“双碳”目标下化工节能减排课程教学实践探究.pdf

2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 191 “双碳”目标下化工节能减排课程教学实践探究“双碳”目标下化工节能减排课程教学实践探究 游小娟1，李勇2(1湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412000；2中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001)摘 要“双碳”目标的提出为我国经济社会发展带来了新的机遇和挑战，化工行业作为我国能源消耗和碳排放的主力军，节能减排潜力巨大。助力化工企业绿色低碳转型、培养相应专业技术技能型人才是学校发展需要，更是时代需要。本研究结合“双碳”目标下企业绿色转型背景，重点分析了高职“化工节能减排技术”课程的教学现状，并对课程内容选取、教学方法选择等教学实践方面提出了新的改进措施，希冀为社会、为企业培养更多懂节能减排技术碳中和人才。关键词“双碳”目标；绿色低碳转型；节能减排；教学实践；碳中和人才 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0191-02 Research on the Teaching Practice of Chemical Energy Conservation and Emission Reduction Course under the“Double Carbon”Target You Xiaojuan1,Li Yong2(1.Hunan Chemical Vocational Technology College,Zhuzhou 412000；2.CRRC Zhuzhou Electric Locomotive Co.,Ltd.,Zhuzhou 412001,China)Abstract:The proposal of double carbon goal brings new opportunities and challenges for our countrys economic and social development,the chemical industry as the main force of our energy consumption and carbon emissions,the energy saving and emission reduction has great potential.It is not only the need of the schools development,but also the need of The Times to help chemical enterprises to transform into green and low-carbon industries and to cultivate the corresponding professional and technical talents.Combined with the green transformation background of enterprises under the goal of“double carbon”,this study focuses on the analysis of the teaching status of“chemical energy saving and emission reduction technology”course in higher vocational colleges,and puts forward new improvement measures for teaching practice such as the selection of course content and teaching methods,hoping to cultivate more carbon neutral talents who know energy saving and emission reduction technology for the society and enterprises.Keywords:“double carbon”target；green low-carbon transition；energy saving and emission reduction；teaching practice；carbon neutral talent 1 引言引言 众所周知，二氧化碳气体具有较强的吸热和隔热性能，又称作温室气体，大气中逐渐增多的二氧化碳气体主要源于煤、石油等化石能源的大量燃烧使用，温室气体的过量排放将造成气候变暖、海平面上升、生态系统破坏等问题，这对人类可持续发展无疑是一个巨大的挑战。