“雙碳”時代環境專業人才培養的實踐性教學模式 \t

摘 要：綠色發展觀與“雙碳”戰略是新時期生態文明建設的重中之重，培養具有“雙碳”思維和環境工程專業技能的高水平人才是實現“雙碳”目標的關鍵。該文從深化課程內容和拓展實踐方式兩個方面探討“雙碳”時代中環境專業人才培養的實踐性教學模式優化方案。以“雙碳”目標達成為導向，構建“課堂教學—案例研討—課程設計—調研實踐—研究性學習”五位一體的多元浸潤的育人模式，取得良好的人才培養效果和豐富的教學成果，幫助學生深化綠色發展理念和節能降碳意識、強化動手實踐能力和創新精神，實現學思結合、知行統一，具有重要的指導意義和推廣價值。

關鍵詞：“雙碳”；環境工程；人才培養；實踐性教學；給排水管網工程

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）35-0034-04

Abstract： The green development concept and the "dual carbon" strategy are the top priorities in the construction of ecological civilization in the new era， and cultivating high-level talents with "dual carbon" thinking and environmental engineering professional skills is the key to achieving the "dual carbon" goal. This paper discusses the optimization plan of the practical teaching mode for the cultivation of environmental professionals in the "dual carbon" era from the two aspects of deepening the course content and expanding the practice method. Guided by the achievement of the "dual carbon" goal， a multi-infiltration education mode of "classroom teaching-case study-course design-research-practice-research" has been constructed. It has achieved good talent training effects and great teaching results， helping students deepen the concept of green development and the awareness of energy saving and carbon reduction， strengthening hands-on practical ability and innovative spirit， realizing the combination of learning and thinking， and the unity of knowledge and action， which has important guiding significance and promotion value.

Keywords： "dual carbon"; environmental engineering; professional cultivation; practical teaching; water supply and drainage pipeline engineering

2020年，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。黨的二十大報告指出：“實現碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。”“雙碳”目標的提出對環境領域的發展帶來了重要機遇和重大挑戰[1]。當前，我國處于工業化和城市化尚未完成的歷史階段，面臨著局地污染和全球氣候變化兩大并存問題，必須通過建立綠色低碳的技術、產業和能源體系，將降低溫室氣體排放和解決其他污染物問題、生態修復問題一體解決[2]。因此，國家對具備科學素養、創新意識、跨界能力的“雙碳”人才的需求日益迫切。在推進這場系統性變革的過程中，培養具有“雙碳”思維和環境污染治理專業技能的高水平人才是“雙碳”目標達成的重要因素[3]。因此，我們需要充分發揮高校基礎研究和學科交叉融合的優勢，加快構建“雙碳”科技創新體系和人才培養體系。

市政供水和排水系統像城市的血管，是城市建設和經濟發展的重要基礎和保障[4]。給排水管網工程是高等院校環境類專業核心課程之一，是培養環境領域專業人才的主陣地，對于如期實現“雙碳”目標至關重要。課程內容覆蓋排水管網工程、給水管網工程、雨水管網工程和水泵與泵站工程等方面內容。教學團隊以構建適應“雙碳”時代的專業課程為目標，秉承“厚基礎、促融合、重實踐、求創新”的人才培養方針，在引導本科生理解給排水管網領域的設計原理、設計原理和前沿技術的基礎上，注重學生的實踐能力提升和創新思維養成，以期培養助力“雙碳”目標達成的應用型創新人才[5]。本文主要從“雙碳”專業知識內容深化、“雙碳”實踐教學方法構建和“雙碳”理念融入3個方面來探討“雙碳”時代環境專業的人才培養[6]。

一 實踐性教學面臨的主要問題及主要改革思路

目前，高等教育環境相關專業的教育模式和人才培養理念與“雙碳”目標國家戰略發展方向的融合度不足，傳統“填鴨式”授課以課堂講授為主，與“雙碳”目標相關的特色專業課程較少。由于學生缺乏對“雙碳”相關實際工程的認知，難以將理論與實際工程相連接，難以形成工程思維。“雙碳”理論和技術缺乏實踐和應用，使得學生對“雙碳”目標的參與度不高且技術創新和探索意識不強。同時，學生的職業理想信念模糊，專業認同感不強，具體包括以下三個問題。

