绿色化学与可持续发展：化工教育的转型与创新
 
 摘要
 
在“双碳”战略纵深推进与新工科教育全面实施的双重背景下，化工行业正经历从高耗能、高排放向绿色低碳、循环高效的系统性转型，这对化工人才培养提出了全新要求。绿色化学作为可持续发展的核心科学支撑，为化工教育改革提供了明确方向。本文立足绿色化学与可持续发展理念，系统剖析当前化工教育在课程体系、师资结构、实践教学、评价机制四个维度面临的转型困境，提出化工教育转型与创新的具体路径，并展望数字赋能、跨学科融合、产教协同的发展前景。研究认为，化工教育的绿色转型需要突破传统知识框架的惯性约束，从课程体系重构、教学方法革新、实践平台升级和评价机制优化四个方面系统推进，构建适配绿色低碳发展需求的化工教育新体系。
 
关键词：绿色化学；化工教育；可持续发展；课程改革；人才培养
 
 
 一、引言
 
化工行业是国民经济的支柱产业，同时也是能源消耗和碳排放的重点领域。在全球气候变化加剧、资源约束趋紧的宏观背景下，化工行业正面临前所未有的转型压力。据估计，全球石油需求已接近见顶，环保政策的持续收紧正倒逼行业加速向绿色低碳方向转型。中国作为全球最大的化工生产国，其化工行业的绿色转型不仅关乎国内生态文明建设，更影响着全球产业链的竞争格局。
 
化工行业转型的根基在于人才。正如有学者所言，“碳达峰、碳中和的目标引领着我国化工高等教育的未来发展方向”，环境与生态为化工教育带来了创新发展、特色发展及开放发展的机遇。然而，当前化工教育在课程体系、师资结构、实践教学和评价机制等方面与产业绿色转型需求之间存在明显落差。一项针对国内86所高校化工专业绿色工程课程设置现状的调查显示，大部分高校的绿色化学课程设置率仅有16.3%。这一数据折射出化工教育与产业需求之间的深层错位。
 
绿色化学作为从源头上阻止污染的化学，是可持续发展的重要科学支撑。《绿色化学化工》作为一门多学科交叉渗透、理论与实践结合紧密的课程，承载着人类环保意识培育和化学知识传输的核心任务。将绿色化学理念系统融入化工人才培养全过程，不仅是应对产业变革的被动之举，更是构建现代化工教育体系的战略选择。
 
 二、绿色化学与可持续发展的理论内涵
 
 2.1 绿色化学的核心理念
 
绿色化学的概念源于对传统化学工业环境负外部性的深刻反思。1991年，美国化学会提出“绿色化学”概念，强调通过化学方法和技术的创新，从源头上消除或减少有害物质的使用和产生。1998年，Anastas和Warner系统阐述了绿色化学的十二条原则，包括防止污染优于污染治理、原子经济性、无害化学合成、设计安全化学品、使用可再生原料等核心内容。
 
其中，“原子经济性”原则最具理论标识性，它强调化学反应应最大限度地使原料中的原子转化为目标产物，减少副产物和废弃物的生成。这一原则沟通了化学平衡思想与反应路径优化思想，应用宏观辨识与微观探析的学科思维，将绿色化学思想潜移默化地传递给学生。
 
 2.2 可持续发展对化工教育的价值牵引
 
联合国可持续发展目标（SDGs）为化工教育提供了宏观的价值框架。SDG 12（负责任消费和生产）和SDG 13（气候行动）与化工行业的绿色转型直接相关。在此框架下，化工教育的目标不仅是传授化学工程知识，更在于培养具有环境意识、社会责任感和系统思维的复合型人才。
 
绿色发展理念属于人和自然和谐共处的科学观念，能够解决环境与发展的矛盾问题。化工教育必须回应这一理念要求，将可持续发展价值观融入人才培养的全过程。正如有学者所指出的，可持续发展与绿色化学在本科化学实验教学中的应用，需要在教育层面实现理念的深度嵌入。
 
