“雙碳”目標下能動專業課程體系改革思考

鄧軍 貢琳慧 劉飛宇

摘? 要：2009年，我國首次提出了要在2030年之前使全社會的二氧化碳排放量達到峰值，并且確保在2060年實現碳中和減排目標。碳達峰以及碳中和目標給能源動力產業的發展帶來了新的挑戰，但也帶來了新的機遇，這一目標使從事能源動力產業人才的知識結構需求產生了重大變化。能源與動力工程專業作為培養能源動力產業人力資源的主要渠道，需要及時調整和完善專業課程體系，以適應“雙碳”目標下相關就業崗位對人才培養的要求。本研究基于以上背景，從減排技術、新能源應用和多學科融合等方面對能源與動力工程專業的課程體系進行了探索。

關鍵詞：能源與動力工程;碳達峰;碳中和;課程體系

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2022）23-0071-04

一、“雙碳”目標引領清潔能源革命

自工業革命以來，全球地表溫度一直處于上升趨勢，嚴重影響了全球生態系統平衡，制約了社會、經濟、環境發展，污染了人類生活環境。為保持可持續發展，全球需要共同努力減少碳排放，保持地表溫度上升不超過2℃，盡快實現全球碳中和[1]。二十世紀八十年代以來，中國經濟發展逐漸步入快車道，人民生活水平得到顯著提高，但不可否認的是，中國在能源和環境方面付出了巨大代價，主要表現為能源消耗大、利用率低、能源消費結構不合理、環境污染嚴重等。目前，中國能源消費占世界能源消費總量的21%，預測到2030年將上升到27%[2]。2020年9月以來，習近平總書記在重要的國際國內會議上多次提到“雙碳”目標，即“中國力爭2030年達到二氧化碳排放峰值，力爭2060年實現碳中和”，這表明我國將從“相對減排”進入“絕對減排”時代[3]。作為世界上溫室氣體排放量最大的發展中國家，中國的“碳達峰和碳中和”目標承諾有著深刻的國內外發展背景，凸顯了中國在應對氣候變化方面的決心和重要作用，將對經濟社會的各個方面產生深遠的影響。

“雙碳目標”的實現有賴于全社會各個行業的共同努力，這一目標也給相關行業發展帶來了新的機遇。我國快速發展的經濟產生了巨大的能源和動力的需求，2020年我國能源消費總量達到49.8億噸標準煤。由于資源稟賦的限制和對能源的巨大需求，化石燃料目前依然是中國能源供應的主體，使得能源動力行業成為碳排放的主要來源，根據2021年出版的《2030年前中國碳峰值研究》，2019年中國能源動力行業產生的碳排放量約為98億噸，約占全社會碳排放量的87%。可以說，能源和動力行業已成為減少碳排放的主要陣地，要實現碳減排的目標還有很長的路要走。

二、“雙碳”目標給能源與動力工程專業人才需求帶來的變化

能源動力是社會發展的基礎，決定了國民經濟發展和人民生活水平，行業人力資源需求旺盛。本科院校能源與動力工程專業是為能源動力行業培養人才的主要平臺，相關專業的就業率長期處于高位，能源與動力工程專業多年就業率處于90%～95%之間，分布較多的發電、熱能設備制造、動力機械、制冷機械等領域也受到學生的歡迎。但隨著國家產業政策的調整及“雙碳”目標的確立，相應的傳統能源動力企業對于人才的需求數量和知識結構也發生了重要變化。根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，2020年可再生能源在一次能源消耗中的比重將提高到15%;2035—2040年，可再生能源將占到我國一次能源總量的25%以上[4]。實現這些目標需要大量從事可再生能源生產相關行業的人才。根據國際可再生能源機構（International Renewable Energy Agency，IRENA）和國際勞工組織（International Labour Organization，ILO）發布的《可再生能源與就業報告》，2020年全球可再生能源員工將達到1200萬人，其中中國將占全球可再生能源就業崗位的39%。該報告預測，到2050年，全球可再生能源行業的就業人數將達到4300萬以上。與之相對應的是，傳統化石燃料開采與生產領域的就業崗位將從1260萬個銳減到310萬個。

