“双碳”目标下能动专业课程体系改革思考

邓军 贡琳慧 刘飞宇

摘  要：2009年，我国首次提出了要在2030年之前使全社会的二氧化碳排放量达到峰值，并且确保在2060年实现碳中和减排目标。碳达峰以及碳中和目标给能源动力产业的发展带来了新的挑战，但也带来了新的机遇，这一目标使从事能源动力产业人才的知识结构需求产生了重大变化。能源与动力工程专业作为培养能源动力产业人力资源的主要渠道，需要及时调整和完善专业课程体系，以适应“双碳”目标下相关就业岗位对人才培养的要求。本研究基于以上背景，从减排技术、新能源应用和多学科融合等方面对能源与动力工程专业的课程体系进行了探索。

关键词：能源与动力工程;碳达峰;碳中和;课程体系

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）23-0071-04

一、“双碳”目标引领清洁能源革命

自工业革命以来，全球地表温度一直处于上升趋势，严重影响了全球生态系统平衡，制约了社会、经济、环境发展，污染了人类生活环境。为保持可持续发展，全球需要共同努力减少碳排放，保持地表温度上升不超过2℃，尽快实现全球碳中和[1]。二十世纪八十年代以来，中国经济发展逐渐步入快车道，人民生活水平得到显著提高，但不可否认的是，中国在能源和环境方面付出了巨大代价，主要表现为能源消耗大、利用率低、能源消费结构不合理、环境污染严重等。目前，中国能源消费占世界能源消费总量的21%，预测到2030年将上升到27%[2]。2020年9月以来，习近平总书记在重要的国际国内会议上多次提到“双碳”目标，即“中国力争2030年达到二氧化碳排放峰值，力争2060年实现碳中和”，这表明我国将从“相对减排”进入“绝对减排”时代[3]。作为世界上温室气体排放量最大的发展中国家，中国的“碳达峰和碳中和”目标承诺有着深刻的国内外发展背景，凸显了中国在应对气候变化方面的决心和重要作用，将对经济社会的各个方面产生深远的影响。

“双碳目标”的实现有赖于全社会各个行业的共同努力，这一目标也给相关行业发展带来了新的机遇。我国快速发展的经济产生了巨大的能源和动力的需求，2020年我国能源消费总量达到49.8亿吨标准煤。由于资源禀赋的限制和对能源的巨大需求，化石燃料目前依然是中国能源供应的主体，使得能源动力行业成为碳排放的主要来源，根据2021年出版的《2030年前中国碳峰值研究》，2019年中国能源动力行业产生的碳排放量约为98亿吨，约占全社会碳排放量的87%。可以说，能源和动力行业已成为减少碳排放的主要阵地，要实现碳减排的目标还有很长的路要走。

二、“双碳”目标给能源与动力工程专业人才需求带来的变化

能源动力是社会发展的基础，决定了国民经济发展和人民生活水平，行业人力资源需求旺盛。本科院校能源与动力工程专业是为能源动力行业培养人才的主要平台，相关专业的就业率长期处于高位，能源与动力工程专业多年就业率处于90%～95%之间，分布较多的发电、热能设备制造、动力机械、制冷机械等领域也受到学生的欢迎。但随着国家产业政策的调整及“双碳”目标的确立，相应的传统能源动力企业对于人才的需求数量和知识结构也发生了重要变化。根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，2020年可再生能源在一次能源消耗中的比重将提高到15%;2035—2040年，可再生能源将占到我国一次能源总量的25%以上[4]。实现这些目标需要大量从事可再生能源生产相关行业的人才。根据国际可再生能源机构（International Renewable Energy Agency，IRENA）和国际劳工组织（International Labour Organization，ILO）发布的《可再生能源与就业报告》，2020年全球可再生能源员工将达到1200万人，其中中国将占全球可再生能源就业岗位的39%。该报告预测，到2050年，全球可再生能源行业的就业人数将达到4300万以上。与之相对应的是，传统化石燃料开采与生产领域的就业岗位将从1260万个锐减到310万个。

