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“双碳”背景下碳中和通识类课程教育改革与实践

2024-12-03安周建张东付建时天禄李文达

高教学刊 2024年34期

摘 要:在全球气候变化和能源转型的背景下,碳中和已成为实现可持续发展的重要目标。该文以兰州理工大学碳中和与新能源综合利用通识课程为例,深入探讨在“双碳”背景下,通过教育改革与实践,培养学生的碳中和意识和新能源技术应用能力的方法。首先,分析课程改革的必要性,详细阐述改革的具体措施,包括培养目标的优化、教学内容的拓展、课程思政的融入、科创实践的结合以及评价体系的完善。实践结果显示,改革后的课程有效提升学生的学习兴趣和综合能力,显著增强其碳中和意识和解决实际问题的能力。这一教育改革为高校碳中和通识课程的设计与实施提供宝贵经验,对于培养新时代高素质人才具有重要的现实意义。

关键词:碳中和;教育改革;通识课程;跨学科融合;评价体系

中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:2096-000X(2024)33-0011-05

Abstract: In the context of global climate change and energy transition, carbon neutrality had emerged as a crucial goal for achieving sustainable development. Taking the general education course Carbon Neutrality and Comprehensive Utilization of New Energy at Lanzhou University of Technology as an example, tjpu4NZ7mWLWrjtAU03DZryKzIyqDgjsPwtZgrzxR+aA=his study explored the method on how educational reform and practice could foster students' awareness of carbon neutrality and their skills in applying new energy technologies under the "dual carbon" backdrop. The research initially analyzed the necessity for curriculum reform, then elaborated on the specific measures of the reform, which included the optimization of training objectives, the expansion of teaching content, the integration of ideological and political education into the curriculum, the combination with scientific and creative practices and the improvement of the evaluation system. Practical results indicated that the reformed curriculum effectively enhanced students' interest in learning and their comprehensive abilities, significantly strengthened their awareness of carbon neutrality and their capacity to address practical problems. This educational reform provided valuable experience for the design and implementation of carbon neutrality general education courses in universities, holding significant practical importance for cultivating high-quality talents in the new era.

Keywords: carbon neutrality; educational reform; general education courses; interdisciplinary integration; evaluation system

高校是培养和造就高层次综合人才的重要基地,也承担着服务社会的重要角色。目前,理工科高校教育主要以专业教育为主,重点关注理论教学并培养学生的工程实践能力[1]。然而,随着社会经济的飞速发展以及科技水平的快速提升,对理工科高校人才培养模式以及学生素养提出了新的要求:不仅具备较高的专业素养,同时应打破工、文、理、管理等不同学科之间的壁垒,寻求各学科之间的深度衔接,培养一专多能、德才兼备的高水平人才[2]。在专业教育的基础上,开展通识类教育是培养“一专多能”型人才的重要途径。通识类教育具有基础性、普适性、宽口径等特性,主要目的是在专业教育的基础上,帮助学生构建合理的知识、能力及素养体系,培养学生全面人格素养与宽广的国际视野[3]。

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上提出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”2021年7月12日教育部印发的《高等学校碳中和科技创新行动计划》中明确指出“加快制定碳中和领域人才培养方案,建设一批国家级碳中和相关一流本科专业……将碳中和理念与实践融入人才培养体系”;而国务院发布的《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》也强调要“建设碳达峰、碳中和人才体系,鼓励高等学校增设碳达峰、碳中和相关学科专业”。

在碳中和目标下,依托高校开发创新技术并培养碳中和领域高水平人才,是实现碳达峰碳中和的重要途径。然而,目前大部分高校尚未设立专门的碳中和人才培养专业以及课程,碳中和应用型人才的培养刚刚起步。在此阶段开展碳中和通识类教育,建立学生对碳中和概念、技术以及途径等方面的基本认知,同时结合自身专业知识,深入探索本专业内实现碳中和的关键技术。以“通专融合”为理念,实现专业教育与碳中和通识教育的高度契合。

