碳中和大背景下應(yīng)用型本科化工專業(yè)教育改革

＊黃靖 楊磊 傅明連 黃建輝

（莆田學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院 福建省新型污染物生態(tài)毒理效應(yīng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建 351100）

1.引言

近年來，全球生態(tài)環(huán)境不斷惡化，氣候變暖日趨嚴(yán)重，人類活動(dòng)特別是人類的工業(yè)生產(chǎn)所帶來的環(huán)境影響受到全球各個(gè)國家的重視。在《巴黎協(xié)定》的指導(dǎo)下，其目標(biāo)將溫度上升幅度限制在1.5℃以內(nèi)。我國為了減緩氣候的不利影響，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》等，提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”的戰(zhàn)略構(gòu)想，將碳達(dá)峰和碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)的整體布局。研究表明，國家層面的產(chǎn)業(yè)升級(jí)是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的重要途徑，在產(chǎn)業(yè)升級(jí)過程中，人才結(jié)構(gòu)需求不斷更新迭代，2021年7月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》（教科信函〔2021〕30號(hào)）對(duì)各個(gè)高校提出“碳中和”人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求。

化工行業(yè)是高耗能高污染的行業(yè)，承接著自然生產(chǎn)原料和社會(huì)終端消費(fèi)品的重要紐帶。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，化工（含石化）能耗占工業(yè)總能耗的18%左右，我國主要化工產(chǎn)品能耗高于國際領(lǐng)先水平23～29個(gè)百分點(diǎn)。另外，化工行業(yè)碳排放接近15億噸/年，占全部碳排放的4%。所以在“碳達(dá)峰”和“碳中和”的背景下，化工行業(yè)，特別是一些高耗能的行業(yè)，將首先面臨著產(chǎn)業(yè)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。在未來的20年里，高耗能的傳統(tǒng)化工生產(chǎn)模式將逐漸被淘汰，綠色化工將逐漸成為化工行業(yè)新的發(fā)展機(jī)遇。也就是說，在未來，傳統(tǒng)單一模式的化工人才需求驟降，而復(fù)合型、高素質(zhì)、應(yīng)用型的人才將會(huì)在化工行業(yè)廣受歡迎。應(yīng)用型高等院校作為培養(yǎng)技術(shù)性、工程性人才的基地，將為我國的制造業(yè)輸送大量技術(shù)員和工程師，他們也將是我國未來化工行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的中堅(jiān)力量。故在“碳達(dá)峰”和“碳中和”的背景下，應(yīng)用型本科院?；I(yè)教育將順應(yīng)時(shí)代的要求，并進(jìn)行一定培養(yǎng)模式的側(cè)重和改革，在化工專業(yè)教育中逐步滲透綠色環(huán)保工程的思想理念，這也是本文研究的目的所在。

2.我國化學(xué)化工應(yīng)用型人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

在過去，高等院校是科學(xué)技術(shù)革新的領(lǐng)頭羊，行業(yè)通過吸納高等院校人才來提高自己的科技水平。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，行業(yè)企業(yè)的科技創(chuàng)新水平已經(jīng)逐漸超過高等院校的水平，開始引領(lǐng)我國的科技發(fā)展。雖然在高等院校的教育已經(jīng)采用翻轉(zhuǎn)課堂、虛擬仿真等各種新的教學(xué)手段，但其教育的本質(zhì)主要以基礎(chǔ)的專業(yè)教育為主，缺乏行業(yè)企業(yè)實(shí)踐以及綜合職場素質(zhì)的培養(yǎng)，導(dǎo)致高等院校的畢業(yè)生無法滿足碳中和時(shí)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的人才需求。為了“碳中和”的實(shí)現(xiàn)，化學(xué)工程將與環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、信息科學(xué)、人工智能、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、管理學(xué)等學(xué)科深度交叉，而傳統(tǒng)的化工單一學(xué)科已經(jīng)遠(yuǎn)無法滿足產(chǎn)業(yè)升級(jí)后的要求，雖然不要求化工專業(yè)的學(xué)生能夠全部精通這些相關(guān)學(xué)科的知識(shí)技能，但必須有一定量的相關(guān)學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備，這就對(duì)新時(shí)期化工專業(yè)學(xué)生提出了更高的要求。另外，在化工產(chǎn)業(yè)綠色化智能化轉(zhuǎn)型后，化工行業(yè)需要技術(shù)技能合一的高素質(zhì)知識(shí)工人，而非過去的技術(shù)或技能的多能工，故在碳中和大背景下，高等院校的教學(xué)教育改革勢在必行，以適應(yīng)新背景下的產(chǎn)業(yè)人才需求。

3.碳中和背景下化工專業(yè)人才培養(yǎng)途徑

(1)聚焦行業(yè)前沿，強(qiáng)化專業(yè)技能培養(yǎng)

