“雙碳”目標視閾下冶金工程專業人才培養模式的教學改革與實踐

摘要：“雙碳”目標戰略對高校人才培養提出了新的要求，冶金工業是碳排放重點行業之一，應加快構建新時代低碳冶金工程技術人才培養創新模式。本文以冶金行業為背景，以人才培養為核心，探索了基于人才培養方案、課程內容、教學方法、實踐教學環節等方面的教育改革途徑與方法，注重將“雙碳”目標理念融入人才培養的各個環節，踐行多元化教育教學育人模式，致力于向行業輸送適應“雙碳”目標的新工科人才。

關鍵詞：“雙碳”目標；冶金工程；人才培養；教學改革

2022年5月，教育部印發《加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系建設工作方案》，明確指出高校要加強綠色低碳工程教育，加大“雙碳”領域課程、教材、教改等建設力度［1］；明確提出高等教育高質量發展服務國家碳達峰碳中和專業人才培養需求，為冶金工程人才培養改革指明了方向。

冶金工業是我國碳排放重點行業之一，冶金行業的低碳發展對于我國“雙碳”目標戰略實施具有重要的影響。在“雙碳”目標戰略的大背景下，冶金行業備受關注，促使冶金企業轉型升級；高校冶金工程專業人才培養模式理所當然地要跟上新時代發展新要求和適應新的產業需求，應對原有的本科生教育教學方式進行優化升級改革，加快構建新時代低碳冶金工程技術人才培養創新模式，對探索實施新工科發展模式具有重要的意義。但是，目前諸多高校工科專業本科教育傳統模式及其人才培養理念與“雙碳”目標國家戰略發展方向不相適應，甚至存在脫鉤現象［2］。現有冶金工程專業人才培養模式已經不能滿足當前新時代發展的需求，必須結合碳達峰碳中和專業人才培養要求，探索并創新低碳冶金教學及育人模式，切實提高本科生的低碳思維和實踐能力。

在“雙碳”目標背景下，將綠色低碳教育理念貫穿人才培養體系全過程和各方面，推動專業轉型升級，是未來冶金學科發展的必然趨勢。本文以冶金工程專業本科生人才培養為研究對象，以培養方案的人才培養目標為抓手，突出將“雙碳”目標理念融入冶金工程的理論教學和實踐教學建設的目標導向；課程建設中全方位、大體系與多維度地增強低碳冶金相關的知識內容體系；實踐環節聚焦于低碳思維的鍛煉與工程創新技術的實踐能力；豐富的校園低碳文化，有利于師生養成綠色低碳的日常生活習慣，可作為踐行低碳理念的重要舉措；構建“雙碳”目標下特色鮮明的冶金工程人才培養創新模式。

一、“雙碳”目標視閾下的傳統本科教育模式現存問題

調研分析表明，“雙碳”目標視閾下，從適應新時代人才需求的角度，分析當前本科工程教育現存以下幾個問題：

（一）“雙碳”目標在教育教學過程中未引起足夠的重視，“雙碳”教育理念融入不足

現有本科生教育教學全過程體系中“雙碳”目標理念融入不足，人才培養目標與“雙碳”背景脫節，未有效構建綠色低碳工程教育體系。課程體系設置與“雙碳”背景不能有效銜接，與“綠色”和“雙碳”有關的課程只有少數幾門（如環境、能源等）僅僅是涉及相關知識的課程。冶金作為傳統的高耗能、高污染的領域之一，迫切需要納入綠色低碳工程教育體系；冶金工程專業“雙碳”相關配套課程不足，“雙碳”特色課程體系有待完善［3］。

（二）課程內容缺乏時代性，教學方式缺乏創新

專業課程授課內容相對陳舊，難以緊跟新時代國家“雙碳”戰略目標及低碳工程技術前沿；普遍存在“雙碳”理念教學內容偏少、教學模式單一等問題。教學資源中的“雙碳”內容不足，傳統的冶金材料類專業教學過程中不重視“雙碳”教育，其內容以專業工藝技術及基礎理論知識介紹為主，缺少“雙碳”相關的綠色生產、節能環保、管理、可持續的發展理念等方面的知識內容，已不能滿足現在的“雙碳”教育需求。同時教學模式僅停留在對基礎理論知識和過時案例的講解上，與“雙碳”時代背景下的社會現實相脫節，難以通過課堂講授來激發學生的學習積極性，更不能從根本上達到讓學生學以致用的目的，嚴重影響人才培養質量。

