“双碳”背景下产教融合式教学改革探索

［摘 要］ 在应对全球气候变化和推动可再生能源技术发展的关键时期，实现“双碳”目标已成为全球共识。在此背景下，“能源化学”课程教育面临教学内容与实际需求脱节及产教结合不足的挑战。提出了一种产教融合的教学模式，包括行业合作、课程项目设计和实际研究的参与，以使“能源化学”课程更好地适应“双碳”时代，增强学生的实践能力和创新意识。旨在优化学习过程，锻炼批判性思维和问题解决能力，培养具有国际视野的创新型能源科技人才。

［关键词］ “双碳”；能源化学；产教融合；教学改革与实践

［基金项目］ 2022年度四川省教育厅产教融合示范项目“四川省光伏产业产教融合综合示范基地”（川财教〔2022〕106号）；2021年度成都市鼓励校地校企合作培养产业发展人才项目“太阳能产业高素质应用型复合人才校企联合培养”（成财制〔2021〕2号）；2021年度西南石油大学教育教学改革研究项目“储能科学与工程储能领域高精尖缺新工科人才培养模式构建与创新研究”（X2021JGZDI025）；2021年度四川省教育厅四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“创新创业导向、科研训练支撑的创新创业人才培养模式”（JG2021-590）

［作者简介］ 于 博（1991—），男，吉林长春人，博士，西南石油大学新能源与材料学院副研究员，主要从事储能技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）07-0065-04 ［收稿日期］ 2023-11-29

引言

我国作为“双碳”目标这一全球性议题的重要参与国，已经将“双碳”目标提升为国家级战略，强调追求低碳发展的紧迫性，并致力于在经济增长与环境保护之间寻找平衡［1-2］。在这一宏大框架下，高等教育，特别是“能源化学”及其相关课程，肩负着培养适应新时代需求的能源科技人才的重要使命。“能源化学”课程直接关联能源的化学转换和利用，深入研究该课程不仅有助于学生理解如何高效且环保地转换和利用能源，尤其是在开发和应用可再生能源方面，而且对掌握低碳技术发展至关重要，这些课程不仅需要融合新能源技术和可持续发展的理念，还需要强调环境保护的重要性［3］。然而，当前“能源化学”课程教育正面临包括课程内容与现实需求脱节、传统教学模式局限性以及无法满足行业需求等多重挑战。本文深入探讨了在“双碳”时代背景下对“能源化学”课程进行有效改革的必要性。笔者提出了一种产教融合的教学模式，旨在通过加强与能源行业的合作、创新课程设计，以及鼓励学生参与实际能源化学研究，从而提高课程的实践性和创新性［4］。

一、“能源化学”课程教学现状分析

我国的“双碳”目标突显了低碳发展的战略意义，在这一背景下，能源相关课程须更加注重融合新能源技术和可持续发展的理念，并强调环保的重要性。作为西南石油大学储能科学与工程专业的核心课程，“能源化学”在课程体系建设方面扮演着关键角色，同时也面临着教学上的一些严峻挑战。其主要问题在于课程内容较为理论化，与实际应用存在断层。此外，现行的传统教学模式未能激发学生的学习热情和实践技能，迫切需要创新和改革。面对这些挑战，采用产教融合的教学模式成为一项关键的改革措施。这种模式通过将企业的实际需求和最新技术动态引入教学过程，使学生能够直接接触行业前沿，从而更加深入和有效地理解并吸收知识。这种改革不仅能够提高学生的实践技能和创新能力，同时也是实现“双碳”目标教育战略中的关键一环。

1.理论与实践的脱节。当前的“能源化学”课程较为侧重基础理论的讲授，如电化学基础和化学反应原理，这种教学方法虽然在构建学术基础方面有其价值，却缺乏将这些理论知识与现代能源科技的实际应用相结合的教学策略。这导致学生难以将所学知识与现实中的能源科技进展和环境保护实践相联系，难以形成系统的知识体系和实践能力。此外，“能源化学”课程教学往往缺乏针对现实中能源科技进展的案例研究和实践操作。例如，可再生能源技术、碳捕获和存储技术等新兴领域在教学中往往被忽视，学生因此失去了理解这些前沿技术的机会。

2.缺乏与能源科技和环境保护的结合。“能源化学”课程教学内容应更全面地反映新能源技术和环境保护领域的最新发展，应包含与当前能源科技和环境保护相关的实际案例。通过分析和讨论现实世界中的能源项目和环保措施，学生可以更好地理解理论知识在实践中的应用。例如，研究可再生能源项目的实施、能效提升的策略以及碳捕获和存储技术的现实案例，将能源化学与环境科学、工程学、政策制定等领域结合起来，帮助学生从多个角度理解能源科技在解决环境问题中的作用，促进他们形成全面的视角。

