“雙碳”背景下能源動力專業(yè)課程體系改革研究

摘 要：隨著世界范圍內(nèi)碳排放越來越嚴(yán)重威脅全球的可持續(xù)發(fā)展，面向“雙碳”的能源與動力（簡稱能動）專業(yè)課程體系改革勢在必行。該文通過分析當(dāng)前能動專業(yè)與“雙碳”需求之間的脫節(jié)之處，并提出構(gòu)建能動專業(yè)新型課程體系的必要性，同時探究課程思政在未來課程體系中的價值引領(lǐng)作用，并基于“101計劃”提出高校能動專業(yè)核心課程體系及其示范與推廣方案，據(jù)此建設(shè)服務(wù)國家“雙碳”戰(zhàn)略的新型能源動力實驗班進(jìn)行全新能動人才培養(yǎng)探索，以期為同類型高校的“雙碳”背景下能動專業(yè)課程改革和人才培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：“雙碳”；能動專業(yè)；課程體系改革;新型實驗班；101計劃

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）35-0150-04

Abstract： With the carbon emissions becoming more and more serious， threatening the global sustainable development， it is imperative to reform thecurriculum system for energy and powerengineering for the goals of "carbon peak， carbon neutrality". By analyzing the disconnection between the current active major and the demand of "carbon peak， carbon neutrality"， this paper proposes the necessity of constructing a new curriculum system for energy and power engineering， explores the value leading role of curriculum ideology and politics in the future curriculum system， and proposes the core curriculum system of energy and power engineering in colleges and universities and its demonstration and promotion plan based on "101" project. Based on this， a new energy and power experimental class serving the national "carbon peak， carbon neutrality" strategy is established to explore the cultivation of new talents， in order to provide references for the curriculum construction and talent training of energy and power engineering under the background of "carbon peak， carbon neutrality" in the same type of universities.

Keywords： carbon peaking and carbon neutrality; energy and power engineering; curriculum system reform; new experimental class; Plan of 101

能源與動力工程專業(yè)是為了解決能源與動力方面的問題而誕生的一門學(xué)科。我國能動專業(yè)形成于20世紀(jì)50年代，能動學(xué)科先后囊括了鍋爐、渦輪機(jī)、電廠熱能、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、制冷、低溫、內(nèi)燃機(jī)、工程熱物理、水力機(jī)械及核能工程11個專業(yè)[1]，形成了明顯的以產(chǎn)品帶教學(xué)的基本格局。截至2021年，全國開設(shè)有能源與動力工程專業(yè)的大學(xué)有200余所，聚焦于化石能源的轉(zhuǎn)化和高效利用[2]。然而，當(dāng)前CO2的持續(xù)排放威脅人類的可持續(xù)發(fā)展，亟需擺脫傳統(tǒng)的能源利用方式。因此，中國乃至全世界范圍內(nèi)都提出了各自的“低碳”發(fā)展路線[3]。“低碳”及“碳中和”是百年能源革命歷史機(jī)遇，是根據(jù)地球生態(tài)持續(xù)惡化及可持續(xù)發(fā)展歷史命題國家高瞻遠(yuǎn)矚提出的一種全局理念[4]。而綠色能源及相應(yīng)的低碳技術(shù)在“碳中和”建設(shè)中將發(fā)揮越來越大的作用[5]，屬重大戰(zhàn)略需求并具有極其重要的學(xué)科發(fā)展價值。然而，“低碳”技術(shù)與裝備目前還處于高速發(fā)展階段，太陽能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能及水能等能源技術(shù)方興未艾[6]，納米發(fā)電技術(shù)、熱電技術(shù)、輻射制冷技術(shù)及納米摩擦發(fā)電技術(shù)等如雨后春筍繼續(xù)推動低碳領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展[7]。而相關(guān)新興能源與低碳技術(shù)目前在工作原理、功能、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工設(shè)備、器件加工技術(shù)和應(yīng)用推廣等諸多領(lǐng)域還處于空白或萌芽階段[8]，如何與重大戰(zhàn)略需求相匹配目前需要大量的優(yōu)秀本科人才予以推動[9]。因此，探索此背景下的能動課程體系改革，且嘗試建立面向“雙碳”人才培養(yǎng)的實驗班具有重大戰(zhàn)略意義（表1）。