三、能源与动力工程专业现有的教学和课程体系

能源与动力工程专业是国家“十二五”期间重点发展的领域，在国家“211工程”和“国家优势学科创新平台”中列入重点支持和发展的学科，主要研究传统化石能源的利用、新能源的开发和能源高效的利用，为解决我国能源问题提供人才支持[5]。根据学生知识能力成长规律，本专业的课程体系一般分为专业基础课程、专业主干课程、自主发展课程和实践课程。通过学习这些课程，学生可以掌握能源与动力工程专业的理论知识、设计方法和基本技能，了解本专业领域的研究和发展方向，初步具备在能源与动力工程行业从事工程技术工作的能力。专业基础课是为专业课程学习奠定必要基础的课程，是学生掌握专业知识和技能的必修课，而且不同高校的专业基础课存在一定程度的差异，但大部分都包括了工程力学、流体力学、机械设计基础等课程;专业主干课程的教学目的主要以加强学生专业素养为主，让学生对专业知识有着进一步深刻的认识，初步形成覆盖这一领域的基本知识体系，专业主干课程一般涵盖电厂锅炉、汽轮机结构与原理、热力发电厂、燃烧理论、制冷原理等课程;自主发展课程的选择余地较大，主要用于拓展学生的知识面;实践课旨在培养学生工程思维和动手能力，让学生能够在实践中充分了解企业工作中所需要的新技術以及生产管理规定等知识内容，教师要给学生设立一个准确的教学目标，充分激发学生的学习动力，培养学生的创新和实践能力，便于学生能够更好地投入日后的实习和工作。

四、“双碳”目标下能源与动力工程专业教学体系的发展探索

经过多年讨论与探索，社会各界对能源发展关键环节的认知趋于一致，要早日履行承诺，实现碳中和，必须从生产、转换、输送、使用多个环节同时着手落实节能减排工作，并且加强对节能技术的研究，减少能源消耗总量。在能源生产和转换环节，需着重研究太阳能、风能、水力能等可再生能源发电方式，减少化石能源需求，让自然能源得到充分利用;在能源输送环节，需要不断提高能源系统的储备能力以及调节能力，不断加强对氢能源的利用和储存的研究;在能源使用环节，需要加大电气化比例，例如电动汽车的研究等，只有确保在技术上进行不断的创新和产业化，才能为实现“双碳”目标做好准备。“双碳”目标在能源与动力领域引发新科技、催生了新产业、促进了新经济，倒逼能源与动力工程专业围绕这些发展动向，加强自身建设和改革，在教学体系上可做以下调整和补充：

（一）调整人才培养目标，适应时代发展

以南京师范大学中北学院为例，学院定位为应用型高校，主要培养在生产一线从事设备运行管理、维护保养、技术改造等工作的人才，学生需要具备一定的理论基础，但更强调将知识应用于实践的能力。能源与动力工程专业以往的人才目标主要是为大中型燃煤发电厂、动力机械设备制造、制冷设备企业等提供合格的一线工程技术人员，行业的发展使得传统能源动力专业的人才需求收缩，对于人才的知识能力需求与院校培养目标有一定脱节。因此，应用型高校一定要加强和企业的合作，制定出更加符合社会发展的人才培养目标和方案，在培养目标上突出节能减排相关知识技能的提高，确保培养更多符合行业需求的创新型人才。

（二）改革课程内容，实现课程内容的现代化

课程体系及内容是实现人才培养目标的支撑，培养目标的调整为课程体系和内容改革指明了方向。课程内容改革就其实质来讲，就是使课程内容适应并引领时代发展，将社会发展、科技进步及文化成果及时出现在课程中。

