“雙碳”背景下能源動(dòng)力專業(yè)課程體系改革研究

摘 要：隨著世界范圍內(nèi)碳排放越來(lái)越嚴(yán)重威脅全球的可持續(xù)發(fā)展，面向“雙碳”的能源與動(dòng)力（簡(jiǎn)稱能動(dòng)）專業(yè)課程體系改革勢(shì)在必行。該文通過(guò)分析當(dāng)前能動(dòng)專業(yè)與“雙碳”需求之間的脫節(jié)之處，并提出構(gòu)建能動(dòng)專業(yè)新型課程體系的必要性，同時(shí)探究課程思政在未來(lái)課程體系中的價(jià)值引領(lǐng)作用，并基于“101計(jì)劃”提出高校能動(dòng)專業(yè)核心課程體系及其示范與推廣方案，據(jù)此建設(shè)服務(wù)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的新型能源動(dòng)力實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行全新能動(dòng)人才培養(yǎng)探索，以期為同類型高校的“雙碳”背景下能動(dòng)專業(yè)課程改革和人才培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：“雙碳”；能動(dòng)專業(yè)；課程體系改革;新型實(shí)驗(yàn)班；101計(jì)劃

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)力工程專業(yè)是為了解決能源與動(dòng)力方面的問(wèn)題而誕生的一門(mén)學(xué)科。我國(guó)能動(dòng)專業(yè)形成于20世紀(jì)50年代，能動(dòng)學(xué)科先后囊括了鍋爐、渦輪機(jī)、電廠熱能、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、制冷、低溫、內(nèi)燃機(jī)、工程熱物理、水力機(jī)械及核能工程11個(gè)專業(yè)[1]，形成了明顯的以產(chǎn)品帶教學(xué)的基本格局。截至2021年，全國(guó)開(kāi)設(shè)有能源與動(dòng)力工程專業(yè)的大學(xué)有200余所，聚焦于化石能源的轉(zhuǎn)化和高效利用[2]。然而，當(dāng)前CO2的持續(xù)排放威脅人類的可持續(xù)發(fā)展，亟需擺脫傳統(tǒng)的能源利用方式。因此，中國(guó)乃至全世界范圍內(nèi)都提出了各自的“低碳”發(fā)展路線[3]。“低碳”及“碳中和”是百年能源革命歷史機(jī)遇，是根據(jù)地球生態(tài)持續(xù)惡化及可持續(xù)發(fā)展歷史命題國(guó)家高瞻遠(yuǎn)矚提出的一種全局理念[4]。而綠色能源及相應(yīng)的低碳技術(shù)在“碳中和”建設(shè)中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用[5]，屬重大戰(zhàn)略需求并具有極其重要的學(xué)科發(fā)展價(jià)值。然而，“低碳”技術(shù)與裝備目前還處于高速發(fā)展階段，太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能、生物質(zhì)能及水能等能源技術(shù)方興未艾[6]，納米發(fā)電技術(shù)、熱電技術(shù)、輻射制冷技術(shù)及納米摩擦發(fā)電技術(shù)等如雨后春筍繼續(xù)推動(dòng)低碳領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展[7]。而相關(guān)新興能源與低碳技術(shù)目前在工作原理、功能、材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工設(shè)備、器件加工技術(shù)和應(yīng)用推廣等諸多領(lǐng)域還處于空白或萌芽階段[8]，如何與重大戰(zhàn)略需求相匹配目前需要大量的優(yōu)秀本科人才予以推動(dòng)[9]。因此，探索此背景下的能動(dòng)課程體系改革，且嘗試建立面向“雙碳”人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)班具有重大戰(zhàn)略意義（表1）。

一 高校能動(dòng)類專業(yè)課程體系現(xiàn)存問(wèn)題及分析

我國(guó)能動(dòng)專業(yè)教育經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不斷發(fā)展已經(jīng)具有成熟的課程體系，但專注于傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的教授，致力于提高化石能源裝備的效率提高，符合過(guò)去數(shù)十年我國(guó)能動(dòng)領(lǐng)域人才需求的培養(yǎng)。但當(dāng)前隨著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的提出，傳統(tǒng)能源向低/零/負(fù)碳能源的大規(guī)模轉(zhuǎn)化勢(shì)在必行，且各個(gè)場(chǎng)景下的“低/零/負(fù)碳”改革具有巨大的需求，這跟過(guò)去數(shù)十年能動(dòng)專業(yè)的培養(yǎng)模式不可協(xié)調(diào)，面臨如下幾個(gè)主要問(wèn)題。

（一） 能動(dòng)專業(yè)的傳統(tǒng)培養(yǎng)方案缺乏對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略的支持

