吳曉勇，汪金鵬，高彩艷，龔 潔

(1.武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.武漢科技大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081)

2020年9月，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上表示：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。碳達(dá)峰是指某個地區(qū)或行業(yè)的CO2排放量達(dá)到歷史最高值，然后經(jīng)歷平臺期進(jìn)入持續(xù)下降階段，是CO2排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)，標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)脫鉤。碳中和是指某個地區(qū)在一定時間內(nèi)因人為活動直接或間接排放的CO2與通過植樹造林等吸收的CO2相互抵消，實(shí)現(xiàn)CO2“凈零排放”[1]。實(shí)現(xiàn)這一宏大目標(biāo)，對我國來說既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，各行各業(yè)的發(fā)展一定會更注重節(jié)能減排和各種新能源、新材料的革新。

“環(huán)境材料概論”是環(huán)境學(xué)與材料學(xué)交叉的一門課程，主要研究材料的生產(chǎn)與開發(fā)和環(huán)境之間相互適應(yīng)、相互協(xié)調(diào)的原理與規(guī)律，其目的是尋找在加工、制造、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負(fù)擔(dān)的材料，研究其再利用和再生循環(huán)利用技術(shù)，從根本上解決資源日益短缺、生態(tài)環(huán)境日益惡化等環(huán)境問題[2]。

在當(dāng)前我國碳中和的發(fā)展背景下，環(huán)境學(xué)科對扎實(shí)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、確保如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)負(fù)有特殊的歷史使命。因此，在“環(huán)境材料概論”的教學(xué)過程中，首先要將碳中和政策進(jìn)行充分地解讀，找到環(huán)境與材料學(xué)科的契合點(diǎn)，再將相關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識吸納、整合，通過多種形式傳遞給學(xué)生、傳遞給社會，使學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)學(xué)以致用，在今后的生活和工作中對節(jié)能減排、踐行綠色低碳起到模范帶頭作用。

1 “環(huán)境材料概論”課程簡介

1.1 課程設(shè)置與師資基本情況

“環(huán)境材料概論”是武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程2個專業(yè)的專業(yè)選修課程，設(shè)置在第2學(xué)年下學(xué)期，共32個學(xué)時，前導(dǎo)課程為“資源與環(huán)境導(dǎo)論”“無機(jī)化學(xué)”“有機(jī)化學(xué)”“分析化學(xué)”。課程教師團(tuán)隊(duì)由3名副教授和1名講師組成，其中有3名教師具有海外研究背景，擁有豐富的教學(xué)與科研經(jīng)歷，多次獲批教學(xué)項(xiàng)目和評得教學(xué)成果獎，尤其是在環(huán)境科學(xué)以及材料學(xué)等方面有優(yōu)秀的科研成果，為“環(huán)境材料概論”課程的教學(xué)提供了良好的基礎(chǔ)。

1.2 教材使用情況

選用清華大學(xué)出版社出版的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《環(huán)境材料學(xué)》(第2版)；另外，以《環(huán)境材料概論》(化學(xué)工業(yè)出版社，馮奇等編)《生態(tài)環(huán)境材料學(xué)》(機(jī)械工業(yè)出版社，聶祚仁等編)部分章節(jié)內(nèi)容作為教學(xué)補(bǔ)充。

1.3 教學(xué)現(xiàn)狀與存在問題

1.3.1課程內(nèi)容缺乏時代性

“環(huán)境材料概論”課程教材的知識體系完善，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了基礎(chǔ)理論，特別是環(huán)境材料可持續(xù)發(fā)展理論，包括材料的生命周期評價、生態(tài)設(shè)計、清潔生產(chǎn)、材料工業(yè)生態(tài)學(xué)等。除此之外，還介紹了環(huán)境治理材料、有價元素回收利用技術(shù)、有毒有害元素替代基礎(chǔ)、純天然材料、環(huán)境降解材料等。但在科技日新月異的今天，環(huán)境材料學(xué)科也要與時俱進(jìn)，融入新時期碳中和的科技需求。

