“雙碳”目標下過程裝備與控制工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)思路探究

黃本清,常愛蓮,朱啻凡

(1.常州大學 機械與軌道交通學院,江蘇 常州 213164;2.常州大學 藥學院,江蘇 常州 213164)

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展很大程度上提高了人類的生活品質(zhì),然而溫室氣體的大量排放也造成了全球氣溫上升、極端天氣和自然災(zāi)害頻發(fā)等環(huán)境問題。CO2是最主要的溫室氣體,2020年9月,中國作為《巴黎協(xié)定》的締約方之一,在第75屆聯(lián)合國大會上承諾CO2排放力爭于2030年達到峰值,努力爭取2060年實現(xiàn)碳中和。2022年10月,黨的二十大報告再次強調(diào)要積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和(以下簡稱“雙碳”)。作為一個工業(yè)化正處在高速發(fā)展的國家,我國的單位GDP碳排放量居于世界高位,其中,能源產(chǎn)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的碳排放量達到80%以上[1]。因此,我國的碳減排任務(wù)嚴峻,實現(xiàn)碳中和的目標面臨著巨大的壓力。

“雙碳”目標的施行必然會推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,對于相關(guān)行業(yè)將是一次巨大的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)國家和社會經(jīng)濟發(fā)展需要的技術(shù)人才,因此也要根據(jù)國家戰(zhàn)略做出相應(yīng)改革。常州大學過程裝備與控制工程專業(yè)(以下簡稱“過控專業(yè)”)是為了適應(yīng)現(xiàn)代流程性工業(yè)而設(shè)置的機械、過程和控制交叉型專業(yè),培養(yǎng)面向能源、石油、化工、機械、新材料等行業(yè)領(lǐng)域的高端過程裝備人才。這些行業(yè)與“雙碳”目標的實現(xiàn)密切相關(guān),因此,過控專業(yè)的本科教學和人才培養(yǎng)過程中,加強“雙碳”目標的內(nèi)涵教育和專業(yè)知識教育對于培養(yǎng)符合時代和國家需求的人才十分重要。

為了培養(yǎng)具有“雙碳”理念、掌握節(jié)能降碳知識的優(yōu)秀畢業(yè)生,在過控專業(yè)的教學和實踐中,落實“雙碳”目標的思政教育和專業(yè)知識教育尤為關(guān)鍵。本文以常州大學過控專業(yè)為對象,探索在“雙碳”目標下本科人才培養(yǎng)的新思路和方法。筆者首先論述了過控專業(yè)本科人才培養(yǎng)與“雙碳”目標之間的關(guān)系,隨后總結(jié)了“雙碳”理念的課程思政元素,然后討論了面向“雙碳”目標的過控專業(yè)課程教學思路,最后探討了面向“雙碳”目標的過控專業(yè)實踐教學思路(見圖1)。

1 過控專業(yè)人才培養(yǎng)與“雙碳”目標的關(guān)系

1.1 人才培養(yǎng)理念與“雙碳”愿景的契合

高等教育要面向國家重大戰(zhàn)略和經(jīng)濟社會發(fā)展需要,常州大學過控專業(yè)旨在培養(yǎng)服務(wù)于機械、石油、化工、新能源、新材料等國家重要行業(yè)領(lǐng)域的高素質(zhì)創(chuàng)新型過程裝備專業(yè)人才。要求學生不僅具備扎實的專業(yè)知識和實踐能力,同時要具有堅定的理想信念、深厚的家國情懷和開闊的國際視野。“雙碳”目標的提出,是黨中央立足世界發(fā)展格局和國內(nèi)形勢做出的重要戰(zhàn)略部署,充分顯示出我國在應(yīng)對全球氣候變化、促進綠色低碳發(fā)展中的大國擔當,對于我國的綠色可持續(xù)發(fā)展和全球環(huán)境保護具有重要的戰(zhàn)略意義。因此,在過控專業(yè)本科教學中,融入“雙碳”目標的理念和知識教育,對于培養(yǎng)學生的國際視野和社會主人翁精神十分必要。

1.2 就業(yè)領(lǐng)域與“雙碳”目標的關(guān)系

過控專業(yè)培養(yǎng)的畢業(yè)生主要在機械、石油、化工、制藥、冶金、輕工、能源、環(huán)保等領(lǐng)域從事過程裝備的研究開發(fā)、設(shè)計制造、監(jiān)測檢測、過程控制、設(shè)備管理、安全保障、運行維護及經(jīng)營管理等方面的工作。這些行業(yè)領(lǐng)域與實現(xiàn)“雙碳”目標息息相關(guān),能源和能量的利用及轉(zhuǎn)換貫穿其中,掌握節(jié)能降碳專業(yè)知識對于過控專業(yè)的畢業(yè)生更好地從事相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的工作非常重要。

