新工科背景下煤炭潔凈利用相關專業交叉融合升級改造

王建兵 王春榮 鄧久帥 曹俊雅 王衛東 劉淑琴 劉文禮

摘 ?要：基于能源升級和結構調整，煤炭開發利用亟需向清潔化、低碳化轉變，作為能源礦業類特色優勢的中國礦業大學（北京），以新興產業需求為導向、以學生培養為中心，研究提出了新理念、新模式、新方法、新內容、新質量的工程教育改革思路，包括成立多學科交叉融合的新專業、孕育多元協同煤基能源清潔低碳利用的新方向、提供多學科交叉的特色課程資源、形成以學生為中心的個性化培養方案、打造高水平“四位一體”的培養平臺、建立“立體化保障體系”的人才培養模式，闡述了各方面的實施途徑，以構建新時代復合型人才培養模式。研究結果有助于更好地開展多學科融合的新工科建設和新工科背景下的教學改革，調整高素質綜合人才培養模式，應對能源轉型升級和新經濟革命挑戰。

關鍵詞：新工科;多學科融合;煤炭清潔高效低碳利用

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號： 2096-000X（2021）S1-0054-04

Abstract： Based on the energy upgrading and structural adjustment， the development and utilization of coal needs to be transformed to clean and low-carbon. As a university， being characteristics of energy and mining， China University of Mining and Technology（Beijing） took the needs of emerging industries as the orientation and the cultivation of students as the center， to study and put forward new ideas， new models， new methods， new contents and new quality of engineering education reform. It included the establishment of new major with multi-disciplinary integration， the breeding of new direction for the clean and low-carbon utilization of multi-collaborative coal-based energy， the provision of characteristic curriculum resources with multi-disciplinary integration， the formation of student-centered personalized training program， the creation of a high-level four-in-one training platform， and the establishment of a three-dimensional security system talent training mode. It also expounds the implementation ways in various aspects to build a new era of compound talent training mode. The research results would be helpful to better carry out the new engineering construction of multidisciplinary integration and the teaching reform under the background of new engineering， adjust the training mode of high-quality comprehensive talents， and meet the challenges of energy transformation and upgrading and the new economic revolution.

Keywords： new engineering; multi-disciplinary integration; clean-efficient and low-carbon utilization of coal

我國資源賦存條件決定了以煤為主的能源格局在相當長時期內不會改變，煤炭必須改革才能跟上能源升級與結構調整的步伐[1]。根據世界能源變革、發展的規律，實現煤炭利用的清潔化、低碳化是煤炭能源改革的本質要求和必然趨勢[2]。然而，煤炭行業要完全走上清潔高效低碳利用道路，還需要在技術、工藝和裝備等方面取得更大的突破，這些都需要高素質復合人才來完成。

過去的幾十年，能源礦業高校為我國煤炭行業培養了大量人才，有力地支撐了煤炭行業的發展。為了滿足煤炭清潔高效利用人才培養的需要，能源礦業高校先后設置了礦物加工工程、化學工程、環境工程等專業，但是學校專業主體結構仍然在“資源勘查-礦井建設-資源開采”等要素方面。隨著新經濟和新產業的快速發展，煤炭利用相關的主體專業與新興學科聯系薄弱，交叉融合能力缺乏，導致培養的人才無法滿足煤炭清潔高效低碳利用的需求，非常有必要對這些專業進行交叉融合升級改造。

一、煤炭清潔利用專業升級改造面臨的機遇與挑戰

（一）新工科建設給煤炭利用相關專業升級改造帶來了機遇

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設[3]。在這一理念的引領下，全國各地的高校圍繞新工科理論研究、建設路徑、專業升級改造、人才培養標準等內容建設教育教學改革項目，全面推進新工科建設，以天津大學[4]為代表的工科優勢高校把握“新的工科專業和工科的新要求”，瞄準前沿交叉領域，以新方向、新問題帶動優勢學科人才培養升級，構建了面向未來的新工科專業培養體系。國內新工科建設的大背景給煤炭利用相關專業升級改造帶來了機遇。