一 “双碳”背景下碳中和通识教育的必要性

(一) 国家层面——战略需求

“双碳”战略作为我国实现高质量发展的重要战略之一,其实施标志着我国正从传统的工业化发展模式向低碳、绿色以及可持续的发展模式进行转变。在这一历史性的转型过程中,高质量人才扮演着至关重要的角色,他们不仅是推动低碳转型的中坚力量,更是促进可持续发展的核心驱动力。2021年7月,教育部发布了《高等学校碳中和科技创新行动计划》,旨在充分发挥高校在基础研究中的主力军作用以及在重大科技创新中的策源地角色,从而为实现“双碳”目标提供坚实的科技支撑和人才保障。2021年10月,国务院印发了《2030年前碳达峰行动方案》,该方案强调创新人才培养模式,积极鼓励高校加快新能源、碳减排、碳汇、碳排放权交易等学科的建设与人才培养;同时,深化产教融合,鼓励校企联合开展产学合作协同育人项目,共同组建“双碳”产教融合发展联盟,并建设一批国家储能技术产教融合创新平台,为国家实现“双碳”目标提供强有力的人才支撑和技术保障。此外,我国在实现“双碳”目标的时间表上与一些发达国家相比,面临着更为紧迫的挑战,很多发达国家在70年代已经实现了碳达峰,而他们计划到2050年实现碳中和[4]。相比之下,我国计划在2030年前实现碳达峰,并在2060年前实现碳中和,仅为30年的时间间隔,任务的艰巨性不言而喻。时间短、任务重,我国对“双碳”领域的技术和人才需求无比紧迫。

(二) 企业层面——发展需要

随着“双碳”战略的深入推进,企业对工科应用型人才的需求正经历一场变革。尽管传统工程技术能力仍然是基础,但企业现在更加重视人才对低碳技术的掌握,包括清洁能源技术、节能减排技术、碳捕捉与封存技术等。这些技术的应用将直接帮助企业减少碳排放,从而符合国家的“双碳”目标。各行各业都在积极响应,推动绿色低碳转型,并加大了对“双碳”领域专业人才的需求。据人社部统计,我国现有10万左右的“5868c31876d2ce7da3b088bd4b4c14d207b0cd3e78e55f55e4a85c4ea0d4f9ac双碳”领域人才,而根据目前各领域各行业对“双碳”专业人才的需求预测,“十四五”期间我国需要的“双碳”领域人才预计在60万到100万左右[5]。这一数据揭示了我国在“双碳”领域的人才需求与供给之间存在显著的差距,凸显了加快培养和引进“双碳”专业人才的紧迫性。

(三) 高校层面——人才培养

“双碳”目标的实现,不仅依赖于政策引导和技术创新的推动,更需要大量高素质人才的支撑。2022年4月,教育部发布的《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》,正是为了应对这一挑战而制定的。该方案明确强调,高校在“双碳”战略实施过程中扮演着培养和输送高素质人才的关键角色,为实现“双碳”目标提供坚实的人才保障和智力支持。目前“双碳”领域紧缺人才主要集中在储能和氢能,碳捕集、利用与封存以及碳金融和碳交易这三个关键领域[6]。为此,高校需增设与低碳经济、绿色技术紧密相关的专业和课程,通过系统化的教学与实践相结合,培养学生的环境意识、创新思维和专业技能,使学生成为能够适应未来绿色发展需求的高素质人才。此外,在高等教育国际化已经成为大学的重要特征和内在需求的时代背景下,还要注重培养学生的全球视野和国际竞争力[7]。兰州理工大学开设的碳中和与新能源综合利用课程,正是高校积极响应教育部上述方案的具体体现,同时也是高校在“双碳”领域人才培养中的重要举措。该课程内容广泛涵盖了碳捕集、利用与封存,碳金融和碳交易等紧缺人才领域的核心知识,通过理论学习与实践操作的有机结合,学生能够全面深入地了解这些领域的技术原理、应用场景和发展趋势。同时,在课程中引入了国际先进的低碳技术和管理经验,通过“国际会议、短期交流、长期交流、联合培养”等多平台为学生提供国际化学习机会,鼓励学生参与国际学术交流,拓宽视野,增强国际竞争力。

二 现有碳中和通识教育存在的问题

《碳达峰碳中和标准体系建设指南》指出,“双碳”目标的达成需要综合考虑碳减排、碳清除和市场化机制,覆盖能源、工业、交通运输和金融等诸多重点行业,整体呈现多学科交叉融合、发展要求更新变化快、创新型人才需求高的特点[8]。在实践过程中,发现传统通识教育无法培养学生完成“双碳”目标所需的综合素质,主要问题如下。

