“雙碳”背景下能源動力專業課程體系改革研究

摘 要：隨著世界范圍內碳排放越來越嚴重威脅全球的可持續發展，面向“雙碳”的能源與動力（簡稱能動）專業課程體系改革勢在必行。該文通過分析當前能動專業與“雙碳”需求之間的脫節之處，并提出構建能動專業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作用，并基于“101計劃”提出高校能動專業核心課程體系及其示范與推廣方案，據此建設服務國家“雙碳”戰略的新型能源動力實驗班進行全新能動人才培養探索，以期為同類型高校的“雙碳”背景下能動專業課程改革和人才培養提供參考。

關鍵詞：“雙碳”；能動專業；課程體系改革;新型實驗班；101計劃

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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是為了解決能源與動力方面的問題而誕生的一門學科。我國能動專業形成于20世紀50年代，能動學科先后囊括了鍋爐、渦輪機、電廠熱能、風機、壓縮機、制冷、低溫、內燃機、工程熱物理、水力機械及核能工程11個專業[1]，形成了明顯的以產品帶教學的基本格局。截至2021年，全國開設有能源與動力工程專業的大學有200余所，聚焦于化石能源的轉化和高效利用[2]。然而，當前CO2的持續排放威脅人類的可持續發展，亟需擺脫傳統的能源利用方式。因此，中國乃至全世界范圍內都提出了各自的“低碳”發展路線[3]。“低碳”及“碳中和”是百年能源革命歷史機遇，是根據地球生態持續惡化及可持續發展歷史命題國家高瞻遠矚提出的一種全局理念[4]。而綠色能源及相應的低碳技術在“碳中和”建設中將發揮越來越大的作用[5]，屬重大戰略需求并具有極其重要的學科發展價值。然而，“低碳”技術與裝備目前還處于高速發展階段，太陽能、風能、核能、生物質能及水能等能源技術方興未艾[6]，納米發電技術、熱電技術、輻射制冷技術及納米摩擦發電技術等如雨后春筍繼續推動低碳領域的持續發展[7]。而相關新興能源與低碳技術目前在工作原理、功能、材料、結構設計、加工設備、器件加工技術和應用推廣等諸多領域還處于空白或萌芽階段[8]，如何與重大戰略需求相匹配目前需要大量的優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”人才培養的實驗班具有重大戰略意義（表1）。

一 高校能動類專業課程體系現存問題及分析

我國能動專業教育經過數十年的不斷發展已經具有成熟的課程體系，但專注于傳統能源轉化技術的教授，致力于提高化石能源裝備的效率提高，符合過去數十年我國能動領域人才需求的培養。但當前隨著國家“雙碳”戰略的提出，傳統能源向低/零/負碳能源的大規模轉化勢在必行，且各個場景下的“低/零/負碳”改革具有巨大的需求，這跟過去數十年能動專業的培養模式不可協調，面臨如下幾個主要問題。

（一） 能動專業的傳統培養方案缺乏對“雙碳”戰略的支持

能動專業經過數十年的發展已經為全社會培養了千萬專業人才，為社會發展和能源動力技術帶來了巨大的支持，為當前社會持續高速發展提供充足能源和動力技術發揮了至關重要的作用。然而，隨著化石能源大規模消耗所帶來的全球氣候惡化等問題越來越嚴重，能源和動力的可持續發展更為重要。在此背景下，能源與動力的進一步發展需要注入新的理念。習近平總書記于2020年鄭重提出“雙碳”構想，為未來四十年能源與動力的發展指出了明確的發展方向及要求。“低碳”及“碳中和”是百年能源革命歷史機遇，是根據地球生態持續惡化及可持續發展歷史命題國家高瞻遠矚提出的一種全局理念，是新時代、“十四五”乃至2060年前國家長期戰略發展方向，但當前人才缺口巨大，無法匹配國家的重大需求。