（二）我國能源革命和產業變革給煤炭利用相關專業升級改造帶來了機遇

我國能源資源約束日益加劇，生態環境問題突出，調整結構、提高能效和保障能源安全的壓力進一步加大，能源發展面臨一系列新問題、新挑戰。為積極應對挑戰，黨中央、國務院做出了推動能源消費、供給、技術和體制改革的戰略部署，以建設清潔低碳、安全高效現代能源體系的需求為導向，以提升能源自主創新能力為核心，以突破能源重大關鍵技術為重點，以能源新技術、新裝備、新產業、新業態示范工程和試驗項目為依托，實施制造強國戰略，推動能源技術革命，實現我國從能源生產消費大國向能源技術強國戰略轉變。

同時，我國的節能環保、新能源、新材料、高端裝備制造業等戰略新興專業的快速發展，人工智能、能源互聯網、智慧能源等相關能源科技創新日新月異，為煤炭行業全面走向清潔、高效、低碳和智能化道路提供了機遇，也給煤炭利用相關專業升級改造帶來了好的機遇。

（三）新時期煤炭利用相關專業升級改造要解決的問題和面臨的挑戰

開展專業升級改造，并不是簡單舍棄原來的專業或者方向，開設新的專業和方向，而是要以新型人才的培養為落腳點，以產業需求為動力，以國家戰略為引領來開設專業和培養人才。要做到這一點，需要對經濟社會形勢、高等教育發展和行業的新業態有清晰地了解，并對未來發展趨勢有準確的判斷，只有基于此，才能有的放矢地進行工程教育改革，才是真正面向未來的教育。

當前，我國已全面進入新經濟建設時期，以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟蓬勃發展，促使產業結構不斷調整，也對高校人才培養提出了新要求，即培養面向未來具有寬厚的數、理、工程知識基礎，富于人文情懷并能解決復雜工程問題的人。

新時期，隨著世界范圍內新一輪科技革命和產業變革，煤炭清潔高效利用技術需要不斷升級、創新突破，形成一系列變革性甚至顛覆性理論和技術，尤其是在煤炭高效分選、煤炭分級分質轉化、重要能源化工產品生產、煤炭地下氣化開采術、煤化工廢水“零排放”、新型煤基發電、污染物一體化脫除、礦區地表修復與重構等方面存在著較多的復雜工程技術問題需要解決，更需要進行技術創新，實現技術突破。

當今世界，學科前沿的重大突破和重大創新成果，大多是多學科交叉、融合和匯聚的結果。高校作為知識創新的重要陣地，多學科交叉融合是其新興學科的增長點、優勢學科群的發展點、重大創新的突破點。總體來說，煤炭利用產業鏈長，涉及行業和學科多，是一項復雜的系統工程，解決復雜工程問題需要復合型人才，綜合素質高、專業素質好的復合型人才也是一流的人才，培養世界一流人才是世界一流大學的核心任務，學科和專業的交叉融合提供了培養復合型人才的平臺和方法。在新經濟背景下，多學科交叉融合教育成為全球高等教育發展的必然趨勢，占高等教育主體的工程學科專業的各種形式和方式的多學科交叉融合將成為高等教育發展的引領和示范[5]。

我國高校普遍采用單一學科的分院開展教學科研，教師和科研人員更多的是關注自己的教學和科研，很少注重培養全面發展的人才，缺乏資源共享與科研協作;培養的學生知識結構相對單一，視野不夠開闊，知識儲備和綜合素質都難以解決復雜的工程問題。目前的這種組織形式雖然能夠將資源集中利用在專長領域，且方便統籌管理，但也給學科的交叉融合帶來了不便。因此，高校要轉變思想觀念，進一步培育多學科交叉融合的意識，積極探索多學科交叉融合的有效途徑，激發創新活力，提高創新質量，全面提升高校創新能力。

二、中國礦業大學（北京）煤炭利用相關專業建設基礎與改革主要內容

（一）中國礦業大學（北京）煤炭利用相關專業發展現狀

中國礦業大學（北京）是教育部直屬的全國重點高校、國家“211工程”、“985優勢學科創新平臺項目”、世界一流學科建設高校，是全國首批產業技術創新戰略聯盟高校。學校始終堅持以育人為本，積極構建能源工業精英教育教學體系，致力于培養德智體美勞全面發展、富有社會責任感、創新精神和實踐能力的高素質人才，鑄就了中國煤炭高等教育的一流品牌。