 2.3 绿色化学与化工教育的逻辑关联
 
绿色化学与化工教育之间存在双向驱动的逻辑关系。一方面，绿色化学的理论进展为化工教育提供了新的知识内容——原子经济性、绿色催化、生物质转化等前沿领域正在重塑化工学科的知识图谱。另一方面，化工教育是绿色化学理念转化为产业实践的关键通道——只有培养出具备绿色素养的化工人才，绿色化学的技术成果才能真正落地。
 
绿色化学教育的核心目标可以概括为“三个转变”：从“污染末端治理”向“源头预防”转变、从“资源消耗型”向“循环利用型”转变、从“单一学科思维”向“系统思维”转变。实现这三个转变，需要化工教育在课程体系、教学方法、实践平台和评价机制等方面进行系统性革新。
 
 三、当前化工教育面临的转型困境
 
尽管绿色化学和可持续发展理念已提出多年，但在化工教育的实际运行中，这些理念的落地仍面临诸多障碍。综合来看，当前化工教育在以下四个维度存在突出的转型困境。
 
 3.1 课程体系：绿色化学的“边缘化”困境
 
课程教育研究是人才培养的核心载体，但在当前化工专业的课程体系中，绿色化学相关内容仍处于相对边缘的位置。国内86所高校化工专业绿色工程课程设置的调查结果显示，大部分高校的绿色化学课程设置率仅有16.3%。这意味着超过八成的化工专业学生在培养过程中缺乏系统的绿色化学知识学习。
 
造成这一困境的原因是多方面的。首先，传统化工课程体系以“单元操作”和“化学反应工程”为核心骨架，知识结构相对固化，新内容的嵌入空间有限。其次，绿色化学作为一门交叉学科，涉及化学、工程、环境、材料等多个领域，其知识边界难以在传统课程框架内准确定位。再次，部分院校对绿色化学教育的重视程度不足，将其视为“锦上添花”而非“必不可少”。
 
 3.2 师资结构：知识更新与能力转型的滞后
 
教师是教育转型的关键变量。绿色化学教育的有效实施，要求教师不仅具备扎实的化工专业知识，还要掌握绿色化学的前沿理论、技术方法和教学策略。然而，当前化工专业的师资结构在应对绿色转型时面临明显挑战。
 
一方面，多数化工专业教师的学术训练和教学经验形成于传统化工知识体系，对绿色化学和可持续发展理念的理解和掌握相对有限。研究表明，教师在化学课程中教授绿色化学相关内容的准备程度、所接受的培训和所需支持仍有待深入探究。另一方面，绿色化学领域的知识更新速度较快，而教师的知识更新和能力提升缺乏系统化的制度保障。在“双碳”背景下，对高职院校大学生低碳环保教育现状的调查分析表明，加强绿色化学师资队伍建设是推进“科教融汇”的重要前提。
 
 3.3 实践教学：从“模拟训练”到“绿色实训”的落差
 
化工学科具有鲜明的实践性特征，实验教学和工程实训在人才培养中占据重要地位。然而，当前化工专业的实践教学与绿色发展的要求之间存在显著落差。
 
传统化工实验教学往往注重操作技能的培养，而对实验过程中的环境影响、资源消耗和废弃物处理关注不足。有机化学实验等课程需要探索通过合理选择实验内容、开发虚拟实验室、采用微量及半微量实验、利用先进合成方法、合理收集及排放“三废”等方法实现实验教学的绿色化。在工程实训环节，学生接触的多为模拟环境而非真实产业场景，对绿色化工工艺的体验和理解有限。
 
为解决这一问题，中国石油大学（华东）应用化学实践教学团队开展了“绿色实践周”活动，对化工产品进行生命周期评估，设立绿色实验项目，并共建绿色环保企业实践平台，将绿色化学和可持续发展理念融入应用化学专业的实践教学体系。这一探索为实践教学的绿色转型提供了有益参照。
 
