%～20%的碳排放，气基竖炉中采用氢气与CO混合气体代替纯CO气体，可有效减少碳元素的入炉，减少碳排放50%以上。届时，冶金行业将会出现大量的新型设备与技术。在传统教学理念中，课堂上多以教师讲授为主，所授内容也以传统且成熟的生产流程为主，减少了学生主动思考的机会，同时对于最新先进设备与技术的介绍也有所欠缺，对于氢冶金等新型工艺的介绍更是少之又少。在以往毕业生调查反馈来看，学生缺少必要的实践能力以及可持续发展等能力。[6-9]因此，为加强学生对新技术、新设备的了解，激发学生主动了解、主动学习的积极性，本文提出以基础知识为根本，以学生的主观能动性为中心的教育理念，通过构建科学的冶金学教学体系，建立学生对新技术、新设备的主动了解、主动查询的兴趣，培养学生对新老流程、设备以及技术的对比能力。

1 冶金学课程改革体系构建

构建科学且合理的课程教学体系是教师知识高效传播、学生知识高效获取的重要前提，需要以基础知识为根本，以学生的主观能动性为中心，构建多方位、多层次、多交流、多思考的教学体系。冶金学课程改革体系基本构成如图2所示。

冶金学课程改革体系的主旨是为了使学生在学习过程中能够养成自主学习的能力，在了解传统流程以及设备的基础上，引导学生对新技术、新设备的相关信息进行查阅，并将相近的新老技术进行对比，对学生的专业能力、学习能力、思考能力、创新能力、沟通能力等多方面进行全面训练，以达到学生在毕业后在参加工作或继续升学时能够更快、更好的适应新的环境以及节奏。

2 课程教学改革措施

自新型冠状病毒疫情传播，我国各高校采用线上授课的方式，通过各个平台进行线上教学互动以及作业提交批改等，目前来看线上交流授课经验成熟，同时相比于线下授课，线上授课具有方式更便捷、时间更灵活等优点，因此在冶金学课程教学改革措施中，采用线上线下双交流，线下上课为主，辅以课余线上交流的方式。

2.1 课前线上目标布置

线上交流渠道的建立与使用便捷了教师与学生之间的沟通，因此通过线上交流，可以使教师与学生之间进行实时沟通。冶金学课程在冶金工程专业课里属于基础且较为简单的专业课程，学生进行课程预习的难度较小，因此教师可以提前将下一节课教学目标进行提前准备与整理，然后将教学目标提供给班内每个学生，并可以提前录制部分重点的讲解视频进行上传或提供相应国家精品公开课观看地址。

此措施虽然占用了学生少量的课余时间，但却在节省大量的课上时间的同时，充分发挥了学生的主观能动性，促进了学生主动进行资料查阅的意识，增强了学生对先进工艺与流程的了解，培养了学生进行自主学习的能力，有助于学生在步入工作之后能够快速的适应岗位工作，对于工艺升级能够快速适应都有着积极的影响。

2.2 课堂线下交流与汇报

在学生进行课前预习的前提下，教师的授课难度将会大大降低，并且授课进度也会有极大的提升，原课时时间内将会出现空余时间，此时可在每堂课后对于课堂内所讲重点部分布置分组作业。教师先将学生分为若干组，根据每堂课的预留时间安排部分同学于课后对本节课中重点部分进行深层次挖掘，于下堂课进行分组汇报。例如在讲解非高炉冶炼时，可布置各非高炉冶炼流程与高炉冶炼流程之间的异同点、各非高炉冶炼流程的优势与劣势、不同非高炉冶炼流程的能源与地域间的局限性等相关专题。每组学生进行自主沟通，将资料的查阅与收集、有价值资料的整理、汇报PPT的制作、课堂汇报等工作进行分工。学生课上汇报工作的成绩可由学生相互进行评定打分，分数指标有汇报内容的丰富程度、对所汇报内容讲解的详实程度以及汇报内容的逻辑性和完整性。此举措在激发学生参与汇报的积极性之外，还可以引导学生之间的良性竞争，使每个学生在参与的过程中更愿意积极思考与创新，增强课堂的活跃程度。

