“碳中和”背景下“无机化学”课程设置的策略分析

荆海龙

（阳泉师范高等专科学校，山西 阳泉 045000）

2020年9月22日，习近平总书记提出“实现碳中和”重大战略决策，希望我国能在2060年前实现“碳中和”，发挥中国在应对全球气候变暖问题中的大国作用。在此背景下，各行业面临改革转型的挑战与机遇，一切工作都离不开“碳中和”相关专业人才的支持。2021年7月，教育部印发了《高等学校碳中和科技创新行动计划》，促使各大高校、核心企业以及相关科研机构参与人才培养，通过社会各行业、多领域的共同协作，全面加强“碳中和”领域急需的专业型人才培养。“无机化学”作为化工、农学、医学、环境、食品、制药等专业的必修课程，对“碳中和”背景下不同专业人才的培养具有重要作用，如何将“碳中和”理念融入“无机化学”课程培养体系，对“无机化学”课程进行科学合理的设置值得深入探讨。

1 “碳中和”研究概述

1.1 “碳中和”的定义

“碳中和”是指在一定时间内，由国家、企业、团体、产品等直接或间接产生的碳排放总量与植物的碳吸收及其他节能减排等形式形成正负抵消的平稳阶段，达到的一种相对“零排放”状态。从“碳中和”的定义不难看出，要想实现“碳中和”这一重大目标，主要通过植树造林吸收形成的碳，或者通过节能减排降低碳排放量。研究表明，节能提效是碳减排最重要的手段，其次是降低排放强度、增加低碳能源、减少高碳能源、植树造林等途径，简单的能源中和并不等同于真正的“碳中和”。

1.2 “碳中和”战略进展

“碳中和”议题不仅关系到温室气体排放以及全球气候变化问题，更紧密关系到世界的粮食安全、卫生健康及经济发展等问题，成为制约全球绿色可持续发展的关键因素。中国需要在提高本国绿色经济发展水平的基础上，进一步从全人类利益的国际角度考虑“碳中和”的历史意义。“碳中和”这一重大决策提出以来，各项工作有序开展，科技部指出：“碳中和”的工作任务很重，还需要很长时间的努力，要把实施科技支撑“碳中和”行动及加快推动绿色低碳转型工作作为2022年的十大重点工作之一。中科院的行动计划明确了近期、中期、远期3个阶段的发展目标，到2025年要突破若干支撑“碳达峰”的关键技术，促进经济社会低碳绿色转型，探索支撑“碳中和”目标的颠覆性、变革性技术；明确碳汇机理，形成碳源汇监测、核算的科学方案，为国家相关决策提供科学依据；突破化石能源、可再生能源、核能、碳汇等关键技术；推进重点行业低碳技术综合示范，支撑产业绿色转型发展。科技创新是实现“碳中和”的关键支撑，根据“十四五”规划，全国多地提出力争率先，不断加强绿色低碳技术攻关，开展“双碳”科技创新专项，加强绿色低碳技术相应的推广工作。

2 “无机化学”课程内容介绍

“无机化学”是生物工程、食品工程、化学工程、环境工程、医学、农学、制药等专业的必修专业基础课，该课程比较全面地介绍了化学学科的面貌、化学学科的各个分支、化学的基本原理、元素化学的基本知识与理论、现代化学研究的热门领域等[1]。无机化学作为化学中最早期的分支学科之一，是一门研究无机物质的组成特点、化学性质、化学结构和反应的科学，无机物质包含所有化学元素及其组成的化合物，是对除碳氢化合物及其衍生物以外所有元素及其化合物的性质和反应进行实验研究和理论解释的科学。课程具体分为理论课和实验课两大类，强调通过课程学习增强学生的学习兴趣，帮助他们选择专业方向，将知识的获得、实践能力和创新能力的培养紧密结合，对提高学生的综合素养具有重要作用。

无机化学相关前沿知识不断变化，在“碳中和”目标的指引下，教师要在深入掌握教材的基础上密切关注相关前沿知识，通过教学过程引导学生从化学的角度认识“碳中和”这一热点问题，并从“无机化学”课程学习中不断提升自身“碳中和”相关化学知识的储备量，为实现“碳中和”作出“无机化学”课程应有的贡献。

