PBL教学基于真实案例背景提出讨论式问题，通过学生小组间合作探究、寻找解决问题的方案，学生自主完成学习过程。在无机化学课程教学中融合PBL教学开展线上线下混合式课堂，在完成专业知识学习同时，强化学生的主动学习意识，促进学生分析、解决无机化学问题的能力^[1–6]。特别是PBL课例设计中融入的思政元素，培养学生文化自信和专业荣誉感，更好地实现课程的育人功能。

无机化学课程PBL教学面向的是大学一年级的学生。为了改变学生已经养成的被动学习习惯，培养学生的自主学习意识和学习能力，掌握发现问题、解决问题的方法，无机化学课程依托国家级一流本科课程，融合PBL教学开展线上线下混合式翻转课堂教学，通过PBL教学精心设计及教学组织，实现课程对于学生的综合能力的培养功能。基于PBL教学开展的无机化学课堂教学目标如下：

1) 深化学生对于无机化学专业知识的理解，从理论知识、实践应用和未来发展方向等多维度掌握、消化无机化学专业知识；

2) 引导学生自主地展开调研、学习、研究、讨论，培养学生的自主学习能力；

3) 通过小组成员间的分工与合作，培养学生的合作学习能力；

4) 通过真实问题情境的设置，开发学生的批判性、系统性等思维，提升学生发现问题、解决问题的能力；

5) 提升学生的专业交流水平和沟通能力，激发学习兴趣，养成主动式学习意识；

6) 通过融入思政元素，使学生树立为我国化学工业发展、社会主义强国建设而努力奋斗的使命感和责任感，培养具有家国情怀的社会主义事业建设者和接班人。

教师根据PBL教学目标设计问题。CO₂温室气体排放与很多化学工业过程有关，通过了解现有化学工艺过程中CO₂的产生以及转化的化学反应过程，分析相关反应过程的化学热力学和动力学，探寻化学工业过程CO₂减排的发展方向，并进一步了解CO₂转化的新技术反应过程。根据以上事实，设计了案例：“碳达峰碳中和”中的无机化学问题探究。

该PBL问题教学设计包括以下工作内容：

1) 课题研究背景。查找相关资料，了解常见的化学工业过程的CO₂排放源头，以及现有工艺过程中采取的CO₂减排措施，分析CO₂转换的化学反应热力学和动力学过程，了解目前我国工业CO₂减排的历史背景、发展进程及存在的问题。

2) 了解碳达峰碳中和的定义、国家CO₂减排的发展战略，理解碳达峰碳中和的提出对于我国经济和能源转型方面的战略意义。

3) 了解目前工业上CO₂转化的主要化学反应过程。结合无机化学反应动力学和反应热力学理论知识，计算CO₂转化反应的热力学参数，包括标准生成焓、标准熵变、标准吉布斯函数变、反应的临界转变温度，以及探讨压强、温度、催化剂等因素对于反应动力学的影响。

4) 查阅近期发表的中英文文献，了解关于CO₂转换以及再利用的新技术。新技术对应的化学反应过程分析，通过相关热化学计算，探讨CO₂转换效率。

5) 对比现有的CO₂减排过程，以及不同CO₂转换新技术的化学反应限度，从化学原理上探讨最优的CO₂减排以及治理技术，展望对于中国可行的低碳战略措施。

众所周知，气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国CO₂排放、温室气体猛增，对生态系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体。2020年9月，中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。那么究竟什么是碳达峰、碳中和？我国为什么要提出这个目标？实现碳中和会给我们的生活带来什么变化？为实现碳中和需要做什么？实现碳中和是我国贯彻新发展理念、推动高质量发展的必然要求。我国对全世界宣布碳中和目标，除了响应《巴黎协定》约定，积极应对气候变化，彰显大国责任和担当外，在加速我国经济和能源转型方面具有高瞻远瞩的战略意义。

“碳达峰碳中和”中的无机化学PBL问题的设计在夯实无机化学反应原理理论知识基础上，将所学的无机化学知识用于低碳化学工业的新技术和新工艺的设计，通过分析具体反应过程，探讨可行的低碳发展策略。在PBL问题的分析、讨论过程中，培养化学思维意识和化学思维能力。同时通过学习过程充分理解国家的碳中和和碳达峰策略，及为了全球可持续发展中国彰显的大国担当。

教师发布PBL教学任务，学生基于班级、宿舍组织成小组，在组长的组织下，进行任务分工以及学习过程组织；小组内针对PBL问题，组内讨论任务分工，确定每人的具体工作任务和完成时间节点；组长安排主撰稿人和PPT制作者；在组长组织下，形成报告和PPT，指定1名报告人汇报本组的工作成果；在听取其他组的报告过程中，组织本小组成员提出问题，并进一步修改本组的工作报告。

PBL教学任务要求(以小组为单位)：(1) 完成一份总结报告；(2) 完成PPT报告，时间为10 min；(3) 在课堂教学过程中，参与到讨论环节，针对他人汇报提出问题，每人至少一个问题；(4) 以小组为单位记录成绩，成绩考核点包括：工作报告(60分)，课堂汇报(20分)，参与讨论(20分)。

课堂讨论、交流是PBL教学中的重要环节。在无机化学课程教学实践中，我们充分结合MOOC教学优势，将一部分课程教学内容交给线上自学，节省下来的课堂时间开展线下翻转课堂。学生通过线下课堂展示PBL作业内容。每次小组作业方案展示后，同学之间互相提问，并针对问题进行讨论，教师与学生就问题内容展开充分讨论，加深学生对于相关知识的掌握，完成课程专业教学目标的同时，培养了学生多方面的工作能力。

