“双碳”目标下过程装备与控制工程专业本科人才培养思路探究

黄本清,常爱莲,朱啻凡

(1.常州大学 机械与轨道交通学院,江苏 常州 213164;2.常州大学 药学院,江苏 常州 213164)

0 引言

现代工业的迅速发展很大程度上提高了人类的生活品质,然而温室气体的大量排放也造成了全球气温上升、极端天气和自然灾害频发等环境问题。CO2是最主要的温室气体,2020年9月,中国作为《巴黎协定》的缔约方之一,在第75届联合国大会上承诺CO2排放力争于2030年达到峰值,努力争取2060年实现碳中和。2022年10月,党的二十大报告再次强调要积极稳妥推进碳达峰、碳中和(以下简称“双碳”)。作为一个工业化正处在高速发展的国家,我国的单位GDP碳排放量居于世界高位,其中,能源产业和工业生产的碳排放量达到80%以上[1]。因此,我国的碳减排任务严峻,实现碳中和的目标面临着巨大的压力。

“双碳”目标的施行必然会推动产业结构转型,对于相关行业将是一次巨大的发展机遇和挑战。高等教育的任务是培养国家和社会经济发展需要的技术人才,因此也要根据国家战略做出相应改革。常州大学过程装备与控制工程专业(以下简称“过控专业”)是为了适应现代流程性工业而设置的机械、过程和控制交叉型专业,培养面向能源、石油、化工、机械、新材料等行业领域的高端过程装备人才。这些行业与“双碳”目标的实现密切相关,因此,过控专业的本科教学和人才培养过程中,加强“双碳”目标的内涵教育和专业知识教育对于培养符合时代和国家需求的人才十分重要。

为了培养具有“双碳”理念、掌握节能降碳知识的优秀毕业生,在过控专业的教学和实践中,落实“双碳”目标的思政教育和专业知识教育尤为关键。本文以常州大学过控专业为对象,探索在“双碳”目标下本科人才培养的新思路和方法。笔者首先论述了过控专业本科人才培养与“双碳”目标之间的关系,随后总结了“双碳”理念的课程思政元素,然后讨论了面向“双碳”目标的过控专业课程教学思路,最后探讨了面向“双碳”目标的过控专业实践教学思路(见图1)。

1 过控专业人才培养与“双碳”目标的关系

1.1 人才培养理念与“双碳”愿景的契合

高等教育要面向国家重大战略和经济社会发展需要,常州大学过控专业旨在培养服务于机械、石油、化工、新能源、新材料等国家重要行业领域的高素质创新型过程装备专业人才。要求学生不仅具备扎实的专业知识和实践能力,同时要具有坚定的理想信念、深厚的家国情怀和开阔的国际视野。“双碳”目标的提出,是党中央立足世界发展格局和国内形势做出的重要战略部署,充分显示出我国在应对全球气候变化、促进绿色低碳发展中的大国担当,对于我国的绿色可持续发展和全球环境保护具有重要的战略意义。因此,在过控专业本科教学中,融入“双碳”目标的理念和知识教育,对于培养学生的国际视野和社会主人翁精神十分必要。

1.2 就业领域与“双碳”目标的关系

过控专业培养的毕业生主要在机械、石油、化工、制药、冶金、轻工、能源、环保等领域从事过程装备的研究开发、设计制造、监测检测、过程控制、设备管理、安全保障、运行维护及经营管理等方面的工作。这些行业领域与实现“双碳”目标息息相关,能源和能量的利用及转换贯穿其中,掌握节能降碳专业知识对于过控专业的毕业生更好地从事相关行业领域的工作非常重要。

能源行业是与碳排放密切相关的行业,为了实现“双碳”目标,我国大力推进能源结构改革,加快新能源产业发展。我国能源结构呈现“富煤贫油少气”的特点,高碳排放的煤炭能源占比高,煤炭行业、石油行业一直是我国的能源支柱型产业,降低碳排放的同时也不能忽略经济社会的发展要求,因此,在“双碳”目标的驱动下,加快煤炭、石油生产的绿色转型迫在眉睫[2]。推进煤化工、石油化工、电力、钢铁、水泥等高碳排放产业的集约化、精细化、低碳化发展,是降低碳排放的重要渠道[3]。在“双碳”目标下,发展绿色节能的新型装备成为装备制造业的发展趋势,在流程工业中,传输设备、加热设备、换热设备等都是能量集中型设备,对流程和设备进行改造和升级,是节能降碳的有效途径[4]。