3 “碳中和”背景下“无机化学”课程设置策略

3.1 根据行业需求，融入思政元素，增强“碳中和”责任担当

“碳中和”与社会各行各业的发展息息相关，每个人、每个家庭、每个行业都是碳排放的来源，同时也是碳减排的推动力量。教师应该以“碳中和”涉及的专业领域为出发点，对以“无机化学”为基础性课程的专业进行合理的课程安排，将相关知识融入课程体系，让无机化学知识体系服务于“碳中和”的实现过程。在“无机化学”教学过程中，教师要恰当融入思政元素，充分认识到无机化学知识在应用过程中的“双刃剑”特点，倡导低碳环保、节能减排的生活方式与工作方式，让当代学生深刻认识到“碳中和”的重要意义，勇于担当，肩负使命，为实现“碳中和”作出贡献。

3.2 优化教材内容，合理区分重难点，夯实“碳中和”基础

“无机化学”课程建设的核心在于帮助学生培养化学平衡思想、掌握化学反应速率的影响因素、了解基本的物质结构、熟悉元素周期定律相关知识和概念、熟练运用化学热力学知识定理等，使学生能通过化合物的结构、性质以及相关规律解释化学现象，形成良好的化学学科思维能力，增强化学学科素养以及应对各种化学难题的能力，并为学生日后从事科研探究学习奠定良好的基础，使其树立正确的三观，懂得使用辩证唯物观客观理性地看待各种现象和问题。

“无机化学”涵盖的知识内容较为广泛，主要有化学基础理论、原子分子结构和元素化合物3个部分，分别对无机物质的组成、性质、结构和反应进行了详细介绍[2]。基于科学性、先进性和系统性三大原则，“无机化学”课程的教师应基于学校学科建设实情合理选择教材，并根据各专业核心能力培养的需求对“无机化学”课程内容进行优化与重组，合理划分教材的重难点，并对核心重点知识进行详细教学，缩短“中学化学”以及“分析化学”部分的教学时间，要求学生自主学习主族元素及其化合物等高中阶段已掌握的知识内容。教师还要通过讲授化合物的反应规律、反应动力学、反应热力学、化学热力学、化学平衡、氧化还原、原子结构、大气和水等与“碳中和”密切相关的知识点，加强学生对“碳中和”相关理论知识的了解，同时拓宽学生的视野，开展社会责任意识、绿色节能意识、环保意识的渗透性教育，提高学生对“碳中和”变革的适应能力。此外，教师要以教学大纲为方向标，在参考书《无机化学习题与自测题》的辅助下，结合课堂教学的主题内容和学生知识练习诉求，选择合适的自测题，使学生通过自测题及时深化对相关知识的理解。需要注意的是，教师应掌握自测题的特性，结合学生的章节知识学情进行灵活投放。

3.3 构建教学情境，讲练结合，聚焦特色“碳中和”技术

在“无机化学”教学过程中，教师须做好课前教学备课，明确教学方向，再根据教学方向构建学生感兴趣的教学情境，使新旧知识交替，循序渐进，激发学生的学习兴趣，引导学生逐步深入学习，帮助学生更好地接受和掌握新的知识。需要注意的是，在理论推导和计算环节，教师应尽量避免采用形式单一且缺乏互动性的教学模式，提升学生的参与体验感，强化学生的计算演练以及定理推导能力。教师应为学生创造更多的计算机会，让学生多次演练计算，增强学生的实践能力和探究学习能力[3]。实现“碳中和”目标需要多学科知识与能力的共同支撑，在“无机化学”课程中，低碳技术、零碳技术、负碳技术及储能技术等内容与“碳中和”密切相关。除了学习相关技术，教师还可以进行相关专业知识的拓展，聚焦特色“碳中和”技术，从无机化学知识体系的角度出发，针对“碳中和”实现过程中存在的问题提出可行的解决方法，建立相对完整的模块体系，加强“无机化学”课程内容和“碳中和”技术的联系，为学生后续参加“碳中和”相关工作提供知识支撑。此外，在设计教学情境时，教师还要充分发挥多媒体教学的作用，利用计算机进行辅助教学，将传统手段与先进技术有机结合，使教学内容形象化，使微观转为宏观，将知识动态化，变抽象为直观，实现课程的优化。例如在教授“原子结构”时，多媒体的加入能让学生更容易理解抽象的知识。理论课实施参与式、启发式教学，组织学生讨论，教师解答疑难问题，能将原本枯燥无味的化学知识变得有生命、有活力。