一 高校能動類專業(yè)課程體系現(xiàn)存問題及分析

我國能動專業(yè)教育經(jīng)過數(shù)十年的不斷發(fā)展已經(jīng)具有成熟的課程體系，但專注于傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的教授，致力于提高化石能源裝備的效率提高，符合過去數(shù)十年我國能動領(lǐng)域人才需求的培養(yǎng)。但當(dāng)前隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略的提出，傳統(tǒng)能源向低/零/負(fù)碳能源的大規(guī)模轉(zhuǎn)化勢在必行，且各個場景下的“低/零/負(fù)碳”改革具有巨大的需求，這跟過去數(shù)十年能動專業(yè)的培養(yǎng)模式不可協(xié)調(diào)，面臨如下幾個主要問題。

（一） 能動專業(yè)的傳統(tǒng)培養(yǎng)方案缺乏對“雙碳”戰(zhàn)略的支持

能動專業(yè)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)為全社會培養(yǎng)了千萬專業(yè)人才，為社會發(fā)展和能源動力技術(shù)帶來了巨大的支持，為當(dāng)前社會持續(xù)高速發(fā)展提供充足能源和動力技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而，隨著化石能源大規(guī)模消耗所帶來的全球氣候惡化等問題越來越嚴(yán)重，能源和動力的可持續(xù)發(fā)展更為重要。在此背景下，能源與動力的進(jìn)一步發(fā)展需要注入新的理念。習(xí)近平總書記于2020年鄭重提出“雙碳”構(gòu)想，為未來四十年能源與動力的發(fā)展指出了明確的發(fā)展方向及要求。“低碳”及“碳中和”是百年能源革命歷史機(jī)遇，是根據(jù)地球生態(tài)持續(xù)惡化及可持續(xù)發(fā)展歷史命題國家高瞻遠(yuǎn)矚提出的一種全局理念，是新時代、“十四五”乃至2060年前國家長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，但當(dāng)前人才缺口巨大，無法匹配國家的重大需求。

（二） 適合“雙碳”需求的人才培養(yǎng)目的不明確

隨著“雙碳”計劃的陸續(xù)制定及新的能源與動力技術(shù)要求革新，尤其是根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計超過85.5%的碳減排目標(biāo)與能源和動力相關(guān)，因此，綠色能源及相應(yīng)的低碳技術(shù)在國家“碳中和”建設(shè)中將發(fā)揮越來越大的作用，屬重大國家戰(zhàn)略需求并具有極其重要的學(xué)科發(fā)展價值。然而，面向“雙碳”的技術(shù)與裝備需求當(dāng)前相對模糊，碳交易等處于風(fēng)口，但最底層的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)革新現(xiàn)在還處于探索期，儲能技術(shù)、氫能技術(shù)等優(yōu)先發(fā)展還沒有在全社會形成共識。當(dāng)前的“雙碳”新能源、動力技術(shù)需求不明確也阻礙了能動專業(yè)新型人才培養(yǎng)的落實與快速改革。

（三） 能動專業(yè)新培養(yǎng)方式缺失，課程改革需要新型實驗班推動

設(shè)立碳中和科學(xué)與技術(shù)（能源）實驗班可以培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、國際視野開闊、德才兼?zhèn)洹⒕邆淞己萌宋目茖W(xué)素養(yǎng)、科學(xué)精神和創(chuàng)新能力的新時代高素質(zhì)人才，掌握碳中和背景下新能源領(lǐng)域所需的基本原理和知識，具備扎實的低碳/零碳/負(fù)碳能源工程基礎(chǔ)理論、設(shè)計、研究和應(yīng)用能力、工程實踐能力和組織協(xié)調(diào)能力，能在碳中和背景下的新能源領(lǐng)域從事新能源整體結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計與開發(fā)、系統(tǒng)分析與測試、運(yùn)行管理等方面工作的高級工程技術(shù)領(lǐng)軍人才。

（四） 能動專業(yè)課程思政評價體系缺位，課程思政缺少對國家戰(zhàn)略的支持

“雙碳”構(gòu)想一方面來自于當(dāng)前日益嚴(yán)峻的全球環(huán)境惡化，驅(qū)動全球范圍內(nèi)進(jìn)行能源體系改革，以維持人與自然和諧共生和人類社會的可持續(xù)發(fā)展；另一方面，“雙碳”要求下的能源體系改革也源自國家戰(zhàn)略的具體推動，并通過整體社會認(rèn)知的提升使得社會層面能為了人類命運(yùn)共同體建設(shè)而接受能源活動的短期內(nèi)的波動，這與全體社會的思想政治覺悟和教育是共生共存的。而能動專業(yè)的學(xué)生處于能源活動的第一線，如何深刻理解當(dāng)前能源改革和人類命運(yùn)共同體建設(shè)的相互依存關(guān)系到廣大學(xué)生群體的工作、創(chuàng)新熱情和為人民服務(wù)過程中的科普宣傳。因此，如何在“雙碳”背景下的能動課程體系改革中關(guān)注課程思政建設(shè)對新課程體系的構(gòu)建至關(guān)重要。