1. 在专业主干课程体系中融入减排相关的新技术内容

尽管“双碳”目标对于传统化石能源的生产和应用带来了很大挑战，但从我国的资源禀赋和保持国民经济稳定发展来看，以煤炭为主的化石能源在能源供应结构中依然会占有较大比重。煤炭清洁高效利用是能源动力企业转型的立足点，将在向以新能源为主的能源结构转变中发挥重要的支撑作用。在“双碳”目标背景下，一大批清洁利用技术逐渐在能源动力企业中得到应用，如增加碳捕集与封存（Carbon Capture and Sequestration，CCS）相关内容，这项技术被认为是未来减少温室气体排放和减缓全球变暖最经济可行的方法;煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC），无论是常规的燃料预捕集，还是常规的火电厂技术过程中的富氧化，或者正在发展的燃料后收集，都是节能、减少能源消耗的技术，已在国内大中型燃煤发电厂中逐步开始应用。院校培养人才需要紧跟这一发展趋势，除现有教学体系中的燃煤锅炉、汽轮发电机、发电厂等主干课程外，在教学内容上可考虑增加减排、污染物处理与处置、化石能源清洁利用等，作为未来能源生产领域的从业人员，理应在学校过程中掌握相关理论，优化知识结构。

2. 提高新能源课程的比例和重要性

从中国的能源生产来看，中国的风能、太阳能、水电等可再生能源累计装机容量居世界首位，这决定了中国能源结构优化过程不同于世界主要国家[6]。从发展趋势上看将跨越以油气为主的能源供应阶段，直接向煤、油气和清洁能源并存的能源结构过渡。以风能、太阳能、核电为代表的新能源在未来能源结构中所占比例越来越大，近十年在能源结构中的比例提高了14%以上，而且当前新能源行业的发展速度非常快，尤其是利用风力发电、太阳能发电、光伏发电以及核电用来代替传统火力发电的空间得到了显著提升，这些新能源发电的成本随着技术的不断进步也不断降低，一场能源变革在悄然发生，尤其是2017年以后，新能源装机容量已连续超过火电装机容量。能源与动力工程专业课程体系往往将这些新能源技术作为自主发展课程，拓展学生的知识面，随着新能源行业的发展，今后本专业毕业生进入新能源企业的可能性越来越高，因此，有必要将与新能源相关课程，如“风能发电技术”“光伏发电技术”等纳入专业主干课程体系中。

3. 增强专业交叉融合，拓展新就业增长点

随着“双碳”目标的逐步实施，我国相关行业也得到了显著的进步，尤其是近几年来我国对碳排放管理的重视，促进了各大生产企业和政府职能部门中设置了许多诸如碳排放监测员、碳排放管理员等新的工种，这些新职业主要从事碳排放数据统计核算、碳排放状态监测、提供碳咨询服务及碳资产管理等工作，必须要对碳排放管理的相关政策以及落实方法进行透彻研究，并且利用碳排放数据计算以及政策指标来规范相关企业的碳排放管理，这对于我国的可持续发展大有裨益。目前这些新职业在能源、化工、石化、建筑等碳排放大户中需求巨大，但符合企业需求的人才却处于严重缺乏状态，主要依靠培训机构对企业人员进行培训，人才培养体系尚不完善。教育部近年也在中国矿业大学（北京）、中国石油大学（北京）等四所院校增设“碳储科学与工程”专业。能源与动力工程专业培养规模大，在专业领域上与这些新职业的专业知识需求密切相关，学生在这一就业领域具有较大的优势，对于碳排放产生的技术原理掌握较为透彻，但对于碳排放相关法律法规，学生需要在更广泛的专业交叉和融合中学习。学校应将本专业的实施与排放法律法规、经济管理、数据统计等方面的知识结合起来，在教学体系中可在专业基础和自主发展课程以及毕业设计环节中与材料工程、环境保护、互联网、经济管理等专业开展多学科融合。