此种课堂交流与汇报的出现，首先会促使学生之间进行主动的有效沟通与交流，培养学生的沟通交流能力;在资料收集的过程中，学生将会对所收集资料进行充分的分析、归纳与吸收，对学生的自主学习能力与对待问题的思考能力都是一种极为有效的锻炼;在课堂汇报中，汇报同学不仅需要充分发挥其自身的口才优势，同时还需要整个团队将对所选专题的一切有价值的理解与思考清晰的传达于汇报人，而这一过程正是对团队中所有同学的表达能力、应变能力以及协作能力的一种锻炼与考验。

2.3 课后线上答疑

改革后的教学模式使学生在课前经过了针对性预习，学生在进行预习时随着自己的思考会产生许多疑问点，课上教师所授内容有极大可能并不能完全覆盖学生在预习过程中所产生的疑问点，同时也由于部分学生的课堂汇报内容并非教材中的书面材料，因此课后的答疑是十分有必要的。

课后的答疑活动采用线上形式，答辩时间可由教师和学生共同商议决定，采用线上非固定时间答疑，可以十分有效的解决地点和时间对答疑活动的局限。在答疑活动中，首先由教师对课上所授教材中内容进行答疑，而对于学生汇报部分中的疑点，主要答疑人由教师转变为汇报组学生，组内同学根据分工时所收集资料的不同为其余同学的不同方面问题进行答疑，此时教师的角色则转变为补充者或更正者，给予学生更多的交流与展示机会。

2.4 创新考核手段

在学期结束前，设置课程创新设计竞赛。课程创新设计竞赛同样将学生分成若干组，以小组形式参加，竞赛内容主要围绕冶金过程中的某个工序、设备或新流程进行。由于参与者为本科阶段学生，所学课程与实践均存在一定的局限性，同时对实际工程层面接触较少，所以要求老师对于竞赛作品的评判标准需着重于作品的创新性和理论可行性。各小组竞赛题目自拟，作品呈现方式可采用PPT展示、图纸展示、模型呈现和动画演示等方式。作品提交后由教师根据作品的理论可行性、创新性以及作品呈现形式的精美程度等多方面进行评定打分，之后学生组内根据竞赛过程中每个同学的贡献程度进行组内互评，综合教师评分与学生组内互评结果确定学生在课程創新设计竞赛中的最终成绩。课程设计竞赛的设立不仅有助于学生的自主学习能力、主动思考能力以及创新性的培养，同时也加强了学生对于协同能力、沟通能力的锻炼，增强了课程的参与性与趣味性。

学期结束后课程的最终成绩削弱期末考试中的试卷成绩占比系数，提高课上汇报工作成绩以及课程创新设计竞赛成绩，以学生的基础知识、课上表现以及所展现的自主学习能力、思考能力、表达能力、创新能力等进行最终的课程成绩判定，最终达到不为书本固化内容所局限，提高学生综合素质的目的。

3 结语

“碳达峰”“碳中和”背景下的课程改革，是既定课程顺应专业潮流的一项改革，这需要学校、教师、学生三者的共同配合和努力，这一过程是需要不断积累、迭代和完善的。只有学校所授内容与行业变革趋势保持一致，才能培养出合格的、能够应对挑战与创新的行业人才。

参考文献

[1] 田伟健，李辉，全魁，等.长流程钢铁企业的碳代谢模型与碳排放分析[J].冶金能源，2020，39（01）：3-9+40.

[2] 李新创，李冰，霍咚梅，等.推进中国钢铁行业低碳发展的碳排放标准思考[J].中国冶金，2021，31（06）：1-6.

[3] 马骥涛，黄桂田.中国钢铁行业完全能源消耗研究[J].价格理论与实践，2018（04）：17-21.

[4] 孟翔宇，顾阿伦，邬新国，等.中国氢能产业高质量发展前景[J].科技导报，2020，38（14）：77-93.

[5] 王广，王静松，左海滨，等.高炉煤气循环耦合富氢对中国炼铁低碳发展的意义[J].中国冶金，2019，29（10）：1-6.

[6] 戚胜，李想.能源与动力工程专业认识实习环节存在的问题与改革探索[J].课程教育研究，2016（11）：244.

[7] 徐旭，赵晓东，孙公刚，等.热能与动力工程专业认识实习改革[J].中国冶金教育，2012（04）：53-54.

[8] 刘洪宪，孙斌.热动专业认识实习探索与实践[J].时代教育，2014（03）：140.

[9] 赵洁婷.“新工科”背景下能力导向型冶金专业实践教学体系构建[J].中国冶金教育，2021（03）：76-79.