“双碳”背景下《聚合物原料与助剂》课程教学改革探索

刘 珊，王润玺，刘玉飞

(1.贵州理工学院 材料与能源工程学院，贵阳 550003；2.贵州大学 材料与冶金学院，贵阳 550025)

0 前言

人类文明的进步和生产力的提高与能源消耗、碳排放息息相关。碳排放造成的温室效应对全球生态系统构成严重威胁。为了将大气中CO2量保持在气候系统免受人为干扰的浓度上，世界各国联合协商制定了《巴黎气候协定》。该协定把“全球平均气温升高幅度需控制在2 ℃以内”作为目标。为了实现该目标，需要全球的碳排放在2070年达到碳中和，否则全球生态系统将受到不可逆转的严重影响[1]。2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会上发言：“中国CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”[2]。碳达峰、碳中和(简称“双碳”)战略是我国应对全球气候变化的庄严承诺。实现“双碳”目标对我国来说既是挑战也是机遇，依赖于公民环保意识的增强、各行各业的节能减排、新能源和新材料的研发，以及政府出台各种绿色技术创新补贴和碳税等措施[3]。实现“双碳”，需要对现行社会的能源结构和经济体系进行一场全面深刻的变革，是未来几十年内我国社会可持续发展的主基调之一。

笔者立足于《聚合物原料与助剂》课程的教学实际情况，培养当代大学生践行“双碳”战略的大局意识，树立绿色低碳生活理念，探索将“双碳”概念融入《聚合物原料与助剂》课程的方法和途径。

1 背景与意义

碳达峰是指CO2排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩。碳中和是指人类生产生活中排放的CO2量与植被等吸收的CO2量相同，本质上实现CO2净零排放[4]。自然资源是高质量发展的物质基础和空间载体，要实现“双碳”目标，除了必须巩固自然生态系统的碳汇能力外，还需要促进全国能源体系清洁化。通过统筹规划来调控能源消费规模、优化能源消费结构，以降低CO2总排放量[5]。欧美等发达国家的工业化起步早，从历史累计数据来看，目前大部分的温室气体是西方发达国家在过去200年间排放的。欧盟和美国从碳达峰到碳中和分别有70年和43年的过渡期，习近平总书记提出我国的碳中和目标为2060年，从碳达峰到碳中和只有30年过渡期[6]。目前中国处在经济高速发展时期，在此时实施“双碳”目标战略，主动承担碳减排国际义务，体现了中国在全球气候治理上的大国担当。

2021年全国两会中，碳达峰、碳中和被首次写入政府工作报告。随后，中共中央、国务院发布了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，对“双碳”目标进行系统谋划，明确了总体要求、目标、重大举措和发展路径，做出了构建“双碳”的“1+N”政策体系，以及重点开展“碳达峰十大行动”等总体部署。2021年7月29日，教育部发布了《高等学校碳中和科技创新行动计划》，要求高校充分发挥其基础研究和科技创新主力军作用，推进碳中和的示范性课程、专业、学院建设，发展一批国家级碳中和相关一流本科专业，开设“双碳”相关通识课程，将“双碳”概念融入工科教学中[7]。

笔者在《聚合物原料与助剂》课堂上对大学生进行“双碳”目标的指引。在授课过程中，不断探索“双碳”理念与《聚合物原料与助剂》课程的融合点。既给学生传授了课程知识，又引导其将碳中和理念融入日常生活，强化绿色环保意识，提升大学生践行低碳生活的能力。

2 课程教学概况

《聚合物原料与助剂》是材料学科人才培养的一门专业基础课程，系统闸述了助剂的分类、组成、功能、机理、应用、选择原则等内容，其目的是构建具有最高综合性能和最低成本、环境负担的聚合物材料，是一门系统性综合课程。《聚合物原料与助剂》课程培养学生对实际问题进行分析与解决的能力，为学生毕业设计和后期社会实践打下良好的基础，也为毕业后从事聚合物产品的生产、开发和应用奠定必要的理论基础。

将“双碳”概念融入《聚合物原料与助剂》课程具有可行性和优势。首先，聚合物产品包括塑料、橡胶和纤维及其复合材料等，应用广泛，授课老师可以将更贴近生活的低碳元素和理论挖掘出来，自然流畅地融入课堂教学之中，提高大学生对环境保护的认同感和责任感，帮助其树立绿色低碳的生活观。其次，聚合物材料与科技前沿联系紧密，其产品不断更新，应用范围从日用品、化工、电子、领域扩大到交通工具、通信工具、医疗用品、航空航天等领域，覆盖了人们生活中的方方面面。而“双碳”战略的顺利实施，最终依赖于能源结构、产业结构、生产方式和生活方式的优化。在《聚合物原料与助剂》课程中拓展“双碳”知识，可以提高当代大学生践行低碳生活的能力和眼界，从专业知识的角度为可持续发展提供解决方案。