能動(dòng)專業(yè)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)為全社會(huì)培養(yǎng)了千萬(wàn)專業(yè)人才，為社會(huì)發(fā)展和能源動(dòng)力技術(shù)帶來(lái)了巨大的支持，為當(dāng)前社會(huì)持續(xù)高速發(fā)展提供充足能源和動(dòng)力技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而，隨著化石能源大規(guī)模消耗所帶來(lái)的全球氣候惡化等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，能源和動(dòng)力的可持續(xù)發(fā)展更為重要。在此背景下，能源與動(dòng)力的進(jìn)一步發(fā)展需要注入新的理念。習(xí)近平總書(shū)記于2020年鄭重提出“雙碳”構(gòu)想，為未來(lái)四十年能源與動(dòng)力的發(fā)展指出了明確的發(fā)展方向及要求。“低碳”及“碳中和”是百年能源革命歷史機(jī)遇，是根據(jù)地球生態(tài)持續(xù)惡化及可持續(xù)發(fā)展歷史命題國(guó)家高瞻遠(yuǎn)矚提出的一種全局理念，是新時(shí)代、“十四五”乃至2060年前國(guó)家長(zhǎng)期戰(zhàn)略發(fā)展方向，但當(dāng)前人才缺口巨大，無(wú)法匹配國(guó)家的重大需求。

（二） 適合“雙碳”需求的人才培養(yǎng)目的不明確

隨著“雙碳”計(jì)劃的陸續(xù)制定及新的能源與動(dòng)力技術(shù)要求革新，尤其是根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)超過(guò)85.5%的碳減排目標(biāo)與能源和動(dòng)力相關(guān)，因此，綠色能源及相應(yīng)的低碳技術(shù)在國(guó)家“碳中和”建設(shè)中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用，屬重大國(guó)家戰(zhàn)略需求并具有極其重要的學(xué)科發(fā)展價(jià)值。然而，面向“雙碳”的技術(shù)與裝備需求當(dāng)前相對(duì)模糊，碳交易等處于風(fēng)口，但最底層的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)革新現(xiàn)在還處于探索期，儲(chǔ)能技術(shù)、氫能技術(shù)等優(yōu)先發(fā)展還沒(méi)有在全社會(huì)形成共識(shí)。當(dāng)前的“雙碳”新能源、動(dòng)力技術(shù)需求不明確也阻礙了能動(dòng)專業(yè)新型人才培養(yǎng)的落實(shí)與快速改革。

（三） 能動(dòng)專業(yè)新培養(yǎng)方式缺失，課程改革需要新型實(shí)驗(yàn)班推動(dòng)

設(shè)立碳中和科學(xué)與技術(shù)（能源）實(shí)驗(yàn)班可以培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、國(guó)際視野開(kāi)闊、德才兼?zhèn)?、具備良好人文科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)精神和創(chuàng)新能力的新時(shí)代高素質(zhì)人才，掌握碳中和背景下新能源領(lǐng)域所需的基本原理和知識(shí)，具備扎實(shí)的低碳/零碳/負(fù)碳能源工程基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、研究和應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力和組織協(xié)調(diào)能力，能在碳中和背景下的新能源領(lǐng)域從事新能源整體結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)分析與測(cè)試、運(yùn)行管理等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)領(lǐng)軍人才。

（四） 能動(dòng)專業(yè)課程思政評(píng)價(jià)體系缺位，課程思政缺少對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略的支持

“雙碳”構(gòu)想一方面來(lái)自于當(dāng)前日益嚴(yán)峻的全球環(huán)境惡化，驅(qū)動(dòng)全球范圍內(nèi)進(jìn)行能源體系改革，以維持人與自然和諧共生和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展；另一方面，“雙碳”要求下的能源體系改革也源自國(guó)家戰(zhàn)略的具體推動(dòng)，并通過(guò)整體社會(huì)認(rèn)知的提升使得社會(huì)層面能為了人類命運(yùn)共同體建設(shè)而接受能源活動(dòng)的短期內(nèi)的波動(dòng)，這與全體社會(huì)的思想政治覺(jué)悟和教育是共生共存的。而能動(dòng)專業(yè)的學(xué)生處于能源活動(dòng)的第一線，如何深刻理解當(dāng)前能源改革和人類命運(yùn)共同體建設(shè)的相互依存關(guān)系到廣大學(xué)生群體的工作、創(chuàng)新熱情和為人民服務(wù)過(guò)程中的科普宣傳。因此，如何在“雙碳”背景下的能動(dòng)課程體系改革中關(guān)注課程思政建設(shè)對(duì)新課程體系的構(gòu)建至關(guān)重要。

二 “雙碳”背景下的能動(dòng)專業(yè)課程體系構(gòu)建探索

為解決高校能源動(dòng)力專業(yè)課程與國(guó)家“雙碳”脫節(jié)，難以培養(yǎng)服務(wù)“雙碳”戰(zhàn)略的優(yōu)秀人才的問(wèn)題，本文主要從知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、素質(zhì)結(jié)構(gòu)、課外實(shí)踐和核心課程建設(shè)五方面嘗試構(gòu)建新型的能動(dòng)專業(yè)課程體系。