（三）“雙碳”工程教育領域的實踐教學環節薄弱，低碳工程相關的實踐教學環節亟待加強建設

大部分專業的實驗課程、校內外實習、校園文化活動等實踐環節甚少考慮“雙碳”理念的設計融入；而且創新人才培養途徑和方法單一，沒有形成教育理念與工程實踐相融合的教學體系。目前，高校已經逐步重視本科生的科技創新能力培養，但學生從事偏向工程應用的實踐經歷仍然較為有限，尤其是在低碳工程思維及實踐方面參與更少。

二、“雙碳”目標視閾下的冶金工程專業人才培養體系創新途徑與方法

針對高校工科專業本科教育傳統模式已經不能滿足當前“雙碳”目標國家戰略發展方向的人才需求，基于此提出確立冶金工程“低碳冶金型”人才培養創新模式。將綠色低碳理念納入冶金工程教學體系，發揮冶金工程行業特點和學科優勢，從人才培養目標、課程設置、教學內容、教學方法、實踐環節、校園文化等多方面進行教學改革路徑優化，構建了具有“雙碳”特色的工程教育教學體系，從而滿足“雙碳”目標下冶金行業對高質量綜合型技術人才的新時代需求。

（一）聚焦“雙碳”戰略人才需求，確立人才培養新目標和修訂人才培養方案

聚焦國家“雙碳”目標戰略對冶金行業的人才需求特征，培養低碳冶金意識，讓“雙碳”扎根育人。結合冶金工程專業人才培養特點，將人才培養與“雙碳”目標相融合，將綠色低碳發展理念納入專業課程教學的目標體系和內容體系，形成冶金專業人才培養新目標，使得學生理解“雙碳”戰略與冶金行業發展的密切聯系。把培養學生的“低碳冶金”思維作為教育的重要任務，探索“雙碳”理念融入冶金專業教學的有效途徑，建立適應“雙碳”目標的人才培養方案和教學大綱，實現將綠色低碳理念貫穿人才培養實踐教育全過程。從整體上系統重新設計冶金工程專業本科生培養方案，以“雙碳”理念、“低碳冶金”工程教育作為人才培養體系與課程設置的核心要素；從利于學生對知識學習消化吸收的角度出發，對課程模塊進行合理結構布局，在人才培養方案中的“通識教育課程”“學科基礎課程”模塊的課程注重“雙碳”目標理念的有機融入，例如，要求“專業核心課程”“專業選修課程”模塊的專業課程引入低碳冶金技術的理論知識體系及典型應用技術案例；“集中實踐教學”“素質學分”“創新創業課程”等課程模塊，強調培養“雙碳”目標理念、思維及其科技創新意識。從大一基礎類課程循序遞進式至大四選修類課程，將新能源、資源循環、環境保護等要素有機融入冶金工程專業本科培養方案設計中，鼓勵開設碳中和、冶金概論、冶金環保類通識課程；此外，增設“低碳綠色冶金新技術”“二次金屬資源再生利用”“冶金碳捕集與封存”等專業選修課程，讓學生了解“碳達峰、碳中和”目標的概念和冶金行業碳中和技術的應用價值，引導學生關心和擁護國家“雙碳”目標的發展戰略決策；在實踐教學環節課程中明確增設“雙碳”理念的元素及實踐內容，增加“雙碳”相關實踐類課程學時，提升學生“雙碳”相關的知識儲備、思維方式和工作能力。圍繞培養“雙碳”意識的人才目標，要求任課教師修訂培養方案中相關課程的教學大綱和教案，在教學大綱、教案、課件中明確加入“雙碳”內容，并督促教師在各門課程教學的教學內容中增加或融入各個金屬冶金領域最新的綠色低碳理論知識和低碳冶金新技術，教案中建立“雙碳”相關的低碳冶金技術典型案例庫，明確課程教學目標的達成路徑及考核要求。

（二）及時更新課程內容，注重“雙碳”理念的融入

針對目前課程教學存在的“雙碳”教學滲入內容不足、學生“雙碳”意識淡薄等現象，冶金工程專業課程內容也應與時俱進；結合冶金行業的特點，找到“雙碳”目標理念與冶金專業課程的契合點，抓住實現“雙碳”目標的教學瓶頸問題，更新低碳冶金技術典型案例，將“雙碳”科技和課程教學、育人體系更好融入，合理有序地推廣“雙碳”目標理念在學生之中入腦入心。

