“雙碳”背景下“過程裝備前沿技術(shù)”課程教學(xué)改革探索

2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出“雙碳”目標(biāo)，即“ CO₂ 排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”[1]。高等院校作為基礎(chǔ)研究的主力軍和科技創(chuàng)新的主陣地，應(yīng)主動(dòng)將課程內(nèi)涵與“雙碳”目標(biāo)相結(jié)合[2]。同時(shí)，在高等院校全面落實(shí)課程思政建設(shè)的背景下，工科類專業(yè)課程要注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)[3]。因此，課程思政建設(shè)是高校所有課程建設(shè)及教師教書育人的重要工作內(nèi)容[4-5]

過程裝備與控制工程專業(yè)是為適應(yīng)現(xiàn)代流程性工業(yè)而設(shè)置的機(jī)械、過程和控制交叉型專業(yè)，培養(yǎng)面向石油、化工、能源、機(jī)械、新材料等行業(yè)領(lǐng)域的過程裝備人才。這些行業(yè)與“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)。“過程裝備前沿技術(shù)”是西安石油大學(xué)國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，過程裝備與控制工程專業(yè)的專業(yè)必修課程，具有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性、技術(shù)前沿性和動(dòng)態(tài)迭代性。在“雙碳”自標(biāo)背景下，本課程存在著教學(xué)內(nèi)容知識(shí)結(jié)構(gòu)老化、思想政治教育元素挖掘不充分等問題，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、專業(yè)使命感和產(chǎn)業(yè)親近感不強(qiáng)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神培養(yǎng)不足。本文從多維度系統(tǒng)剖析該課程的教學(xué)實(shí)施現(xiàn)狀，深人分析核心教學(xué)問題，從課程教學(xué)內(nèi)容、課程思政、教學(xué)方式方法、考核評(píng)價(jià)方式等方面開展了系統(tǒng)性教學(xué)改革。

1“過程裝備前沿技術(shù)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

本課程歷經(jīng)8年教學(xué)實(shí)踐（2015年初設(shè)時(shí)，稱為“過程裝備技術(shù)新進(jìn)展”），取得較好成績(jī)。2021版培養(yǎng)方案修訂過程中，考慮到“雙碳”目標(biāo)對(duì)學(xué)生前沿技術(shù)探究能力的需求，課程更名為“過程裝備前沿技術(shù)”，并將課時(shí)由16學(xué)時(shí)增至32學(xué)時(shí)。

1.1課程內(nèi)容知識(shí)結(jié)構(gòu)老化

低碳技術(shù)在實(shí)現(xiàn)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)中處于核心地位，是碳減排的直接手段。自前，國(guó)內(nèi)外主要的低碳技術(shù)分為3類：減碳技術(shù)、無碳技術(shù)和去碳技術(shù)[6。減碳技術(shù)主要聚焦于高能耗、高排放行業(yè)，旨在實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約與排放降低；無碳技術(shù)主要涵蓋核能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源技術(shù)領(lǐng)域；去碳技術(shù)主要指 CO₂ 捕集、利用與封存（Carbon Capture，Utilizationand Storage，CCUS）技術(shù)，其在大規(guī)模 CO₂ 減排上具有較大潛力，是實(shí)現(xiàn)化石能源凈零排放的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，本課程的教學(xué)內(nèi)容涉及了部分減碳技術(shù)和無碳技術(shù)，不涉及去碳技術(shù)（即CCUS技術(shù)），且由于課時(shí)量的限制，該部分教學(xué)內(nèi)容都是淺嘗輒正。顯然，課程內(nèi)容已不能滿足本專業(yè)“雙碳”目標(biāo)的人才培養(yǎng)需求。

1.2課程思政元素挖掘不充分

課程思政要求高校各學(xué)科課程均承擔(dān)起思想政治教育功能[7。傳統(tǒng)的專業(yè)課程教育更注重專業(yè)知識(shí)的講授，認(rèn)為思政教育是思政課程的任務(wù)，與專業(yè)教學(xué)無關(guān)，這導(dǎo)致專業(yè)課教師缺乏挖掘思政元素的技巧，難以自然地以“潤(rùn)物細(xì)無聲”的方式將思政元素融入專業(yè)內(nèi)容，本課程同樣也面臨這一現(xiàn)實(shí)問題。