（一） 涉及“雙碳”目標的教學內容滯后

隨著科技發展，給排水管網的設計理論和施工技術也快速發展，許多新工藝、新標準、新管材和新設備不斷涌現，亟需對課程內容進行迭代更新。并且，目前的教學內容中與碳中和相關的低碳、零碳、負碳技術十分有限，也沒有覆蓋碳政策、碳金融、碳管理和碳市場等方面的知識。因此，缺乏與“雙碳”相關的課程內容將難以適應當前社會飛速發展和“雙碳”目標的要求，使環境專業的學生在面對日益嚴峻的環境和能源挑戰時顯得有些力不從心。

（二） 以“雙碳”目標為導向的專業實踐教學不足

在“雙碳”背景下，環境專業的畢業生不僅需要掌握基本理論和基本知識，還需要具備與“雙碳”相關的實踐能力。雖然教學團隊已在課堂授課基礎上開設了實踐教學環節，但仍存在著實踐教學與“雙碳”融合不夠緊密的問題，實踐教學環節中缺乏“雙碳”方面的實踐內容。具體而言，目前實習實踐主要為參觀自來水廠、污水處理廠和環境咨詢科技公司，雖然可以使學生更直觀地掌握水處理的原理和運維方面的知識，但對于水廠運行過程中所涉及的碳排放情況較少，難以滿足可持續發展戰略和“雙碳”時代的環境類人才需求。

（三） 人才培養過程中的“雙碳”思政元素融入不深

要達成“碳中和”目標，不但要培養具備豐富的基礎理論、廣博的專業知識和扎實的實踐能力的專業人才，還需要從思想觀念和行為意識上對學生開展耳濡目染的育人工作。但是，目前授課中對于“雙碳”理念的灌輸較少，“雙碳”思政教育與專業課程的有效融合不足，學生沒有深度理解給排水管網建設對新時代社會主義建設和“雙碳”愿景達成的重要性和必要性，缺乏職業認同感和職業責任感。

二 實踐性教學改革的主要內容及具體舉措

為順應“雙碳”時代要求，教學團隊以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導[7]，提出以“掌握理論知識”為基礎培養目標、以“培養科學素養”為創新培養目標、以“融合雙碳理念”為時代培養目標的立體化給排水管網工程課程培養目標（圖1）。教研組以習近平生態文明思想、綠色發展觀為牽引，從“雙碳”專業知識內容深化、“雙碳”實踐教學方法構建和“雙碳”理念融入3個方面進行一系列探索和實踐。

圖1 “雙碳”時代環境專業人才培養的實踐性教學目標

（一） “雙碳”背景下，給排水管網工程課程內容的深化

結合現有教學團隊和研究團隊的資源優勢，在講授給排水管網工程基礎專業知識的同時，強化對學生“雙碳”理念的全面培養。補充了減污降碳和可持續發展的“雙碳”知識體系，如低碳工藝研發與運營、補充給排水管網工程與碳排放的關系、碳排放計算與模型建立、碳中和運行潛力測算等。及時把科研成果轉變成教學內容，以環境專業視角向學生講授最新的“雙碳”科技前沿和污水資源化等相關工程化應用進展，拓展學生的全球化科研視野，提高學生的自主學習能力。并且，與粵港澳大灣區建設和現有科研資源緊密結合，使此課程具備更深層次的地區服務性與時代應用性。

例如補充“雙碳”內涵的講述，讓學生理解實現碳達峰碳中和是堅持綠色低碳發展戰略舉措的重要支撐，是生態文明建設的必然要求，是積極應對氣候變化大國擔當的重要體現，是經濟社會全面綠色轉型的重要抓手。同時，幫助學生正確理解四對關系：發展和減排的關系、整體和局部的關系、長遠目標和短期目標的關系、政府和市場的關系。引導學生就“既然我國人均累計碳排放并不高，為何要提出‘雙碳’戰略？”這一問題開展討論。在討論過程中，講述將碳達峰碳中和納入生態文明建設整體布局，體現了高質量發展的內在要求。碳達峰碳中和的時間節點倒逼我國在不到10年時間內實現碳達峰，這意味著生態環保在我國發展全局中的位置越來越突出，實現發展與環境保護的深度融合成為經濟高質量發展的內在要求和必然趨勢。在碳排放源分析方面，使學生認識污水回收處理系統中的碳排放源既包括污水收集和處理過程中在現場直接向大氣中排放的CO2和CH4，也包括在收集、運輸和處理階段間接消耗能量和物料的過程中引起的溫室氣體排放。對于碳減排，系統講解電能消耗是給水管網系統的主要間接碳排放來源。在管網水力計算中，啟發學生思考如何降低管網水頭損失以節省能耗；在污水收集和處理過程引導學生思考如何能利用污水和污泥中的碳源。