首先，要將專業(yè)教育中引入最新前沿的行業(yè)技術(shù)。通常來講，教育教材、圖書的專業(yè)技術(shù)知識(shí)具有一定滯后性，主要為一些基礎(chǔ)性，被廣泛認(rèn)可的專業(yè)知識(shí)，與當(dāng)下行業(yè)最新前沿的技術(shù)技能有較大差距。因此，這就需要教師在教材進(jìn)行充分挖掘的基礎(chǔ)上，將行業(yè)中最新的科技發(fā)展以及前沿的科學(xué)研究融入專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，逐步的在專業(yè)技能傳授過程中滲透。例如，在化工基礎(chǔ)課《化工熱力學(xué)》的教學(xué)過程中，教師可以在適當(dāng)?shù)恼鹿?jié)（比如相平衡章節(jié)）向?qū)W生介紹CO2捕集的前沿科技，如行業(yè)中利用富鈣鎂濃海水捕集利用CO2過程中使用多級(jí)沉淀法、新型離子液體CO2捕集劑的研發(fā)、油田中CO2驅(qū)油技術(shù)、開發(fā)CO2基綠色塑料、把CO2直接還原到碳單質(zhì)產(chǎn)物，如石墨、碳納米管和石墨烯以及由工業(yè)煙道氣生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品。

其次，在化工教育中滲透最新“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策及解讀，讓學(xué)生緊跟國家政策。“碳達(dá)峰”和“碳中和”是我國未來20年生態(tài)文明的重點(diǎn)任務(wù)，國家將持續(xù)地指定各種政策來引導(dǎo)和規(guī)范高耗能高排放的行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，教師可以在緒論或者專業(yè)導(dǎo)論中引入相關(guān)“碳中和”政策的介紹，將“碳中和”的理念貫徹到整個(gè)課程的總體脈絡(luò)中，一方面可以使課程條理性邏輯性更強(qiáng)，另一方面亦可提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感以及對(duì)未來行業(yè)發(fā)展的認(rèn)識(shí)。例如在化工專業(yè)《綠色工程原理與應(yīng)用》的課程教學(xué)中，以“碳中和”為主線，介紹原子經(jīng)濟(jì)、綠色化學(xué)、綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理、循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及綠色材料等與“碳中和”直接相關(guān)的理念和技術(shù)，并可以通過項(xiàng)目教學(xué)法以學(xué)生為主體參與綠色工藝流程的設(shè)計(jì)，也可以通過國家級(jí)生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)的介紹，讓學(xué)生了解我國目前在“碳中和”方面的努力和成效。這些教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)方面都可以滲透“碳中和”教育的思想，通過與一些實(shí)際的化工生產(chǎn)問題進(jìn)行接合，可以讓學(xué)生在短時(shí)間迅速的掌握一些綠色化工的思想和技術(shù)。

(2)借鑒先進(jìn)教學(xué)理念，強(qiáng)化職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)

在“碳中和”時(shí)代，化工行業(yè)的生產(chǎn)將更加復(fù)雜化、綠色化、智能化。這個(gè)時(shí)代的生產(chǎn)方式對(duì)化工行業(yè)應(yīng)用型人才勞動(dòng)任務(wù)需要的能力結(jié)構(gòu)提出了更高層次的要求。人才的培養(yǎng)也需要跟新背景下的生產(chǎn)方式相適應(yīng)。碳中和的背景下，勞動(dòng)分工由有限分工轉(zhuǎn)化為專業(yè)化分工，勞動(dòng)內(nèi)容由大工種操作轉(zhuǎn)變?yōu)橐惑w化生產(chǎn)系統(tǒng)，勞動(dòng)工具逐漸由機(jī)械化電動(dòng)化工具轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)機(jī)器人等智能控制系統(tǒng)，勞動(dòng)者也將由過去的技術(shù)或技能的多能工轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)技能合一的高素質(zhì)知識(shí)工人。碳中和時(shí)代的工業(yè)生產(chǎn)需要一批能夠多專業(yè)協(xié)作、具有綜合職業(yè)能力以及完整的跨學(xué)科協(xié)同的人才。