1.3教學(xué)方法老舊

傳統(tǒng)教學(xué)模式多采用單向知識(shí)灌輸?shù)姆绞剑谡n堂教學(xué)過程中未充分重視學(xué)生的主體參與。其根本癥結(jié)在于，教學(xué)理念仍以知識(shí)傳遞為核心導(dǎo)向，尚未真正轉(zhuǎn)向以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展為核心的教育范式。一方面，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣下降、學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性降低、學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力不足；另一方面，也會(huì)降低教師的教學(xué)成就感。在目前本課程教學(xué)實(shí)踐中，課堂教學(xué)仍以教師單向講授為主要形式，教學(xué)方法呈現(xiàn)明顯的單一化特征。

1.4課程任務(wù)單一、考核內(nèi)容不全面

本課程學(xué)生需分組實(shí)施研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目，并根據(jù)研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目的成果獨(dú)立完成課程報(bào)告。考核方式分為過程性考核和期末考核。過程性考核主要評(píng)價(jià)學(xué)生在分組實(shí)施研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目過程中的能力體現(xiàn)；期末考核主要依據(jù)研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目成果撰寫的課程報(bào)告（論文）來進(jìn)行評(píng)定。可見，本課程目前存在課程任務(wù)單一、過程性考核內(nèi)容不全面等問題。

2“雙碳”背景下“過程裝備前沿技術(shù)”課程改革

基于本課程的教學(xué)現(xiàn)狀，通過重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容、挖掘課程思政元素、創(chuàng)新教學(xué)模式、改進(jìn)考核與評(píng)價(jià)方式對(duì)課程進(jìn)行改革探索，培養(yǎng)學(xué)生“雙碳”背景下的前沿技術(shù)探索能力，為高端裝備人才的培養(yǎng)貢獻(xiàn)力量。

2.1 重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容

以解決復(fù)雜工程問題為牽引，遵循科研反哺教學(xué)理念，通過行業(yè)需求調(diào)查，結(jié)合我校行業(yè)背景、專業(yè)特色以及本專業(yè)教師的最新研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定將CCUS技術(shù)引入到本課程以更新教學(xué)內(nèi)容，具體內(nèi)容如下：

（1）CCUS技術(shù)概述。CCUS技術(shù)概念、主要技術(shù)環(huán)節(jié)、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及前沿技術(shù)。（2）碳捕集技術(shù)。講解溶劑吸收技術(shù)、固體吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)、富氧燃燒技術(shù)等；結(jié)合專業(yè)教師科研成果，以專家導(dǎo)向形式專題講授碳捕集技術(shù)。（3）碳運(yùn)輸技術(shù)。介紹管道運(yùn)輸技術(shù)、車載運(yùn)輸技術(shù)以及船舶運(yùn)輸技術(shù)；結(jié)合專業(yè)教師科研成果，以專家導(dǎo)向形式專題講授 CO₂ 管道輸送技術(shù)。

（4）碳利用技術(shù)。結(jié)合我校鮮明的石油石化行業(yè)特色，重點(diǎn)講授強(qiáng)化采油技術(shù)、強(qiáng)化采氣技術(shù)等能源生產(chǎn)技術(shù)。（5）碳封存與固定技術(shù)。介紹地質(zhì)封存、油氣藏封存、咸水層封存和海洋封存等技術(shù)。（6）CCUS財(cái)稅政策與投融資模式分析。分析CCUS技術(shù)的財(cái)政激勵(lì)政策、市場(chǎng)機(jī)制和融資模式及商業(yè)模式。

2.2融合課程思政元素

基于本專業(yè)培養(yǎng)方案中思政元素的分類，從家國(guó)情懷、科學(xué)探索精神、職業(yè)擔(dān)當(dāng)及工匠精神4個(gè)方面，深入挖掘本課程教學(xué)內(nèi)容—CCUS技術(shù)蘊(yùn)含的相關(guān)思政元素。通過系統(tǒng)梳理各知識(shí)模塊的育人潛能，精準(zhǔn)匹配契合度高的思政教育要素，并采用隱性滲透的方式將其有機(jī)地融入教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在教學(xué)實(shí)踐中，以潛移默化的方式實(shí)現(xiàn)價(jià)值引領(lǐng)，同時(shí)引入成果導(dǎo)向教育理念（OBE）優(yōu)化課堂實(shí)施路徑，從而有效推動(dòng)教學(xué)自標(biāo)的達(dá)成。例如，學(xué)生通過線上自學(xué)了解我國(guó)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS全流程項(xiàng)目—齊魯石化一勝利油田CCUS項(xiàng)目，可潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生樹立家國(guó)情懷：在碳輸送技術(shù)部分的教學(xué)中，將流體力學(xué)、動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)等專業(yè)知識(shí)與前沿技術(shù)——超臨界態(tài)/密相 CO₂ 管道輸送安全技術(shù)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生不斷創(chuàng)新、勇攀科技高峰的科學(xué)探索精神。