 3.4 评价机制：传统考核对绿色素养的遮蔽
 
评价是指挥棒，其导向作用直接影响学生的学习行为和教师的教学选择。当前化工教育的评价机制仍以知识记忆和技能操作为主，对学生绿色素养、系统思维和创新能力的考核相对薄弱。
 
传统考核方式难以有效评估学生在绿色化学理念理解、可持续工艺设计、环境影响评价等方面的能力。正如有研究所指出的，部分高校的化工类专业环境教育在课程体系、教学内容和方法上仍存在不足。这种评价导向的偏差，使学生和教师缺乏主动参与绿色化学教育的动力。
 
 四、化工教育转型与创新的实践路径
 
 4.1 课程体系重构：从“知识补丁”到“系统嵌入”
 
破解绿色化学课程“边缘化”困境的关键，在于将绿色化学理念从零散的“知识补丁”升级为系统嵌入课程体系的“底层逻辑”。
 
推进课程内容的绿色化改造。 北京石油化工学院化工专业将绿色可持续发展理念植入知识、能力和素质要求中，突出了专业培养方案课程体系的绿色低碳底色。在理论课中，采取案例教学培养学生绿色低碳理念和节能减排方法。这种“绿色化改造”不是简单地增加一门绿色化学课程，而是将绿色理念渗透到每一门专业课程的教学内容中。
 
构建模块化的绿色化学课程群。 齐鲁师范学院化学与化工学院紧跟国家“新工科”建设步伐，高标准打造绿色化工技术课程群，构建出“AI赋能、虚实融合、产教协同”的特色教学体系。这种模块化课程群的设计思路，使绿色化学教育从“单点突破”走向“系统覆盖”。
 
将5R原则融入课程设计。 有学者从“绿色化学”概念出发，介绍了5R原则及可持续发展，构建了符合绿色化学发展观的“社会责任”素养模型，引导学生运用减量化、再利用、再循环三个原则改进化工工艺。这种以原则为导向的课程设计，有助于学生在知识学习中同步建立绿色思维框架。
 
 4.2 教学方法革新：从“灌输式”到“探究式”
 
教学方法的革新是绿色化学教育从“知识传递”走向“素养生成”的关键环节。
 
推行案例教学与项目式学习。 山西大学《绿色化学化工》课程采用“模块化”“案例式”教学，将涵盖化学及化工产业的原料、技术、工艺、产品、催化剂等主要元素划分为四个模块，围绕原子经济性展开从源头到终端的系统讨论。北京石油化工学院通过案例教学培养学生绿色低碳理念和节能减排方法。美国化学学会开发的绿色化学教学模块则通过系统思维视角教授化学，并将联合国可持续发展目标融入教学，使学生将化学知识与现实世界的可持续挑战相联系。
 
实施任务驱动与探究式教学。 有研究提出开展任务驱动教学，明确培养目标，有针对性地开设绿色理念课程。在“双碳”目标下的“化学工艺学”课程教学中，研究者指出该课程目标完全符合“双碳”人才培养的目标，但需创新教学方法以应对课程内容多、覆盖面广、综合性强的挑战。
 
融入课程思政与人文教育。 在绿色化学教学中融入中国特色可持续发展理念，进行课程思政建设，已成为重要趋势。这种将绿色化学教育与价值观塑造相结合的方式，使学生在知识学习的同时建立对可持续发展的情感认同和价值承诺。
 
 4.3 实践平台升级：从“模拟实训”到“真实场景”
 
实践教学的绿色转型需要从硬件和软件两个维度协同推进。
 
建设虚实融合的绿色实训平台。 绿色化学实验教学可以通过多种途径实现“绿色化”，包括开发虚拟实验室、采用微量及半微量实验、利用先进合成方法等。中国石油大学（华东）通过设立绿色实验项目、共建绿色环保企业实践平台，将绿色化学和可持续发展理念融入实践教学体系。
 
