“雙碳”背景下給排水科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)研究

摘要：文章主要探討了在“雙碳”背景下，給排水科學與工程專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，并提出了解決方案。由于達成“碳中和”目標需要大幅減少碳排放，因此培養(yǎng)適應現(xiàn)實需求的給排水人才變得至關重要。為應對這一挑戰(zhàn)，提出了調(diào)整人才培養(yǎng)目標、重構課程體系、調(diào)整實踐課程內(nèi)容、加強思政教育和改變教學方法等解決方案。這些措施旨在培養(yǎng)適應現(xiàn)代社會需求的給排水人才，以促進中國順利實現(xiàn)“碳中和”目標。

關鍵詞：給排水科學與工程；“雙碳”背景；教學改革

中圖分類號：G642" 文獻標志碼：A

0 引言

2020年，習近平主席在第七十五屆聯(lián)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(xiàn)碳中和［1］。污水處理行業(yè)是碳排放量前十大行業(yè)之一，因此污水處理行業(yè)將面臨更多的減排壓力和發(fā)展機遇［2］。這就需要給排水科學與工程專業(yè)在人才培養(yǎng)的過程應該將“雙碳”理念融入人才培養(yǎng)體系中，對專業(yè)課程的設置進行優(yōu)化，以培養(yǎng)出具有低碳理念的應用型人才。因此，對于給排水科學與工程專業(yè)來說，如何構建適應“雙碳”時代的專業(yè)人才培養(yǎng)體系，是一項至關重要的任務。本文主要從配套課程、教育理念和教學評估等方面來探討這些挑戰(zhàn)。

1 “雙碳”目標下給排水科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

1.1 給排水科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標未與“雙碳”背景相結合

當前，我國在應對氣候變化方面已經(jīng)提出了“碳中和”的宏偉目標，這直接影響到了各個行業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)目標。但給排水科學與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標未能與這一“雙碳”背景相結合。傳統(tǒng)的本科教育模式往往只注重理論知識的傳授，缺乏針對性和實踐性［3］。在“雙碳”背景下，需要培養(yǎng)具備實踐能力、技術創(chuàng)新能力和應對氣候變化意識的專業(yè)人才。因此，給排水科學與工程專業(yè)應該重新審視人才培養(yǎng)目標，結合“雙碳”背景，加強實踐教學，培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的專業(yè)人才，為實現(xiàn)“碳中和”貢獻專業(yè)力量。

1.2 缺少與“雙碳”相關的特色課程

在當前的“雙碳”背景下，給排水科學與工程專業(yè)的畢業(yè)生不僅需要掌握基本理論和基本知識，還需要具備與“雙碳”相關的特色課程知識。目前，該專業(yè)開設的專業(yè)課程包括“給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)”“建筑給水排水工程”“水質(zhì)工程學”“水工程施工”“泵與泵站”等，專業(yè)基礎課程包括“水分析化學”“工程測量”“水力學”“水處理生物學”“水文學與水文地質(zhì)學”“土建工程基礎”等。然而，這些課程并沒有涉及與碳中和相關的低碳、零碳、負碳技術，也沒有覆蓋碳政策、碳金融、碳管理和碳市場等方面的知識。缺乏這些與“雙碳”相關的課程，將使得該專業(yè)的畢業(yè)生在面對日益嚴峻的環(huán)境和能源挑戰(zhàn)時顯得有些力不從心，因此需要增加與“雙碳”相關的特色課程，以提高專業(yè)人才的實際適應能力。

