碳中和背景下高校能源類專業(yè)教學(xué)改革思考

東曉虎 劉慧卿 黃世軍 王敬

[摘 要] 習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上向國(guó)際社會(huì)作出碳達(dá)峰、碳中和鄭重承諾，在氣候雄心峰會(huì)上提出了具體目標(biāo)。“雙碳”政策的提出，為能源行業(yè)發(fā)展及能源專業(yè)教學(xué)提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。以石油工程專業(yè)為例，在教學(xué)目標(biāo)、課程設(shè)置、方式方法及課程實(shí)踐等方面，對(duì)能源類專業(yè)教育教學(xué)改革進(jìn)行了深入思考?；谔贾泻蛯?dǎo)向下能源類專業(yè)課程教學(xué)改革，對(duì)高質(zhì)量完成碳中和目標(biāo)，推動(dòng)高等院校能源科學(xué)世界一流學(xué)科建設(shè)，促進(jìn)學(xué)生將個(gè)人發(fā)展融入國(guó)家建設(shè)需求等方面具有重要意義。

[關(guān)鍵詞] 碳中和;能源行業(yè);石油工程;教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G643 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）10-0051-04 [收稿日期] 2021-07-05

引言

2020年9月22日，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上向國(guó)際社會(huì)作出碳達(dá)峰、碳中和鄭重承諾，在氣候雄心峰會(huì)上提出了具體目標(biāo)，我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。同時(shí)，在黨的十九屆五中全會(huì)、中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議等對(duì)相關(guān)工作作出了具體部署。2021年兩會(huì)期間，碳達(dá)峰、碳中和也被首次寫入政府工作報(bào)告，成為代表委員們討論的“熱詞”，是“十四五”規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容之一[1]。在當(dāng)前的“雙碳”大背景下，進(jìn)行高等院校能源類專業(yè)的教育教學(xué)改革，對(duì)于高質(zhì)量完成碳中和目標(biāo)，推動(dòng)世界一流學(xué)科建設(shè)，探索實(shí)施“新工科”發(fā)展模式具有重要意義。對(duì)于石油行業(yè)來(lái)說(shuō)，工業(yè)排放的大量二氧化碳和富碳尾氣等，可以通過(guò)碳捕捉方式注入石油油藏，一方面達(dá)到提高石油采收率的目的;另一方面也可以將大量碳儲(chǔ)集封存于地下，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段之一[2]。本文將以石油工程專業(yè)為例，開(kāi)展碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下石油工程等能源類專業(yè)教育教學(xué)改革思考，對(duì)提高能源類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量具有一定的指導(dǎo)意義。

一、碳中和目標(biāo)對(duì)能源類專業(yè)教學(xué)帶來(lái)的挑戰(zhàn)

能源問(wèn)題是人類社會(huì)發(fā)展的根本問(wèn)題，以清潔、無(wú)碳、智能為核心的新能源體系，是現(xiàn)階段世界能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢(shì)與方向。由化石能源利用所導(dǎo)致的碳排放是大氣環(huán)境中碳富集的直接來(lái)源，而碳中和是解決世界能源問(wèn)題、應(yīng)對(duì)全球氣候變化的有效途徑。所謂碳中和，即通過(guò)碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)等多種途徑，實(shí)現(xiàn)碳的零排放甚至負(fù)排放[3]。碳中和政策的提出，為能源行業(yè)發(fā)展及能源專業(yè)學(xué)生的教學(xué)工作提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

（一）去碳目標(biāo)導(dǎo)向下化石能源開(kāi)發(fā)新趨勢(shì)

煤炭、石油、天然氣等化石能源是現(xiàn)階段人類社會(huì)的主要能源消費(fèi)形式。在整個(gè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油天然氣等液體能源占到很大比重?；谌ヌ嫉拇竽繕?biāo)導(dǎo)向，開(kāi)展并擴(kuò)大化石能源開(kāi)發(fā)與利用的低碳化模式，將是油氣行業(yè)發(fā)展的方向，典型的如CO2驅(qū)油技術(shù)與廢棄油氣藏的CO2封存技術(shù)等。盡管目前注CO2采油技術(shù)已在油氣行業(yè)中長(zhǎng)足發(fā)展，在包括稠油、低滲透、致密、頁(yè)巖等不同類型的油氣藏中開(kāi)展了大量礦場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，且應(yīng)用效果較其他方式優(yōu)勢(shì)顯著。但受到氣源、腐蝕等問(wèn)題的限制，大型的礦場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例仍然較少[4]（P120-150）。碳中和目標(biāo)的提出，再一次為注CO2提高石油采收率技術(shù)發(fā)展提出了新要求，石油行業(yè)勢(shì)必在當(dāng)前碳中和的目標(biāo)下，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，解決非常規(guī)油氣藏注CO2開(kāi)采機(jī)制、規(guī)律、孔隙多相流體運(yùn)移特征及腐蝕處理等技術(shù)難題，以期實(shí)現(xiàn)注CO2提高石油采收率技術(shù)的快速大規(guī)模應(yīng)用，加快實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