學校設置的專業中，與煤炭清潔高效利用相關主要包括礦物加工工程、化學工程與工藝、環境工程等專業，三個專業均入選了“雙萬計劃”國家一流本科專業建設點，通過了教育部工程認證，學校的礦業工程（礦物加工工程）、化學、環境與生態學均進入ESI全球排名前1%。三個專業一直堅持“寬基礎、強實踐、大工程”的人才培養模式，實行本科生全程導師制和大學生創新訓練全覆蓋，教學科研成果積淀厚實，近三屆本科生平均每6名學生發表1篇論文，平均每4名學生中有1人獲得省部級及以上學科競賽獎勵（如表1所示）。與國家能源集團、中煤集團、冀中能源、潞安礦業集團等大型能源和礦業建立了50個校外人才實踐教學基地，培養了一大批具有家國情懷、能源特質和精英素養的煤炭清潔高效利用方面的工程技術人才。

（二）中國礦業大學（北京）煤炭利用相關專業改革主要內容

中國礦業大學（北京）以工程教育新理念、新模式、新方法、新內容、新質量等作為學校工程教育教學改革的指導，依托礦物加工工程、化學工程與工藝、環境工程等國家級一流專業，積極面對能源轉型升級和新經濟科技革命的挑戰，以新興產業需求為導向、以學生培養為中心，主動適應國家創新驅動戰略，開展多學科交叉復合改造升級，主要內容包括：成立了多學科交叉融合的碳儲科學與工程專業，為實現碳中和科技創新做儲備;通過認真分析能源轉型的高效、清潔、多元化、智能化特征，孕育了多元協同煤基能源清潔低碳利用新方向;提供多學科交叉的特色課程資源，助力工科畢業生積極適應新經濟、新技術的發展需要和新工業革命的挑戰;創新培養模式，為學生建立了個性化、多元化的發展路徑;圍繞創新性復合型工程人才培養，打造高水平的“四位一體”培養平臺;建立健全人才培養模式實施所需的立體化保障體系。

三、中國礦業大學（北京）煤炭利用相關專業改革探索的實施路徑

（一）申報碳儲科學與工程新專業

為了貫徹黨中央、國務院關于碳達峰碳中和的重大戰略部署，執行高等學校碳中和科技創新行動計劃，發揮高校基礎研究主力軍和重大科技創新策源地作用，學校決定利用和完善現有的能源開采、轉化和利用的人才培養體系，依托采礦工程和礦物加工工程，融合化學工程與工藝、環境工程、地質工程、工程力學、土木工程等專業，通過多學科交叉進行復合改造，成立碳儲科學與工程專業;構建多學科交叉融合的本科生培養體系，科學設置培養方案，實行全程導師制、深度產教融合和國際聯合培養，培養能引領碳儲科學與工程領域未來發展的研究復合型領軍人才及適應新工科要求的高級技術精英，為學校建設“世界一流能源科技大學”的辦學目標貢獻力量。碳儲科學與工程專業定位于培養高起點、高質量、高要求的“高精尖缺”人才，同時充分發揮礦業工程、化學工程與技術、地質資源與地質工程、環境科學與工程、力學、土木工程、材料科學與工程等一級學科協同優勢，進行二氧化碳捕集/封存/利用、生態系統固碳、工業過程減污降碳等技術探索和創新，破解碳儲過程中的瓶頸技術，以產教融合發展推動碳儲產業高質量發展，推動能源體系高質量發展和我國碳達峰、碳中和目標的實現。

（二）孕育多元協同煤基能源清潔低碳利用新方向

依據能源轉型的高效、清潔、多元化、智能化特征，結合節能環保、新能源、新材料等新興產業的發展趨勢，拓展礦物加工工程專業的智能選礦和固廢資源化方向、化學工程與工藝專業的清潔能源學和智慧化工方向、環境工程專業的環境催化和環境過程智能控制方向、材料科學與工程專業的新能源材料和納米材料方向;深入研討煤炭清潔高效利用技術的發展之路，預測煤炭流態化深度開采、原位清潔低碳利用、“井下無人地上無煤”等變革性技術的發展進展，緊密結合光、風、電、熱、氣等新能源發展的趨勢，孕育產生多元協同煤基能源清潔低碳利用新方向。