能源行業(yè)是與碳排放密切相關(guān)的行業(yè),為了實現(xiàn)“雙碳”目標,我國大力推進能源結(jié)構(gòu)改革,加快新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“富煤貧油少氣”的特點,高碳排放的煤炭能源占比高,煤炭行業(yè)、石油行業(yè)一直是我國的能源支柱型產(chǎn)業(yè),降低碳排放的同時也不能忽略經(jīng)濟社會的發(fā)展要求,因此,在“雙碳”目標的驅(qū)動下,加快煤炭、石油生產(chǎn)的綠色轉(zhuǎn)型迫在眉睫[2]。推進煤化工、石油化工、電力、鋼鐵、水泥等高碳排放產(chǎn)業(yè)的集約化、精細化、低碳化發(fā)展,是降低碳排放的重要渠道[3]。在“雙碳”目標下,發(fā)展綠色節(jié)能的新型裝備成為裝備制造業(yè)的發(fā)展趨勢,在流程工業(yè)中,傳輸設(shè)備、加熱設(shè)備、換熱設(shè)備等都是能量集中型設(shè)備,對流程和設(shè)備進行改造和升級,是節(jié)能降碳的有效途徑[4]。

2 “雙碳”目標的課程思政元素

課程思政是落實立德樹人的重要途徑和方法,這就要求高等教育的教師在教育教學過程中,挖掘?qū)I(yè)課程中的思想政治教育元素,推動思政教育與專業(yè)教育融為一體,提升立德樹人的水平和成效,實現(xiàn)全方位育人。在“雙碳”目標融入過控專業(yè)的本科人才培養(yǎng)過程中,善用其中的思政元素,對于促進學生的學習和發(fā)展具有積極作用。

2.1 責任感和使命感

地球環(huán)境和氣候的變化關(guān)系到全人類的生存和發(fā)展,節(jié)能降碳是全球共識。我國于1992年加入《聯(lián)合國氣候變化框架公約》,明確了為應(yīng)對全球氣候變化而控制溫室氣體的必要性,確定了發(fā)達國家的碳減排義務(wù)。2015年,公約締約國一致通過《巴黎協(xié)定》,細分了發(fā)達國家和發(fā)展中國家的碳減排責任。

我國正處在工業(yè)發(fā)展時期,碳減排勢必要付出很大的經(jīng)濟代價,但是我國仍然對世界做出了碳達峰和碳中和的承諾,展現(xiàn)出大國擔當和構(gòu)建人類命運共同體的理念。在“雙碳”目標融入過控專業(yè)本科教育教學的過程中,注重對學生進行社會責任感和使命感的灌輸,培養(yǎng)有理想、有擔當、有作為的新時代人才。

2.2 可持續(xù)發(fā)展理念

可持續(xù)發(fā)展是社會主義科學發(fā)展觀的基本要求之一,落實“雙碳”目標是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。黨的十九大提出“建設(shè)美麗中國”和“綠水青山就是金山銀山”的理念,生態(tài)文明建設(shè)達到了前所未有的政治高度。結(jié)合“雙碳”目標的教育教學過程,能夠讓學生更加深刻理解和領(lǐng)會可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵,樹立綠色、協(xié)調(diào)、全面發(fā)展的理念。同時,師生都要切實踐行生態(tài)文明建設(shè),在日常生活中養(yǎng)成綠色、低碳的生活方式。

2.3 創(chuàng)新精神

隨著“雙碳”目標的實施,能源行業(yè)和制造業(yè)等高碳排放產(chǎn)業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級,這個過程中,原有的生產(chǎn)方式面臨著技術(shù)革新。創(chuàng)新是發(fā)展的驅(qū)動力,在面向“雙碳”目標的課程建設(shè)中,新的理念、方法和技術(shù)的學習,能夠使學生更加深刻認識到科技創(chuàng)新的魅力,激發(fā)學生的創(chuàng)新潛力。

3 面向“雙碳”目標的過控專業(yè)課程教學

“雙碳”目標對過控專業(yè)的課程教學提出了新的要求,筆者對過控專業(yè)的本科教學提出在課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化、課程建設(shè)和多學科交叉融合教育方面的探索思路。