二 “雙碳”背景下的能動專業(yè)課程體系構(gòu)建探索

為解決高校能源動力專業(yè)課程與國家“雙碳”脫節(jié)，難以培養(yǎng)服務(wù)“雙碳”戰(zhàn)略的優(yōu)秀人才的問題，本文主要從知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、素質(zhì)結(jié)構(gòu)、課外實踐和核心課程建設(shè)五方面嘗試構(gòu)建新型的能動專業(yè)課程體系。

（一） 知識結(jié)構(gòu)

掌握從事碳中和科學(xué)與工程領(lǐng)域工作所需的數(shù)學(xué)、力學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識和技術(shù)經(jīng)濟(jì)及工業(yè)管理知識，受到工程設(shè)計方法和科學(xué)研究方法的訓(xùn)練，具有從事碳中和科學(xué)與工程專業(yè)相關(guān)工作所必需的運(yùn)算、實驗、測試和計算機(jī)應(yīng)用等技能以及工藝操作技能。

了解碳中和科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)的法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以及碳中和科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)科范圍內(nèi)科學(xué)技術(shù)新發(fā)展及其新動向。

（二） 能力結(jié)構(gòu)

能力塑造目標(biāo)直接決定了新課程體系的人才培養(yǎng)質(zhì)量，因此具體優(yōu)化全新的人才能力結(jié)構(gòu)要求和相應(yīng)的課程培養(yǎng)矩陣至關(guān)重要，尤其需要注意以下三方面的能力培養(yǎng)（圖1）。

具備較強(qiáng)的工程實踐能力。熟悉本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計、研究與開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法律、法規(guī)及其新動向，在“碳中和”科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的就業(yè)競爭力。

具有較強(qiáng)的社會活動能力和開拓創(chuàng)新意識。能勝任低碳設(shè)備的設(shè)計、制造、測試、研究、營銷和管理等工作任務(wù)，并能夠在團(tuán)隊中作為領(lǐng)導(dǎo)或者骨干有效地發(fā)揮作用。

具有與時俱進(jìn)、求知不止的終身學(xué)習(xí)意識。能夠通過繼續(xù)教育或其他的終身學(xué)習(xí)途徑拓展自己的知識和能力，具備獨(dú)立解決復(fù)雜 “碳中和”能源系統(tǒng)問題的能力。

圖1 能力培養(yǎng)結(jié)構(gòu)

（三） 素質(zhì)結(jié)構(gòu)

教師需要從課程思政角度出發(fā)，探討針對課程的特色教學(xué)方法，結(jié)合“雙碳”目標(biāo)，在課程—教學(xué)模式—實踐形式中充分挖掘（圖2），形成“雙碳”背景下的能源與動力專業(yè)多元化思政教學(xué)方法，構(gòu)建新型能源與動力專業(yè)素質(zhì)教育體系。

熱愛社會主義祖國，具有為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)、為人民服務(wù)的思想覺悟，明確個人對于社會的責(zé)任；身心健康，具有良好的文化修養(yǎng)和心理素質(zhì)。

具有良好的職業(yè)道德，具備從事“碳中和”科學(xué)與工程專業(yè)業(yè)務(wù)的能力和適應(yīng)相近專業(yè)業(yè)務(wù)工作的素質(zhì)。

圖2 課堂—實驗室—工程中心—學(xué)科競賽—知名企業(yè)多途徑培養(yǎng)

（四） 課外實踐

針對當(dāng)前社會發(fā)展和個人職業(yè)規(guī)劃需求，新課程體系在降低畢業(yè)學(xué)分要求的前提下更加側(cè)重課外實踐，包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、項目驅(qū)動教育、前沿科技論壇和生產(chǎn)一線實習(xí)等（圖3）。

項目驅(qū)動與前沿科技視野拓展方面，入學(xué)伊始進(jìn)行針對“碳中和”技術(shù)的項目組組建，通過文獻(xiàn)調(diào)研，自主規(guī)劃長期項目，四年時間內(nèi)完成整個項目。

針對人才培養(yǎng)與社會需求相匹配的要求，探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，通過深入生產(chǎn)一線鍛煉學(xué)生所學(xué)與所需緊密結(jié)合的能力。

圖3 科學(xué)系統(tǒng)的實踐教學(xué)體系培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力

（五） 基于“101計劃”的核心課程體系建設(shè)

“101計劃”是教育部推動的關(guān)注基礎(chǔ)學(xué)科本科教育的計劃，最初由計算機(jī)領(lǐng)域最高獎圖靈獎得主約翰·霍普克羅夫特提出。能動專業(yè)新課程體系建設(shè)應(yīng)該圍繞教育部最新要求展開（圖4）。