教師在一些應(yīng)用性實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程或者章節(jié)可以借鑒德國職業(yè)教育中的行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法開展教育。其教學(xué)過程可分為目標(biāo)、方案、決策、實(shí)施、控制和評(píng)價(jià)六個(gè)階段。首先，教師將實(shí)際的工作任務(wù)引入課程內(nèi)容，然后，在完成教師布置任務(wù)的過程中，學(xué)生模擬實(shí)際工作過程，進(jìn)行小組討論并且指定詳細(xì)的任務(wù)方案。接著，教師對(duì)于可行的方案進(jìn)行批準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有條件無法開展方案進(jìn)行調(diào)整后，讓學(xué)生重新進(jìn)行討論修改，直至可行為止。方案可行性后，學(xué)生小組通過教師的討論確定實(shí)施細(xì)節(jié)，實(shí)施細(xì)節(jié)要具體到何人何時(shí)借助何種媒體做某事。接下來，學(xué)生按照詳細(xì)的實(shí)施細(xì)節(jié)對(duì)任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行執(zhí)行，執(zhí)行可以根據(jù)詳細(xì)的實(shí)施進(jìn)行分工協(xié)作。在計(jì)劃實(shí)施過程中，教師將對(duì)每一個(gè)小組的任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行檢查，控制任務(wù)的進(jìn)程和質(zhì)量。各個(gè)小組根據(jù)工作任務(wù)實(shí)施過程中遇到的問題適當(dāng)?shù)恼{(diào)整工作進(jìn)度、安排、計(jì)劃，以求按時(shí)保質(zhì)保量地完成任務(wù)。最后，教師和學(xué)生共同檢查項(xiàng)目的結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)以及產(chǎn)品的質(zhì)量要求。在檢測的基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，師生一起找出工作偏差的方法和缺陷的原因。

傳統(tǒng)的課程評(píng)價(jià)體系較為注重專業(yè)能力的考核，缺乏職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)和評(píng)價(jià)。教師和學(xué)生在進(jìn)行課程成績考核時(shí)，還應(yīng)更加注重職業(yè)綜合能力的評(píng)價(jià)。職業(yè)綜合能力的評(píng)價(jià)包括團(tuán)隊(duì)合作評(píng)估、展示評(píng)估、檔案評(píng)估以及職業(yè)行動(dòng)能力的評(píng)估。團(tuán)隊(duì)合作評(píng)估可設(shè)置“有目標(biāo)的討論和處理工作任務(wù)”“組員互相幫忙和尊重”“對(duì)出現(xiàn)的問題公開討論和解決”等評(píng)價(jià)指標(biāo)，并進(jìn)行量化打分；展示評(píng)估可包含項(xiàng)目展示時(shí)的內(nèi)容條理性、專業(yè)的正確性、語言、語態(tài)以及所用的媒體進(jìn)行評(píng)價(jià)；檔案評(píng)估主要對(duì)項(xiàng)目最終的總結(jié)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)，可包括形式標(biāo)準(zhǔn)（如封面制作、文檔格式、篇幅、參考文獻(xiàn)格式等）、專業(yè)內(nèi)容（如專業(yè)概念的使用、內(nèi)容的創(chuàng)新性等）以及總體的文檔架構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置并量化打分；職業(yè)行動(dòng)能力的評(píng)估可圍繞課程章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)從專業(yè)能力、方法能力、學(xué)習(xí)能力以及個(gè)人社會(huì)能力多維度的進(jìn)行評(píng)價(jià)。在這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下，學(xué)生將有意識(shí)的注重自身除專業(yè)能力外的其它職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，以適應(yīng)化工產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型后智能化、一體化的生產(chǎn)模式需求。

另外，應(yīng)用型本科院校應(yīng)該更加關(guān)注“碳中和”大背景下的1+X證書制度建設(shè)。2021年，國家推出碳排放管理員的新職業(yè)，在《中華人民共和國職業(yè)分類大典》中的編碼為 4-09-07-04。這充分體現(xiàn)了國家和政府推進(jìn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”生態(tài)文明建設(shè)的決心，也預(yù)示下各個(gè)行業(yè)特別是化工行業(yè)發(fā)展以及職業(yè)需求方向。應(yīng)用型本科院校應(yīng)該積極根據(jù)碳排放管理員職業(yè)資格要求及時(shí)調(diào)整化工專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，加強(qiáng)碳排放管理員職業(yè)資格要求與基礎(chǔ)化學(xué)化工教育的互融互通，穩(wěn)步推進(jìn)化工專業(yè)與“碳達(dá)峰”和“碳中和”相關(guān)的1+X證書制度建設(shè)以及相關(guān)職業(yè)資格培訓(xùn)，為國家和社會(huì)培養(yǎng)更多合格的碳排放管理員，助力化工行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)以及綠色化轉(zhuǎn)型。