1.3 專業(yè)實踐教學與“雙碳”融合不夠

實踐教學是新工科要求的實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基石，給排水科學與工程作為傳統(tǒng)的土木類工科專業(yè)之一，一直以來對學生創(chuàng)新能力和工程能力培養(yǎng)尤為重視［3-4］。隨著“雙碳”背景下對環(huán)保越來越高的要求，給排水科學與工程專業(yè)的重要性和影響力日益增加。然而，現(xiàn)實中存在著實踐教學與“雙碳”融合不夠緊密的問題，傳統(tǒng)的本科教育模式無法適應當前的“雙碳”背景。在給排水科學與工程專業(yè)的課程設置中，理論和實踐教學的比例不平衡，實踐教學環(huán)節(jié)缺乏“雙碳”方面的知識。例如，目前的畢業(yè)實習主要通過參觀自來水廠、污水處理廠和建筑給排水工程，來更直觀地掌握水處理的原理和運維方面的知識，但是這一過程中對于水廠運行過程中所涉及的碳排放情況較少［5］。

1.4 “雙碳”背景下給排水科學與工程人才培養(yǎng)過程與思政教育融合不夠

在“雙碳”時代，環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為社會發(fā)展不可或缺的一部分，這也進一步提高了給排水科學與工程人才的培養(yǎng)標準。盡管專業(yè)知識是非常重要的，但僅僅具備專業(yè)技能無法滿足當今復雜多變的社會與環(huán)境需求。因此，將思政教育與專業(yè)課程緊密結合起來，培養(yǎng)出不僅具備專業(yè)技能，還具有社會責任感和創(chuàng)新精神的人才就尤為重要。但目前在給排水科學與工程人才的培養(yǎng)過程中遇到的主要問題是思政教育與專業(yè)課程的有效融合不足。因此，應該采取一系列措施促進思政教育與專業(yè)課程的有機融合，以培養(yǎng)更多具備高素質(zhì)和社會責任感的人才來推進行業(yè)的發(fā)展。

1.5 “雙碳”背景下，“雙碳”師資力量有待提高

在當前“雙碳”背景下，給排水科學與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)面臨著更高的要求。為了適應碳中和的技術需求，應該在教育理念和教學過程中強化環(huán)保意識，并將碳中和貫穿于整個教學過程中。由于專業(yè)教師隊伍是推動專業(yè)發(fā)展的重要力量，因此理應加強師資隊伍的培訓，增加“雙碳”相關內(nèi)容的專業(yè)能力培養(yǎng)，提高專業(yè)師資的“雙碳”技能水平，向?qū)W生提供更好的教育服務。雖然目前本專業(yè)的教學水平和師資隊伍具備一定基礎，但仍需加強教學力度，提高師資隊伍的專業(yè)素養(yǎng)。由于教學方法的創(chuàng)新和實踐教學對于專業(yè)發(fā)展很關鍵，應該通過增加相關課程內(nèi)容、改善教學環(huán)境、加強教師團隊建設、豐富實踐教學形式、提高學生實際操作能力等方式，快速提高專業(yè)人才的適應能力和綜合素質(zhì)，實現(xiàn)更多優(yōu)秀的“碳達峰、碳中和”復合型人才的培養(yǎng)。

1.6 給排水科學與工程專業(yè)教學評價指標缺少碳中和要素

給排水科學與工程作為一門重要的工科專業(yè)，其培養(yǎng)目標需要不斷地與新時代的社會要求相結合。為了培養(yǎng)出社會責任感強、具備道德修養(yǎng)、創(chuàng)新意識強、具有團隊精神、有國際視野、扎實的基礎理論知識、掌握前沿專業(yè)知識和技術、熟悉業(yè)界新技術和新工藝、具備較強的外語和計算機運用能力、具有較強的工程實踐能力、解決復雜問題的能力、自我學習和提高能力強，以及適應國內(nèi)和國際人才市場需求的高級工程技術人才，需要將碳中和的基本素養(yǎng)也納入給排水科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)方案中，并且相應的評價指標應該在教學評價體系中加入，這樣才能保證培養(yǎng)的人才能滿足“雙碳”戰(zhàn)略的需求。目前，已有的教學評價體系可以從教學質(zhì)量監(jiān)控以及畢業(yè)生跟蹤反饋等方面進行評價，但在“雙碳”戰(zhàn)略下，應該修訂這些評價指標，增加對于碳中和等相關知識的考核，在評估學生的學術水平和實際應用技能方面也要進行相應的考察。這樣可以有效地提高學生對于環(huán)境保護重要性的認識。通過了解“雙碳”知識和實踐，給排水科學與工程專業(yè)的學生也可以獲取相應的技術和知識，有利于他們的職業(yè)發(fā)展和就業(yè)競爭力的提高。因此，應該完善教學效果評價體系，從而提高該專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量和綜合素質(zhì)。