（二） 適合“雙碳”需求的人才培養目的不明確

隨著“雙碳”計劃的陸續制定及新的能源與動力技術要求革新，尤其是根據有關統計超過85.5%的碳減排目標與能源和動力相關，因此，綠色能源及相應的低碳技術在國家“碳中和”建設中將發揮越來越大的作用，屬重大國家戰略需求并具有極其重要的學科發展價值。然而，面向“雙碳”的技術與裝備需求當前相對模糊，碳交易等處于風口，但最底層的能源轉化技術革新現在還處于探索期，儲能技術、氫能技術等優先發展還沒有在全社會形成共識。當前的“雙碳”新能源、動力技術需求不明確也阻礙了能動專業新型人才培養的落實與快速改革。

（三） 能動專業新培養方式缺失，課程改革需要新型實驗班推動

設立碳中和科學與技術（能源）實驗班可以培養基礎扎實、國際視野開闊、德才兼備、具備良好人文科學素養、科學精神和創新能力的新時代高素質人才，掌握碳中和背景下新能源領域所需的基本原理和知識，具備扎實的低碳/零碳/負碳能源工程基礎理論、設計、研究和應用能力、工程實踐能力和組織協調能力，能在碳中和背景下的新能源領域從事新能源整體結構和部件設計與開發、系統分析與測試、運行管理等方面工作的高級工程技術領軍人才。

（四） 能動專業課程思政評價體系缺位，課程思政缺少對國家戰略的支持

“雙碳”構想一方面來自于當前日益嚴峻的全球環境惡化，驅動全球范圍內進行能源體系改革，以維持人與自然和諧共生和人類社會的可持續發展；另一方面，“雙碳”要求下的能源體系改革也源自國家戰略的具體推動，并通過整體社會認知的提升使得社會層面能為了人類命運共同體建設而接受能源活動的短期內的波動，這與全體社會的思想政治覺悟和教育是共生共存的。而能動專業的學生處于能源活動的第一線，如何深刻理解當前能源改革和人類命運共同體建設的相互依存關系到廣大學生群體的工作、創新熱情和為人民服務過程中的科普宣傳。因此，如何在“雙碳”背景下的能動課程體系改革中關注課程思政建設對新課程體系的構建至關重要。

二 “雙碳”背景下的能動專業課程體系構建探索

為解決高校能源動力專業課程與國家“雙碳”脫節，難以培養服務“雙碳”戰略的優秀人才的問題，本文主要從知識結構、能力結構、素質結構、課外實踐和核心課程建設五方面嘗試構建新型的能動專業課程體系。

（一） 知識結構

掌握從事碳中和科學與工程領域工作所需的數學、力學等自然科學基礎、工程技術基礎知識、專業知識和技術經濟及工業管理知識，受到工程設計方法和科學研究方法的訓練，具有從事碳中和科學與工程專業相關工作所必需的運算、實驗、測試和計算機應用等技能以及工藝操作技能。

了解碳中和科學與工程領域相關的法律法規、技術標準體系，以及碳中和科學與工程專業學科范圍內科學技術新發展及其新動向。

（二） 能力結構

能力塑造目標直接決定了新課程體系的人才培養質量，因此具體優化全新的人才能力結構要求和相應的課程培養矩陣至關重要，尤其需要注意以下三方面的能力培養（圖1）。

具備較強的工程實踐能力。熟悉本專業相關的職業和行業的生產、設計、研究與開發、環境保護和可持續發展等方面的方針、政策和法律、法規及其新動向，在“碳中和”科學與工程專業及相關領域具有較強的就業競爭力。

具有較強的社會活動能力和開拓創新意識。能勝任低碳設備的設計、制造、測試、研究、營銷和管理等工作任務，并能夠在團隊中作為領導或者骨干有效地發揮作用。

具有與時俱進、求知不止的終身學習意識。能夠通過繼續教育或其他的終身學習途徑拓展自己的知識和能力，具備獨立解決復雜 “碳中和”能源系統問題的能力。

圖1 能力培養結構

（三） 素質結構

教師需要從課程思政角度出發，探討針對課程的特色教學方法，結合“雙碳”目標，在課程—教學模式—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多元化思政教學方法，構建新型能源與動力專業素質教育體系。