3 实施方案

3.1 教学改革研究路线

在教学过程中，需要先将“双碳”概念、内涵、国家策略融入教学大纲，并进行充分解读，找到“双碳”与课程的契合点，再将相关联的科学知识和经典案例纳入并整合到课堂教学中，通过多种形式传递给学生，提高学生的学习能力，同时使学生能够学以致用，在今后的生活和工作中对节能减排、践行绿色低碳起到模范带头作用。具体研究路线为：

(1) 构建“双碳”理念与材料科学与工程学科有机融合的课程体系。在教学大纲、教案、课件中明确加入“双碳”内容。结合课程特点，深挖课程蕴含的碳中和元素，建立其与各章节知识点间的逻辑关联和融入方式，撰写典型的“双碳”案例教案，更新教学内容。

(2) 拓展与“双碳”直接相关的材料学知识的比重。讲授聚合物碳材料的加工、结构、性能、应用、回收再利用之间的关系，使学生从机理层面上理解CO2捕获的科学问题，提升其践行“双碳”目标的能力。

(3) 提高教师对“双碳”的认知，以及从本课程知识中挖掘“双碳”元素的能力。在教学过程中结合所讲授聚合物材料的特征，解读国家实施“双碳”战略的方针政策，使学生从思想上认同“双碳”战略。

3.2 教学改革实践

3.2.1 “双碳”概念融入课程设计

建立适应“双碳”战略需求的人才培养方案、课程大纲和教学方式。找到“双碳”概念的科学内涵与《聚合物原料与助剂》课程的契合点，讲授的内容既要结合中国的当代背景，与实际问题相结合，合理有序地推广“双碳”理念，又要顺应国际发展趋势和全球化局势，联系材料科学与工程学科的研究热点，适度超前布局；同时要为该领域未来的发展、革新留有修正和改善的空间。找到贴合的教学案例，在讲授环节中做到融会贯通，鼓励学生用发展的眼光看待现有的能源和环境问题。

3.2.2 “双碳”概念融入课堂讲授

立足于《聚合物原料与助剂》课程的教学实际，围绕“双碳”这一主题，制定与之匹配的新教案、新课件和新案例，探索“双碳”理念与《聚合物原料与助剂》课程的融合点。例如，在课程第一章《聚合物的热稳定剂》中，开篇引入《2030年前碳达峰行动方案》，对学生提出问题“随着我国经济腾飞、工业高速发展，碳排放压力剧增，习近平总书记提出的‘双碳’目标该如何实现？”从而引导学生进行思考，提高学生对该课程和节能减排的主观能动性。从认识了解碳排放的CO2和聚合物热分解产物CO2着手，讲述聚合物的热分解过程和规律，并从减少CO2排放的角度，对热稳定剂进行分类，给学生灌输绿色低碳理念。另外，从“双碳”战略的角度，讲解当聚合物热分解失效后，聚合物材料的回收再利用，变废为宝的可行性和必要性。例如，在课程第八章《聚合物的阻燃剂》中，分析聚合物的燃烧要素和燃烧机理，从聚合物燃烧时如何抑烟减毒，减少CO、CO2生成着手，讲述聚合物的绿色环保阻燃剂的分类、应用和机理，培养学生的环保意识和践行“双碳”的能力。

在课后，设立与每个章节相关的碳排放问题的作业，引导学生查阅相关文献，逐步培养学生将《聚合物原料与助剂》课程中的理论知识用于解决实际碳排放问题的能力。组织学生进行小组讨论，并与全班同学一起梳理和汇总解决碳排放问题的途径。授课老师对学生的讨论成果进行分析和总结，加深学生对节能减排知识的把握，促使学生理解“双碳”战略的重要性和实施途径。

3.2.3 “双碳”概念融入课外实践

组织学生进行课外实践活动，调研高校碳排放情况。鼓励学生从自身做起，寻找高校和宿舍中节能减排的方法，使其树立节能减排意识。随后，让学生交流和分享“双碳”的实践成果，创造浓厚的绿色低碳的氛围，为践行低碳生活提供平台。最后，对学生节能低碳成果进行汇总、评比、表彰和奖励，引导其将“双碳”理念融入日常生活，培养其主动降低碳排放的意识和能力。

4 结语

贯彻落实教育部《高等学校碳中和科技创新行动计划》，将“双碳”理念融入工科教学，普及和推广“双碳”相关知识，培养大学生的环保意识、大局意识、践行“双碳”战略的能力和行为习惯刻不容缓。本教学改革着力于找到“双碳”的科学内涵与《聚合物原料与助剂》课程的契合点，总结“双碳”融入《聚合物原料与助剂》课程的路径和方法，提炼“双碳”融入材料学专业课的通用方案，为其他工科课程提供参考。