新工科背景下煤炭洁净利用相关专业交叉融合升级改造

王建兵 王春荣 邓久帅 曹俊雅 王卫东 刘淑琴 刘文礼

摘  要：基于能源升级和结构调整，煤炭开发利用亟需向清洁化、低碳化转变，作为能源矿业类特色优势的中国矿业大学（北京），以新兴产业需求为导向、以学生培养为中心，研究提出了新理念、新模式、新方法、新内容、新质量的工程教育改革思路，包括成立多学科交叉融合的新专业、孕育多元协同煤基能源清洁低碳利用的新方向、提供多学科交叉的特色课程资源、形成以学生为中心的个性化培养方案、打造高水平“四位一体”的培养平台、建立“立体化保障体系”的人才培养模式，阐述了各方面的实施途径，以构建新时代复合型人才培养模式。研究结果有助于更好地开展多学科融合的新工科建设和新工科背景下的教学改革，调整高素质综合人才培养模式，应对能源转型升级和新经济革命挑战。

关键词：新工科;多学科融合;煤炭清洁高效低碳利用

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号： 2096-000X（2021）S1-0054-04

Abstract： Based on the energy upgrading and structural adjustment， the development and utilization of coal needs to be transformed to clean and low-carbon. As a university， being characteristics of energy and mining， China University of Mining and Technology（Beijing） took the needs of emerging industries as the orientation and the cultivation of students as the center， to study and put forward new ideas， new models， new methods， new contents and new quality of engineering education reform. It included the establishment of new major with multi-disciplinary integration， the breeding of new direction for the clean and low-carbon utilization of multi-collaborative coal-based energy， the provision of characteristic curriculum resources with multi-disciplinary integration， the formation of student-centered personalized training program， the creation of a high-level four-in-one training platform， and the establishment of a three-dimensional security system talent training mode. It also expounds the implementation ways in various aspects to build a new era of compound talent training mode. The research results would be helpful to better carry out the new engineering construction of multidisciplinary integration and the teaching reform under the background of new engineering， adjust the training mode of high-quality comprehensive talents， and meet the challenges of energy transformation and upgrading and the new economic revolution.

Keywords： new engineering; multi-disciplinary integration; clean-efficient and low-carbon utilization of coal

我國资源赋存条件决定了以煤为主的能源格局在相当长时期内不会改变，煤炭必须改革才能跟上能源升级与结构调整的步伐[1]。根据世界能源变革、发展的规律，实现煤炭利用的清洁化、低碳化是煤炭能源改革的本质要求和必然趋势[2]。然而，煤炭行业要完全走上清洁高效低碳利用道路，还需要在技术、工艺和装备等方面取得更大的突破，这些都需要高素质复合人才来完成。

过去的几十年，能源矿业高校为我国煤炭行业培养了大量人才，有力地支撑了煤炭行业的发展。为了满足煤炭清洁高效利用人才培养的需要，能源矿业高校先后设置了矿物加工工程、化学工程、环境工程等专业，但是学校专业主体结构仍然在“资源勘查-矿井建设-资源开采”等要素方面。随着新经济和新产业的快速发展，煤炭利用相关的主体专业与新兴学科联系薄弱，交叉融合能力缺乏，导致培养的人才无法满足煤炭清洁高效低碳利用的需求，非常有必要对这些专业进行交叉融合升级改造。

一、煤炭清洁利用专业升级改造面临的机遇与挑战

（一）新工科建设给煤炭利用相关专业升级改造带来了机遇

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设[3]。在这一理念的引领下，全国各地的高校围绕新工科理论研究、建设路径、专业升级改造、人才培养标准等内容建设教育教学改革项目，全面推进新工科建设，以天津大学[4]为代表的工科优势高校把握“新的工科专业和工科的新要求”，瞄准前沿交叉领域，以新方向、新问题带动优势学科人才培养升级，构建了面向未来的新工科专业培养体系。国内新工科建设的大背景给煤炭利用相关专业升级改造带来了机遇。