在專業課教學的每一章節內容中精心準備與低碳冶金相關的知識點，形成連貫和系統的“雙碳”知識體系，并整合到課堂教學中，使學生能夠理解鋼鐵冶金和有色冶金行業應對全球變暖危害的各種技術手段。任課教師根據冶金行業特點（如以化石能源為主的傳統冶金工藝中高能耗排放問題）及從事的科研方向挖掘凝練“雙碳”元素，結合課程的教學設計，組建專業課程的低碳冶金技術典型案例庫及教案。教師可根據各章節教學內容，有針對性地納入具有代表性的低碳冶金工程技術應用案例，例如，在“鋼鐵冶金”課程教學過程中，補充新能源冶煉過程中的物理化學理論知識和工程技術應用案例；如引入氫氣冶金、非高爐煉鐵等低碳能源替代工藝，從工藝產物特點、能耗計算等方面與傳統工藝進行對比分析，讓學生感悟從源頭削減碳原料和碳燃料用量、設備升級改造等技術對實現鋼鐵冶煉行業“雙碳目標”的重要作用及其技術瓶頸；在“再生有色金屬冶金”課程教學過程中，引用行業協會統計數據等文獻資料，例如，再生鋁的碳排放約是原生鋁的3%～5%，再生銅的碳排放約是原生銅的21%，講解再生金屬冶金對礦產冶金的替代將釋放出巨大的碳減排潛力，使學生認可冶金固廢、城市礦山等二次金屬資源的再生利用是實現“雙碳”目標的有效手段和重要支撐；聚焦“一步煉銅”“直接煉鉛”“余熱回收利用”等冶金節能減排前沿技術及關鍵生產設備的突破，引導學生思考“冶金行業技術創新對實現碳達峰碳中和的意義有哪些”，激發學生對冶金專業的學習興趣，培養學生的節能減排、低碳冶金意識。在礦產冶金及再生冶金生產過程中，低碳冶金技術從工藝源頭上就推行清潔能源、生產工藝及設備的優化控制、末端廢物的循環利用，從而減少原料消耗，降低生產成本，減少污染廢棄物的產生與排放，從產品的整個生命周期來降低能耗，專業課程教學過程中將這些綠色低碳技術與傳統冶煉工藝技術進行優勢對比，使得學生能夠理解國家“雙碳”戰略目標的深刻內涵和重大意義，建立學生在冶金工程技術實踐中的節能減排思維及“低碳冶金”思維。

（三）改進教學方法，提高學生的主動學習能力

為了適應“雙碳”戰略對人才培養的新時代要求，需要突破現有本科教育教學模式的局限，探索采用情景式、案例式、問題式、研究式、小組討論式等多元化“雙碳”工程教育教學模式，改進教學方法，提高學生學習的積極性和主動學習能力，引導學生解決實際問題，在今后的生活和工作中對節能減排、踐行綠色低碳起到模范帶頭作用。

（1）情景教學，直觀學習：在課堂講解某些金屬冶煉關鍵技術時，展示低碳冶金技術工業生產視頻或相關科研項目實驗圖片，以營造豐富多彩的課堂氛圍，增強學生對知識點的直觀理解。

（2）“案例+小組討論”式教學：任課教師將冶煉企業“雙碳”技術成果、“低碳冶金”類典型技術工程案例應用于課堂教學中，然后由教師拋出研討問題，再讓學生對技術案例中的節能減排、理論可行性、經濟效益等方面進行分析并小組討論，最后總結梳理低碳冶金技術實施方案的可行性及解決碳排放問題的有效途徑，促使學生理解“雙碳”戰略的重要性和實施途徑［4］。

（3）專題導向、自主學習：用講授式與啟發式相結合的教學模式，開展專題討論，串聯所學某個金屬冶金的知識要點，助于學生形成有機整體的知識體系，加深對低碳冶金理論及技術的理解與掌握；例如，氫氣冶金是綠色低碳技術，教學過程中以“氫氣冶金在鋼鐵冶金、有色冶金等領域的應用現狀”專題的形式進行介紹和調研討論，促使學生積極地思考氫氣冶金技術與傳統燃料（焦炭、重油等）火法冶煉、電冶金等技術的對比優勢，培養本科生的辯證思維及科學探索能力。