针对以上问题，全世界一百多个国家共同签署气候变化协定，即巴黎协定，我国也积极加入其中。“双碳”目标于 2020 年由国家习近平主席对外宣布提出，二氧化碳达峰和二氧化碳中和简称“双碳”，我国承诺将于 2030 年和 2060 年分别实现“双碳”目标1。“双碳”目标的实现可以改善环境质量、保护生态环境、促进产业发展，为此我国将全面绿色转型，加快节能减排步伐，争取控制 CO2气体总排放量在 2030 年达到最高点，并逐年降低排放量2。而后将再花近三十年时间采取一系列措施实现碳“净零排放”，即 2060 年做到二氧化碳排放与吸收相互抵消，例如倡导低碳生活、加大植被面积、碳封存等3。实现“双碳”目标既是我国高质量转型发展的内在要求，也是我国应对全球气候变化做出的的庄严承诺、责任担当，更是“十四五”和 2035 远景时期经济社会发展的主要目标之一4。节能减排，人人有责，作为碳排放占 80%比重的能源企业，责任尤为重大。化工行业是我国能源消耗和碳排放的主力军，其节能减排压力巨大。“双碳”目标要求化工行业须持续坚持绿色低碳转型。而近年来化工行业碳排放量持续上升，生产作业所产生的有毒有害气体也在环境方面造成了不可逆转的破坏，要实现绿色低碳转型，企业能源结构与产业结构亟需调整优化，技术发展水平亟需提升。中国工程院院士、清华大学碳中和研究院院长贺克斌亦表示要达到“双碳”目标，我们将面临关键核心技术创新、新能源关键材料、气候与环境协同治理综合决策支撑三大挑战。所以无论是行动上突破，还是技术上创新，对相关专业技术技能人才的需求必将逐年上升，人才的储备和培养将是未来快速发展的关键。随着“双碳”政策的宣传教育，大部分学生对节能减排有一定的了解，但并没有转化为实际行动，日常实践执行力度不够，对企业节能减排措施实施的关注度或知晓度更是少之又少。化工技术类专业方向的学生就业领域大都面向化工行业，能懂节能减排技术、能对实际化工生产进行能耗分析并提出合理节能措施无疑是一种能力加持，也更易受企业心仪。高职院校作为培养高素质技能型人才的主要阵地，只有与我国的社会经济发展同频共振，精准助力企业转型升级，才能找准发展方向。综上，高职院校特别是化工类高职院校开设节能减排课程、培养碳中和人才既是自身发展需要，更是时代需要5。2 高职“化工节能减排”课程介绍高职“化工节能减排”课程介绍 化工节能减排 是化工技术类专业的专业拓展课程，主要作用是培养学生节能减排意识行为、对实际化工生产进行能耗分析并提出合理节能措施的能力，为后续学生毕业设计、企业岗位实践奠定基础。课程开设专业有应用化工技术、石油化工技术、精细化工技术、高分子材料等。前期课程主要有物理化学、化工单元操作等，后续课程有毕业设计、顶岗实习等。开课学期为高职第 5 学期，学时 32 学时。化工节能减排教材选用的是职业教育国家规划教材，化学工业出版社第三版，由李平辉主编，主要介绍能源的现状，节能的热力学原理，化工单元中流体流动、热量传递、分离、制冷循环和化学反应过程和设备的节能技术6。课程的总目标为培养坚定拥护中国共产党领导、热爱祖国的社会主义接班人；增强学生化工节能减排的社会责任感和历史使命感。知识目标为：(1)掌握化工节能技术在化学工业中的重要地位与发展趋势；(2)掌握能源种类及能源消费的发展趋势；(3)了解相关热力学定律；(4)掌握常见化工单元操作的能耗分析及措施；(5)掌握常见热力学性质图表的查阅与计算；(6)掌握低碳经济与节能减排的内在关系。收稿日期 2023-03-17 作者简介 游小娟(1990-)，女，江西抚州人，工程师，硕士，主要研究方向为催化材料。广 东 化 工 2023 年 第 16 期 192 第 50 卷 总第 498 期 能力目标为：(1)能查阅常见热力学性质图表及其计算方法；(2)能理解热力学定律的深刻内涵；(3)能对公司一年的碳足迹进行计算；(4)能够对常见的化工单元操作进行能耗分析，并找出合理的节能途径。