（二）我国能源革命和产业变革给煤炭利用相关专业升级改造带来了机遇

我国能源资源约束日益加剧，生态环境问题突出，调整结构、提高能效和保障能源安全的压力进一步加大，能源发展面临一系列新问题、新挑战。为积极应对挑战，党中央、国务院做出了推动能源消费、供给、技术和体制改革的战略部署，以建设清洁低碳、安全高效现代能源体系的需求为导向，以提升能源自主创新能力为核心，以突破能源重大关键技术为重点，以能源新技术、新装备、新产业、新业态示范工程和试验项目为依托，实施制造强国战略，推动能源技术革命，实现我国从能源生产消费大国向能源技术强国战略转变。

同时，我国的节能环保、新能源、新材料、高端装备制造业等战略新兴专业的快速发展，人工智能、能源互联网、智慧能源等相关能源科技创新日新月异，为煤炭行业全面走向清洁、高效、低碳和智能化道路提供了机遇，也给煤炭利用相关专业升级改造带来了好的机遇。

（三）新时期煤炭利用相关专业升级改造要解决的问题和面临的挑战

开展专业升级改造，并不是简单舍弃原来的专业或者方向，开设新的专业和方向，而是要以新型人才的培养为落脚点，以产业需求为动力，以国家战略为引领来开设专业和培养人才。要做到这一点，需要对经济社会形势、高等教育发展和行业的新业态有清晰地了解，并对未来发展趋势有准确的判断，只有基于此，才能有的放矢地进行工程教育改革，才是真正面向未来的教育。

当前，我国已全面进入新经济建设时期，以新技术、新业态、新产业为特点的新经济蓬勃发展，促使产业结构不断调整，也对高校人才培养提出了新要求，即培养面向未来具有宽厚的数、理、工程知识基础，富于人文情怀并能解决复杂工程问题的人。

新时期，随着世界范围内新一轮科技革命和产业变革，煤炭清洁高效利用技术需要不断升级、创新突破，形成一系列变革性甚至颠覆性理论和技术，尤其是在煤炭高效分选、煤炭分级分质转化、重要能源化工产品生产、煤炭地下气化开采术、煤化工废水“零排放”、新型煤基发电、污染物一体化脱除、矿区地表修复与重构等方面存在着较多的复杂工程技术问题需要解决，更需要进行技术创新，实现技术突破。

当今世界，学科前沿的重大突破和重大创新成果，大多是多学科交叉、融合和汇聚的结果。高校作为知识创新的重要阵地，多学科交叉融合是其新兴学科的增长点、优势学科群的发展点、重大创新的突破点。总体来说，煤炭利用产业链长，涉及行业和学科多，是一项复杂的系统工程，解决复杂工程问题需要复合型人才，综合素质高、专业素质好的复合型人才也是一流的人才，培养世界一流人才是世界一流大学的核心任务，学科和专业的交叉融合提供了培养复合型人才的平台和方法。在新经济背景下，多学科交叉融合教育成为全球高等教育发展的必然趋势，占高等教育主体的工程学科专业的各种形式和方式的多学科交叉融合将成为高等教育发展的引领和示范[5]。

我国高校普遍采用单一学科的分院开展教学科研，教师和科研人员更多的是关注自己的教学和科研，很少注重培养全面发展的人才，缺乏资源共享与科研协作;培养的学生知识结构相对单一，视野不够开阔，知识储备和综合素质都难以解决复杂的工程问题。目前的这种组织形式虽然能够将资源集中利用在专长领域，且方便统筹管理，但也给学科的交叉融合带来了不便。因此，高校要转变思想观念，进一步培育多学科交叉融合的意识，积极探索多学科交叉融合的有效途径，激发创新活力，提高创新质量，全面提升高校创新能力。

二、中国矿业大学（北京）煤炭利用相关专业建设基础与改革主要内容

（一）中国矿业大学（北京）煤炭利用相关专业发展现状

中国矿业大学（北京）是教育部直属的全国重点高校、国家“211工程”、“985优势学科创新平台项目”、世界一流学科建设高校，是全国首批产业技术创新战略联盟高校。学校始终坚持以育人为本，积极构建能源工业精英教育教学体系，致力于培养德智体美劳全面发展、富有社会责任感、创新精神和实践能力的高素质人才，铸就了中国煤炭高等教育的一流品牌。