三、能源與動力工程專業現有的教學和課程體系

能源與動力工程專業是國家“十二五”期間重點發展的領域，在國家“211工程”和“國家優勢學科創新平臺”中列入重點支持和發展的學科，主要研究傳統化石能源的利用、新能源的開發和能源高效的利用，為解決我國能源問題提供人才支持[5]。根據學生知識能力成長規律，本專業的課程體系一般分為專業基礎課程、專業主干課程、自主發展課程和實踐課程。通過學習這些課程，學生可以掌握能源與動力工程專業的理論知識、設計方法和基本技能，了解本專業領域的研究和發展方向，初步具備在能源與動力工程行業從事工程技術工作的能力。專業基礎課是為專業課程學習奠定必要基礎的課程，是學生掌握專業知識和技能的必修課，而且不同高校的專業基礎課存在一定程度的差異，但大部分都包括了工程力學、流體力學、機械設計基礎等課程;專業主干課程的教學目的主要以加強學生專業素養為主，讓學生對專業知識有著進一步深刻的認識，初步形成覆蓋這一領域的基本知識體系，專業主干課程一般涵蓋電廠鍋爐、汽輪機結構與原理、熱力發電廠、燃燒理論、制冷原理等課程;自主發展課程的選擇余地較大，主要用于拓展學生的知識面;實踐課旨在培養學生工程思維和動手能力，讓學生能夠在實踐中充分了解企業工作中所需要的新技術以及生產管理規定等知識內容，教師要給學生設立一個準確的教學目標，充分激發學生的學習動力，培養學生的創新和實踐能力，便于學生能夠更好地投入日后的實習和工作。

四、“雙碳”目標下能源與動力工程專業教學體系的發展探索

經過多年討論與探索，社會各界對能源發展關鍵環節的認知趨于一致，要早日履行承諾，實現碳中和，必須從生產、轉換、輸送、使用多個環節同時著手落實節能減排工作，并且加強對節能技術的研究，減少能源消耗總量。在能源生產和轉換環節，需著重研究太陽能、風能、水力能等可再生能源發電方式，減少化石能源需求，讓自然能源得到充分利用;在能源輸送環節，需要不斷提高能源系統的儲備能力以及調節能力，不斷加強對氫能源的利用和儲存的研究;在能源使用環節，需要加大電氣化比例，例如電動汽車的研究等，只有確保在技術上進行不斷的創新和產業化，才能為實現“雙碳”目標做好準備。“雙碳”目標在能源與動力領域引發新科技、催生了新產業、促進了新經濟，倒逼能源與動力工程專業圍繞這些發展動向，加強自身建設和改革，在教學體系上可做以下調整和補充：

（一）調整人才培養目標，適應時代發展

以南京師范大學中北學院為例，學院定位為應用型高校，主要培養在生產一線從事設備運行管理、維護保養、技術改造等工作的人才，學生需要具備一定的理論基礎，但更強調將知識應用于實踐的能力。能源與動力工程專業以往的人才目標主要是為大中型燃煤發電廠、動力機械設備制造、制冷設備企業等提供合格的一線工程技術人員，行業的發展使得傳統能源動力專業的人才需求收縮，對于人才的知識能力需求與院校培養目標有一定脫節。因此，應用型高校一定要加強和企業的合作，制定出更加符合社會發展的人才培養目標和方案，在培養目標上突出節能減排相關知識技能的提高，確保培養更多符合行業需求的創新型人才。

（二）改革課程內容，實現課程內容的現代化

課程體系及內容是實現人才培養目標的支撐，培養目標的調整為課程體系和內容改革指明了方向。課程內容改革就其實質來講，就是使課程內容適應并引領時代發展，將社會發展、科技進步及文化成果及時出現在課程中。