2 人才培養(yǎng)模式改進對策

2.1 調(diào)整給排水科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的推進，給排水科學與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標應進行調(diào)整，應特別關注環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面的需求。因此，需要確立該專業(yè)的人才培養(yǎng)目標，即培養(yǎng)具有較強的綜合素質(zhì)和高度人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和社會責任感的專業(yè)人才。需要具備豐富的基礎理論、廣博的專業(yè)知識和扎實的實踐能力的人才，不僅能夠運用給排水學科知識解決復雜的水處理工程問題，還需要具備較強的創(chuàng)新意識、團隊合作精神、全球化視野以及學習能力。本專業(yè)旨在立德樹人，培養(yǎng)全面發(fā)展和富有創(chuàng)造力的社會主義建設者和接班人。

2.2 完善“雙碳”背景下給排水科學與工程課程體系建設，推進課程教學改革

根據(jù)該專業(yè)的培養(yǎng)目標要求，為適應當前社會飛速發(fā)展和“雙碳”目標的要求，給排水科學與工程專業(yè)的課程體系也需要進行相應的修改和完善。目前，專業(yè)培養(yǎng)計劃課程由四部分組成，分別是通識課程、專業(yè)基礎課、專業(yè)課和實踐環(huán)節(jié)，但其中缺乏與“雙碳”相關的課程。

在課程體系中，應該設置與“雙碳”相關的課程，如給排水工程低碳工藝研發(fā)與運營、強化工程水環(huán)境治理、水資源開發(fā)利用和綠色環(huán)保等方面的課程，同時在已有的課程內(nèi)容中加入給排水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與“雙碳”相關的內(nèi)容。如在“水質(zhì)工程學“中可加入以下教學內(nèi)容。第一，認識污水處理碳排放源。大多數(shù)學者將污水處理系統(tǒng)中溫室氣體的排放分為兩類：一類是直接排放，指污水處理過程中在現(xiàn)場直接向大氣中排放的CO2，CH4和N2O；另一類是間接排放，指污水處理所消耗能量和物料的生產(chǎn)過程中在其生產(chǎn)場地及運輸過程引起的溫室氣體排放［5-6］。第二，污水處理過程中碳減排的措施。對于直接排放部分可以通過污水處理廠管理水平的提高以及對甲烷等直接排放物的資源化利用來進行碳減排。在污水處理過程中，電能消耗是主要的間接碳排放來源，可以通過一些節(jié)能措施來降低能源消耗和碳排放。例如，為了減少污水處理廠對外網(wǎng)的耗能，可以利用有機物投入沼氣池進行處理和沼氣發(fā)電，提高能源回收比例。另外，在好氧池的曝氣環(huán)節(jié)，可以通過污水處理智能優(yōu)化控制曝氣或在污水處理系統(tǒng)中采用渦輪鼓風機以及改進回流泵技術等以提高能源利用效率。第三，增加采用其他技術減少碳排放。據(jù)統(tǒng)計，與傳統(tǒng)的污水處理工藝厭氧—缺氧—好氧（A2O）相比，采用短程硝化—反硝化工藝可以減少25%的能耗和40%的碳源投加量，而厭氧氨氧化工藝降低的能耗和節(jié)約的碳源量則分別高達60%和90%［7］。因此采用厭氧處理污水是減少碳排放的一種方法。此外，還可以通過遺傳工程、微生物的基因突變、創(chuàng)制更高效的微生物用于生物處理等方法，降低微生物活性污泥消耗的有機物和發(fā)酵產(chǎn)生的反式氣體量，進一步減少碳排放。污泥處理工作也是減少碳排放的一個重要環(huán)節(jié)，可以采用生物質(zhì)利用技術，將處理后的污泥轉化為可再生能源。例如，采用生物質(zhì)能利用技術，可以將污泥沼氣或者能源用于污水處理系統(tǒng)的能量補充，以及將其處理后作為碳源補充到水處理過程中，減少外加碳源量，進一步減少碳排放。

