“双碳”目标视阈下冶金工程专业人才培养模式的教学改革与实践

摘要：“双碳”目标战略对高校人才培养提出了新的要求，冶金工业是碳排放重点行业之一，应加快构建新时代低碳冶金工程技术人才培养创新模式。本文以冶金行业为背景，以人才培养为核心，探索了基于人才培养方案、课程内容、教学方法、实践教学环节等方面的教育改革途径与方法，注重将“双碳”目标理念融入人才培养的各个环节，践行多元化教育教学育人模式，致力于向行业输送适应“双碳”目标的新工科人才。

关键词：“双碳”目标；冶金工程；人才培养；教学改革

2022年5月，教育部印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》，明确指出高校要加强绿色低碳工程教育，加大“双碳”领域课程、教材、教改等建设力度［1］；明确提出高等教育高质量发展服务国家碳达峰碳中和专业人才培养需求，为冶金工程人才培养改革指明了方向。

冶金工业是我国碳排放重点行业之一，冶金行业的低碳发展对于我国“双碳”目标战略实施具有重要的影响。在“双碳”目标战略的大背景下，冶金行业备受关注，促使冶金企业转型升级；高校冶金工程专业人才培养模式理所当然地要跟上新时代发展新要求和适应新的产业需求，应对原有的本科生教育教学方式进行优化升级改革，加快构建新时代低碳冶金工程技术人才培养创新模式，对探索实施新工科发展模式具有重要的意义。但是，目前诸多高校工科专业本科教育传统模式及其人才培养理念与“双碳”目标国家战略发展方向不相适应，甚至存在脱钩现象［2］。现有冶金工程专业人才培养模式已经不能满足当前新时代发展的需求，必须结合碳达峰碳中和专业人才培养要求，探索并创新低碳冶金教学及育人模式，切实提高本科生的低碳思维和实践能力。

在“双碳”目标背景下，将绿色低碳教育理念贯穿人才培养体系全过程和各方面，推动专业转型升级，是未来冶金学科发展的必然趋势。本文以冶金工程专业本科生人才培养为研究对象，以培养方案的人才培养目标为抓手，突出将“双碳”目标理念融入冶金工程的理论教学和实践教学建设的目标导向；课程建设中全方位、大体系与多维度地增强低碳冶金相关的知识内容体系；实践环节聚焦于低碳思维的锻炼与工程创新技术的实践能力；丰富的校园低碳文化，有利于师生养成绿色低碳的日常生活习惯，可作为践行低碳理念的重要举措；构建“双碳”目标下特色鲜明的冶金工程人才培养创新模式。

一、“双碳”目标视阈下的传统本科教育模式现存问题

调研分析表明，“双碳”目标视阈下，从适应新时代人才需求的角度，分析当前本科工程教育现存以下几个问题：

（一）“双碳”目标在教育教学过程中未引起足够的重视，“双碳”教育理念融入不足

现有本科生教育教学全过程体系中“双碳”目标理念融入不足，人才培养目标与“双碳”背景脱节，未有效构建绿色低碳工程教育体系。课程体系设置与“双碳”背景不能有效衔接，与“绿色”和“双碳”有关的课程只有少数几门（如环境、能源等）仅仅是涉及相关知识的课程。冶金作为传统的高耗能、高污染的领域之一，迫切需要纳入绿色低碳工程教育体系；冶金工程专业“双碳”相关配套课程不足，“双碳”特色课程体系有待完善［3］。

（二）课程内容缺乏时代性，教学方式缺乏创新

专业课程授课内容相对陈旧，难以紧跟新时代国家“双碳”战略目标及低碳工程技术前沿；普遍存在“双碳”理念教学内容偏少、教学模式单一等问题。教学资源中的“双碳”内容不足，传统的冶金材料类专业教学过程中不重视“双碳”教育，其内容以专业工艺技术及基础理论知识介绍为主，缺少“双碳”相关的绿色生产、节能环保、管理、可持续的发展理念等方面的知识内容，已不能满足现在的“双碳”教育需求。同时教学模式仅停留在对基础理论知识和过时案例的讲解上，与“双碳”时代背景下的社会现实相脱节，难以通过课堂讲授来激发学生的学习积极性，更不能从根本上达到让学生学以致用的目的，严重影响人才培养质量。