（二） “雙碳”背景下，給排水管網工程實踐方式的擴展

實踐性教學是給排水管網工程課程中非常重要的教學環節，實習實踐是使學生深度理解“雙碳”目標重大意義的重要途徑。以“雙碳”目標達成為導向，學院建設了20個工程實踐基地，組織學生在環保企業開展參觀實習，向學生提供多元化的實習實踐方式。在此基礎上，教研組構建了“課堂教學—案例研討—課程設計—調研實踐—研究性學習”五位一體多元浸潤的實踐性教學模式。通過案例研討、課程設計、調研實踐和研究性學習多個實踐性教學環節，在實踐教學中加入降低水處理行業碳排放量的實踐和創新教學內容，將理論教學、實踐教學和創新教學有機結合。鼓勵本科生自主研發低碳環保技術，逐漸提升本科生的實踐能力、創新能力和分析解決實際工程問題的能力，做到知行合一（圖2）。

圖2 實踐性教學改革的主要內容及具體舉措

在案例研討環節，重點講述綠色低碳發展理念的中國實踐。通過南水北調、海綿城市、金門跨海輸水等經典工程案例中涉及的降碳和減碳技術措施，讓學生理解“雙碳”目標對我國綠色低碳發展具有引領性和系統性，以及其帶來的環境質量改善和產業發展的多重效應。通過一系列新型低碳工程技術的講解，讓學生體會到環境質量改善與溫室氣體控制的協同增效作用。從綠色發展觀的角度，對典型工程案例進行碳排放情況進行診斷分析，引導學生思考通過哪些手段可以減少碳排放，提出相應的碳減排和碳回收方案，減少“碳源”，增加“碳匯”。

在課程設計環節，讓學生理解“雙碳”目標是加快生態文明建設和實現高質量發展的重要抓手。引導學生從全局考慮減少碳排放的設計思路，從規劃理念、工藝選擇和運行管理方面將“碳排放尺度”概念引入方案比選中。讓學生理解管網設計目標不僅僅是完成給排水的收集和輸送任務，還要在水的收集、輸送、處理和處置各個環節核算其設計成果的碳排放量。在虛擬仿真教學中補充碳核算模塊，學生可以直接進入虛擬仿真平臺開展相關課程實訓，如給排水管網的施工安裝、泵內部結構與構造等，解除場地掣肘。通過交互操作使學生理解可以通過優化泵組運行工況、調控管網水力條件、使用新型管材等節能措施來降低能源消耗和碳排放，使學生加深對供水和污水收集處置過程中“碳中和”的認識并產生興趣。在調研實踐環節，將“教室”建到企業和科研機構，開展以信宜、中山等地區開展“碳足跡”調研實踐，指導學生撰寫調研報告，為政府提出碳減排建議，解決現有課程理論教學與實際工程難以銜接的問題。組織學生參觀環保科技企業的“雙碳”相關工程項目，切身體會科技創新是達成“雙碳”目標的動力源泉。在原有水廠和泵站實習中增加“水廠碳足跡的探索”等內容，通過對碳排放量測算及分析讓學生了解自來水廠和污水廠處理過程中所產生的碳排放情況，進而找出能夠降低碳排放量途徑。增加對污水余溫熱能回收的水源熱泵的參觀和學習，使學生在“學中做”和“做中學”的過程中強化掌握給排水管網工程基本原理，強化學生的“雙碳”實踐能力和節能減排意識。

在研究性學習環節，引導學生開展綠色低碳技術創新研究，從給排水管網工程中涉及的減污降碳協同增效、可再生能源利用、 綠色新管材制造和碳捕集與利用等方面設置研究課題，指導學生完成大學生創新創業項目等科研項目，激發學生的科研興趣，提高學生的創新思維和科研能力。