2.3 調(diào)整實踐課的課程內(nèi)容

教育是通過知識和實踐兩個環(huán)節(jié)實現(xiàn)的。在給排水科學與工程專業(yè)中，實踐環(huán)節(jié)是相關學科的重要組成部分，是培養(yǎng)專業(yè)人才的重要途徑。因此，必須加強實踐和創(chuàng)新環(huán)節(jié)的建設，以提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。從碳排放尺度而言，水處理過程是一個高耗能行業(yè)。因此，在水處理行業(yè)中，減少碳排放的工作需要從全局考慮。為了達到這一目標，在規(guī)劃理念、工藝選擇和運行管理方面，需要將“碳尺”概念引入方案比選中。同時，從水的收集、輸送、處理和處置各個環(huán)節(jié)，全面應用低碳技術，減少“碳源”，增加“碳匯”［5］。一是在課程設計中要求學生除了單純地達到處理目標的要求，還要考慮設計成果的碳排放量問題。讓學生在設計的過程中思考通過哪些手段可以減少碳排放，實現(xiàn)“碳中和”運行，以此推動水處理行業(yè)的低碳化和可持續(xù)發(fā)展。在畢業(yè)設計中，可以要求學生針對水處理行業(yè)的碳排放情況進行診斷分析，并提出相應的碳減排和碳回收方案。這些方案不僅能夠降低水處理行業(yè)的碳排放量，還能夠培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和創(chuàng)新精神，為推動低碳社會的建設提供人才支撐。二是在原有水廠和污水廠的實習中增加“自來水廠和污水處理廠碳足跡的探索”等內(nèi)容［5］。設立這一內(nèi)容，旨在讓學生了解自來水廠和污水廠處理過程中所產(chǎn)生的碳排放情況。有條件的情況下對水處理過程中的各環(huán)節(jié)進行碳排放量測算及分析，找出能夠降低碳排放量的點，并提出相應的改進建議。同時，增加對污水余溫熱能回收的水源熱泵的參觀和學習，以此也能夠增強學生的環(huán)保意識，使他們在今后的生產(chǎn)和生活中更加注重節(jié)能減排，推動低碳社會的建設。

2.4 雙碳”背景下加強人才培養(yǎng)過程與思政教育相融合

思政教育是大學教育的重要組成部分，也是培養(yǎng)專業(yè)人才的需要。為了培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的人才，給排水科學與工程專業(yè)的培養(yǎng)需要與專業(yè)實踐緊密結合。在這一過程中，注重思想政治教育和專業(yè)課程的有機融合，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和社會責任感的專業(yè)人才。首先，應注重培養(yǎng)學生的高質(zhì)量思想道德素質(zhì)和良好的職業(yè)道德觀念，通過思政教育提高學生的社會責任感，使其在成為環(huán)境保護先鋒的同時，也具有社會責任意識和擔當精神。其次，需要加強各門課程之間的融合，將專業(yè)課與綜合課程相結合進行學習，讓學生跨學科學習，培養(yǎng)發(fā)掘問題、解決問題、創(chuàng)新問題的能力?！半p碳”背景下，水質(zhì)管理的權重進一步提升，為此教師需要引導學生掌握國家和地方政策、法規(guī)和規(guī)范的最新標準，了解水污染的防治目標、管控措施。讓學生明確其自身的職業(yè)責任，增強責任感，進而同樣體現(xiàn)在專業(yè)知識掌握、技能科學操作等方面。