（4）項目引導，研究式教學：以冶金專業課程內容的知識點為依托，結合博士教師或高級職稱教師的科研成果或學術觀點，將清潔冶金、節能減排、循環經濟等方面與冶金行業“雙碳”目標直接相關的國家戰略帶入課堂，選定低碳冶金工程技術應用中的典型熱力學分析、節能減排優化措施等問題為研究課題，開展研究式教學，要求學生通過PPT或報告對研究課題進行深度分析和展示，此外在課后作業中穿插布置與低碳冶金相關的問題，督促學生自行搜索相關學術文獻或學術觀點，逐步培養學生將冶金理論知識用于解決實際碳排放問題的能力和“雙碳”創新思維。

（5）線上學習，互動討論：利用網絡平臺，結合學生專業或興趣，帶領冶金工程本科生關注“雙碳”知識線上講座資源，多渠道了解與“雙碳”目標相關的政策變化和行業動態，并開展“線上+線下”互動討論，營造濃烈的學術交流氛圍，激發學生的學習熱情及低碳意識，提升其踐行“雙碳”目標的能力［5］。由此，構建多元化“雙碳”工程教育教學模式，提高學生的主動學習能力，以提升學生的知識水平和低碳工程創新能力，有助于培養出適應“雙碳”目標的新工科人才。

（四）增強實踐教學環節中的“雙碳”思維及實踐能力

針對本科生實踐教學環節中“無低碳意識”“缺可持續發展觀念”等問題，從觀念重建、優化設計實踐環節、綠色校園建設等層面推進教學改革，逐步形成“工程倫理意識+實習基地+校內實驗+畢業設計（論文）+學科競賽+校園文化”六層次“雙碳”實踐能力培養體系。

（1）基于冶金工程是碳排放重點行業的特點，多角度梳理鋼鐵冶金、有色冶金行業的現狀及冶煉企業碳排放現狀調研，冶金工程學院和教研室組織跟“雙碳”目標相關的政策解讀，使學生充分認知“低碳”目標意識的必要性及緊迫性；邀請企業技術專家擔任本科生企業兼職導師，定期為學生講授低碳冶金專業知識及其技術應用現狀，并從冶煉廠中選擇具有代表性的真實、典型的低碳冶金技術案例舉辦講座分享，并邀請行業專家參加學生的專業知識研討會，開闊學生眼界和提升學術氛圍，使得學生認識到冶金產業對能耗的影響，深刻理解能源安全與國家責任之間、資源與環境之間的關系等工程倫理理念，增強本科生工程倫理意識，擴展“雙碳”目標的科普與傳播。

（2）結合冶金工程校外實習基地平臺，將“低碳”理念融入教學實踐環節，例如在生產實習、畢業實習、見識實習等實踐教學環節中，讓學生在工廠現場開展低碳冶金技術調研，使學生了解我國某些冶金企業目前在“雙碳”目標方面的努力和成效，通過與一些實際的冶煉生產問題進行耦合，可以讓學生在短時間迅速掌握一些低碳冶金的思維和技術，使學生切實體會設計可行的工藝過程能降低生產能耗以及生產過程的碳排放；實習報告中設置相關冶金節能減排技術總結、能源消耗計算及分析、撰寫關于低碳冶金的實習感悟等舉措，增強學生的低碳冶金意識。

（3）在校內實驗教學過程中，注重培養學生動手操作的同時，強化學生對工藝能耗的認識，深入認識能耗和實驗參數之間的對應關系及其改進措施；如“重金屬冶金學”課程內實驗——銅電解精煉，在學生掌握電耗和電流效率的計算方法的基礎上，要求學生根據實驗數據和實驗現象，分析和總結電解液溫度、電解液成分、極距、槽電壓等工藝參數對電耗和電流效率的影響規律及其調控措施，加深學生對冶金節能效益的認識。

（4）在本科畢業論文或畢業設計培養環節，注重低碳思維的融入和成效；在畢業論文實驗過程中，引導學生從減少能耗、試劑消耗以及環保角度出發來設計和優化工藝過程、實驗步驟，不斷灌輸節能減排理念；在畢業設計的選題、工廠設計、答辯等過程，要求學生進行工藝比選，完成工藝物料計算和設備選型，進行車間設計和運行費用計算，并綜合分析工藝的能耗、環保和合理性等情況，提出減污降碳措施；使得學生能夠適應未來低碳冶金技術大規模應用的行業環境，服務于國家的“雙碳”戰略［6］。