（一） 知識(shí)結(jié)構(gòu)

掌握從事碳中和科學(xué)與工程領(lǐng)域工作所需的數(shù)學(xué)、力學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)、工程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)及工業(yè)管理知識(shí)，受到工程設(shè)計(jì)方法和科學(xué)研究方法的訓(xùn)練，具有從事碳中和科學(xué)與工程專業(yè)相關(guān)工作所必需的運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技能以及工藝操作技能。

了解碳中和科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)的法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，以及碳中和科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)科范圍內(nèi)科學(xué)技術(shù)新發(fā)展及其新動(dòng)向。

（二） 能力結(jié)構(gòu)

能力塑造目標(biāo)直接決定了新課程體系的人才培養(yǎng)質(zhì)量，因此具體優(yōu)化全新的人才能力結(jié)構(gòu)要求和相應(yīng)的課程培養(yǎng)矩陣至關(guān)重要，尤其需要注意以下三方面的能力培養(yǎng)（圖1）。

具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。熟悉本專業(yè)相關(guān)的職業(yè)和行業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研究與開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法律、法規(guī)及其新動(dòng)向，在“碳中和”科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

具有較強(qiáng)的社會(huì)活動(dòng)能力和開(kāi)拓創(chuàng)新意識(shí)。能勝任低碳設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、研究、營(yíng)銷和管理等工作任務(wù)，并能夠在團(tuán)隊(duì)中作為領(lǐng)導(dǎo)或者骨干有效地發(fā)揮作用。

具有與時(shí)俱進(jìn)、求知不止的終身學(xué)習(xí)意識(shí)。能夠通過(guò)繼續(xù)教育或其他的終身學(xué)習(xí)途徑拓展自己的知識(shí)和能力，具備獨(dú)立解決復(fù)雜 “碳中和”能源系統(tǒng)問(wèn)題的能力。

圖1 能力培養(yǎng)結(jié)構(gòu)

（三） 素質(zhì)結(jié)構(gòu)

教師需要從課程思政角度出發(fā)，探討針對(duì)課程的特色教學(xué)方法，結(jié)合“雙碳”目標(biāo)，在課程—教學(xué)模式—實(shí)踐形式中充分挖掘（圖2），形成“雙碳”背景下的能源與動(dòng)力專業(yè)多元化思政教學(xué)方法，構(gòu)建新型能源與動(dòng)力專業(yè)素質(zhì)教育體系。

熱愛(ài)社會(huì)主義祖國(guó)，具有為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)、為人民服務(wù)的思想覺(jué)悟，明確個(gè)人對(duì)于社會(huì)的責(zé)任；身心健康，具有良好的文化修養(yǎng)和心理素質(zhì)。

具有良好的職業(yè)道德，具備從事“碳中和”科學(xué)與工程專業(yè)業(yè)務(wù)的能力和適應(yīng)相近專業(yè)業(yè)務(wù)工作的素質(zhì)。

圖2 課堂—實(shí)驗(yàn)室—工程中心—學(xué)科競(jìng)賽—知名企業(yè)多途徑培養(yǎng)

（四） 課外實(shí)踐

針對(duì)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展和個(gè)人職業(yè)規(guī)劃需求，新課程體系在降低畢業(yè)學(xué)分要求的前提下更加側(cè)重課外實(shí)踐，包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教育、前沿科技論壇和生產(chǎn)一線實(shí)習(xí)等（圖3）。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)與前沿科技視野拓展方面，入學(xué)伊始進(jìn)行針對(duì)“碳中和”技術(shù)的項(xiàng)目組組建，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，自主規(guī)劃長(zhǎng)期項(xiàng)目，四年時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)項(xiàng)目。

針對(duì)人才培養(yǎng)與社會(huì)需求相匹配的要求，探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，通過(guò)深入生產(chǎn)一線鍛煉學(xué)生所學(xué)與所需緊密結(jié)合的能力。

圖3 科學(xué)系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)體系培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力

（五） 基于“101計(jì)劃”的核心課程體系建設(shè)

“101計(jì)劃”是教育部推動(dòng)的關(guān)注基礎(chǔ)學(xué)科本科教育的計(jì)劃，最初由計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)圖靈獎(jiǎng)得主約翰·霍普克羅夫特提出。能動(dòng)專業(yè)新課程體系建設(shè)應(yīng)該圍繞教育部最新要求展開(kāi)（圖4）。