2.5 提高師資力量

建設高質(zhì)量教育需要擁有高水平的教師團隊。對于給排水科學與工程這樣的專業(yè)來說，教師團隊的質(zhì)量是非常重要的。因此，應當加強教師團隊的建設，提高教師的專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)教師的創(chuàng)新能力和實踐經(jīng)驗。首先，學校應該積極招募優(yōu)秀人才，注重吸引具有管理、經(jīng)濟、法律等多領域跨學科背景的專家，以拓寬給排水科學與工程專業(yè)教學的思路和視野；此外，學校也應該注重引入國際化的外教，讓學生接觸更為廣泛、全面的學術研究和實踐案例。其次，學校應加大教師培訓力度，提高教師的調(diào)研實戰(zhàn)能力和實踐經(jīng)驗，讓教師們的授課更加具有實效性和針對性。鼓勵教師積極參加跟“雙碳”相關的會議，了解最新的“雙碳”科技前沿，加快教師素質(zhì)培養(yǎng)與能力提升;或組織參觀項目或企業(yè)，借助實際操作，貼近學生的生產(chǎn)生活實際，切實將理論知識貫徹到實踐中。另外，教師團隊除了注重學科專業(yè)性，還要注重教學經(jīng)驗和工作年限等方面，以培養(yǎng)一支既有高質(zhì)量又有足夠經(jīng)驗的給排水科學與工程教師隊伍。

2.6 改進教學方法

為了更好地讓學生理解和掌握專業(yè)知識，在傳統(tǒng)的教學模式講授中可以將網(wǎng)絡教學、虛擬仿真和產(chǎn)教融合等加入現(xiàn)有的教育過程中。

在傳統(tǒng)的課堂以外，利用在線課程等網(wǎng)絡學習平臺引導學生進行線上線下相結合的學習活動，它可以克服傳統(tǒng)教學的諸多缺點，如地域限制、時間限制和人員限制等。學生不僅可以按照自己的時間安排來學習，還可以學習世界各地的知識，提高自己的學習能力和國際視野。

通過采用虛擬仿真軟件教學，學生直接用電腦鼠標和鍵盤進入虛擬仿真平臺開展實驗，如學生可以通過污水處理廠工藝虛擬仿真軟件模擬污水處理工藝的正常操作、常見設備故障、常見工藝故障。動態(tài)實時展現(xiàn)污水處理的過程與現(xiàn)象，通過交互操作展現(xiàn)與真實工藝相一致的結果，以及一些現(xiàn)場參觀無法看到的工程內(nèi)容，如給排水管網(wǎng)的施工安裝、泵內(nèi)部結構與構造等，通過建設虛擬仿真教學項目讓學生學習。此方式可以使學生對污水處理過程中的碳中和進行認識并產(chǎn)生興趣，幫助學生樹立“碳中和”的理念和意識。

產(chǎn)教融合是一種將教育和產(chǎn)業(yè)緊密結合的教學模式，通過將工作場所、企業(yè)和學院相互聯(lián)系，實現(xiàn)學習與實踐的無縫銜接。產(chǎn)教融合不僅能夠使學生獲得更加實際的職業(yè)技能和知識，還能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。通過與常州市自來水公司、排水管理處、市政設計院和環(huán)保公司等設計施工單位共建實踐教學平臺，引進企業(yè)導師，在此過程中學生可以通過實習、實踐、項目研究等方式進行產(chǎn)業(yè)實踐活動，進而獲得真實的工作體驗和職業(yè)技能。此外，通過企業(yè)導師的指導和幫助，學生還可以了解職業(yè)市場的需求和趨勢，對未來的職業(yè)規(guī)劃有更加準確的了解與判斷。