（三）“双碳”工程教育领域的实践教学环节薄弱，低碳工程相关的实践教学环节亟待加强建设

大部分专业的实验课程、校内外实习、校园文化活动等实践环节甚少考虑“双碳”理念的设计融入；而且创新人才培养途径和方法单一，没有形成教育理念与工程实践相融合的教学体系。目前，高校已经逐步重视本科生的科技创新能力培养，但学生从事偏向工程应用的实践经历仍然较为有限，尤其是在低碳工程思维及实践方面参与更少。

二、“双碳”目标视阈下的冶金工程专业人才培养体系创新途径与方法

针对高校工科专业本科教育传统模式已经不能满足当前“双碳”目标国家战略发展方向的人才需求，基于此提出确立冶金工程“低碳冶金型”人才培养创新模式。将绿色低碳理念纳入冶金工程教学体系，发挥冶金工程行业特点和学科优势，从人才培养目标、课程设置、教学内容、教学方法、实践环节、校园文化等多方面进行教学改革路径优化，构建了具有“双碳”特色的工程教育教学体系，从而满足“双碳”目标下冶金行业对高质量综合型技术人才的新时代需求。

（一）聚焦“双碳”战略人才需求，确立人才培养新目标和修订人才培养方案

聚焦国家“双碳”目标战略对冶金行业的人才需求特征，培养低碳冶金意识，让“双碳”扎根育人。结合冶金工程专业人才培养特点，将人才培养与“双碳”目标相融合，将绿色低碳发展理念纳入专业课程教学的目标体系和内容体系，形成冶金专业人才培养新目标，使得学生理解“双碳”战略与冶金行业发展的密切联系。把培养学生的“低碳冶金”思维作为教育的重要任务，探索“双碳”理念融入冶金专业教学的有效途径，建立适应“双碳”目标的人才培养方案和教学大纲，实现将绿色低碳理念贯穿人才培养实践教育全过程。从整体上系统重新设计冶金工程专业本科生培养方案，以“双碳”理念、“低碳冶金”工程教育作为人才培养体系与课程设置的核心要素；从利于学生对知识学习消化吸收的角度出发，对课程模块进行合理结构布局，在人才培养方案中的“通识教育课程”“学科基础课程”模块的课程注重“双碳”目标理念的有机融入，例如，要求“专业核心课程”“专业选修课程”模块的专业课程引入低碳冶金技术的理论知识体系及典型应用技术案例；“集中实践教学”“素质学分”“创新创业课程”等课程模块，强调培养“双碳”目标理念、思维及其科技创新意识。从大一基础类课程循序递进式至大四选修类课程，将新能源、资源循环、环境保护等要素有机融入冶金工程专业本科培养方案设计中，鼓励开设碳中和、冶金概论、冶金环保类通识课程；此外，增设“低碳绿色冶金新技术”“二次金属资源再生利用”“冶金碳捕集与封存”等专业选修课程，让学生了解“碳达峰、碳中和”目标的概念和冶金行业碳中和技术的应用价值，引导学生关心和拥护国家“双碳”目标的发展战略决策；在实践教学环节课程中明确增设“双碳”理念的元素及实践内容，增加“双碳”相关实践类课程学时，提升学生“双碳”相关的知识储备、思维方式和工作能力。围绕培养“双碳”意识的人才目标，要求任课教师修订培养方案中相关课程的教学大纲和教案，在教学大纲、教案、课件中明确加入“双碳”内容，并督促教师在各门课程教学的教学内容中增加或融入各个金属冶金领域最新的绿色低碳理论知识和低碳冶金新技术，教案中建立“双碳”相关的低碳冶金技术典型案例库，明确课程教学目标的达成路径及考核要求。

（二）及时更新课程内容，注重“双碳”理念的融入

针对目前课程教学存在的“双碳”教学渗入内容不足、学生“双碳”意识淡薄等现象，冶金工程专业课程内容也应与时俱进；结合冶金行业的特点，找到“双碳”目标理念与冶金专业课程的契合点，抓住实现“双碳”目标的教学瓶颈问题，更新低碳冶金技术典型案例，将“双碳”科技和课程教学、育人体系更好融入，合理有序地推广“双碳”目标理念在学生之中入脑入心。