3.1 結(jié)合“雙碳”目標的過控專業(yè)課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將“雙碳”目標與過控專業(yè)的本科教學相結(jié)合,首要的任務(wù)是將“雙碳”目標與本科人才培養(yǎng)方案相結(jié)合,從頂層設(shè)計來將“雙碳”目標融入過控專業(yè)的課程建設(shè)中,可以根據(jù)實際情況,多開設(shè)節(jié)能降碳技術(shù)和新能源技術(shù)的相關(guān)必修和選修課程,給學生更多的選擇和積極的引導(dǎo)。降低工業(yè)生產(chǎn)的碳排放、發(fā)展綠色低碳的新能源技術(shù)、CO2的捕集和再利用等,是實現(xiàn)“雙碳”目標的有效途徑。因此,在過控專業(yè)的本科教學中需要重視相關(guān)課程的開設(shè)和課程建設(shè),相關(guān)課程的授課內(nèi)容需要與時俱進,將最新的技術(shù)和應(yīng)用案例融入教學中,使學生了解最新的行業(yè)發(fā)展趨勢和技術(shù)。

過程裝備節(jié)能技術(shù)是集合工業(yè)過程節(jié)能工藝和裝備的課程,與過控專業(yè)的培養(yǎng)目標關(guān)系緊密,在課程中融入“雙碳”愿景,結(jié)合最新的節(jié)能裝備技術(shù)和生產(chǎn)案例,可以提高學生的興趣和教學效果。近年來,新能源技術(shù)的發(fā)展日新月異,風能發(fā)電、光伏、氫能等技術(shù)以清潔、環(huán)保的特點受到廣泛關(guān)注,新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,新能源技術(shù)、新能源過程裝備相關(guān)課程內(nèi)容的設(shè)計需要與時俱進,可以讓學生學習更多新能源技術(shù),更好地從事新能源相關(guān)行業(yè)的工作。碳捕集、利用與封存技術(shù)(CCUS)也是“雙碳”目標實施的重點內(nèi)容,例如CO2捕集材料和技術(shù)的開發(fā)、將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇和乙醇等綠色清潔能源的技術(shù)等,都是實現(xiàn)碳中和的重要技術(shù)手段,這些技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用過程也是與過程裝備息息相關(guān)的,開設(shè)相關(guān)技術(shù)的課程,有助于學生了解最新的碳中和技術(shù)趨勢,提高“雙碳”目標的專業(yè)知識水平。

3.2 將“雙碳”目標融入教學過程

過控專業(yè)的專業(yè)課程涉及過程裝備的設(shè)計、制造、控制、安全管理等環(huán)節(jié),與節(jié)能降碳息息相關(guān)。在教學過程中全方位融入節(jié)能降碳的理念、方法和技術(shù),對于提高學生的節(jié)能降碳意識和專業(yè)知識水平尤為重要。

3.2.1 “雙碳”理念融入專業(yè)導(dǎo)論課程

專業(yè)導(dǎo)論課程是針對本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程,是對本科新生關(guān)于專業(yè)領(lǐng)域的啟蒙教育,在過控專業(yè)的人才培養(yǎng)中占據(jù)著重要的位置。將“雙碳”目標融入導(dǎo)論課程中,能夠強化節(jié)能降碳理念對學生的影響和教育,樹立綠色低碳的生產(chǎn)理念。例如,在專業(yè)導(dǎo)論課程中,融入節(jié)能降碳的工程案例和新能源技術(shù)如風力、光伏等技術(shù)的發(fā)展趨勢,可以讓學生更好地了解最新的行業(yè)發(fā)展趨勢和技術(shù)。同時,節(jié)能降碳和新能源技術(shù)是當今社會經(jīng)濟發(fā)展的新興行業(yè),將其與過控專業(yè)的關(guān)系引入專業(yè)導(dǎo)論課程中,也能讓學生更加強烈地感受到過控專業(yè)是一門與時俱進的學科,增加學生的學習興趣和熱情。

3.2.2 “雙碳”目標與過程設(shè)備設(shè)計課程的有機結(jié)合

過程設(shè)備設(shè)計是過控專業(yè)的核心專業(yè)課程,主要內(nèi)容是壓力容器的設(shè)計規(guī)范、設(shè)計理論和方法,要求學生掌握典型的設(shè)備如反應(yīng)釜、塔設(shè)備、換熱器、泵等的結(jié)構(gòu)特點、工作原理和設(shè)計規(guī)程等理論知識[5]。將設(shè)備設(shè)計與“雙碳”目標相結(jié)合,加強節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,提高設(shè)備的能效。例如:在進行換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計中,加強裝置的熱聯(lián)合,提高余熱回收利用效率,可以大大降低能耗;設(shè)備的設(shè)計制造中提高設(shè)備的使用壽命,降低因設(shè)備更新造成的碳排放和污染。