2.7 教學評價指標中增加“雙碳”知識

在課程評價中加入碳排放量的考核是非常重要的。在原有的考核內(nèi)容中，可以加入對于水處理過程中所產(chǎn)生碳排放量進行的測量、統(tǒng)計和分析。同時，將涉及的排放量進行統(tǒng)計并設定一系列排放量基準，進行最終的評價。對于學生，這種方式不僅可以進一步提高他們的環(huán)保意識和對環(huán)境保護問題的重視，還可以加強對于排放問題的學科概念掌握和表述能力。對于教師而言，這種方式不僅可以進一步提高他們對環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展和碳排放量方面的教學素質(zhì)，還可以發(fā)揮評價在教育中的引導作用，提高課堂上注重實踐的能力。

3 總結

本文分析了“雙碳”背景下水處理科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題，并提出了解決方案，旨在培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和能力，使其掌握“替碳”理念，積極探索低碳新技術并將其融入設計中，如厭氧氨氧化、短程硝化反硝化等技術，以及水源熱泵、厭氧消化熱電聯(lián)產(chǎn)、光伏發(fā)電等綠色低碳技術。同時，學生還應深入理解降碳技術，掌握“廠網(wǎng)一體化”運營調(diào)度、智慧化管理等模式，從管理水平和效能角度減少碳排放。此外，學生還應該學習固碳技術，加大再生水回用和污泥資源化利用，實現(xiàn)生態(tài)固碳。這些內(nèi)容應成為學生必修的課程之一，以確保未來給排水科學與工程專業(yè)人才能夠適應“雙碳”背景下的需求，推動行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

［1］李芳芹，曾卓雄，仇中柱，等.“雙碳”背景下的高等燃燒學課程教學改革與探索［J］.科技視界，2022（11）：62-64.

［2］張海亞， 段亮， 李思琦， 等. 一種污水處理廠逸散二氧化碳捕集與固定的裝置與方法： CN114307513B［P］. 2022-11-15.

［3］班福忱，李亞峰.高等學校給水排水工程專業(yè)實習的探索與實踐［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（11）：38-40.

［4］李振華，黃金陽，蔡麗云，等.雙碳時代土木類專業(yè)課程優(yōu)化研究——以給排水科學與工程專業(yè)為例［J］.四川建材，2022（6）：254-256.

［5］張辰，陳嫣，譚學軍，等.城市污水系統(tǒng)溫室氣體排放與對策研究［J］.給水排水，2010（9）：29-33.

［6］張書晴.水污染防治行動計劃對溫室氣體的影響研究［D］.天津：天津大學，2018.

［7］王林，李詠梅，謝麗，等.“雙碳”背景下環(huán)境類專業(yè)實踐課程模塊化教學探索——以同濟大學環(huán)境工程專業(yè)為例［J］.環(huán)境教育，2022（4）：32-34.

（編輯 姚 鑫編輯）

Reflections on talent cultivation in the field of water supply and drainage science and engineering in the context of “Dual Carbon” goals

Zheng" Lu， Du" Erdeng， Peng" Mingguo， Wang" Liping

（College of Urban Construction， Changzhou University， Changzhou 213164， China）

Abstract：" The article mainly discusses the challenges faced by the discipline of water supply and drainage science and engineering in the context of “Dual Carbon”， and proposes solutions. Due to the significant reduction in carbon emissions required to achieve “carbon neutrality” goals， it is crucial to cultivate water supply and drainage talents that meet practical needs. To address this challenge， solutions have been proposed， including adjusting talent training objectives， restructuring curriculum systems， adjusting practical course content， strengthening ideological and political education， and changing teaching methods. These measures aim to cultivate water supply and drainage talents who meet the needs of modern society， in order to promote China’s smooth achievement of “carbon neutrality” goals.

Key words： water supply and drainage science and engineering; “Dual Carbon” goal; teaching reform