学校设置的专业中，与煤炭清洁高效利用相关主要包括矿物加工工程、化学工程与工艺、环境工程等专业，三个专业均入选了“双万计划”国家一流本科专业建设点，通过了教育部工程认证，学校的矿业工程（矿物加工工程）、化学、环境与生态学均进入ESI全球排名前1%。三个专业一直坚持“宽基础、强实践、大工程”的人才培养模式，实行本科生全程导师制和大学生创新训练全覆盖，教学科研成果积淀厚实，近三届本科生平均每6名学生发表1篇论文，平均每4名学生中有1人获得省部级及以上学科竞赛奖励（如表1所示）。与国家能源集团、中煤集团、冀中能源、潞安矿业集团等大型能源和矿业建立了50个校外人才实践教学基地，培养了一大批具有家国情怀、能源特质和精英素养的煤炭清洁高效利用方面的工程技术人才。

（二）中国矿业大学（北京）煤炭利用相关专业改革主要内容

中国矿业大学（北京）以工程教育新理念、新模式、新方法、新内容、新质量等作为学校工程教育教学改革的指导，依托矿物加工工程、化学工程与工艺、环境工程等国家级一流专业，积极面对能源转型升级和新经济科技革命的挑战，以新兴产业需求为导向、以学生培养为中心，主动适应国家创新驱动战略，開展多学科交叉复合改造升级，主要内容包括：成立了多学科交叉融合的碳储科学与工程专业，为实现碳中和科技创新做储备;通过认真分析能源转型的高效、清洁、多元化、智能化特征，孕育了多元协同煤基能源清洁低碳利用新方向;提供多学科交叉的特色课程资源，助力工科毕业生积极适应新经济、新技术的发展需要和新工业革命的挑战;创新培养模式，为学生建立了个性化、多元化的发展路径;围绕创新性复合型工程人才培养，打造高水平的“四位一体”培养平台;建立健全人才培养模式实施所需的立体化保障体系。

三、中国矿业大学（北京）煤炭利用相关专业改革探索的实施路径

（一）申报碳储科学与工程新专业

为了贯彻党中央、国务院关于碳达峰碳中和的重大战略部署，执行高等学校碳中和科技创新行动计划，发挥高校基础研究主力军和重大科技创新策源地作用，学校决定利用和完善现有的能源开采、转化和利用的人才培养体系，依托采矿工程和矿物加工工程，融合化学工程与工艺、环境工程、地质工程、工程力学、土木工程等专业，通过多学科交叉进行复合改造，成立碳储科学与工程专业;构建多学科交叉融合的本科生培养体系，科学设置培养方案，实行全程导师制、深度产教融合和国际联合培养，培养能引领碳储科学与工程领域未来发展的研究复合型领军人才及适应新工科要求的高级技术精英，为学校建设“世界一流能源科技大学”的办学目标贡献力量。碳储科学与工程专业定位于培养高起点、高质量、高要求的“高精尖缺”人才，同时充分发挥矿业工程、化学工程与技术、地质资源与地质工程、环境科学与工程、力学、土木工程、材料科学与工程等一级学科协同优势，进行二氧化碳捕集/封存/利用、生态系统固碳、工业过程减污降碳等技术探索和创新，破解碳储过程中的瓶颈技术，以产教融合发展推动碳储产业高质量发展，推动能源体系高质量发展和我国碳达峰、碳中和目标的实现。

（二）孕育多元协同煤基能源清洁低碳利用新方向

依据能源转型的高效、清洁、多元化、智能化特征，结合节能环保、新能源、新材料等新兴产业的发展趋势，拓展矿物加工工程专业的智能选矿和固废资源化方向、化学工程与工艺专业的清洁能源学和智慧化工方向、环境工程专业的环境催化和环境过程智能控制方向、材料科学与工程专业的新能源材料和纳米材料方向;深入研讨煤炭清洁高效利用技术的发展之路，预测煤炭流态化深度开采、原位清洁低碳利用、“井下无人地上无煤”等变革性技术的发展进展，紧密结合光、风、电、热、气等新能源发展的趋势，孕育产生多元协同煤基能源清洁低碳利用新方向。