（二）新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展日益迫切

綠色、低能耗能源與新能源是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑，包括風(fēng)能、氫能及核能等在內(nèi)的清潔能源，將是化石能源的重要接替形式，同時(shí)碳中和的提出，也為水制氫技術(shù)、小型核反應(yīng)堆技術(shù)、地?zé)帷⑻烊粴馑衔镩_(kāi)發(fā)等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了良機(jī)。相比油、氣，風(fēng)能、氫能、核能、地?zé)崮芫鶠榱闾寂拍茉?，但目前這類新能源的應(yīng)用比例整體較低，擴(kuò)大新能源的應(yīng)用范圍，將是保證高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳中和的重要手段。另外，對(duì)高等學(xué)校新能源相關(guān)專業(yè)要以高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)為契機(jī)，進(jìn)行教育教學(xué)改革，加緊完善相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)工藝短板，促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)的快速蓬勃發(fā)展。

（三）人工智能助力能源行業(yè)低碳化發(fā)展

“智能化”“物聯(lián)網(wǎng)”“大數(shù)據(jù)”等是近年來(lái)各行各業(yè)的熱門詞匯，人工智能技術(shù)在各行業(yè)內(nèi)深度融合進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)的深層次利用，促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)發(fā)展。在碳中和背景下，能源行業(yè)正經(jīng)歷化石能源的低碳化革命、新能源的規(guī)模化革命及能源管理的智能化革命，利用人工智能技術(shù)助力產(chǎn)業(yè)革命，推動(dòng)形成“新煤炭”“新油氣”等新能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行[5]，同時(shí)也為能源類專業(yè)的教育教學(xué)提出了新的目標(biāo)要求。石油工程等能源專業(yè)是具有多學(xué)科門類交叉特點(diǎn)的工程專業(yè)學(xué)科，所培養(yǎng)的學(xué)生具有多學(xué)科背景和交叉思維。在實(shí)際的生產(chǎn)與技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，涉及大量的數(shù)據(jù)處理、分析，如地震數(shù)據(jù)、鉆完井?dāng)?shù)據(jù)、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及油氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等。為高效實(shí)現(xiàn)油氣行業(yè)低碳化革命，提高生產(chǎn)效率，人工智能將是最佳的輔助生產(chǎn)手段。

二、碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的石油工程專業(yè)教育教學(xué)改革思考

石油工程專業(yè)是典型的傳統(tǒng)能源類工科專業(yè)，主要圍繞石油與天然氣工程的鉆完井技術(shù)、地下流體流動(dòng)規(guī)律、開(kāi)發(fā)技術(shù)理論、工藝技術(shù)及油氣藏管理等方面開(kāi)展教學(xué)。在當(dāng)前的碳中和背景下，進(jìn)行石油工程專業(yè)的教育教學(xué)改革，對(duì)高質(zhì)量完成碳中和目標(biāo)具有重要意義。具體的改革思路主要包括以下幾個(gè)方面。

（一）培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置

在培養(yǎng)目標(biāo)上，面向碳中和目標(biāo)，根據(jù)專業(yè)發(fā)展需求，激發(fā)學(xué)生對(duì)碳中和相關(guān)行業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，理解碳中和與油氣行業(yè)的緊密聯(lián)系，使得石油工程專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生既能夠在石油工程領(lǐng)域較好地從事工程設(shè)計(jì)及生產(chǎn)施工工作，同時(shí)又有能力開(kāi)展油氣領(lǐng)域的“去碳”目標(biāo)戰(zhàn)略需求設(shè)計(jì)，進(jìn)而從事碳中和相關(guān)的管理與研發(fā)工作。