根據(jù)中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳《關(guān)于深化新時代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見》精神，課程思政是一種教育教學(xué)理念，所有課程都具有傳授知識、培養(yǎng)能力和思想素質(zhì)教育的功能。高等教育既承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)技能的責(zé)任，也承載著幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀的重要使命。融入課程思政，具體來說是指在課堂上將課本基礎(chǔ)知識與馬克思主義理論聯(lián)系起來，引導(dǎo)大學(xué)生樹立正確的三觀，幫助學(xué)生聚焦和關(guān)注一些熱門事件，從而培養(yǎng)其看待事物的正確角度和方法[3]。碳中和是中國積極實(shí)施的應(yīng)對氣候變化的國家戰(zhàn)略，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和人類命運(yùn)共同體構(gòu)建。這同樣也是高等教育課程思政的重要內(nèi)容。因此，“環(huán)境材料概論”課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)保持變化狀態(tài)，時常更新，契合國家碳中和政策的技術(shù)需求，滿足高校課程的思政需要。

1.3.2教學(xué)模式單一

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是一種以教師、書本以及課堂為中心的教學(xué)模式?！碍h(huán)境材料概論”屬于交叉學(xué)科課程，涉及的知識內(nèi)容較廣，重難點(diǎn)較多。如果教師僅以課本為主將整本書內(nèi)容按順序講授，學(xué)生不僅無法很好地吸收或掌握知識，而且還可能因?yàn)檎n程枯燥或內(nèi)容太難而失去興趣。

1.3.3實(shí)踐教學(xué)有待加強(qiáng)

“環(huán)境材料概論”作為工科專業(yè)所開設(shè)的課程，其與行業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系是密不可分的。但目前多數(shù)傳統(tǒng)工科專業(yè)缺乏實(shí)踐教學(xué)，教師大多注重理論知識，而忽略了實(shí)踐，導(dǎo)致工科學(xué)生對于工程實(shí)踐的了解程度以及創(chuàng)新能力不足，培養(yǎng)出來的學(xué)生與企業(yè)實(shí)際需求的人才存在一定差距[4]。

2 “環(huán)境材料概論”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1 碳中和政策融入

教師團(tuán)隊(duì)根據(jù)教育部《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動計劃》(教科信函[2021]30號)，解讀環(huán)境學(xué)科在碳中和科技創(chuàng)新行動中的發(fā)展方向，尋找環(huán)境材料方向與碳中和、碳減排、碳零排以及碳負(fù)排關(guān)鍵技術(shù)的切入點(diǎn)，深入挖掘課程思政元素，制定與此匹配的新大綱、新教案、新課件，努力提升課程教學(xué)效果[5-6]。例如，第一章“環(huán)境材料概述”介紹了環(huán)境材料的發(fā)展簡史，讓學(xué)生了解學(xué)科的產(chǎn)生背景?，F(xiàn)階段，全球升溫導(dǎo)致氣候風(fēng)險越來越高，氣候變化成為人類面臨的全球性環(huán)境問題。碳中和是聯(lián)合國氣候變化框架公約《巴黎協(xié)定》所規(guī)定的目標(biāo)，也是我國積極應(yīng)對氣候變化的國策[5]。因此，在第一章中增添了對碳中和政策的解讀，并剖析碳中和與環(huán)境材料學(xué)的關(guān)系，讓學(xué)生清楚碳中和政策的制定原因與意義，同時對環(huán)境材料學(xué)發(fā)展提出新的歷史要求。