(一) 交叉学科教学团队建设仍需加强

目前,理工类高校已经意识到“双碳”目标的实现是复杂系统工程,仅依靠单一学科教师无法达成培养目标,因此组建了跨学科教学团队共同授课。但是,学科交叉广度不足,教学内容相互独立,知识点呈碎片化特征,思政元素难以融入,不能实现协同式教学。究其原因,碳中和通识课程以普及理念,介绍相关技术知识为主,普遍由工学类院系开设,教学团队缺乏具有经济学、法学等背景的专家教师,造成了学科交叉多为“工-工”,而“工-商”“工-法”教育缺位的情况。此外,团队授课通常将课程拆分成几大章节,每个教师负责独立的章节。在授课过程中,教师间缺乏有效的沟通交流机制导致课程知识不能有机结合,不成体系,造成学生学习兴趣下降。

(二) 课程教学模式与评价机制仍需优化

“双碳”战略要求高校着重培养学生的多学科视野、创新思维和大工程观,强调知识点的综合运用,注重知识体系的系统性,而目前的碳中和通识教育方法不能适用相关要求,课程培养模式与评价机制落后造成的学生与教师之间缺乏协同激励是导致这一现状的根本原因。“双碳”教育的高要求客观上造成了教学内容膨胀和考核难度增加,在“水课”普遍存在的现状下,仅依靠通识学分和教学任务指标的要求对学生和教师均缺乏吸引力,最终导致了选课人数少、学习意愿低、教学设计智慧点不突出、授课方式死板填鸭、产学研创结合不紧密以及课程思政缺乏等一系列问题。此外,碳中和通识教育还面临培养方案更新滞后,过程化学生学习效果考察方式不完善的问题,最终无法达到培养目标。

三 碳中和通识课程培养模式改革

根据碳中和通识类课程教育中存在的问题以及兰州理工大学学情,制定了如图1所示的“双碳”背景下通识类课程教育改革方法,并依托兰州理工大学碳中和与新能源综合利用课程进行了实践教学。

(一) 优化培养目标

碳中和与新能源综合利用课程以碳中和技术为基础、以“双碳”战略人才需求为牵引、以习近平生态文明思想为指导,融合兰州理工大学“奋进求是”的精神内核,坚持工程应用问题导向,通过理论与实践相结合的方式着重培养学生的跨学科视野、创新思维和知识应用能力,引导学生学习碳技术、碳金融和碳法律,帮助学生树立“双碳”意识,提高从业兴趣。本课程培养目标优化:①理论层面上,学生需要了解碳中和的概念、背景与必要性;掌握太阳/风/氢/生物质能-电/热/化学能转换的基本原理及优缺点;掌握电化学储能等先进储能技术的基本原理及优缺点;了解风光储一体化系统等新能源综合利用技术的研究现状和发展方向;了解新能源利用中的碳监测技术与核算方法;了解新能源行业国内外涉碳法律法规与碳交易规则。②实践层面上,依托兰州理工大学创新创业学院与红柳创客梦工厂平台,利用垂直轴风机、漂浮式波浪能发电装置等大量已有相关项目,在授课教师指导下进行科技创新实战训练并参与科创竞赛,培养学生的工程意识和跨学科知识应用能力,增强创新思维,提高沟通合作、审辩思维等核心素养,培养学生系统性解决碳中和工程相关问题的能力。

(二) 拓展教学内容

“双碳”战略涉及经济社会发展方方面面,需要大量熟悉数学、物理、经济、法律和能源等多学科知识的交叉学科创新型人才,且由于战略实施处于起步阶段,政策、路线、法律和技术都在不断更新迭代当中,变化较为显著,对高校人才培养的适应性提出了更高要求。基于“双碳”战略和课程培养目标,优化教学内容是提升适应性的重要举措之一。教改前,碳中和与新能源综合利用课程主要介绍能源领域碳中和技术,包括新能源发电技术和先进储能技术的案例、原理及方法。为了满足“双碳”战略的人才培养需求,该课程需拓展新的教学内容:①工学层面,新增了碳排放监测技术研究现状、应用案例和发展方向。可靠的碳排放检测技术是准确获取碳排放数据的前提,可为减排政策的制定和减排效果的评估提供有力支撑。重点介绍了光谱、遥感、人工智能、区块链等技术在碳监测领域的应用。②经济学层面,新增了碳排放核算的概念、内涵和研究进展。碳核算是评估排放水平,划分排放责任,助力企业进入碳交易市场的基础。重点介绍了城市和企业碳排放核算边界的界定,生产/消费侧碳排放核算的方法,在此基础上带领学生进行碳核算课堂练习,加深概念理解。③法学层面,新增了能源领域基本法《中华人民共和国能源法》的内容解读及相关法律体系建构路线。重点介绍了我国能源法律体系对企业绿色低碳转型的影响及发展方向。