素质目标为：(1)具有较强的自我学习和自我提高能力；(2)具有较强的发现问题、分析问题和解决问题的能力；(3)具有团结协作能力；(4)具有工程技术观点。3 高职“化工节能减排”课程教学现状分析高职“化工节能减排”课程教学现状分析 3.1 学科综合，教学内容重复 当前课程综合化已经成为课程改革的发展趋势，符合时代发展的同时容易造成同专业不同课程内容重复。化工节能减排 课程内容中包含热力学基础知识、化工单元操作基础知识，教学过程中运用该部分知识能够帮助学生更好更快的理解，但是过多的讲解容易造成教学重心偏移。那么，如何通过讲授使学生在深入理解热力学内涵的基础上，能够运用热力学知识对有效能及能源效率进行分析？如何依据化工单元过程学习对单元操作过程及操作设备进行能耗分析、节能分析？如何通过绪论部分重点介绍能源现状、节能减排重要意义？此外，本课程企业实际节能减排技术内容涉及较少、线上资源相对少，信息搜索比较零碎，不便于教学拓展和学生自主学习。3.2 学生专业知识和技能水平参差不齐 化工节能减排 是一门专业拓展课程，本课程学习需要前期物理化学、化工单元操作等课程知识储备，专业综合性较强。高职很多学生化学学科基础知识薄弱，尤其是由单招渠道进来的学生甚至未接触过化学学科，专业课学习信心不足，有畏难心理，缺乏学习耐心和持久性。经过两年的专业课学习，大三的学生专业知识和技能水平更是参差不齐，部分学生无意义感增加。教学设计该如何平衡教学内容，缩小学生学习能力差异的同时提升学生学习兴趣？3.3 部分教师教学重理论轻实践 部分教师毕业便进入高校任职，缺乏企业或工程实践背景，对企业节能减排实际措施分析理解不够到位，不能很好地将课堂延伸到企业、延伸到经济社会发展的前沿，容易照搬照套。4 高职“化工节能减排”课程教学改进策略高职“化工节能减排”课程教学改进策略 针对教学内容重复、学生专业知识和技能水平参差不齐、部分教师教学重理论轻实践等问题，我们需要不断调整课程内容、改进教学方法、提升教师能力等。4.1 调整课程内容 依据高职大三学生思维稳定、乐于探究、对现实情景兴趣浓厚的特点，按照项目式、任务式、工作过程导向课程开发方法，适当删减原有教学内容，精简理论，删除繁琐公式推导和理论计算，做到会用够用即可；注重理论联系实际，增添企业实际节能案例，让教学更具有针对性、典型性、实用型。具体教学内容调整思路如图 1：组建包含相关战略合作企业的课程团队对相应专业学生进行职业分析，确定工作岗位；开展工作性质分析，明确工作内容；依据工作内容，确定专项能力要求；依据专项能力要求，遴选课程内容；最后整合课程内容，划分教学模块。经过调整后的教学内容以工业生产实际为驱动，主要分为四大板块，十七个任务，四个板块理实结合、层层递进，做到始终把节能减排能力培养贯穿整个教学过程。第一板块为认识化工节能减排，主要告知学生为什么要节能减排、当前国内外节能减排现状、未来能源发展趋势、低碳经济与节能减排的内在联系，增加学生节能减排的紧迫感与责任意识；第二板块为学习化工节能基础，重点涉及能耗怎么算、能量利用如何评价等。即用热力学方法对过程中的能量转换和传递、使用和损失、回收利用的情况进行计算和分析，揭示出能量消耗的大小、原因和部位，为改进过程、提高能量利用率指出方向7；第三板块为化工单元过程的节能减排，主要为其企业常见化工单元操作能耗分析、节能措施分析，教学侧重点就要体现在如何降低能耗、热量回收利用等方面。例如蒸馏过程是分离液体混合物最常用的方法，是化工行业最大的能耗操作，但实际上能源利用率仅占 5%，热效率极低，所以对蒸馏装置进行技术改造方法、多效精馏、热泵精馏等节能新技术就称为该任务的教学重难点；第四板块为化工企业节能减排，主要告知学生目前化工企业是如何节能减排。具体可以引入一些化工典型节能改造案例、化工企业清洁生产案例，进一步拓展和延伸课程内容的同时理论与实际一体化，提升学生学习兴趣，引导学生学以致用。图图 1 课程内容遴选、教学模块设计流程图课程内容遴选、教学模块设计流程图 Fig.1 Flowchart of course content selection and teaching module design 4.2 改进教学方法 采用“任务分析预备知识任务实施任务拓展任务总结任务练习”的逻辑主线，将相关知识点完全融入任务学习中。具体教学方法有导学法、任务驱动法、分组教学法。