贯通“四年不断线”的实践能力培养链。 北京石油化工学院构建了包括“基础实验、专业基础实验、专业实验”三阶段和“基础训练实验、综合性设计型实验、研究型实验、以项目为导向的应用研究”四层次的递进式开放创新实践教学体系，系统培养学生工程实践和创新能力。
 
深化产教融合的实践育人机制。 邀请企业专家参与人才培养方案修订、共建课程和教材。内蒙古科技大学化学与化工学院紧扣绿色发展与智慧化工趋势，将绿色理念、智慧手段融入化工人才培养全流程。
 
 4.4 评价机制优化：从“结果考核”到“过程育能”
 
评价机制的改革需要从单一的知识考核转向多元的能力与素养评价。
 
建立多元化的绿色素养评价体系。 应将绿色化学知识掌握、可持续工艺设计能力、环境影响评价素养等纳入评价维度。在“化工分离工程”等课程中，通过改革考核评价满足“双碳”目标下国家对绿色化工人才的需求。
 
强化过程性评价与反馈机制。 通过项目报告、方案设计、小组讨论等多种形式，持续追踪学生在绿色化学思维方面的成长轨迹。
 
将绿色创新纳入能力认证。 鼓励学生参与绿色化工相关的学科竞赛、创新创业项目和科研训练，将绿色创新成果作为能力评价的重要依据。
 
 五、未来展望：化工教育转型的深层逻辑
 
化工教育的绿色转型不仅仅是课程内容或教学方法的局部调整，更是一场涉及教育理念、知识体系和育人模式的深层变革。
 
数字赋能为化工教育提供了新的技术可能。 人工智能、大数据、虚拟仿真等技术手段的引入，使绿色化学知识的呈现方式更加多元，使复杂化工过程的模拟与优化更加高效，使跨学科的知识整合更加便捷。
 
跨学科融合正在重塑化工教育的知识边界。 新工科背景下，化工领域亟需既精通化学合成原理又掌握数字化技术的复合型人才。绿色化学本身作为多学科交叉的产物，其教育实施天然要求打破传统学科壁垒。
 
产教协同是化工教育转型的持久动力。 产业端的绿色转型需求是化工教育改革最直接的牵引力。正如有学者所指出的，产教融合破局“双碳”人才培养，需要从“重设培养目标、重构课程体系、重组教学资源、重建育人模式”四个维度发力。
 
 六、结语
 
绿色化学与可持续发展理念正在深刻重塑化工教育的底层逻辑与实践形态。本文的分析表明，在“双碳”战略纵深推进的背景下，化工教育的绿色转型面临着课程体系、师资结构、实践教学和评价机制四个维度的系统挑战。86所高校化工专业绿色化学课程设置率仅为16.3%这一数据，折射出化工教育与产业需求之间的深层错位。
 
化工教育的转型与创新，需要实现从课程内容的局部“打补丁”到课程体系的系统“再设计”、从知识的单向“灌输”到素养的主动“生成”、从实验室的“模拟训练”到产业一线的“真实浸润”的多重跃迁。当绿色化学的理念从一门课程升华为一种思维方式，从一项知识扩展为一种能力体系，化工教育才能真正完成从“培养操作者”到“培育变革者”的时代转型，为化工行业的绿色可持续发展提供坚实的人才支撑。
 
 
 参考文献
 
[1] 绿色化学与可持续发展:化工教育的转型与创新[J]. 黑龙江国土资源, 2026, 24(4): 172-175.
 
[2] 国内86所高校化工专业绿色工程课程设置现状调查[J].
 
[3] 环境化学与可持续发展理念在化工人才培养中的融合与教学策略[J]. 大学, 2024(29).
 
[4] 绿色发展理念在化学专业人才培养中的融合研究[J]. 科技与创新, 2024(20).
 
[5] “双碳”背景下应用化学专业实践教学体系的绿色转型探索[J]. 化学教育(中英文), 2025, 46(12): 53-56.