1. 在專業主干課程體系中融入減排相關的新技術內容

盡管“雙碳”目標對于傳統化石能源的生產和應用帶來了很大挑戰，但從我國的資源稟賦和保持國民經濟穩定發展來看，以煤炭為主的化石能源在能源供應結構中依然會占有較大比重。煤炭清潔高效利用是能源動力企業轉型的立足點，將在向以新能源為主的能源結構轉變中發揮重要的支撐作用。在“雙碳”目標背景下，一大批清潔利用技術逐漸在能源動力企業中得到應用，如增加碳捕集與封存（Carbon Capture and Sequestration，CCS）相關內容，這項技術被認為是未來減少溫室氣體排放和減緩全球變暖最經濟可行的方法;煤氣化聯合循環（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC），無論是常規的燃料預捕集，還是常規的火電廠技術過程中的富氧化，或者正在發展的燃料后收集，都是節能、減少能源消耗的技術，已在國內大中型燃煤發電廠中逐步開始應用。院校培養人才需要緊跟這一發展趨勢，除現有教學體系中的燃煤鍋爐、汽輪發電機、發電廠等主干課程外，在教學內容上可考慮增加減排、污染物處理與處置、化石能源清潔利用等，作為未來能源生產領域的從業人員，理應在學校過程中掌握相關理論，優化知識結構。

2. 提高新能源課程的比例和重要性

從中國的能源生產來看，中國的風能、太陽能、水電等可再生能源累計裝機容量居世界首位，這決定了中國能源結構優化過程不同于世界主要國家[6]。從發展趨勢上看將跨越以油氣為主的能源供應階段，直接向煤、油氣和清潔能源并存的能源結構過渡。以風能、太陽能、核電為代表的新能源在未來能源結構中所占比例越來越大，近十年在能源結構中的比例提高了14%以上，而且當前新能源行業的發展速度非常快，尤其是利用風力發電、太陽能發電、光伏發電以及核電用來代替傳統火力發電的空間得到了顯著提升，這些新能源發電的成本隨著技術的不斷進步也不斷降低，一場能源變革在悄然發生，尤其是2017年以后，新能源裝機容量已連續超過火電裝機容量。能源與動力工程專業課程體系往往將這些新能源技術作為自主發展課程，拓展學生的知識面，隨著新能源行業的發展，今后本專業畢業生進入新能源企業的可能性越來越高，因此，有必要將與新能源相關課程，如“風能發電技術”“光伏發電技術”等納入專業主干課程體系中。

3. 增強專業交叉融合，拓展新就業增長點

隨著“雙碳”目標的逐步實施，我國相關行業也得到了顯著的進步，尤其是近幾年來我國對碳排放管理的重視，促進了各大生產企業和政府職能部門中設置了許多諸如碳排放監測員、碳排放管理員等新的工種，這些新職業主要從事碳排放數據統計核算、碳排放狀態監測、提供碳咨詢服務及碳資產管理等工作，必須要對碳排放管理的相關政策以及落實方法進行透徹研究，并且利用碳排放數據計算以及政策指標來規范相關企業的碳排放管理，這對于我國的可持續發展大有裨益。目前這些新職業在能源、化工、石化、建筑等碳排放大戶中需求巨大，但符合企業需求的人才卻處于嚴重缺乏狀態，主要依靠培訓機構對企業人員進行培訓，人才培養體系尚不完善。教育部近年也在中國礦業大學（北京）、中國石油大學（北京）等四所院校增設“碳儲科學與工程”專業。能源與動力工程專業培養規模大，在專業領域上與這些新職業的專業知識需求密切相關，學生在這一就業領域具有較大的優勢，對于碳排放產生的技術原理掌握較為透徹，但對于碳排放相關法律法規，學生需要在更廣泛的專業交叉和融合中學習。學校應將本專業的實施與排放法律法規、經濟管理、數據統計等方面的知識結合起來，在教學體系中可在專業基礎和自主發展課程以及畢業設計環節中與材料工程、環境保護、互聯網、經濟管理等專業開展多學科融合。