2 “双碳”目标的课程思政元素

课程思政是落实立德树人的重要途径和方法,这就要求高等教育的教师在教育教学过程中,挖掘专业课程中的思想政治教育元素,推动思政教育与专业教育融为一体,提升立德树人的水平和成效,实现全方位育人。在“双碳”目标融入过控专业的本科人才培养过程中,善用其中的思政元素,对于促进学生的学习和发展具有积极作用。

2.1 责任感和使命感

地球环境和气候的变化关系到全人类的生存和发展,节能降碳是全球共识。我国于1992年加入《联合国气候变化框架公约》,明确了为应对全球气候变化而控制温室气体的必要性,确定了发达国家的碳减排义务。2015年,公约缔约国一致通过《巴黎协定》,细分了发达国家和发展中国家的碳减排责任。

我国正处在工业发展时期,碳减排势必要付出很大的经济代价,但是我国仍然对世界做出了碳达峰和碳中和的承诺,展现出大国担当和构建人类命运共同体的理念。在“双碳”目标融入过控专业本科教育教学的过程中,注重对学生进行社会责任感和使命感的灌输,培养有理想、有担当、有作为的新时代人才。

2.2 可持续发展理念

可持续发展是社会主义科学发展观的基本要求之一,落实“双碳”目标是实现可持续发展的必然选择。党的十九大提出“建设美丽中国”和“绿水青山就是金山银山”的理念,生态文明建设达到了前所未有的政治高度。结合“双碳”目标的教育教学过程,能够让学生更加深刻理解和领会可持续发展的内涵,树立绿色、协调、全面发展的理念。同时,师生都要切实践行生态文明建设,在日常生活中养成绿色、低碳的生活方式。

2.3 创新精神

随着“双碳”目标的实施,能源行业和制造业等高碳排放产业面临着产业转型和升级,这个过程中,原有的生产方式面临着技术革新。创新是发展的驱动力,在面向“双碳”目标的课程建设中,新的理念、方法和技术的学习,能够使学生更加深刻认识到科技创新的魅力,激发学生的创新潜力。

3 面向“双碳”目标的过控专业课程教学

“双碳”目标对过控专业的课程教学提出了新的要求,笔者对过控专业的本科教学提出在课程结构优化、课程建设和多学科交叉融合教育方面的探索思路。

3.1 结合“双碳”目标的过控专业课程结构优化

将“双碳”目标与过控专业的本科教学相结合,首要的任务是将“双碳”目标与本科人才培养方案相结合,从顶层设计来将“双碳”目标融入过控专业的课程建设中,可以根据实际情况,多开设节能降碳技术和新能源技术的相关必修和选修课程,给学生更多的选择和积极的引导。降低工业生产的碳排放、发展绿色低碳的新能源技术、CO2的捕集和再利用等,是实现“双碳”目标的有效途径。因此,在过控专业的本科教学中需要重视相关课程的开设和课程建设,相关课程的授课内容需要与时俱进,将最新的技术和应用案例融入教学中,使学生了解最新的行业发展趋势和技术。

过程装备节能技术是集合工业过程节能工艺和装备的课程,与过控专业的培养目标关系紧密,在课程中融入“双碳”愿景,结合最新的节能装备技术和生产案例,可以提高学生的兴趣和教学效果。近年来,新能源技术的发展日新月异,风能发电、光伏、氢能等技术以清洁、环保的特点受到广泛关注,新能源产业发展迅速,新能源技术、新能源过程装备相关课程内容的设计需要与时俱进,可以让学生学习更多新能源技术,更好地从事新能源相关行业的工作。碳捕集、利用与封存技术(CCUS)也是“双碳”目标实施的重点内容,例如CO2捕集材料和技术的开发、将CO2转化为甲醇和乙醇等绿色清洁能源的技术等,都是实现碳中和的重要技术手段,这些技术的工业化应用过程也是与过程装备息息相关的,开设相关技术的课程,有助于学生了解最新的碳中和技术趋势,提高“双碳”目标的专业知识水平。

3.2 将“双碳”目标融入教学过程

过控专业的专业课程涉及过程装备的设计、制造、控制、安全管理等环节,与节能降碳息息相关。在教学过程中全方位融入节能降碳的理念、方法和技术,对于提高学生的节能降碳意识和专业知识水平尤为重要。

3.2.1 “双碳”理念融入专业导论课程

专业导论课程是针对本科生开设的专业基础必修课程,是对本科新生关于专业领域的启蒙教育,在过控专业的人才培养中占据着重要的位置。将“双碳”目标融入导论课程中,能够强化节能降碳理念对学生的影响和教育,树立绿色低碳的生产理念。例如,在专业导论课程中,融入节能降碳的工程案例和新能源技术如风力、光伏等技术的发展趋势,可以让学生更好地了解最新的行业发展趋势和技术。同时,节能降碳和新能源技术是当今社会经济发展的新兴行业,将其与过控专业的关系引入专业导论课程中,也能让学生更加强烈地感受到过控专业是一门与时俱进的学科,增加学生的学习兴趣和热情。