（三）创新教学方法，提升岗位适应能力

“双碳”目标对于能源与动力工程这一传统专业来说既是机遇也是挑战，在工程应用中还有很多尚待解决的难题，前沿研究和新技术在这一领域有着广泛的应用前景。传统的教学方法采用以“教师—课堂—教材”为核心的授课方法，学生作为知识内容的接收者在教学中相对被动，虽然这种教学模式有利于学生迅速建立这一专业的知识体系，但给学生带来的压力是非常大的。在实际教学中，应用型高校的学生在学习积极性、思考深度和解决问题的能力上，与研究型高校的学生有着较大差距，采用相同的教学方法很容易造成学生跟不上教学进度，造成学生学习疲倦的情况。对于“双碳”目标下用人单位提出的新的岗位任职能力要求，采用传统的传授知识的方法难以适应，因此在应用型高校教育中，需要采用如案例式、问题式、研究式等多种教学方法，关注能源动力相关领域中最新工程技术的发展动态，引导学生解决工程实际问题。例如教师可以利用碳排放数据统计等实际问题，以专题项目为核心开展更加具有目的性的教学，改变传统教学模式中以教师为主体、学生被动学习的教学方法，让学生能够自主参与到教学实践当中去，能够在合作中不断探索和创新，确保学生的专业能力得到显著提升，在实践中提升未来岗位的适应能力。与企业联合培养也是一种有利于提高学生应用能力的方法，院校教师往往来自研究型高校，理论根基较为深厚，但生产实践经验较为缺乏，尤其是在“双碳”目标下，能源与动力企业已逐步开展碳交易、碳核查、碳管理等业务活动，专业教师对这一新兴领域较为陌生，这不利于人才培养。学校可让生产企业里既懂理论专业知识又具有丰富实践工程经验的工程师担任本科人才培养的第二导师，让本科生在院校学习阶段可以得到实际工程知识的训练，掌握将理论知识与实践工程结合起来解决实际工程问题的能力，学习如何将知识转换为生产力。

五、结论

总的来说，碳达峰和碳中和作为促进我国可持续性发展以及保障我国未来建设的重要国策，是我国在发展过程中积极应对氣候和环境变化的关键，是经过科学验证后做出的郑重承诺，也是满足我国实际发展以及促进我国长远发展的主要目标[7]。助力实现能源行业“双碳”目标的背景下，应用型高校的能源与动力工程专业应主动跟踪人才的需求变化，对现有的教学体系进行改革，根据能源动力企业的需求共同制定人才培养目标，在课程体系和内容上适当弱化传统化石能源相关课程，在碳捕集、新能源应用、多学科融合等多个方面调整课程结构、改变传统教学模式和教学方法，使能源与动力工程专业的发展紧跟国家产业布局和战略性新兴产业的发展，以更好地适应能源动力行业健康发展对人才的需求。

参考文献：

[1] 孙柏林. “双碳”目标下企业创新发展思考[J]. 电气时代，2022（01）：56-60.

[2] 蒋润花，左远志，陈佰满，等. “新工科”建设背景下能源与动力工程专业人才培养模式改革探索[J]. 东莞理工学院学报，2018，25（03）：118-121.

[3] 吕石磊，王冉. “30·60”双碳目标下建环专业的教学改革与思考[J]. 高教学刊，2021，7（30）：62-65+69.

[4] 刘霄，卢海，王金磊. 浅谈“新能源材料与器件”本科课程的学习[J]. 信息记录材料，2018，19（03）：129-130.

[5] 林日亿，姜烨，黄善波，等. 热能与动力工程专业多元化人才培养模式探索[J]. 教育教学论坛，2017（07）：172-174.

[6] 张启龙，刘璐，孙彬彬，等. 我国“碳达峰、碳中和”现状及其实施路径分析[J]. 中国建材科技，2022，31（01）：83-86.

[7] 刘晓龙，崔磊磊，李彬，等. 碳中和目标下中国能源高质量发展路径研究[J]. 北京理工大学学报（社会科学版），2021，23（03）：1-8.

（责任编辑：邹宇铭）