（三）創新教學方法，提升崗位適應能力

“雙碳”目標對于能源與動力工程這一傳統專業來說既是機遇也是挑戰，在工程應用中還有很多尚待解決的難題，前沿研究和新技術在這一領域有著廣泛的應用前景。傳統的教學方法采用以“教師—課堂—教材”為核心的授課方法，學生作為知識內容的接收者在教學中相對被動，雖然這種教學模式有利于學生迅速建立這一專業的知識體系，但給學生帶來的壓力是非常大的。在實際教學中，應用型高校的學生在學習積極性、思考深度和解決問題的能力上，與研究型高校的學生有著較大差距，采用相同的教學方法很容易造成學生跟不上教學進度，造成學生學習疲倦的情況。對于“雙碳”目標下用人單位提出的新的崗位任職能力要求，采用傳統的傳授知識的方法難以適應，因此在應用型高校教育中，需要采用如案例式、問題式、研究式等多種教學方法，關注能源動力相關領域中最新工程技術的發展動態，引導學生解決工程實際問題。例如教師可以利用碳排放數據統計等實際問題，以專題項目為核心開展更加具有目的性的教學，改變傳統教學模式中以教師為主體、學生被動學習的教學方法，讓學生能夠自主參與到教學實踐當中去，能夠在合作中不斷探索和創新，確保學生的專業能力得到顯著提升，在實踐中提升未來崗位的適應能力。與企業聯合培養也是一種有利于提高學生應用能力的方法，院校教師往往來自研究型高校，理論根基較為深厚，但生產實踐經驗較為缺乏，尤其是在“雙碳”目標下，能源與動力企業已逐步開展碳交易、碳核查、碳管理等業務活動，專業教師對這一新興領域較為陌生，這不利于人才培養。學校可讓生產企業里既懂理論專業知識又具有豐富實踐工程經驗的工程師擔任本科人才培養的第二導師，讓本科生在院校學習階段可以得到實際工程知識的訓練，掌握將理論知識與實踐工程結合起來解決實際工程問題的能力，學習如何將知識轉換為生產力。

五、結論

總的來說，碳達峰和碳中和作為促進我國可持續性發展以及保障我國未來建設的重要國策，是我國在發展過程中積極應對氣候和環境變化的關鍵，是經過科學驗證后做出的鄭重承諾，也是滿足我國實際發展以及促進我國長遠發展的主要目標[7]。助力實現能源行業“雙碳”目標的背景下，應用型高校的能源與動力工程專業應主動跟蹤人才的需求變化，對現有的教學體系進行改革，根據能源動力企業的需求共同制定人才培養目標，在課程體系和內容上適當弱化傳統化石能源相關課程，在碳捕集、新能源應用、多學科融合等多個方面調整課程結構、改變傳統教學模式和教學方法，使能源與動力工程專業的發展緊跟國家產業布局和戰略性新興產業的發展，以更好地適應能源動力行業健康發展對人才的需求。

參考文獻：

[1] 孫柏林. “雙碳”目標下企業創新發展思考[J]. 電氣時代，2022（01）：56-60.

[2] 蔣潤花，左遠志，陳佰滿，等. “新工科”建設背景下能源與動力工程專業人才培養模式改革探索[J]. 東莞理工學院學報，2018，25（03）：118-121.

[3] 呂石磊，王冉. “30·60”雙碳目標下建環專業的教學改革與思考[J]. 高教學刊，2021，7（30）：62-65+69.

[4] 劉霄，盧海，王金磊. 淺談“新能源材料與器件”本科課程的學習[J]. 信息記錄材料，2018，19（03）：129-130.

[5] 林日億，姜燁，黃善波，等. 熱能與動力工程專業多元化人才培養模式探索[J]. 教育教學論壇，2017（07）：172-174.

[6] 張啟龍，劉璐，孫彬彬，等. 我國“碳達峰、碳中和”現狀及其實施路徑分析[J]. 中國建材科技，2022，31（01）：83-86.

[7] 劉曉龍，崔磊磊，李彬，等. 碳中和目標下中國能源高質量發展路徑研究[J]. 北京理工大學學報（社會科學版），2021，23（03）：1-8.

（責任編輯：鄒宇銘）