最后，教师对各小组学习情况进行整体评价，对讨论中存在的问题进行分析，加深学生对知识的理解。讨论课过程中，教师要对时间和内容进行把控，当偏离主题时要及时纠正。讨论课后，小组根据课上讨论情况，对作业方案进行再修改，提交给教师，用于小组PBL作业的成绩评估。教师在讨论课上详细记录学生的表现，便于进行成绩评定和教学效果评估。教师需要关注学生资料查找情况、小组报告和PPT的完成情况、每个学生的参与度等。设置反馈环节了解学生对讨论课的评价。学生PPT课堂展示和讨论的照片如图 1所示。

此次PBL教学任务中，对于CO₂转换过程中的化学反应热力学和动力学分析是重要考查点，体现学生将所学的原理理论知识用于解决具体化学反应问题的能力，也是PBL教学的主要教学目标之一。在学生提交的作业方案中，有的小组查阅了工业上利用钢渣处理CO₂生成碳酸盐实现固碳反应，从钢渣中成分入手，分别探讨了CaO、MgO、Ca(OH)₂、CaSiO₃、Mg₂SiO₄、FeO等钢渣主要成分与CO₂反应的Δ_rH_m^ϴ、Δ_rS_m^ϴ、Δ_rG_m^ϴ，判断反应在室温下的自发性以及转变温度；有的小组探讨了以CO₂和液态NH₃为原料以甲铵为中心经两步串联生产尿素的反应过程，通过查阅高温高压下反应热力学数据，分析了提高反应平衡转化率的有效途径；还有的小组对比分析了光催化CO₂还原生成CH₄、CH₃OH的反应热力学，以及光催化剂的选择对于光催化还原效率的影响。通过学生提交的PBL作业方案可以看出，虽然理论联系实际的学习过程对于大一的学生比较困难，而且学生的文献查阅、理解以及归纳整理能力有限，但是在PBL作业中体现出学生们对于这样一个学习过程的强烈的兴趣，在夯实基础理论知识的同时，较好实现了对于学生多种能力的培养。

总的说来，通过PBL教学的设计和精心组织，以及PBL教学过程中思政元素的有机融合，无机化学课程的教学效果在不断提升。课程建设与改革实践的直接受益者是学生。通过近年来无机化学课程的不断改革、实践、完善，在东北大学理工科学生的化学知识学习、储备、思维习惯培养及分析解决问题能力提升方面发挥重要作用。一是体现在学生的课堂参与积极性明显提高，课程教学受到了学生的普遍欢迎，无机化学课程的教师评分基本保持在90分以上。主讲教师张霞教授为省教学名师；另一方面，体现在学生课程成绩的普遍提升，最直观的体现是虽然课程考核的灵活度不断提高、过程考核不断加强，但是课程总评成绩的不及格率逐年下降。图 2(a)为2020年理科试验班三个班级91人的课程总评成绩，其中最高分97分，最低分47分，平均成绩82.47分。图 2(b)为2021年理科试验班三个班级89人的课程总评成绩，其中最高分96分，最低分62分，平均成绩79.37分。特别注意的是，2021级理科试验班三个班级无机化学课程的不及格率为0。无机化学课程的改革建设成果在2020年获得了省级和校级的教学成果奖。

下面是在2021年PBL融合翻转课堂教学实践报告中，部分学生对于PBL教学过程的体会和感悟：

本次学习使我们充分了解了查阅资料和论文的方法，增进了我们搜寻信息的能力。通过自己查找资料备课，我们对于中国低碳生态环境建设有了深刻的了解，远超单纯听课所能了解的。地球是我们唯一的家园，保护环境是我们每个人应尽的义务。中国的低碳政策领先世界，身为中国人我感到十分自豪，在今后的生活中，我也会积极践行低碳理念，为中国的环保事业做出贡献。——张家恒

在本次无机化学翻转课堂的过程中，我获益良多，无论是从开始整理资料时面对纷繁驳杂的论文充满不知所措，还是讲述时面对同学们提出的形形色色问题时手足无措，都让我感受到了资料整理与思考问题时的不足，也让我认识到了想要备好一节课需要付出多大的心血。而在资料的查取过程中也让我看到了许多先进的化学前沿知识，感受到了化学的魅力，也感受到了面对全球碳中和与碳达峰问题时中国人的共同努力。——严文坤

对于这次翻转课堂的收获，首先在PPT准备方面，收到各个组员找到的各方面资料时，我感受到团结的力量。PPT的制作也让我对这个软件运用得更加熟练。课堂上的问答环节让我更加具有质疑精神。帮讲解PPT队友解围也锻炼了我随机应变的能力。——彭一浩

该PBL教学的实施依托国家级一流本科课程线上教学资源，以PBL情境教学问题为主线，开展线上线下混合式翻转课堂教学。紧密结合专业知识点，精心设计PBL情境教学问题，学生以小组为单位，通过自主学习、教师引导、小组分工合作、翻转课堂互动交流等教学组织，真正地转变学生的教学主体地位，主动完成专业知识的学习，培养学生自主学习和研究、解决问题的能力，以及团队合作意识。在PBL教学问题情景设计中，与当前国家的低碳发展战略紧密结合，通过PBL教学问题的实施，学生在自主学习过程中理解国家提出的碳达峰碳中和的发展目标，以及其中彰显的大国责任的担当。充分理解目前中国为了实现碳达峰和碳中和所面临的瓶颈问题。通过挖掘专业知识体系中蕴含的课程思政元素，并与专业知识学习过程有机融合，以专业知识传授为载体，落实为党育人、为国育才的使命与责任担当，培养可堪民族复兴大任的时代新人，构建“大思政”育人格局。