（5）圍繞“雙碳”目標，結合低碳冶金相關的科研項目，積極鼓勵學生參加校內自主設置的科技創新項目和“全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽”“全國大學生冶金科技競賽”等學科競賽，提高學生制訂科研工作方案和實驗計劃、解決問題的低碳實踐能力，潛移默化地引導學生認可低碳教育的價值。

（6）營造校園低碳文化氛圍，加強綠色學校主題宣傳教育，鼓勵大學生社團在校園內開展多式多樣的“雙碳”科普活動，大力倡導在校師生及后勤員工踐行綠色消費、節能減排、低碳生活新局面，踐行綠色校園；倡導師生將“雙碳”理念融入日常生活，培養其主動節能減排意識和能力，養成綠色低碳的生活習慣［7］。

通過全方位的低碳實踐活動，實現“雙碳”教育的理論、實踐及工程應用的相互融合與促進，讓學生真正理解低碳的重要性并具備低碳工程實踐能力，實施效果將培養學生在今后的生活和工作中對節能減排、踐行綠色低碳生活起到模范帶頭作用，愿意在其人生規劃與事業發展中始終信守低碳理念，從而落實“雙碳”人才培養戰略任務［8］。

結語

冶金工業是碳排放重點行業之一，“雙碳”戰略目標對傳統冶金工程專業人才培養帶來了新的挑戰和發展機遇，應對原有的本科教學教育方式進行優化升級調整。通過分析“雙碳”目標視閾下當前本科生的低碳工程教育面臨的問題，本文從人才培養方案、課程內容、教學方法、實踐教學環節、校園文化等方面提出了相應的教學改革模式創新途徑與方法。該教學改革將“雙碳”目標理念融入人才培養的各個環節，踐行多元化教育教學育人模式，將為培養國家“雙碳”目標視閾下未來冶金行業合格的工程師和技術研發員奠定良好基礎，為培養適應冶金行業轉型發展背景下的高層次低碳冶金創新人才，對“雙碳”戰略背景下的高校人才培養具有重要參考價值；培養當代大學生踐行“雙碳”戰略的大局意識，樹立綠色低碳生活理念，并將對工科類其他專業的綠色低碳工程教育教學改革具有借鑒意義或示范效果。

參考文獻：

［1］朱元清，馮永明，周松.“科教與產教”融合驅動船舶動力專業課程的教學改革與實踐［J］.黑龍江教育，2023（3）：4446.

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［5］吳曉勇，汪金鵬，高彩艷，等.碳中和背景下“環境材料概論”課程的教學改革與實踐［J］.湖北理工學院學報，2022，38（2）：6568.

［6］劉珊，王潤璽，劉玉飛.“雙碳”背景下《聚合物原料與助劑》課程教學改革探索［J］.上海塑料，2022（6）：6467.

［7］呂學鵬，皮錦紅，毛向陽，等.“雙碳”背景下應用型本科院校材料類專業人才培養體系優化［J］.西部素質教育，2023（9）：108111.

［8］王如志，崔素萍，聶祚仁.“雙碳”目標視角下“四位一體”本科教育模式創新［J］.中國大學教學，2022（4）：1418.

基金項目：2022年江西省高等學校教學改革研究課題立項項目“圍繞‘雙碳’目標低碳冶金視閾下新時代冶金工程人才培養創新模式的探索與實踐”（JXJG22732）；中國冶金教育學會2022年度教育科研課題“‘三全育人’視閾下冶金類研究生‘層次遞進、多維融合’課程思政路徑的構建與應用”（2022YB16）；江西理工大學校級學位與研究生教育教學改革研究項目“適應‘雙碳’目標的冶金類研究生培養改革探索與實踐”（YJG2022010）；江西理工大學教學改革研究課題“嵌入思政元素、聚焦‘雙碳’目標、融合創新教育的《重金屬冶金學》課程教學改革研究”（XJG202139）

作者簡介：賀山明（1984—），男，江西蓮花人，博士，副教授，研究方向：化工冶金及二次資源利用。

*通訊作者：王曉明。