(3)開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在滲透碳中和教育的過程中，課堂教學(xué)是主要的方式，這一點(diǎn)是毋庸置疑的。然而，在課后積極開展一些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，能夠?yàn)檎n堂教學(xué)進(jìn)行有效的補(bǔ)充。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育具有教育時(shí)間的靈活性、自由性、形式的多樣性，更加符合當(dāng)前學(xué)生的需求。由于本科階段學(xué)生專業(yè)水平的限制，難以得到一些對(duì)科學(xué)和工程貢獻(xiàn)較大的成果。教師設(shè)置創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目可以以“碳中和”為項(xiàng)目背景，學(xué)生在應(yīng)用層面通過設(shè)計(jì)可行的工藝過程來降低生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)能耗以及生產(chǎn)過程的碳排放。這些屬于創(chuàng)新的范疇，而且能夠?qū)崒?shí)在在到“碳中和”的技術(shù)革新中。另外，在創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目中，學(xué)生創(chuàng)辦公司，了解公司的運(yùn)營及化工產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行規(guī)律，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)助，培養(yǎng)職場綜合素質(zhì)。另一方面，學(xué)生專業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)助分工以及跨學(xué)科跨專業(yè)協(xié)作，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行過程中不斷訓(xùn)練，以達(dá)到化工產(chǎn)業(yè)的智能化綠色化轉(zhuǎn)型所需人才的標(biāo)準(zhǔn)。

此外，作為地方高?？梢猿浞掷玫胤降馁Y源開展各項(xiàng)與碳中和相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。比如莆田學(xué)院環(huán)境與生物學(xué)院圍繞莆田市母親河木蘭溪的保護(hù)和綜合治理開展多項(xiàng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，包括木蘭溪水質(zhì)監(jiān)測、木蘭溪源頭保護(hù)、木蘭溪部分流域污水治理以及木蘭溪日常管理等多方面的碳核查和碳評(píng)估以及這些環(huán)節(jié)的減碳工藝設(shè)計(jì)，優(yōu)化各個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放，以達(dá)到木蘭溪綜合治理過程中的碳中和要求。莆田學(xué)院華峰產(chǎn)業(yè)學(xué)院依托莆田市鞋服產(chǎn)業(yè)平臺(tái)開發(fā)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)微專業(yè)，通過多個(gè)專業(yè)學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新，以莆田市特色鞋服產(chǎn)業(yè)減碳增效為背景，“司生”共同參與，產(chǎn)教融合，孵化鞋服行業(yè)綠色化工為主題的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，探究符合碳中和要求的生產(chǎn)工藝。這些都是地方高校為地方的實(shí)際案例，也是地方應(yīng)用型高校在碳中和時(shí)代為地方城市培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才的一種新的教學(xué)教育模式。

(4)舉辦知識(shí)競賽或講座，強(qiáng)化跨學(xué)科交流

整個(gè)“碳中和”產(chǎn)業(yè)需要多學(xué)科交叉的復(fù)合型人才，在學(xué)校的日常教學(xué)中，需要注重與“碳中和”相關(guān)思政課程的引入，可以通過向?qū)W生講授與碳中和相關(guān)的最新發(fā)展的信息以及科學(xué)趣聞，對(duì)學(xué)生的知識(shí)面進(jìn)行有效的擴(kuò)展。學(xué)校和學(xué)院可以組織跟“碳達(dá)峰”和“碳中和”的政策解讀以及最新科技進(jìn)展。同時(shí)，“碳中和”不僅僅只涉及到化學(xué)化工學(xué)科，是全部學(xué)科的都應(yīng)關(guān)注的?？梢耘e辦一些“碳中和”相關(guān)知識(shí)的競賽，能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)碳中和的知識(shí)和政策，促進(jìn)學(xué)科間的互通共融，使其在潛移默化中提升各學(xué)科綠色工程意識(shí)，培養(yǎng)多學(xué)科交叉的復(fù)合型應(yīng)用人才。

4.結(jié)語

近年來，我國大力推行“碳達(dá)峰”和“碳中和”戰(zhàn)略，促使我國的工業(yè)體系向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型?；瘜W(xué)工業(yè)作為工業(yè)體系的重要組成部分，也將不斷在國家的引導(dǎo)下淘汰落后產(chǎn)能，淘汰高污染高能耗高碳排放的產(chǎn)業(yè)，不斷向綠色化、智能化的工業(yè)體系轉(zhuǎn)型。而新型產(chǎn)業(yè)格局對(duì)高等院校的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。作為化學(xué)工業(yè)一線技術(shù)人員以及工程師的培養(yǎng)基地，應(yīng)用型本科院校傳統(tǒng)的化工專業(yè)教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足轉(zhuǎn)型期的人才培養(yǎng)需求。在碳中和的大背景下，化工專業(yè)的教育教學(xué)，通過聚焦行業(yè)前沿科技強(qiáng)化專業(yè)技能的培養(yǎng)，通過引進(jìn)先進(jìn)的教學(xué)方法提升職業(yè)綜合能力，通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目以及知識(shí)競賽，在教書育人中深度融入“碳中和”的戰(zhàn)略思想，促進(jìn)多學(xué)科融合，助力化工行業(yè)的綠色化、智能化轉(zhuǎn)型。