3.传统教学方法的局限性。现行的“能源化学”课程教学多采用传统课堂讲授的方式，这种方法往往缺乏足够的创新元素和激励学生兴趣的策略。这样的教学模式通常是单向的信息传递，较少提供互动和探索的机会。此外，这种传统教学模式往往忽视了实践环节的重要性。在能源化学领域，理论知识与实践技能同等重要，但学生在没有充分的实践机会的情况下，往往难以将抽象的理论知识转化为具体的技术应用。这种理论与实践之间的脱节不仅影响了学生对课程内容的理解和兴趣，还可能限制他们未来在能源领域工作的能力。

4.教学内容与行业需求的不对称。尽管能源行业对创新能力和实践经验丰富的人才需求日益增长，但现有的教育内容和方法却未能有效适应这一变化。主要表现为课程内容与行业技术发展脱节、缺乏实践和应用导向的教学、与行业合作不足，以及技能培养不足等方面。此外，现行的“能源化学”课程往往集中于传统的理论和概念，未能及时更新以反映行业中的最新技术和应用。例如，可再生能源、智能电网和碳捕获技术等新兴领域在很多课程中并未得到充分的覆盖。

5.教学资源和平台有限。在当前的“能源化学”课程教学中，教学资源和平台的限制是一个显著的问题。虽然一些高校已经开始尝试采用更现代化的教学方法，如在线课程和虚拟实验室，但这些资源在普及和质量方面仍然存在不足。在线课程虽为学生提供了灵活的学习方式，但很多时候缺乏必要的互动性和深度，难以完全替代传统的教学效果。尽管虚拟实验室为学生提供了模拟实验的机会，但它们往往无法完全复现真实实验环境中的复杂性和动态变化。此外，能源化学教育领域与行业企业之间的合作相对有限，这在一定程度上限制了学生了解最新行业动态和获取实践经验的机会。缺乏这种紧密的产教结合，学生可能难以获得宝贵的行业洞察和实际工作经验，这在他们未来的职业生涯中是不可或缺的。

二、“能源化学”课程产教融合教学模式的构建

在“双碳”时代背景下，“能源化学”课程教学模式的创新和改革显得尤为重要，以适应不断变化的能源科技和行业需求。产教融合，即产业界与教育界的深度结合，被认为是解决当前教育挑战的有效路径［5］。“能源化学”课程的产教融合教学模式不仅能提高教学质量和实践性，还能帮助学生更好地适应“双碳”时代的社会和行业需求。通过这种模式，学生将获得更全面的教育体验，为未来的职业生涯打下坚实的基础。以下是对“能源化学”课程产教融合教学模式构建的分析。

1.与能源行业企业的合作。在推动产教融合的过程中，与能源企业建立紧密的合作关系至关重要。这种合作可以更深入地将企业的实际需求、前沿技术和丰富的管理经验直接融入教学内容和过程［6］。通过与企业的合作，可以开发出与实际工业挑战密切相关的课程案例研究。例如，围绕新型电池材料的开发或太阳能电池的效率提升等主题，课程设计让学生直接参与研发项目，从而深入了解能源科技的最新发展以及这些技术在实际中的应用。这种亲身体验不仅加深了学生对专业知识的理解，还激发了他们的创新思维和解决实际问题的能力。同时，邀请行业专家参与课程设计和教学，作为课程顾问或客座教授，为学生提供宝贵的行业见解。这样的互动不仅增加了教学的现实相关性，还为学生提供了与行业专家直接交流的机会。此外，与企业共建技术实训基地也是一种有效的合作模式。学生可以在接近真实的工作环境中学习和实践，有助于他们将理论知识转化为实际技能，以适应未来的工作环境。通过这些合作方式，能源化学教育可以更好地适应行业需求，培养出既具有扎实理论基础，又能适应行业发展的优秀人才。

2.课程项目的设计。鼓励学生参与实际的能源化学研究和产品开发是产教融合的另一关键方面。设计与能源转换、存储相关的实践项目，如让学生参与锂离子电池电极材料的改性、太阳能电池的效率提升等实验项目，学习如何通过材料设计增加能源的利用率。这样的项目不仅增加了学习的实践性，还有助于学生深入理解课堂上的理论知识。同时，鼓励学生与来自其他学科背景的同学组成跨学科团队，共同参与这些项目。这种跨学科的合作方式能够促进学生从不同视角看待问题，激发创新思维，同时提升他们的团队协作和沟通能力。