（三） “雙碳”思政元素在給排水管網工程教學過程中的融入

在給排水管網工程理論教學和實習實踐全過程中，結合國家需求、行業需求、國際趨勢深入挖掘“雙碳”的思想價值和科學本質，將理想信念、品德修養、法律意識和愛國情懷等“雙碳”思政元素巧妙融入。建設了“雙碳”目標主題案例庫，收集和整理習近平生態文明思想理論和“雙碳”科創實踐的思政內容，包括國家政策、經典工程案例、綠色發展中的優秀科學家和工程師事跡及生態文明紀錄片短視頻等。基于碳達峰碳中和“1+N” 政策體系，使學生理解全國綠色低碳發展“一盤棋” 的意義。通過崇明生態島、重慶兩江低碳供能示范、福建新能源發展等綠色低碳案例，強化學生對綠色能源、低碳技術、可再生資源利用的理解，培養其科技創新意識。基于“雙碳”建設過程中涌現出的優秀工程師和科學家事跡，培養學生的高質量思想道德素質和良好的職業道德觀念。生態文明紀錄片短視頻可以讓學生直觀感受到我國“雙碳”戰略的發展成效，并增強學生的社會責任感和民族自豪感。上述思政元素與專業技術知識有機結合，基于從智力和德育雙重層面對學生進行“雙碳”思維塑造，讓學生樹立投身“雙碳”事業，解決實際環境問題的職業理想，充分發揮思政育人功能。

三 實踐性教學改革的主要創新點

（一） 課程理念創新

以“雙碳”重大戰略需求為指引，秉承“厚基礎、促融合、重實踐、求創新”的人才培養方針，提出“思想引領、知行合一、創新驅動、實干擔當”的教學理念，將思政素養、專業知識、科研素養和實踐能力有機結合，引領學生的價值取向，培養學生的家國情懷、理想信念、創新實踐能力。

（二） 教學設計創新

提出“課堂教學—案例研討—課程設計—調研實踐—研究性學習”五位一體多元浸潤的教學模式，細化課前、課中、課后的教學全流程設計。突破課本范疇，通過虛擬仿真實訓、課程設計、工程案例研討、調研實習和創新科研培訓等途徑強調實踐性教學，有效提高學生對知識的理解、掌握和運用能力，培養學生的思辨能力、創新思維和應用能力。

（三） 教學內容創新

在教學內容中補充“雙碳”的科學內涵和重大意義、綠色發展的實現路徑、管網工程前沿科技成果。并且在常規教學內容基礎上補充了實踐教學內容，包括經典工程案例、課程設計、實踐學習和研究性學習內容，并注重“雙碳”思政元素在教學過程中的融合和滲透，將立德樹人和實踐育人有機結合促進“雙碳”人才培養。

（四） 教學方法創新

基于智慧教學新模式，以網絡教學、雨學堂等線上資源輔助和拓展課堂教學；以虛擬仿真/虛擬現實平臺實現沉浸式教學；引入翻轉課堂，通過研討式教學方法提高學生的自主學習能力和思辨能力。基于實踐基地和科研項目，以產教融合的教學方法強化學生的“雙碳”思維和實踐能力。

（五） 評價方式創新

多種考核互補，降低期末考試成績占比，提高平時成績比重，注重課程設計、課程實踐中學生的表現，讓學生把努力用在平時而不是考前突擊，提高學生的學習主動性。

四 實踐性教學改革的主要成效

本課程歷經近20年的建設和深化改革，教學內容得到了更新、完善和外延，教學方法不斷完善。學生對給排水管網工程的基本原理及設計方法牢固掌握，創新與實踐能力得到了顯著提升，在知識上有所收獲，在思想上獲得啟迪。2019—2024年，學生100%參與到創新研究中，本科生獲批“大學生創新創業訓練計劃”項目162項，在國內外大賽獲獎29項，本科生參與發表研究論文48篇。

本課程是中山大學本科生最受歡迎的課程之一，累計授課人數達900人次以上。給排水管網工程獲評廣東省線下一流本科課程、中山大學一流本科課程和校級精品課程。教學團隊獲批給排水工程廣東省教學團隊建設項目、廣東省教學團隊建設項目，承擔教改項目20余項，包括國家級虛擬仿真項目1項、教育部新工科研究與實踐項目2項、教育部主題案例項目1項、教育部產學合作協同育人項目2項、省級教學改革項目8項。發表教改論文8篇。課程建設成果在華南理工大學、廣東工業大學、廣州大學等兄弟院校得到應用，受到廣泛認可。

五 結束語

綠色發展觀與“雙碳”目標是我國生態文明建設的重大戰略。為適應“雙碳”時代對環境領域人才的迫切需求，本文探討了“雙碳”人才培養的實踐性教學模式。通過對授課內容的補足和實踐方式的拓展，使學生厚植“替碳”理念，掌握“降碳”技術，創新“低碳”技術，以“炭中和”為目標解決實際工程中的復雜環境問題，做到知行合一。從思想引領、觀念塑造、知識獲取和能力提升多個維度提升學生的“雙碳”思維和專業素養，對培養基礎扎實、具有創新意識和工程實踐能力的環境領域拔尖人才具有重要意義。

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