(三) 融入课程思政

节能减排早已是全人类的共识,但达成这一宏伟而艰巨目标的途径与方法、减碳的力度与决心、付出的努力与代价却有着鲜明的国家差异,中国共产党领导下的中国以无可辩驳的事实,深刻彰显了一个大国的责任、能力和担当。碳中和与新能源综合利用课程以此为思政教育切入点,深度挖掘工-商-法领域的思政资源,普及“两山”理论和“双碳”战略,发扬以“艰苦奋斗、自强不息、求真务实、开拓创新”为内涵的兰州理工大学“红柳精神”,宣传大西北在新能源发电和先进储能技术方面取得的突出贡献和成就,着重培养学生的家国情怀和创新精神。在教学中,聚焦新能源综合利用对碳中和目标的贡献,将理论知识点与思政元素有机融合,让学生认识到自己在碳中和领域的责任与使命并激发求知热情和职业自豪感。例如,西北电网截至2023年9月新能源装机规模已达1.90亿千瓦,即将成为国内首个以新能源为主的区域电网[9],这归功于风光互补、光热一体化、沼气热发电等多项新能源发电技术的突破和电化学、储热、储氢等多种先进储能技术的联合应用,由此引出相关知识点的讲解,同时让学生进行碳减排核算练习,以加深新能源对碳中和贡献的认识。

(四) 结合科创实践

科技创新实战训练是解决学生与教师之间协同激励缺乏问题的关键方法[10]。碳中和与新能源综合利用课程依托兰州理工大学创新创业学院与红柳创客梦工厂平台已有节能减排相关项目,以学生小组合作,教师提供指导而非教学的形式分组开展科创实践,以参加科创竞赛/申报大创项目/申报科创基金为目标。教学团队中每名教师主要负责一个项目,学生可根据兴趣或需要选择项目组,授课时间各组交流项目进展。这种方式可以有效提升学生学习与教师授课热情,达到协同激励的目的。对于学生,在通识学分以外可获创新创业学分以满足毕业要求,获奖经历可得竞赛加分以便于在奖学金评定、保研及就业方面获得优势,提升竞争力。对于教师,指导的科创项目获奖可算作本科生培养方面的成绩,科创成果可以申请专利和创新成果转化项目,促进校企合作,有助于提高教学水平、精进科研工作和提升职称。此外,通过基于项目的科创实践教学,可以突出教学中的应用逻辑,让学生在做中学,立足实践,培养发现问题并解决问题的能力,进而使学生具备分析和解决复杂工程问题的综合素质,以便更好地满足“双碳”战略人才需求。

四 碳中和通识课程考核方式改革

碳中和与新能源综合利用课程考核方式的改革,其目标在于构建一个更加全面、动态且以学生为中心的评估体系,以适应教育发展的需求和培养具备碳中和意识与能力的高素质人才。

(一) 多元化学生学习考核评价

传统的考核评价方式主要依赖于笔试和教师单方面的评价,这种方式过于侧重知识的记忆和重复,而忽视了学生对知识的深入理解、实际应用以及创新能力的培养[11]。在碳中和与新能源综合利用课程中,我们积极探索并采用了更加开放、互动且多元化的评价考核方式:①从知识的简单传授转向能力的培养。考核中,不仅关注学生对理论知识的掌握程度,更注重他们在实践技能、创新思维和批判性分析能力方面的表现。通过布置项目作业、案例分析等多样化的任务,鼓励学生在实践中深化对理论知识的理解,并培养他们独立解决问题的能力。②从结果为导向转向过程为导向。除了关注学生的考试成绩和作业完成情况外,更重视他们在学习过程中的参与度、努力程度及进步情况。通过实地考察和模拟实验,观察学生在实际操作中的表现,评估他们的学习过程和技能发展。③从单一评价转向多元评价。引入包括同伴评价、自我评价和教师评价,通过同伴评价,让学生在相互评价中学习和成长,通过自我评价,让学生在反思中提升自我认知,这些多元的评价方法能够更好地适应学生的个性化需求,提高评价的准确性和有效性。同时,教师也能更有效地识别学生的强项和弱点,提供更有针对性的指导和支持。