在专业课教学的每一章节内容中精心准备与低碳冶金相关的知识点，形成连贯和系统的“双碳”知识体系，并整合到课堂教学中，使学生能够理解钢铁冶金和有色冶金行业应对全球变暖危害的各种技术手段。任课教师根据冶金行业特点（如以化石能源为主的传统冶金工艺中高能耗排放问题）及从事的科研方向挖掘凝练“双碳”元素，结合课程的教学设计，组建专业课程的低碳冶金技术典型案例库及教案。教师可根据各章节教学内容，有针对性地纳入具有代表性的低碳冶金工程技术应用案例，例如，在“钢铁冶金”课程教学过程中，补充新能源冶炼过程中的物理化学理论知识和工程技术应用案例；如引入氢气冶金、非高炉炼铁等低碳能源替代工艺，从工艺产物特点、能耗计算等方面与传统工艺进行对比分析，让学生感悟从源头削减碳原料和碳燃料用量、设备升级改造等技术对实现钢铁冶炼行业“双碳目标”的重要作用及其技术瓶颈；在“再生有色金属冶金”课程教学过程中，引用行业协会统计数据等文献资料，例如，再生铝的碳排放约是原生铝的3%～5%，再生铜的碳排放约是原生铜的21%，讲解再生金属冶金对矿产冶金的替代将释放出巨大的碳减排潜力，使学生认可冶金固废、城市矿山等二次金属资源的再生利用是实现“双碳”目标的有效手段和重要支撑；聚焦“一步炼铜”“直接炼铅”“余热回收利用”等冶金节能减排前沿技术及关键生产设备的突破，引导学生思考“冶金行业技术创新对实现碳达峰碳中和的意义有哪些”，激发学生对冶金专业的学习兴趣，培养学生的节能减排、低碳冶金意识。在矿产冶金及再生冶金生产过程中，低碳冶金技术从工艺源头上就推行清洁能源、生产工艺及设备的优化控制、末端废物的循环利用，从而减少原料消耗，降低生产成本，减少污染废弃物的产生与排放，从产品的整个生命周期来降低能耗，专业课程教学过程中将这些绿色低碳技术与传统冶炼工艺技术进行优势对比，使得学生能够理解国家“双碳”战略目标的深刻内涵和重大意义，建立学生在冶金工程技术实践中的节能减排思维及“低碳冶金”思维。

（三）改进教学方法，提高学生的主动学习能力

为了适应“双碳”战略对人才培养的新时代要求，需要突破现有本科教育教学模式的局限，探索采用情景式、案例式、问题式、研究式、小组讨论式等多元化“双碳”工程教育教学模式，改进教学方法，提高学生学习的积极性和主动学习能力，引导学生解决实际问题，在今后的生活和工作中对节能减排、践行绿色低碳起到模范带头作用。

（1）情景教学，直观学习：在课堂讲解某些金属冶炼关键技术时，展示低碳冶金技术工业生产视频或相关科研项目实验图片，以营造丰富多彩的课堂氛围，增强学生对知识点的直观理解。

（2）“案例+小组讨论”式教学：任课教师将冶炼企业“双碳”技术成果、“低碳冶金”类典型技术工程案例应用于课堂教学中，然后由教师抛出研讨问题，再让学生对技术案例中的节能减排、理论可行性、经济效益等方面进行分析并小组讨论，最后总结梳理低碳冶金技术实施方案的可行性及解决碳排放问题的有效途径，促使学生理解“双碳”战略的重要性和实施途径［4］。

（3）专题导向、自主学习：用讲授式与启发式相结合的教学模式，开展专题讨论，串联所学某个金属冶金的知识要点，助于学生形成有机整体的知识体系，加深对低碳冶金理论及技术的理解与掌握；例如，氢气冶金是绿色低碳技术，教学过程中以“氢气冶金在钢铁冶金、有色冶金等领域的应用现状”专题的形式进行介绍和调研讨论，促使学生积极地思考氢气冶金技术与传统燃料（焦炭、重油等）火法冶炼、电冶金等技术的对比优势，培养本科生的辩证思维及科学探索能力。