3.2.3 “雙碳”目標與過程裝備制造工藝課程的有機結(jié)合

制造業(yè)也是高能耗、高碳排放型產(chǎn)業(yè)。我國處于工業(yè)發(fā)展階段,過程裝備制造企業(yè)體量龐大,降低過程裝備制造工藝過程的能耗也是節(jié)能降碳的重要方面。過程裝備制造工藝是過控專業(yè)的專業(yè)課程之一,主要內(nèi)容是過程裝備的選材、加工成型、焊接、裝配、檢測等。過程裝備制造工藝課程也可以與“雙碳”目標進行有機結(jié)合。例如:在裝備的選材上,優(yōu)先采用環(huán)保型材料,減少對環(huán)境的污染;在制備工藝方法上,優(yōu)先選擇更加低碳環(huán)保的制造方法和制造工藝,可以有效節(jié)約能源,降低碳排放。

3.3 圍繞“雙碳”目標開展多學科交叉融合

在“雙碳”目標的驅(qū)使下,能源和制造業(yè)及相關(guān)行業(yè)都將面臨轉(zhuǎn)型和挑戰(zhàn),實現(xiàn)節(jié)能降碳的目標需要各行業(yè)的通力合作,“雙碳”理念、知識和技能教育也需要進行多學科知識體系的交叉融合,可以使學生更深入理解“雙碳”目標,掌握全面的節(jié)能降碳技術(shù)和方法。

同時,在加快工程教育發(fā)展和建設(shè)“新工科”的要求下,高等學校的工科專業(yè)需要進行升級和發(fā)展,建立更加多元化的工程教育,培養(yǎng)具有優(yōu)秀綜合素質(zhì)的人才[6]。過控專業(yè)聚焦過程工業(yè),與機械、化工、能源、環(huán)境、材料等學科關(guān)系緊密,多學科交叉融合教育對于培養(yǎng)過控專業(yè)學生的知識整合能力和綜合素質(zhì)具有重要作用。

4 面向“雙碳”目標的過控專業(yè)實踐教學

過控專業(yè)是面向工程應(yīng)用的工科專業(yè),實踐環(huán)節(jié)學分和學時要求均占到畢業(yè)要求的30%以上,實踐環(huán)節(jié)的教育教學活動在培養(yǎng)學生的工程理念、應(yīng)用能力和操作能力中扮演著重要的角色。加強過控專業(yè)的實踐環(huán)節(jié),融入“雙碳”愿景,有利于培養(yǎng)學生的綜合能力和素質(zhì)。

4.1 課程設(shè)計

過控專業(yè)的課程設(shè)計環(huán)節(jié)設(shè)計和計算精確度高,且具有較強的學科交叉性,對學生的專業(yè)水平有較高的要求。課程設(shè)計應(yīng)當與課程教學、專業(yè)實驗融會貫通,使學生將專業(yè)課程中學到的知識運用到課程設(shè)計中。同時,通過課程設(shè)計更好地領(lǐng)悟課程知識,提高專業(yè)水平和綜合能力。為了更好地與“雙碳”結(jié)合,在課程設(shè)計中,引導(dǎo)學生注重設(shè)備的節(jié)能降碳設(shè)計,例如選用綠色節(jié)能技術(shù)和環(huán)保材料、進行熱能網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,巧妙地將“雙碳”理念融會貫通到課程設(shè)計的全方位和全過程。

4.2 “雙創(chuàng)”環(huán)節(jié)

近年來,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)成為社會關(guān)注的焦點,也是高校教育改革與實踐的熱點和難點[7]。應(yīng)試教育下,我國學生具有基礎(chǔ)知識扎實但創(chuàng)新能力不足的現(xiàn)狀,高校積極開展“雙創(chuàng)”實踐活動,將學生創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)放在了突出位置。“雙碳”目標是結(jié)合了新理念、新知識、新技術(shù)的國家重要目標,將“雙碳”目標與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐有機結(jié)合,突出了創(chuàng)新這一核心內(nèi)涵。在過控專業(yè)的本科教育教學中,積極引導(dǎo)、鼓勵和支持學生融入“雙碳”目標,研究和開發(fā)新方法、新技術(shù),參與“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐和競賽,對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)具有重要意義。以“雙碳”為錨,實踐為槳,創(chuàng)新為帆,讓學生深入領(lǐng)會“雙碳”目標的內(nèi)涵。

5 結(jié)語

“雙碳”目標是我國生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重中之重,關(guān)系到全人類命運和未來。面向“雙碳”目標,本文提出在過控專業(yè)的本科人才培養(yǎng)過程中,從課程思政、課程教學和實踐環(huán)節(jié)積極開展節(jié)能降碳的知識和技術(shù)教育,全方位、全流程融入“雙碳”理念,為實現(xiàn)“雙碳”目標培養(yǎng)具有知識和技能的高素質(zhì)專業(yè)人才。