3.实际能源化学研究的参与。除了课程教学，鼓励学生参与学校和企业共同开展的实际能源化学研究项目也是产教融合的重要组成部分，包括让学生参与教师或企业的科研项目，如新能源材料开发、能源转换效率提升研究等。安排学生暑期到企业实习或参与实训项目，这不仅增强了学生的职业技能，还能帮助学生更好地理解课堂所学知识的实际应用。同时，鼓励学生参加科技创新竞赛，如“挑战杯”，激发他们的创新精神和实践能力，增强团队合作意识。

三、“能源化学”课程教学改革

“能源化学”课程的教学改革是培养未来能源科技人才的重要任务。采用产教融合的教学模式，我们可以从一个全新的视角出发，深入探索教学内容和方法的革新。

1.教学内容改革。（1）加强新能源科学教学：引入最新的太阳能电池材料和下一代电池技术，如钙钛矿太阳能电池、固态电池技术等。通过结合实际案例分析，例如分析市场上的高效太阳能产品或新型电池的商业化过程，让学生理解材料科学在能源转换和储存中的实际应用和挑战。安排实验室操作和小组项目，如设计和测试自己的太阳能电池原型或改良电池材料，鼓励学生在实际操作中学习和创新。（2）储能技术的深入探讨：细化储能技术的教学内容，包括电化学储能系统（如锂离子电池和超级电容器）、机械储能（如抽水蓄能电站）和热能储存技术的最新发展。通过学习，让学生参与实际的储能系统设计和优化，如开发小型储能解决方案或优化家庭储能系统。探讨储能技术在实现“双碳”目标中的关键作用，特别是在提高可再生能源系统效率和可靠性方面的应用。（3）“双碳”目标与能源化学的结合：将“双碳”目标融入课程内容，探讨低碳技术如碳捕获技术、绿色化学和可持续制造在能源化学中的作用和挑战。分析碳捕获、利用和储存（CCUS）技术，探讨其在工业排放减少和能源行业可持续性中的应用，以及相关的技术、经济和政策挑战。通过案例研究和实地考察，例如参观碳捕获设施或研究可持续能源项目，使学生能够更深入地理解和参与实现碳中和的实际工作。

2.教学方法改革。（1）翻转课堂的应用：在这种模式下，学生会在课前通过在线教学资源，如讲座视频和科技文章，自主学习理论知识。这样的安排使课堂时间可以更加专注于深入讨论、问题解决和项目合作。课堂上，教师的角色转变为指导者和引导者，而不仅是信息的单向传递者。这种互动式教学方法鼓励学生的深度思考和积极参与。（2）推广项目导向学习：设计的项目将紧密结合实际工业挑战和科技创新，例如新型电池开发和太阳能应用的优化。学生将在跨学科团队中合作，从多角度探索和解决问题，这不仅提高了学生的团队合作能力，还促进了学生综合思维的发展。项目评估不仅关注最终结果，还重视团队协作、问题解决过程和创新思维的展示。（3）实践技能的加强：课程包括实验室操作和实习环节，使学生有机会在实际环境中应用所学的知识。与行业的合作将为学生提供参与真实工业项目的机会，如企业实习或参与具体的研究项目。通过组织科技创新竞赛和挑战活动，进一步激发学生的创造力和实践精神。

3.综合性学习体验的构建。（1）跨学科融合：鼓励学生综合运用化学、物理、工程等多个学科的知识解决能源问题。这种跨学科的方法将通过案例研究和项目学习得以实现，帮助学生理解不同学科在解决实际能源问题中的重要性和作用。学生将被引导参与跨学科团队工作，以促进不同领域知识的综合运用，增强他们解决复杂能源问题的能力。（2）持续学习和更新：学生将被鼓励持续关注能源科技的最新动态，例如参加学术会议、订阅相关学术期刊和跟进行业新闻。同时，教师也将不断更新课程内容，定期引入最新的科研成果和行业动态。这将确保课程内容保持最新，与全球能源科技的发展保持同步。（3）国际视野的拓宽：通过国际交流和合作项目，学生将有机会了解全球能源科技的发展趋势和不同文化背景下解决能源问题的多样化方法。安排外籍教师授课或线上交流，为学生提供了解不同国家和文化中能源问题处理方式的机会，从而拓宽他们的国际视野。