3.2.2 “双碳”目标与过程设备设计课程的有机结合

过程设备设计是过控专业的核心专业课程,主要内容是压力容器的设计规范、设计理论和方法,要求学生掌握典型的设备如反应釜、塔设备、换热器、泵等的结构特点、工作原理和设计规程等理论知识[5]。将设备设计与“双碳”目标相结合,加强节能技术的应用,提高设备的能效。例如:在进行换热网络的优化设计中,加强装置的热联合,提高余热回收利用效率,可以大大降低能耗;设备的设计制造中提高设备的使用寿命,降低因设备更新造成的碳排放和污染。

3.2.3 “双碳”目标与过程装备制造工艺课程的有机结合

制造业也是高能耗、高碳排放型产业。我国处于工业发展阶段,过程装备制造企业体量庞大,降低过程装备制造工艺过程的能耗也是节能降碳的重要方面。过程装备制造工艺是过控专业的专业课程之一,主要内容是过程装备的选材、加工成型、焊接、装配、检测等。过程装备制造工艺课程也可以与“双碳”目标进行有机结合。例如:在装备的选材上,优先采用环保型材料,减少对环境的污染;在制备工艺方法上,优先选择更加低碳环保的制造方法和制造工艺,可以有效节约能源,降低碳排放。

3.3 围绕“双碳”目标开展多学科交叉融合

在“双碳”目标的驱使下,能源和制造业及相关行业都将面临转型和挑战,实现节能降碳的目标需要各行业的通力合作,“双碳”理念、知识和技能教育也需要进行多学科知识体系的交叉融合,可以使学生更深入理解“双碳”目标,掌握全面的节能降碳技术和方法。

同时,在加快工程教育发展和建设“新工科”的要求下,高等学校的工科专业需要进行升级和发展,建立更加多元化的工程教育,培养具有优秀综合素质的人才[6]。过控专业聚焦过程工业,与机械、化工、能源、环境、材料等学科关系紧密,多学科交叉融合教育对于培养过控专业学生的知识整合能力和综合素质具有重要作用。

4 面向“双碳”目标的过控专业实践教学

过控专业是面向工程应用的工科专业,实践环节学分和学时要求均占到毕业要求的30%以上,实践环节的教育教学活动在培养学生的工程理念、应用能力和操作能力中扮演着重要的角色。加强过控专业的实践环节,融入“双碳”愿景,有利于培养学生的综合能力和素质。

4.1 课程设计

过控专业的课程设计环节设计和计算精确度高,且具有较强的学科交叉性,对学生的专业水平有较高的要求。课程设计应当与课程教学、专业实验融会贯通,使学生将专业课程中学到的知识运用到课程设计中。同时,通过课程设计更好地领悟课程知识,提高专业水平和综合能力。为了更好地与“双碳”结合,在课程设计中,引导学生注重设备的节能降碳设计,例如选用绿色节能技术和环保材料、进行热能网络优化,巧妙地将“双碳”理念融会贯通到课程设计的全方位和全过程。

4.2 “双创”环节

近年来,创新创业型人才培养成为社会关注的焦点,也是高校教育改革与实践的热点和难点[7]。应试教育下,我国学生具有基础知识扎实但创新能力不足的现状,高校积极开展“双创”实践活动,将学生创新能力、实践能力和综合素质的培养放在了突出位置。“双碳”目标是结合了新理念、新知识、新技术的国家重要目标,将“双碳”目标与大学生创新创业实践有机结合,突出了创新这一核心内涵。在过控专业的本科教育教学中,积极引导、鼓励和支持学生融入“双碳”目标,研究和开发新方法、新技术,参与“挑战杯”“互联网+”等创新创业实践和竞赛,对于培养学生的创新能力和综合素质具有重要意义。以“双碳”为锚,实践为桨,创新为帆,让学生深入领会“双碳”目标的内涵。

5 结语

“双碳”目标是我国生态文明建设和可持续发展的重中之重,关系到全人类命运和未来。面向“双碳”目标,本文提出在过控专业的本科人才培养过程中,从课程思政、课程教学和实践环节积极开展节能降碳的知识和技术教育,全方位、全流程融入“双碳”理念,为实现“双碳”目标培养具有知识和技能的高素质专业人才。