课堂教学与仿真实训、现场教学结合，将化工生产过程复杂抽象理论转变为动态仿真操作，将化工节能分析放到实训基地现场进行，形象生动、直观明了，进一步提升教学效果。具体以化工单元节能减排板块教学为例：先讲解一化工单元操作过程节能相关知识点，如蒸发过程，要求学生参考教学内容、书籍网络资料完成另一单元操作过程的能耗分析及节能措施分析，并以小组 PPT 汇报形式呈现，最后再根据过程素质、作品质量进行小组互评、组内互评等方式进行总结评价。4.3 提升教师能力 为任课教师、学生搭建互动型教学平台，青年教师到行业、企业实践锻炼；邀请企业专家为学生进行技术讲座和实训指导，满足适应应用型高校对“双师型”教师要求的同时减少学生与企业生产之间距离感、陌生感等，增加学习兴趣，提升学习效果如图 2。图图 2 互动型教学平台互动型教学平台 Fig.2 Interactive teaching platform 4.4 实施教学评价多元化 实施教学评价多元化，打破传统纸笔测验，让学生做评价的主体，及时、全面关注学生学习过程。具体教学评价标准为过程性评价占 60%，总结性评价占 40%，分项目分单元、实践学习与素质表现相结合的评价方式。过程性评价主要包含学 (下转第 211 页)2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 211 方面进行了大胆尝试：(1)大仪系统的资源不仅要面向中心内部和校内师生，还要针对校外企业、其他高校用户有偿开放使用，充分考虑设备使用过程中所用耗材成本、水电成本、设备折旧率等制定合理的收费标准，形成院内-校内-校外三级共享平台17。(2)广泛利用中试实验室仪器设备与企业、科研院所、高校开展科研合作18，促成科研成果转化，或成立校企共建联合实验室，为中试实验室的可持续运行提供经费保障。(3)面向本科生开展产业化实习，建立学生实习实践基地。产业化实习不仅可以拉进学生和工业化生产的紧密联系，使其提前参与和了解产业化研发的现实意义，同时也实现了中试实验室资源的开放共享。3.4 中试实验室科研环境与文化建设 良好的实验室环境是激发科研人员创新创造活力的重要支撑，营造浓厚的科学研究氛围是开展实验教学进行人才培养的基本保证19。未来食品科学中心中试实验室在“食品合成生物技术教育部工程研究中心”、“国家市场监管重点实验室(食品质量与安全)”、“江苏省食品合成生物技术工程研究中心”和“中国轻工业食品感知科学与技术重点实验室”四大科研平台的助推下，在中国工程院院士、国家级省部级人才、青年学术骨干和海外留学归国博士为中坚力量的研究团队带领下，形成了高水平的“环境育人”和“文化育人”体系。此外，培养了众多食品生物技术领域人才，入选“全国高校黄大年式教 师 团 队”，在Nature Communications、Trends in Biotechnology、Nucleic Acids Research、Green Chemistry 等期刊发表了数篇高水平文章，承担并完成国家重点研发计划项目、国家自然基金青年/面上/优秀青年项目等多项科研项目，获得教育部科学技术进步奖一等奖、二等奖；江苏省科学技术奖一等奖；山东省科学技术进步一等奖等多项科研奖励。4 结语结语 在高等教育深化综合改革背景下，高校中试实验室建设与管理工作还有许多值得深入思考和研究的地方。未来食品科学中心中试实验室紧紧围绕立德树人根本任务，坚持顶层设计、共享共用、育人为本的基本原则，对标国内外一流实验室，实现了全链条、全方位、全过程管理20，成为了培养学生科研创新能力、锻炼其独立思考能力和提升工程实践能力的重要平台，同时也连接了和企业开展深入交流与合作的桥梁20，为今后深入开展交叉学科研究、成为高水平的教学实践基地打下了坚实基础。参考文献参考文献 1方堃，雷敬炎，朱娟蓉，等高校实验室建设与管理体制、机制的研究与思考J实验室研究与探索，2019，38(12)：270-273，287 2ZHANG JH，LI HResearch on the Problems and Countermeasures of Laboratory Management in Colleges and UniversitiesJJournal of Physics：Conference Series，2021，1798，012006 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