3.4 理论联系实际，构建实践课程体系，形成“碳中和”实践能力

化学教学生活化是丰富化学学科教学内涵、提高化学教学广度的最佳举措，更是培养学生学习兴趣的重要途径[4]，因此，教师应在教学过程中联系生活生产实际。以“氧化还原的平衡”相关知识内容为例，教师可介绍一些电池知识，比如常用的手机电池，并讲解电池的工作原理，使学生了解电池的优缺点，同时认识到常规电池产业会持续性破坏环境，并强调当前较为热门的新型环保电池，使学生产生学习兴趣，将所学知识用于之后的具体实践。合理构建“无机化学”实验课程，并增加一定的课外实践中，以“碳中和”对人才的需求为动力，从实践教学的内容与模式入手，在实验课与课外实践等方面构建立体多维的教学新体系，有助于培养学生的“碳中和”思维与实践能力。此外，学校还要紧跟“碳中和”相关工程技术前沿知识，及时更新实践课程体系所涵盖的知识内容，构建与“碳中和”相适应的实践平台；结合我国能源转型现状和发展趋势，淘汰一些传统的验证性实验课程，将“碳中和”前沿技术与实验教学相融合，开发综合能源实验系统、火电机组碳捕集仿真实验平台等，与龙头企业合作，发挥其榜样示范作用，实施校企合作模式，为学生搭建实践学习的良好平台。

3.5 设置强化研究型课程，鼓励学生自学，提升“碳中和”创新能力

为使化学教学手段多元化、丰富化，教师要灵活使用课堂教学手段。对于一些浅显易懂的知识内容，教师可鼓励学生自主围绕核心知识要点开展线下探究性学习，逐步提升学生的自主学习能力[5]。教师还可以依托钉钉、腾讯课堂等线上教学平台，上传核心知识要点以及课后练习自测题，倡导学生自主学习，并积极分享学习成果。教师之间也要共享优质教学资源，互相了解学生的学习情况，以便第一时间掌握学生的学习动向，为后续自主学习活动的调整设计提供有利条件，既有助于实现学生自主学习能力的培养，又有助于实现课程专业内容的有效延伸，帮助学生构建完整的化学知识体系。增设研究型课程，通过教师的引导培养学生自学能力和思考能力，围绕学科发展前沿内容，对“碳中和”相关课题等进行独立的思考与研究，有助于提升学生的创新能力。研究型课程内容应是开放的，可确保学生学习知识的过程足够自由，而教师回归教学辅导者角色，使学生得以围绕“碳中和”技术的最新研究进展和发展趋势开展探索学习活动，并应用互联网上丰富的资料，实现“碳中和”背景下无机化学与多个学科的整合性教学模式，激发学生在“碳中和”领域深入探索与思考的活力，逐步培养学生查阅各种文献资料的能力，综合发展积极性、主动性、合作精神和创新能力等。此外，教师可将实验素质养成作为课堂教学的方向标，要求学生自主测定实验数据，细心观察实验现象，认真分析背后的原理等，逐步提升实验能力。以“三氯化六氨合钴的制备和组成测定”开放性实验活动为例，教师应要求学生结合相关基础知识概念，采取恰当的实验探究手段和方法，自主收集实验资料，并设计合理的实验方案，准备实验仪器，最后对实验过程中得到的数据进行处理，与同学讨论，全面提升“无机化学”实验教学质量。

4 结语

为顺应国际发展的大趋势，满足我国能源低碳转型的重大发展需求，培养具有“碳中和”使命和社会责任感的接班人，“无机化学”课程设置应立足课堂教学的育人功能，将知识的学习、能力的培养、实践能力、创新能力紧密结合，不断增加学生“碳中和”相关化学知识的储备量，为“碳中和”作出“无机化学”课程体系应有的贡献。