雙碳目標背景下本科生專業素養與創新能力培養探討
——以《地下能源儲存前沿》課堂構建與實踐為例

王漢勛，張 彬，徐能雄

（中國地質大學（北京）工程技術學院，北京 100083）

0 前言

為加快生態文明建設和實現經濟高質量發展，2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上宣布了“雙碳”目標，彰顯了大國責任，受到了國際社會的積極評價。推動我國能源結構轉型，提高風能、太陽能等可再生能源占比是實現“雙碳”目標的必由之路[1]。然而，受氣候等因素的影響，風能、太陽能和潮汐能等可再生能源具有很強的間歇性和波動性，大大制約了能源的有效利用[2]。壓縮空氣儲能是有效利用可再生能源的主要手段之一。而且，加大原油、天然氣等傳統化石能源的儲存對于保障我國能源安全，實現能源結構平穩轉型的有效保障。在地下能源儲存領域，我國起步較晚，人才匱乏。而且，現有的高校人才培養體系滯后于國家戰略發展和產業需求[3-5]。為此，論文以中國地質大學（北京）2017級和2018級土木工程、地質工程專業本科生為授課對象，構建專業前沿選修課程—《地下能源儲存前沿》，并開展課程實踐研究，旨在讓學生了解地下能源儲存的方式，以及所面臨的主要科學問題和工程技術難題，為地下能源儲存領域的科學研究和工程實踐培養人才。對于授課方式，研討式教學體現了建構主義思想理論、人本主義思想理論、終身學習理論、自我決定認知理論和懷特海的教育理念，旨在以問題為導向，強化培養學生動手能力，推動學生自主學習與終身學習[6-9]。案例式教學是一種啟發式教學方式，有利于鼓勵學生獨立思考，培養學生從實際工程中發現問題，并應用所學知識解決問題的能力，強化理論聯系實踐[10-11]。而且，隨著互聯網的快速完善與發展，為學生獲取學科前沿信息提供了極為便利的條件[12-13]。考慮課程內容與特點，《地下能源儲存前沿》課程授課采用“研討式”與“案例式”相結合的授課方式，構建自由開放的教學課堂環境，促進學生自主學習與思考，清晰表達與溝通，取得了良好的教學效果。

1 《地下能源儲存前沿》課程設計與課堂組織

1.1 課程概述

《地下能源儲存前沿》是為土木工程、地質工程專業高年級本科生開設的一門專業前沿選修課程。遵循以“學生為中心”的“啟發式”教學理念，采用“研討式”+“案例式”的教學模式，該課程主要講授地下水封油庫、地下儲氣庫、壓縮空氣儲能、深部碳封存等地下儲庫的工作原理、結構組成和選址要求等，并探討工程實踐中存在的關鍵科學問題與工程技術難題，旨在使學生了解地下能源儲存的主要手段和工作原理，為從事該行業研究和實踐工作打下良好的基礎。該課程共16課時，先修課程包括工程地質學、巖體力學、彈性力學、工程流體力學等基礎理論知識。課程思路見圖 1（P169）。

1.2 思政元素

“雙碳”目標的提出，彰顯了我國的大國擔當和責任，受到了國際社會一致好評，培養學生民族自信。通過學習和介紹我國大型工程建設活動，讓學生充分認識到我國經濟高速發展、科技飛速進步的現狀，培養學生愛國情懷，激發學生建設祖國、投身實踐的激情。

1.3 課堂組織

為充分調動學生自主學習的興趣，結合課程特點，組織課堂，其具體步驟為：

圖1 《地下能源儲存前沿》課程建設思路

（1）學生分組。學生根據自己的興趣自由組合，一般每個小組3～4人，并設置一名組長。教師課堂教學后，以小組為單位，開展每堂課的研討，主要介紹課堂的收獲以及疑惑，然后班內互相討論。“案例式”教學環節，小組自由選題，詳細介紹一個典型地下能源儲存工程的類型、工作原理以及工程建設價值等內容（教師引導，確保各組所講案例有所差異）。