（三）提供多學科交叉的特色課程資源

基于煤炭利用主體專業的知識、能力和素質之間的邏輯結構建立專業之間的有效銜接，結合煤炭清潔低碳利用復雜工程問題對人工智能、物聯網、納米技術、光熱利用等新技術需求，開設若干體現多學科交叉融合的通識教育課程，結合新興技術發展開設學科前沿課程、交叉學科研討課程，提供豐富多樣的課程與教學資源;依托專業優秀教學成果，著力建設一門本專業學科前沿且融創新意識、創新思維、創新能力于一體的專業導論課程和一門非本專業學生開設的專業概論課程。將專業知識與工程基礎知識及經濟決策方法論合理組織，基于學生解決復雜工程問題能力的培養重構課程體系，使工科畢業生積極適應新經濟、新技術的發展需要，有能力應對新工業革命的挑戰。

（四）建立以學生為中心的個性化、多元化發展路徑為特色的培養模式

建立跨學科課程和選課體系，鼓勵學生在導師指導下自主規劃職業發展，允許學生選擇專業和自由組合課程，實施基于相應準入條件的學生分流，完善不同專業的學分確認機制，形成以學生為中心的個性化人才培養方案;根據學生自愿，選擇3+2的學制模式，前三年在國內完成基礎課和專業學位課學習，后兩年在國外高校完成，完成學業后獲得兩校的學士學位。根據學生的意愿、成績和能力選擇國際班培養和本研分段培養，提供多元化發展路徑。

（五）打造高水平的“四位一體”的培養平臺

圍繞創新性復合型工程人才培養，構建理論教學、實踐教學、創新教學以及第二課堂為基礎的“四位一體”培養平臺;革新理論教學方法，大力推進小班授課，著力提高課堂吸引度，提升學生學習興趣;鼓勵教師采用啟發式、探究式、研討式、項目式、場景式、案例式等多種教學方式，變學生被動接受知識為主動獲取知識。搭建雨課堂智慧教學平臺，教師授課采用實時答題、多屏互動、“彈幕式”討論等多種課堂互動形式，激發學生的學習積極性。加強課程過程考核，提高學業挑戰度，全面提升人才培養能力。加強大學生科研訓練、大學生創新性實驗計劃項目、大學生競賽、暑期社會實踐等環節的多學科交叉，努力打造多學科交叉融合的實踐創新教育教學體系;以國家能源集團和中國中煤能源集團有限公司下屬的高科技企業為基地，建立多學科交叉的大學生實習基地，形成校企間長期穩定合作關系;建設基于學科優勢特色的高校創新創業平臺，引導鼓勵學生積極參與創新活動和創業實踐。

（六）建立人才培養模式實施所需的立體化保障體系

優化學院組織模式，建立書院制教學機構;組建跨學科教學團隊、跨學科項目平臺;研究制定煤炭清潔利用相關專業學生、教師和專業發展考核方法，探索多學科交叉融合能力達成評價辦法，建設多維度質量監控、質量評價和質量改善機制，為人才培養模式的實施提供堅實保障。

四、結束語

在新工科建設和能源產業變革的雙重背景下，中國礦業大學（北京）依托礦物加工工程、化學工程與工藝、環境工程等專業，開展了煤炭清潔高效低碳利用相關專業交叉融合升級改造和人才培養模式的創新，主動適應國家創新驅動戰略和積極應對世界范圍內新一輪科技革命和產業變革。

參考文獻：

[1]國家統計局.中國能源統計年鑒2020[M].北京：中國統計出版社，2021.

[2]康紅普，王國法，王雙明，等.煤炭行業高質量發展研究[J].中國工程科學，2021，23（5）：130-138.

[3]劉坤，陳通.新工科教育治理“五位一體”價值結構析論[J].天津大學學報（社會科學版），2020，22（3）：230-234.

[4]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）：26-35.

[5]林健.多學科交叉融合的新生工科專業建設[J].高等工程教育研究，2018（1）：32-45.