為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，在課程設(shè)置上，需對(duì)以往的課程設(shè)置安排進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于石油工程，一方面是通過(guò)各種措施，如廢棄油氣藏碳封存、CO2驅(qū)油等，實(shí)現(xiàn)固碳;另一方面是通過(guò)非常規(guī)資源（如頁(yè)巖油氣、地?zé)?、天然氣水合物等），替代常?guī)油氣資源，實(shí)現(xiàn)碳替代，最終達(dá)到能源的清潔化利用，提高轉(zhuǎn)化率?；诖耍谡n程設(shè)置上，繼續(xù)保留傳統(tǒng)石油工程專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程，但適當(dāng)增加清潔能源的選修課程，包括“碳捕集與封存（CCS）”“節(jié)能減排”等，同時(shí)在新能源方面，也要開(kāi)設(shè)“地?zé)帷薄疤烊粴馑衔铩薄爸茪洹钡认嚓P(guān)課程，如圖1所示。在教學(xué)過(guò)程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科交叉意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綠色低碳、清潔能源的理念，為畢業(yè)后從事碳中和行業(yè)相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)理念和課程內(nèi)容

利用移動(dòng)終端開(kāi)展線上教學(xué)是改善教學(xué)效果的重要措施，在教學(xué)理念上，應(yīng)充分發(fā)揮線上教學(xué)工具的優(yōu)勢(shì)，注重教學(xué)方式方法的多樣化。善于利用慕課、共享課等優(yōu)質(zhì)在線教學(xué)資源注重對(duì)學(xué)生的思維引導(dǎo)與啟發(fā)，使學(xué)生主動(dòng)參與課堂教學(xué)，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力和學(xué)習(xí)的效率。此外，在教學(xué)過(guò)程中，還應(yīng)通過(guò)各種典型事例，培養(yǎng)學(xué)生“我為祖國(guó)獻(xiàn)石油”的情懷，注重將課程教學(xué)與思想政治教育有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化思想政治引導(dǎo)，形成協(xié)同效應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生有理想信念、有道德情操等良好品德素養(yǎng)。

在課程內(nèi)容上，隨行業(yè)發(fā)展，目前學(xué)科交叉的重要性逐漸凸顯，為高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，學(xué)科交叉是唯一的出路。通過(guò)交叉思考，有助于高效解決行業(yè)瓶頸問(wèn)題，推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。對(duì)于石油工程專業(yè)的學(xué)生，除相關(guān)基礎(chǔ)理論和技能外，還應(yīng)能夠進(jìn)行化學(xué)、物理、力學(xué)及材料等多學(xué)科方向與理念的交叉思考，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)活學(xué)活用，解決去碳目標(biāo)難題。

（三）課程實(shí)踐和評(píng)價(jià)機(jī)制

課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)及學(xué)科競(jìng)賽等系列課程實(shí)踐環(huán)節(jié)是檢驗(yàn)與改善教學(xué)效果的重要措施，以去碳為目標(biāo)導(dǎo)向的石油工程專業(yè)，其專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)必修課必須開(kāi)展配套的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)。同時(shí)還應(yīng)通過(guò)政策指引和宣傳，引導(dǎo)學(xué)生積極參與中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)大賽、節(jié)能減排大賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

對(duì)于不同類型的教學(xué)課程，包括理論教學(xué)類、實(shí)踐技能類等，采用不同的課程評(píng)價(jià)機(jī)制，強(qiáng)調(diào)中間過(guò)程性考核的評(píng)價(jià)比例，增加工程設(shè)計(jì)、課程實(shí)踐、教學(xué)研討等環(huán)節(jié)的分值，提高學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力。

三、石油工程專業(yè)課程教學(xué)的改革意義

“雙碳”目標(biāo)的提出，是石油工程專業(yè)發(fā)展的又一個(gè)良機(jī)，通過(guò)開(kāi)展教育教學(xué)改革，在一定程度上有助于高質(zhì)量完成碳中和目標(biāo)，同時(shí)也有助于推動(dòng)石油工程專業(yè)世界一流學(xué)科的建設(shè)工作[6]。

（一）有助于深層次理解碳中和與油氣行業(yè)的關(guān)聯(lián)