2.3創(chuàng)新課程教學(xué)方法

秉承OBE教學(xué)理念，對(duì)教學(xué)方法再設(shè)計(jì)，采用線上“自學(xué)” + 線下“翻轉(zhuǎn)課堂 + 專家導(dǎo)學(xué) + 小組研學(xué) ⁺ 專題研究”的多模態(tài)混合式教學(xué)模式，構(gòu)建以學(xué)生主體需求與發(fā)展為核心的新型教學(xué)范式，提高學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)活動(dòng)的參與度，從而促進(jìn)教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量的提升。

（1）線上自學(xué)。依托超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)搭建本課程的數(shù)字化教學(xué)資源體系，同時(shí)整合CCUS工程示范案例庫及其他優(yōu)質(zhì)線上資源，共同構(gòu)建系統(tǒng)化的在線課程內(nèi)容架構(gòu)。

（2）翻轉(zhuǎn)課堂。翻轉(zhuǎn)課堂采用BOPPPS模式（導(dǎo)人、目標(biāo)、前測(cè)、參與式學(xué)習(xí)、后測(cè)與總結(jié)）進(jìn)行教學(xué)[8]。分析各部分知識(shí)特點(diǎn)，確定CCUS技術(shù)概述、工程示范項(xiàng)目案例學(xué)習(xí)等內(nèi)容作為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)內(nèi)容。教師可通過時(shí)事熱點(diǎn)（如我國(guó)在建的規(guī)模最大的吉林油田——吉林石化全流程CCUS項(xiàng)目）或問題驅(qū)動(dòng)（如碳稅政策如何平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與低碳轉(zhuǎn)型）等方式導(dǎo)入教學(xué)任務(wù)。

（3）教師導(dǎo)學(xué)。本專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)在化學(xué)吸收法碳捕集技術(shù)（如低能耗再生工藝優(yōu)化等）、膜分離法碳捕集技術(shù)（如膜組件集成優(yōu)化）及 CO₂ 輸送管道安全技術(shù)等方向開展了系統(tǒng)的前沿研究。科研反哺教學(xué)，安排相關(guān)科研專業(yè)教師進(jìn)行導(dǎo)學(xué)。

（4）小組研學(xué)。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，合理安排分組，確定數(shù)個(gè)不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在小組中承擔(dān)不同的任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力。小組研學(xué)的專題以知識(shí)獲取為主，可任選本課程相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容作為小組研學(xué)主題。

（5）專題研究。小組分組完成后，利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行專題問題的分析與研究，其難度高于小組研學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)提出復(fù)雜工程問題解決方案的能力。

2.4改進(jìn)課程考核與評(píng)價(jià)方法

基于創(chuàng)新的教學(xué)模式，構(gòu)建全過程多元化的任務(wù)體系，配套科學(xué)考核方式（詳見表1）。改進(jìn)后的考核方式，使過程性考核成績(jī)占比增至 60% ，評(píng)價(jià)細(xì)則更為具體，提高了考核的可操作性。

表1“過程裝備前沿技術(shù)\"考核評(píng)價(jià)細(xì)則

3教學(xué)改革成效

本課程于2023年實(shí)施改革，經(jīng)2023—2025年兩個(gè)教學(xué)周期的實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)成果。對(duì)2021級(jí)67名學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，課程改革后聽課抬頭率提高了 23% ，過程性考核成績(jī)提高了 15% ，學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)踐的積極性顯著提高。裝備專業(yè)2021級(jí)20余名學(xué)生積極參加了“中國(guó)大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽”“中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽”及“陜西省挑戰(zhàn)杯大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽”等多項(xiàng)賽事。經(jīng)過小組研學(xué)和專題研究，學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、查閱文獻(xiàn)能力、文獻(xiàn)理解與分析能力、匯報(bào)展示能力等方面均有顯著提高，取得了較為顯著的教學(xué)改革成果。

4結(jié)語

在國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)以及高等學(xué)校全面落實(shí)課程思政建設(shè)的背景下，立足課程改革創(chuàng)新理念，提出將低碳理念納入過程裝備與控制工程的專業(yè)課程\"過程裝備前沿技術(shù)”的教學(xué)體系中。基于教學(xué)現(xiàn)狀，從課程教學(xué)內(nèi)容、專業(yè)課程思政、教學(xué)方式方法、考核評(píng)價(jià)方式等方面開展了系統(tǒng)性教學(xué)改革，研究成果為本機(jī)械類專業(yè)課程的教學(xué)改革提供思路與方法。

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