（2）課程教學與課堂研討。通過在“講授式”教學中融入“研討式”教學方式，開展教學。任課教師講授地下水封油庫、地下儲氣庫、壓縮空氣儲能和深部碳封存等地下儲庫的發展歷史和優勢，并結合工程案例講授儲庫的基本工作原理，以及該領域現存的關鍵科學問題和工程技術難題，培養學生從事科學研究或一線工程建設的興趣。隨后，學生根據分組，針對課堂學習的內容進行討論，內容包括自己的所感所悟以及存在的問題。每堂課由2學時“講授式”教學+1學時“研討式”教學組成，共4堂課，12學時。

（3）“案例式”課堂教學。采用案例展示（PPT介紹的形式）+討論的方式開展教學。任課教師引導學生根據授課知識點確定案例選題。各小組由組長進行分工，完成充分利用網絡、期刊、書籍等資料，完成工程案例的詳細介紹，包括運營原理、工程建設難點及經濟效益等內容，并制作匯報PPT和演講稿。由小組推薦一名代表進行案例講解，時間控制在10分鐘以內。介紹結束后，學生提問，演講小組講解。“案例式”教學采用4學時。

（4）教師點評。案例講解和自由討論完成后，由任課教師進行點評和指導，重點點評案例講解過程中的邏輯推理是否科學合理、內容是否完善、觀點是否正確、表達是否順暢。點評中，應充分肯定學生獨到的見解，鼓勵學生深入思考、發散思維，并針對案例講解與討論中的不足，給予學生合理的建議。部分課堂現場見圖2（P170）。

圖2 “研討式”+“案例式”教學課堂

1.4 課程考核

“研討式”和“案例式”課程考核必須突出對學生課堂參與度的考核，促進學生積極參與課堂討論，激發學生學習的主動性和積極性，把知識學習和能力培養貫穿整個教學過程，避免學生突擊學習，應付考試。

該課程采用考查的考核方式。成績組成及占比為：平時成績占比30%，海報內容占比30%，答辯占比40%。通過該考核方式綜合考核學生學習態度、參與程度、任務完成情況等。

2 教學評價

從學生反饋中，可知該課程主要取得了以下幾個方面的教學效果：

（1）培養學習興趣和自主學習能力。“研討式”教學方式提高了課堂教學的活力，“案例式”教學方式加強了學生理論聯系實踐，學以致用。兩者有機的結合，使學生成為學習的主體，既是受教者，也是授教者，靈活的考核方式也充分促進了學生利用多種學習手段學習的動力。由學生自主選擇學習內容和方式，也克服了傳統的教學方式與教學素材的限制，大大提高了教學效率。

（2）建立地下能源儲庫基本理論體系。課程梳理了《地下能源儲存前沿》的主要授課內容，涵蓋了主要的地下能源儲存方式及各自的特點，詳細介紹了不同地下能源儲存方式的工作模式、工作原理與設計要點，深入剖析了地下能源儲存領域涉及的關鍵科學難題，幫助學生建立對地下能源儲存的基本認識，為學生在相關的工程實踐和科學研究中開展工作打下基礎。

（3）培養學生服務國家建設祖國的情懷。開展地下能源儲存是當前國家所需。建設《地下能源儲存前沿》課程有助于學生了解當前國家戰略需求。有助于學生在未來的工作與研究中，更好地實現個人價值與國家需求的結合，建立服務國家建設祖國的認同感。

（4）培養學生組織協調能力。學生在自主探索學習的同時，與小組成員通力協作，共同參與到案例資料收集、課件制作與案例講解的工作中，共同完成課堂布置的。通過同學間的合作，有利于培養學生組織協調能力。

3 結語

面向國家雙碳目標，實時構建《地下能源儲存前沿》專業前沿選修課程體系，對于培養國家戰略發展和產業需求型人才具有重要意義。采用“案例式”+“研討式”教學模式，構建靈活開放課堂，培養學生自主學習和終身學習能力，取得了良好的課堂效果。該課程的構建有利于推動我國能源儲存領域工程實踐人才和科研人才的培養，培養服務于“雙碳”目標的專業型人才。