1 科學(xué)構(gòu)建課程體系

基于“101計(jì)劃”全面落實(shí)普通本科高校專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持行業(yè)對(duì)人才的需求，樹(shù)立以學(xué)生發(fā)展為中心的人才培養(yǎng)理念，按照“通識(shí)教育—學(xué)科基礎(chǔ)—專業(yè)知識(shí)—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐”的培養(yǎng)思路進(jìn)行新課程體系構(gòu)建。

2 優(yōu)化課程設(shè)置

強(qiáng)化“碳中和”技術(shù)的教材建設(shè)和課程建設(shè)，優(yōu)化過(guò)時(shí)知識(shí)內(nèi)容，適當(dāng)提高數(shù)學(xué)類、計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)要求，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和“碳中和”理念形成。

3 實(shí)現(xiàn)課程多元融合

以專業(yè)知識(shí)為載體，從與課程相關(guān)的人文積淀、時(shí)事熱點(diǎn)以及專業(yè)工程案例、科技前沿等方面入手，開(kāi)展課程思政建設(shè)，實(shí)現(xiàn)專思融合，弘揚(yáng)家國(guó)情懷和立足基層、甘于奉獻(xiàn)的精神。

4 構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系

著力構(gòu)建“教學(xué)平臺(tái)—教學(xué)實(shí)驗(yàn)室—工程中心—實(shí)習(xí)基地”多層次的高質(zhì)量實(shí)踐教學(xué)體系，實(shí)施與理論教學(xué)深度融合的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、線上實(shí)訓(xùn)等，開(kāi)拓學(xué)生的研究視野，培養(yǎng)其工程實(shí)踐能力，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與認(rèn)證、職業(yè)技能培訓(xùn)及鑒定等。

三 “雙碳”背景下的能動(dòng)專業(yè)新型實(shí)驗(yàn)班建設(shè)構(gòu)想

面向“雙碳”戰(zhàn)略的能動(dòng)專業(yè)新課程體系建設(shè)，最終需要通過(guò)班級(jí)建設(shè)的教學(xué)示范與推廣檢驗(yàn)人才培養(yǎng)的效果。而相關(guān)課程體系的實(shí)踐也需要在制度設(shè)計(jì)層面予以考慮，即學(xué)校要明確政策導(dǎo)向，出臺(tái)激勵(lì)措施，院系要落實(shí)班級(jí)建設(shè)路線，組織師資隊(duì)伍進(jìn)行新課程體系教學(xué)規(guī)劃和教材編寫(xiě)[10]。而針對(duì)全新設(shè)計(jì)的實(shí)踐課程，要充分調(diào)動(dòng)各類資源進(jìn)行課外實(shí)踐資源的對(duì)接，營(yíng)造良好的面向“雙碳”的新型課程體系實(shí)踐氛圍。實(shí)驗(yàn)班建設(shè)具體途徑包括以下幾方面。

第一，開(kāi)展課程體系建設(shè)專題研討。定期開(kāi)展新課程體系研討會(huì)，保證課程大綱的科學(xué)性、系統(tǒng)性、規(guī)范性和課改進(jìn)度。新型實(shí)驗(yàn)班建設(shè)應(yīng)當(dāng)成立校、院兩級(jí)參與的指導(dǎo)小組，并與本專業(yè)老師定期、多次共同探索課程建設(shè)。

第二，舉辦校-企聯(lián)合講壇。充分認(rèn)識(shí)能動(dòng)專業(yè)的工科背景，通過(guò)邀請(qǐng)企業(yè)走進(jìn)學(xué)校，切實(shí)探討當(dāng)前企業(yè)的“雙碳”方面的具體需求，包括人才需求和技術(shù)需求，最大程度促進(jìn)交流，持續(xù)推進(jìn)面向需求的領(lǐng)軍人才培養(yǎng)模式建設(shè)。

第三，構(gòu)建面向新型課程體系的實(shí)驗(yàn)班。在制度保障層面要對(duì)實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行重點(diǎn)支持，并投入專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，保障實(shí)驗(yàn)班建設(shè)順利進(jìn)行。

四 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)人類可持續(xù)發(fā)展這一嚴(yán)肅課題，國(guó)家乃至全世界范圍內(nèi)的“雙碳”戰(zhàn)略都要求能動(dòng)專業(yè)人才培養(yǎng)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(dāng)前的知識(shí)體系存在巨大的沖突。因此，值此歷史機(jī)遇期進(jìn)行能動(dòng)專業(yè)面向“雙碳”的課程體系改革極為必要，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)“為誰(shuí)培養(yǎng)人”根本目標(biāo)的必然之路。本文分析了高校能動(dòng)專業(yè)課程體系存在的缺陷，并構(gòu)建了面向“雙碳”的新課程體系，最終提出新型實(shí)驗(yàn)班構(gòu)想以進(jìn)行新課程體系的示范與推廣，為全國(guó)高校相關(guān)課程改革提出探索方案。

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