（4）项目引导，研究式教学：以冶金专业课程内容的知识点为依托，结合博士教师或高级职称教师的科研成果或学术观点，将清洁冶金、节能减排、循环经济等方面与冶金行业“双碳”目标直接相关的国家战略带入课堂，选定低碳冶金工程技术应用中的典型热力学分析、节能减排优化措施等问题为研究课题，开展研究式教学，要求学生通过PPT或报告对研究课题进行深度分析和展示，此外在课后作业中穿插布置与低碳冶金相关的问题，督促学生自行搜索相关学术文献或学术观点，逐步培养学生将冶金理论知识用于解决实际碳排放问题的能力和“双碳”创新思维。

（5）线上学习，互动讨论：利用网络平台，结合学生专业或兴趣，带领冶金工程本科生关注“双碳”知识线上讲座资源，多渠道了解与“双碳”目标相关的政策变化和行业动态，并开展“线上+线下”互动讨论，营造浓烈的学术交流氛围，激发学生的学习热情及低碳意识，提升其践行“双碳”目标的能力［5］。由此，构建多元化“双碳”工程教育教学模式，提高学生的主动学习能力，以提升学生的知识水平和低碳工程创新能力，有助于培养出适应“双碳”目标的新工科人才。

（四）增强实践教学环节中的“双碳”思维及实践能力

针对本科生实践教学环节中“无低碳意识”“缺可持续发展观念”等问题，从观念重建、优化设计实践环节、绿色校园建设等层面推进教学改革，逐步形成“工程伦理意识+实习基地+校内实验+毕业设计（论文）+学科竞赛+校园文化”六层次“双碳”实践能力培养体系。

（1）基于冶金工程是碳排放重点行业的特点，多角度梳理钢铁冶金、有色冶金行业的现状及冶炼企业碳排放现状调研，冶金工程学院和教研室组织跟“双碳”目标相关的政策解读，使学生充分认知“低碳”目标意识的必要性及紧迫性；邀请企业技术专家担任本科生企业兼职导师，定期为学生讲授低碳冶金专业知识及其技术应用现状，并从冶炼厂中选择具有代表性的真实、典型的低碳冶金技术案例举办讲座分享，并邀请行业专家参加学生的专业知识研讨会，开阔学生眼界和提升学术氛围，使得学生认识到冶金产业对能耗的影响，深刻理解能源安全与国家责任之间、资源与环境之间的关系等工程伦理理念，增强本科生工程伦理意识，扩展“双碳”目标的科普与传播。

（2）结合冶金工程校外实习基地平台，将“低碳”理念融入教学实践环节，例如在生产实习、毕业实习、见识实习等实践教学环节中，让学生在工厂现场开展低碳冶金技术调研，使学生了解我国某些冶金企业目前在“双碳”目标方面的努力和成效，通过与一些实际的冶炼生产问题进行耦合，可以让学生在短时间迅速掌握一些低碳冶金的思维和技术，使学生切实体会设计可行的工艺过程能降低生产能耗以及生产过程的碳排放；实习报告中设置相关冶金节能减排技术总结、能源消耗计算及分析、撰写关于低碳冶金的实习感悟等举措，增强学生的低碳冶金意识。

（3）在校内实验教学过程中，注重培养学生动手操作的同时，强化学生对工艺能耗的认识，深入认识能耗和实验参数之间的对应关系及其改进措施；如“重金属冶金学”课程内实验——铜电解精炼，在学生掌握电耗和电流效率的计算方法的基础上，要求学生根据实验数据和实验现象，分析和总结电解液温度、电解液成分、极距、槽电压等工艺参数对电耗和电流效率的影响规律及其调控措施，加深学生对冶金节能效益的认识。

（4）在本科毕业论文或毕业设计培养环节，注重低碳思维的融入和成效；在毕业论文实验过程中，引导学生从减少能耗、试剂消耗以及环保角度出发来设计和优化工艺过程、实验步骤，不断灌输节能减排理念；在毕业设计的选题、工厂设计、答辩等过程，要求学生进行工艺比选，完成工艺物料计算和设备选型，进行车间设计和运行费用计算，并综合分析工艺的能耗、环保和合理性等情况，提出减污降碳措施；使得学生能够适应未来低碳冶金技术大规模应用的行业环境，服务于国家的“双碳”战略［6］。