熱愛社會主義祖國，具有為社會主義現代化建設、為人民服務的思想覺悟，明確個人對于社會的責任；身心健康，具有良好的文化修養和心理素質。

具有良好的職業道德，具備從事“碳中和”科學與工程專業業務的能力和適應相近專業業務工作的素質。

圖2 課堂—實驗室—工程中心—學科競賽—知名企業多途徑培養

（四） 課外實踐

針對當前社會發展和個人職業規劃需求，新課程體系在降低畢業學分要求的前提下更加側重課外實踐，包括創新創業教育、項目驅動教育、前沿科技論壇和生產一線實習等（圖3）。

項目驅動與前沿科技視野拓展方面，入學伊始進行針對“碳中和”技術的項目組組建，通過文獻調研，自主規劃長期項目，四年時間內完成整個項目。

針對人才培養與社會需求相匹配的要求，探索創新創業教育，通過深入生產一線鍛煉學生所學與所需緊密結合的能力。

圖3 科學系統的實踐教學體系培養學生工程實踐能力

（五） 基于“101計劃”的核心課程體系建設

“101計劃”是教育部推動的關注基礎學科本科教育的計劃，最初由計算機領域最高獎圖靈獎得主約翰·霍普克羅夫特提出。能動專業新課程體系建設應該圍繞教育部最新要求展開（圖4）。

1 科學構建課程體系

基于“101計劃”全面落實普通本科高校專業教學質量國家標準，堅持行業對人才的需求，樹立以學生發展為中心的人才培養理念，按照“通識教育—學科基礎—專業知識—創新實踐”的培養思路進行新課程體系構建。

2 優化課程設置

強化“碳中和”技術的教材建設和課程建設，優化過時知識內容，適當提高數學類、計算機類課程的教學要求，促進學生知識結構優化和“碳中和”理念形成。

3 實現課程多元融合

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

4 構建實踐教學體系

著力構建“教學平臺—教學實驗室—工程中心—實習基地”多層次的高質量實踐教學體系，實施與理論教學深度融合的專業實踐教學。通過虛擬仿真實驗、線上實訓等，開拓學生的研究視野，培養其工程實踐能力，鼓勵學生積極參與認證、職業技能培訓及鑒定等。

三 “雙碳”背景下的能動專業新型實驗班建設構想

面向“雙碳”戰略的能動專業新課程體系建設，最終需要通過班級建設的教學示范與推廣檢驗人才培養的效果。而相關課程體系的實踐也需要在制度設計層面予以考慮，即學校要明確政策導向，出臺激勵措施，院系要落實班級建設路線，組織師資隊伍進行新課程體系教學規劃和教材編寫[10]。而針對全新設計的實踐課程，要充分調動各類資源進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。實驗班建設具體途徑包括以下幾方面。

第一，開展課程體系建設專題研討。定期開展新課程體系研討會，保證課程大綱的科學性、系統性、規范性和課改進度。新型實驗班建設應當成立校、院兩級參與的指導小組，并與本專業老師定期、多次共同探索課程建設。

第二，舉辦校-企聯合講壇。充分認識能動專業的工科背景，通過邀請企業走進學校，切實探討當前企業的“雙碳”方面的具體需求，包括人才需求和技術需求，最大程度促進交流，持續推進面向需求的領軍人才培養模式建設。

第三，構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行重點支持，并投入專項經費，保障實驗班建設順利進行。

四 結束語

針對人類可持續發展這一嚴肅課題，國家乃至全世界范圍內的“雙碳”戰略都要求能動專業人才培養需要深層次改革，尤其是改變以化石能源為主的能源利用模式，而這與當前的知識體系存在巨大的沖突。因此，值此歷史機遇期進行能動專業面向“雙碳”的課程體系改革極為必要，是提高人才培養質量、實現“為誰培養人”根本目標的必然之路。本文分析了高校能動專業課程體系存在的缺陷，并構建了面向“雙碳”的新課程體系，最終提出新型實驗班構想以進行新課程體系的示范與推廣，為全國高校相關課程改革提出探索方案。

參考文獻：

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[8] 張玄.努力打造“雙碳”專業人才隊伍[J].中國人才，2023（1）：65.

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[10] 韋春北.把握好課程思政改革創新的四個維度[J].中國高等教育，2020（9）：22-23.