（三）提供多学科交叉的特色课程资源

基于煤炭利用主体专业的知识、能力和素质之间的逻辑结构建立专业之间的有效衔接，结合煤炭清洁低碳利用复杂工程问题对人工智能、物联网、纳米技术、光热利用等新技术需求，开设若干体现多学科交叉融合的通识教育课程，结合新兴技术发展开设学科前沿课程、交叉学科研讨课程，提供丰富多样的课程与教学资源;依托专业优秀教学成果，着力建设一门本专业学科前沿且融创新意识、创新思维、创新能力于一体的专业导论课程和一门非本专业学生开设的专业概论课程。将专业知识与工程基础知识及经济决策方法论合理组织，基于学生解决复杂工程问题能力的培养重构课程体系，使工科毕业生积极适应新经济、新技术的发展需要，有能力应对新工业革命的挑战。

（四）建立以学生为中心的个性化、多元化发展路径为特色的培养模式

建立跨学科课程和选课体系，鼓励学生在导师指导下自主规划职业发展，允许学生选择专业和自由组合课程，实施基于相应准入条件的学生分流，完善不同专业的学分确认机制，形成以学生为中心的个性化人才培养方案;根据学生自愿，选择3+2的学制模式，前三年在国内完成基础课和专业学位课学习，后两年在国外高校完成，完成学业后获得两校的学士学位。根据学生的意愿、成绩和能力选择国际班培养和本研分段培养，提供多元化发展路径。

（五）打造高水平的“四位一体”的培养平台

围绕创新性复合型工程人才培养，构建理论教学、实践教学、创新教学以及第二课堂为基础的“四位一体”培养平台;革新理论教学方法，大力推进小班授课，着力提高课堂吸引度，提升学生学习兴趣;鼓励教师采用启发式、探究式、研讨式、项目式、场景式、案例式等多种教学方式，变学生被动接受知识为主动获取知识。搭建雨课堂智慧教学平台，教师授课采用实时答题、多屏互动、“弹幕式”讨论等多种课堂互动形式，激发学生的学习积极性。加强课程过程考核，提高学业挑战度，全面提升人才培养能力。加强大学生科研训练、大学生创新性实验计划项目、大学生竞赛、暑期社会实践等环节的多学科交叉，努力打造多学科交叉融合的实践创新教育教学体系;以国家能源集团和中国中煤能源集团有限公司下属的高科技企业为基地，建立多学科交叉的大学生实习基地，形成校企间长期稳定合作关系;建设基于学科优势特色的高校创新创业平台，引导鼓励学生积极参与创新活动和创业实践。

（六）建立人才培养模式实施所需的立体化保障体系

优化学院组织模式，建立书院制教学机构;组建跨学科教学团队、跨学科项目平台;研究制定煤炭清洁利用相关专业学生、教师和专业发展考核方法，探索多学科交叉融合能力达成评价办法，建设多维度质量监控、质量评价和质量改善机制，为人才培养模式的实施提供坚实保障。

四、结束语

在新工科建设和能源产业变革的双重背景下，中国矿业大学（北京）依托矿物加工工程、化学工程与工艺、环境工程等专业，开展了煤炭清洁高效低碳利用相关专业交叉融合升级改造和人才培养模式的创新，主动适应国家创新驱动战略和积极应对世界范围内新一轮科技革命和产业变革。

参考文献：

[1]国家统计局.中国能源统计年鉴2020[M].北京：中国统计出版社，2021.

[2]康红普，王国法，王双明，等.煤炭行业高质量发展研究[J].中国工程科学，2021，23（5）：130-138.

[3]劉坤，陈通.新工科教育治理“五位一体”价值结构析论[J].天津大学学报（社会科学版），2020，22（3）：230-234.

[4]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.

[5]林健.多学科交叉融合的新生工科专业建设[J].高等工程教育研究，2018（1）：32-45.