鉴于碳中和问题涉及环境科学、经济学、政治学和社会学等多个学科领域,碳中和与新能源综合利用课程特别采用了跨学科的评价方式。通过设计跨学科的项目作业,引导学生从不同学科的角度来深入理解和解决碳中和问题。例如,在一个项目中,学生可以运用环境科学的知识来分析碳排放的影响,运用经济学的理论来评估碳减排的成本效益,运用政治学的观点探讨政策的制定与实施,运用社会学的方法研究公众对碳中和的认知和行为。这种跨学科的考核方式不仅有助于培养学生的综合素质,还能显著提升他们的创新能力和解决实际问题的能力。

(二) 多元化教师教学考核评价

碳中和与新能源综合利用的授课过程中,我们不仅以传统的学生笔试成绩作为评价指标,更创新性地引入了多元化的教师教学考核评价体系:①高度重视学生反馈的收集与分析。通过实施定期的问卷调查、组织小组讨论以及进行一对一访谈,深入了解学生对课程内容、教学方法及教师互动的真实感受,并将其作为改进教学的重要依据,确保教学活动更加贴近学生的实际需求。②建立同行评价与自我评价相结合的机制。通过举办教学观摩和研讨会,教师之间相互学习,共同提升教学质量。同时,鼓励教师进行深入的自我反思,准确识别教学中的优势与改进点,从而实现个人教学能力的持续提升。③注重教学成果的展示与分享。通过举办教学成果展示会,交流共享教学经验,进一步提升碳中和通识课程的整体教学质量。通过这些多元化的教师教学考核评价方法,我们能够更全面、客观地评估教学效果,为提高碳中和通识课程的教学质量奠定了坚实基础。

五 结束语

碳中和与新能源综合利用课程的成功实施,证明了高等教育在响应国家战略、培养绿色发展人才方面的潜力和责任。我们将继续深化课程内容,优化教学方法,加强与产业界的合作,确保课程的实用性和前瞻性,培养出更多具有国际视野、创新精神和交叉学科应用能力的碳中和领域专业人才,为实现国家的“双碳”目标贡献智慧和力量。

参考文献:

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[4] 刘国伟.中国等57国将在2030年实现碳达峰各国携手迈向碳中和[J].环境与生活,2021(1):8-23.

[5] 郝芳华.价值·路径·体系:中国式现代化进程中的双碳教育[J].华中师范大学学报(人文社会科学版),2023,62(1):1-10.

[6] 教育部关于印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》的通知[J].中华人民共和国教育部公报,2022(Z2):70-73.

[7] 李健.新工科背景下“双碳”领域国际化人才培养体系构建[J].高教学刊,2023,9(26):11-14.

[8] 碳达峰碳中和标准体系建设指南[J].广西节能,2023(2):6-9.

[9] 马晓伟,王文倬,薛晨,等.西北新型电力系统先行示范体系探究[J].电网与清洁能源,2024,40(1):1-7.

[10] 李特,刘阔,刘海波,等.面向“双一流”建设的科技创新实践育人培养模式探究[J].高教学刊,2022,8(14):5-8.

[11] 黄泽皑,唐春,王平,等.基于“双碳”背景的新能源专业创新创业教育研究[J].高教学刊,2024,10(13):64-67.

DOI:10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.34.003

基金项目:甘肃省高等教育教学成果培育项目“多专业多学科交叉融合的大学生创新创业模式探索实践——以风能直驱热泵供暖项目为例”(甘教高函[2023]14号);甘肃省高等教育教学成果培育项目“一间教室、两个平台、三位一体、多措并举——基于有效互动的混合式教学模式实践”(甘教高函[2022]11号);甘肃省大学生就业创业能力提升工程项目“新工科+实验班引领下多专业多学科交叉融合就业创业平台建设与实践”(甘教学函[2023]16号);兰州理工大学2024年度高等教育研究项目“新工科背景下‘大思政’教学体系的探索与实践——以《热工基础》为例”(GJ2024B-44);兰州理工大学研究生课程思政示范项目“双碳背景下《高等工程热力学》课程思政教育的探索与实践”(202210);兰州理工大学高等教育研究项目“双碳目标下基于创新创业实验班的多专业多学科交叉融合一流本科人才培养模式研究与实践”(GJ2022A-3)

第一作者简介:安周建(1990-),男,汉族,甘肃天水人,博士,副教授,硕士研究生导师。研究方向为能源与动力工程。

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