1 科學(xué)構(gòu)建課程體系

基于“101計劃”全面落實普通本科高校專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，堅持行業(yè)對人才的需求，樹立以學(xué)生發(fā)展為中心的人才培養(yǎng)理念，按照“通識教育—學(xué)科基礎(chǔ)—專業(yè)知識—創(chuàng)新實踐”的培養(yǎng)思路進(jìn)行新課程體系構(gòu)建。

2 優(yōu)化課程設(shè)置

強(qiáng)化“碳中和”技術(shù)的教材建設(shè)和課程建設(shè)，優(yōu)化過時知識內(nèi)容，適當(dāng)提高數(shù)學(xué)類、計算機(jī)類課程的教學(xué)要求，促進(jìn)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化和“碳中和”理念形成。

3 實現(xiàn)課程多元融合

以專業(yè)知識為載體，從與課程相關(guān)的人文積淀、時事熱點以及專業(yè)工程案例、科技前沿等方面入手，開展課程思政建設(shè)，實現(xiàn)專思融合，弘揚(yáng)家國情懷和立足基層、甘于奉獻(xiàn)的精神。

4 構(gòu)建實踐教學(xué)體系

著力構(gòu)建“教學(xué)平臺—教學(xué)實驗室—工程中心—實習(xí)基地”多層次的高質(zhì)量實踐教學(xué)體系，實施與理論教學(xué)深度融合的專業(yè)實踐教學(xué)。通過虛擬仿真實驗、線上實訓(xùn)等，開拓學(xué)生的研究視野，培養(yǎng)其工程實踐能力，鼓勵學(xué)生積極參與認(rèn)證、職業(yè)技能培訓(xùn)及鑒定等。

三 “雙碳”背景下的能動專業(yè)新型實驗班建設(shè)構(gòu)想

面向“雙碳”戰(zhàn)略的能動專業(yè)新課程體系建設(shè)，最終需要通過班級建設(shè)的教學(xué)示范與推廣檢驗人才培養(yǎng)的效果。而相關(guān)課程體系的實踐也需要在制度設(shè)計層面予以考慮，即學(xué)校要明確政策導(dǎo)向，出臺激勵措施，院系要落實班級建設(shè)路線，組織師資隊伍進(jìn)行新課程體系教學(xué)規(guī)劃和教材編寫[10]。而針對全新設(shè)計的實踐課程，要充分調(diào)動各類資源進(jìn)行課外實踐資源的對接，營造良好的面向“雙碳”的新型課程體系實踐氛圍。實驗班建設(shè)具體途徑包括以下幾方面。

第一，開展課程體系建設(shè)專題研討。定期開展新課程體系研討會，保證課程大綱的科學(xué)性、系統(tǒng)性、規(guī)范性和課改進(jìn)度。新型實驗班建設(shè)應(yīng)當(dāng)成立校、院兩級參與的指導(dǎo)小組，并與本專業(yè)老師定期、多次共同探索課程建設(shè)。

第二，舉辦校-企聯(lián)合講壇。充分認(rèn)識能動專業(yè)的工科背景，通過邀請企業(yè)走進(jìn)學(xué)校，切實探討當(dāng)前企業(yè)的“雙碳”方面的具體需求，包括人才需求和技術(shù)需求，最大程度促進(jìn)交流，持續(xù)推進(jìn)面向需求的領(lǐng)軍人才培養(yǎng)模式建設(shè)。

第三，構(gòu)建面向新型課程體系的實驗班。在制度保障層面要對實驗班進(jìn)行重點支持，并投入專項經(jīng)費(fèi)，保障實驗班建設(shè)順利進(jìn)行。

四 結(jié)束語

針對人類可持續(xù)發(fā)展這一嚴(yán)肅課題，國家乃至全世界范圍內(nèi)的“雙碳”戰(zhàn)略都要求能動專業(yè)人才培養(yǎng)需要深層次改革，尤其是改變以化石能源為主的能源利用模式，而這與當(dāng)前的知識體系存在巨大的沖突。因此，值此歷史機(jī)遇期進(jìn)行能動專業(yè)面向“雙碳”的課程體系改革極為必要，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、實現(xiàn)“為誰培養(yǎng)人”根本目標(biāo)的必然之路。本文分析了高校能動專業(yè)課程體系存在的缺陷，并構(gòu)建了面向“雙碳”的新課程體系，最終提出新型實驗班構(gòu)想以進(jìn)行新課程體系的示范與推廣，為全國高校相關(guān)課程改革提出探索方案。

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