2.2 “案例+研討”式教學(xué)模式創(chuàng)新

在“環(huán)境材料概論”的教學(xué)內(nèi)容中，有些章節(jié)在融入了“碳中和”主題后特別適合采用“案例+研討”式教學(xué)模式進(jìn)行授課，即首先將案例資料應(yīng)用于課堂教學(xué)中，然后由教師提出研討問題，再讓學(xué)生通過資料檢索對案例進(jìn)行分析并討論，最后師生研討得出問題結(jié)論。例如，第6章“固體廢棄物中有價元素的回收利用技術(shù)”是與碳中和政策中的固體廢物資源化技術(shù)密切相關(guān)的內(nèi)容。在進(jìn)行這章教學(xué)時，可以將上海師范大學(xué)卞振鋒教授2021年發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然·可持續(xù)發(fā)展》上的“光催化貴金屬溶解”的研究成果作為案例。他們將光催化劑(二氧化鈦等)和溶劑(乙腈與二氯甲烷的混合物等)相互混合，通過光照，將報廢電子設(shè)備中的貴金屬溶解，實(shí)現(xiàn)了貴金屬的高效、綠色回收。教師可將案例延伸開來，引導(dǎo)學(xué)生思考若干問題，比如：傳統(tǒng)的貴金屬回收技術(shù)有哪些？該方法與傳統(tǒng)的貴金屬回收技術(shù)相比優(yōu)越性體現(xiàn)在哪里？為什么符合碳中和政策？符合碳中和政策的技術(shù)有哪些，各有什么特點(diǎn)？之后學(xué)生可根據(jù)自身情況選擇不同問題進(jìn)行獨(dú)立探索或分組討論，也可通過查閱文獻(xiàn)等方式做出總結(jié)匯報，師生展開研討，共同得出問題結(jié)論。從學(xué)生角度來看，他們既通過教材知曉了傳統(tǒng)的貴金屬回收方法，也通過案例了解到了前沿的符合碳中和政策的綠色貴金屬回收研究成果。與此同時，還通過檢索資料、師生研討，得出符合碳中和政策的貴金屬回收技術(shù)特點(diǎn)。這種“案例+研討”式教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)以教師單方面講授課本知識、學(xué)生被動接受知識的授課方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力[7-8]。

2.3 實(shí)踐教學(xué)強(qiáng)化

“環(huán)境材料概論”課程內(nèi)容既涉及基礎(chǔ)理論，又與實(shí)踐應(yīng)用緊密聯(lián)系。但其教學(xué)學(xué)時較少，教學(xué)條件有限，只設(shè)置了理論教學(xué)，未開展實(shí)踐教學(xué)[9-11]。因此，可以各類科技競賽(如“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目等)為抓手，與課程組教師團(tuán)隊(duì)科研項(xiàng)目相結(jié)合，設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的探究實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生參與各類型科技競賽創(chuàng)新活動，在實(shí)踐中強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力[12-13]。例如：在講授“水污染治理材料”時，指導(dǎo)學(xué)生通過“g-C3N4光催化材料的制備及其在抗生素廢水處理中的應(yīng)用”課題開展探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在課題研究中深入了解光催化這種環(huán)境友好型的污染治理技術(shù)。再比如，可以組織學(xué)生參加節(jié)能減排大賽，結(jié)合最后一章“生態(tài)建材”內(nèi)容，設(shè)計一種既可以保溫隔熱，又可以凈化空氣的多功能智能窗，讓學(xué)生深入了解這種新型的切實(shí)可行的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。

2.4 課外踐行拓展

高校對氣候保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展負(fù)有“特殊責(zé)任”。教師可通過“環(huán)境材料概論”課程教學(xué)，融入碳達(dá)峰、碳中和政策與理論，將節(jié)能減排、踐行綠色低碳理念傳遞給學(xué)生，鼓勵學(xué)生在校園開展多種形式的碳中和科普活動，引導(dǎo)各層次人群踐行綠色消費(fèi)、低碳生活新方式，營造綠色低碳生活新時尚，推動綠色校園建設(shè)。

3 結(jié)束語

基于碳中和政策，根據(jù)環(huán)境科學(xué)與環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，對“環(huán)境材料概論”課程的教學(xué)改革進(jìn)行了初步的探討?；诮虒W(xué)團(tuán)隊(duì)近5年的教學(xué)實(shí)踐，分析了教材和教學(xué)過程中存在的問題，通過融入碳中和政策、創(chuàng)新“案例+研討”式教學(xué)模式、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)等對課程進(jìn)行了優(yōu)化，既有助于學(xué)生了解學(xué)科方向與前沿，激發(fā)學(xué)生積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時又強(qiáng)化了學(xué)生節(jié)能減排的意識。在今后的教學(xué)工作中應(yīng)進(jìn)一步基于碳中和政策的具體實(shí)施拓展教學(xué)內(nèi)容，繼續(xù)探尋更適合“環(huán)境材料概論”課程的教學(xué)模式，培養(yǎng)兼?zhèn)鋵?shí)踐與創(chuàng)新能力的環(huán)保人才，投入到國家“打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同效應(yīng)，提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力”工作當(dāng)中。