（5）围绕“双碳”目标，结合低碳冶金相关的科研项目，积极鼓励学生参加校内自主设置的科技创新项目和“全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”“全国大学生冶金科技竞赛”等学科竞赛，提高学生制订科研工作方案和实验计划、解决问题的低碳实践能力，潜移默化地引导学生认可低碳教育的价值。

（6）营造校园低碳文化氛围，加强绿色学校主题宣传教育，鼓励大学生社团在校园内开展多式多样的“双碳”科普活动，大力倡导在校师生及后勤员工践行绿色消费、节能减排、低碳生活新局面，践行绿色校园；倡导师生将“双碳”理念融入日常生活，培养其主动节能减排意识和能力，养成绿色低碳的生活习惯［7］。

通过全方位的低碳实践活动，实现“双碳”教育的理论、实践及工程应用的相互融合与促进，让学生真正理解低碳的重要性并具备低碳工程实践能力，实施效果将培养学生在今后的生活和工作中对节能减排、践行绿色低碳生活起到模范带头作用，愿意在其人生规划与事业发展中始终信守低碳理念，从而落实“双碳”人才培养战略任务［8］。

结语

冶金工业是碳排放重点行业之一，“双碳”战略目标对传统冶金工程专业人才培养带来了新的挑战和发展机遇，应对原有的本科教学教育方式进行优化升级调整。通过分析“双碳”目标视阈下当前本科生的低碳工程教育面临的问题，本文从人才培养方案、课程内容、教学方法、实践教学环节、校园文化等方面提出了相应的教学改革模式创新途径与方法。该教学改革将“双碳”目标理念融入人才培养的各个环节，践行多元化教育教学育人模式，将为培养国家“双碳”目标视阈下未来冶金行业合格的工程师和技术研发员奠定良好基础，为培养适应冶金行业转型发展背景下的高层次低碳冶金创新人才，对“双碳”战略背景下的高校人才培养具有重要参考价值；培养当代大学生践行“双碳”战略的大局意识，树立绿色低碳生活理念，并将对工科类其他专业的绿色低碳工程教育教学改革具有借鉴意义或示范效果。

参考文献：

［1］朱元清，冯永明，周松.“科教与产教”融合驱动船舶动力专业课程的教学改革与实践［J］.黑龙江教育，2023（3）：4446.

［2］徐润生，张思奇，张建良.“双碳”战略背景下冶金工程专业人才培养的思考［J］.教育教学论坛，2023（5），165168.

［3］孙文静，王春华，姚倩.“双碳”背景下“工程热力学”课程思政教学改革探索［J］.专业与课程建设，2023（4）：3538.

［4］胡德超，陈宛涓，张海琛，等.双碳”背景下《高分子复合材料》课程教学改革研究［J］.当代化工研究，2023（11）：148150.

［5］吴晓勇，汪金鹏，高彩艳，等.碳中和背景下“环境材料概论”课程的教学改革与实践［J］.湖北理工学院学报，2022，38（2）：6568.

［6］刘珊，王润玺，刘玉飞.“双碳”背景下《聚合物原料与助剂》课程教学改革探索［J］.上海塑料，2022（6）：6467.

［7］吕学鹏，皮锦红，毛向阳，等.“双碳”背景下应用型本科院校材料类专业人才培养体系优化［J］.西部素质教育，2023（9）：108111.

［8］王如志，崔素萍，聂祚仁.“双碳”目标视角下“四位一体”本科教育模式创新［J］.中国大学教学，2022（4）：1418.

基金项目：2022年江西省高等学校教学改革研究课题立项项目“围绕‘双碳’目标低碳冶金视阈下新时代冶金工程人才培养创新模式的探索与实践”（JXJG22732）；中国冶金教育学会2022年度教育科研课题“‘三全育人’视阈下冶金类研究生‘层次递进、多维融合’课程思政路径的构建与应用”（2022YB16）；江西理工大学校级学位与研究生教育教学改革研究项目“适应‘双碳’目标的冶金类研究生培养改革探索与实践”（YJG2022010）；江西理工大学教学改革研究课题“嵌入思政元素、聚焦‘双碳’目标、融合创新教育的《重金属冶金学》课程教学改革研究”（XJG202139）

作者简介：贺山明（1984—），男，江西莲花人，博士，副教授，研究方向：化工冶金及二次资源利用。

*通讯作者：王晓明。