基于當(dāng)前的碳中和背景，通過(guò)教育教學(xué)改革，增設(shè)相關(guān)課程，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極思考碳捕集、碳驅(qū)油、碳封存、碳轉(zhuǎn)化等去碳措施與油氣開(kāi)發(fā)的緊密關(guān)聯(lián)，這些措施的開(kāi)展不但能夠?qū)崿F(xiàn)固碳目標(biāo)，同時(shí)也能極大提高油氣產(chǎn)量，對(duì)解決我國(guó)石油對(duì)外依存度高的問(wèn)題具有重要意義。

（二）有助于推動(dòng)行業(yè)“卡脖子”技術(shù)快速發(fā)展

考慮到當(dāng)前新的國(guó)際形勢(shì)和行業(yè)發(fā)展，包括石油工程專業(yè)在內(nèi)的很多行業(yè)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，盡管很多技術(shù)都已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，但部分核心的儀器、設(shè)備等還需進(jìn)口，對(duì)于石油工程來(lái)說(shuō)，深井超深井鉆完井、深海油氣資源開(kāi)發(fā)及特殊測(cè)試工具等仍然受制于人[7]。而在當(dāng)前的碳中和背景下，通過(guò)教育教學(xué)改革，有助于引導(dǎo)學(xué)生肩負(fù)重任與使命，立志破解“卡脖子”技術(shù)難題，攻克行業(yè)技術(shù)壁壘。

（三）有助于培養(yǎng)學(xué)生將個(gè)人發(fā)展融入國(guó)家建設(shè)需求

作為“十四五”規(guī)劃的重要內(nèi)容，碳中和是國(guó)家未來(lái)發(fā)展的重要支持領(lǐng)域，同時(shí)也是能源行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)所向，對(duì)于石油工程等能源類專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)也是自身責(zé)任。在當(dāng)前形勢(shì)下，只有將個(gè)人發(fā)展融入黨和國(guó)家的發(fā)展需求與建設(shè)規(guī)劃，才能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)人價(jià)值的最大化，真正做到“我為祖國(guó)獻(xiàn)石油”的理想追求。

結(jié)語(yǔ)

碳中和是解決人類社會(huì)能源問(wèn)題、氣候問(wèn)題的重要途徑，碳中和目標(biāo)的提出，對(duì)于高等院校的能源類專業(yè)來(lái)說(shuō)，是一次極好的發(fā)展機(jī)遇。本文首先分析了碳中和對(duì)能源行業(yè)發(fā)展提出的新挑戰(zhàn)，包括化石能源開(kāi)發(fā)的去碳目標(biāo)導(dǎo)向趨勢(shì)、新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的趨勢(shì)及人工智能助力能源行業(yè)低碳化的趨勢(shì)。基于此，以石油工程專業(yè)為例，分別從培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)理念、課程內(nèi)容、課程實(shí)踐和評(píng)價(jià)機(jī)制等方面開(kāi)展了專業(yè)教育教學(xué)改革的思路思考，并分析了改革的意義，闡述了石油工程等能源類專業(yè)教育教學(xué)改革的迫切性。本文的教育教學(xué)改革思考研究有助于進(jìn)一步推動(dòng)高等院校能源類專業(yè)世界一流學(xué)科建設(shè)，對(duì)于高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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Reflections on the Teaching Reform of Energy Majors in Colleges and Universities under the Background of Carbon Neutrality

—Taking Petroleum Engineering as an Example

DONG Xiao-hu， LIU Hui-qing， HUANG Shi-jun， WANG Jing

（College of Petroleum Engineering， China University of Petroleum， Beijing 102249， China）

Abstract： General secretary Xi Jinping made a solemn commitment to the international community during the general debate of the seventy-fifth UN General Assembly， and put forward specific goals at the summit of climate ambition. The proposal of “double carbon” policy provides new opportunities and challenges for the development of energy industry and the teaching of energy specialty. Taking petroleum engineering as an example， this paper makes an in-depth reflection on the education and teaching reform of energy majors in terms of teaching objectives， curriculum， methods and curriculum practice. The teaching reform of energy majors under the guidance of carbon neutralization is of great significance to achieve the goal of carbon neutralization with high quality， promote the construction of world-class disciplines of energy science in colleges and universities， and stimulate students to integrate their personal development into the needs of national construction.

Key words： carbon neutrality; energy major; petroleum engineering; teaching reform