“雙碳”戰(zhàn)略背景下冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)的思考

徐潤(rùn)生，張思奇，張建良

（北京科技大學(xué) a.冶金與生態(tài)工程學(xué)院；b.土木與資源工程學(xué)院，北京 100083）

為深入貫徹中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于“碳達(dá)峰、碳中和”的重大戰(zhàn)略部署，發(fā)揮高?；A(chǔ)研究主力軍和重大科技創(chuàng)新策源地作用，為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)提供科技支撐和人才保障，2021年7月，教育部發(fā)布《高等學(xué)校碳中和科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知［1］。2022年4月，教育部印發(fā)《加強(qiáng)碳達(dá)峰碳中和高等教育人才培養(yǎng)體系建設(shè)工作方案》，對(duì)加強(qiáng)綠色低碳教育、打造高水平科技攻關(guān)平臺(tái)、加快緊缺人才培養(yǎng)、促進(jìn)傳統(tǒng)專業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、深化產(chǎn)教融合協(xié)同育人、深入開(kāi)展改革試點(diǎn)、加強(qiáng)高水平教師隊(duì)伍建設(shè)、加大教學(xué)資源建設(shè)力度、加強(qiáng)國(guó)際交流與合作9項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)做了明確要求［2］。因此，在當(dāng)前“雙碳”戰(zhàn)略背景下，進(jìn)行高等院校工程教育教學(xué)改革，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳中和目標(biāo)、探索實(shí)施新工科發(fā)展模式具有重要的意義。

我國(guó)鋼鐵行業(yè)碳排放量占全球鋼鐵碳排放總量的60%以上，占全國(guó)碳排放總量的15%左右，是全國(guó)制造業(yè)門類中碳排放量最大的行業(yè)［3］。鋼鐵行業(yè)的低碳發(fā)展對(duì)工業(yè)領(lǐng)域乃至全國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施具有重要的影響。因此，打造鋼鐵工業(yè)碳中和科技創(chuàng)新高地，持續(xù)開(kāi)展前瞻性基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，培養(yǎng)鋼鐵工業(yè)碳中和領(lǐng)域國(guó)際化人才，是冶金工程專業(yè)教育教學(xué)和科學(xué)研究的緊迫任務(wù)。

一、“雙碳”戰(zhàn)略背景下冶金工程專業(yè)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

（一）能源結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)冶金原理亟待更新

清潔能源的大量使用是傳統(tǒng)冶金流程實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施，即充分利用核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等可再生能源，提高綠色清潔、可再生能源的使用比例，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)。相比傳統(tǒng)以化石能源為主的鋼鐵冶煉，新工藝將逐漸由碳冶金過(guò)渡到氫冶金、電—?dú)洹紡?fù)合冶金。由于冶煉能源和還原劑發(fā)生革命性轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)冶金反應(yīng)器內(nèi)的物理化學(xué)反應(yīng)規(guī)律也將隨之發(fā)生顯著變化。比如，傳統(tǒng)鋼鐵冶金采用煤粉和焦炭作為高爐煉鐵的主要能源和還原劑，因此目前鋼鐵冶金專業(yè)核心必修課程“鋼鐵冶金學(xué)”中的內(nèi)容主要圍繞焦炭、煤粉與燒結(jié)礦、球團(tuán)礦在高爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)行為展開(kāi)，重點(diǎn)闡述CO還原鐵氧化物的理論基礎(chǔ)和工業(yè)技術(shù)。但現(xiàn)有的課程教學(xué)中，對(duì)于新能源冶金帶來(lái)的傳統(tǒng)冶煉反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化規(guī)律鮮有介紹，若不及時(shí)更新相關(guān)課程內(nèi)容，學(xué)生畢業(yè)后很難適應(yīng)新能源背景下的冶煉操作、新技術(shù)開(kāi)發(fā)和畢業(yè)后的持續(xù)學(xué)習(xí)，因此，迫切需要更新和完善當(dāng)前課程內(nèi)容中的冶金原理知識(shí)。

（二）冶金工程專業(yè)“雙碳”相關(guān)配套課程不足，“雙碳”特色課程體系有待完善

目前，冶金工程專業(yè)課程主要包括“冶金物理化學(xué)”“冶金傳輸原理”“金屬學(xué)”“鋼鐵冶金學(xué)”“有色金屬冶金學(xué)”“冶金環(huán)境工程與資源循環(huán)利用”等主修課程，并開(kāi)設(shè)鋼鐵冶金類、有色金屬冶金類、冶金與材料物理化學(xué)類、冶金工程公共基礎(chǔ)等選修課程。為推動(dòng)冶金行業(yè)“雙碳”行動(dòng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，畢業(yè)生不僅需要掌握現(xiàn)有的工藝技術(shù)知識(shí)，還需要熟悉冶金“雙碳”相關(guān)的環(huán)保、管理、金融等方面的知識(shí)。但當(dāng)前冶金工程專業(yè)的培養(yǎng)方案和課程體系中較少涉及與碳中和相關(guān)的低碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)，缺少碳政策、碳金融、碳管理和碳市場(chǎng)等相關(guān)課程，上述問(wèn)題勢(shì)必會(huì)影響人才培養(yǎng)質(zhì)量，需要重點(diǎn)解決。因此，冶金工程專業(yè)需要配套“雙碳”相關(guān)專門課程，完善冶金“雙碳”課程體系。

（三）冶金工程專業(yè)教育突出碳中和理念，“雙碳”師資力量有待快速提高

我國(guó)冶金技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)冶金工程的科教水平也飛速發(fā)展。中國(guó)冶金工程學(xué)科排名持續(xù)世界第一，培養(yǎng)了越來(lái)越多的高素質(zhì)人才。我國(guó)冶金院校的教師大多數(shù)是國(guó)內(nèi)著名冶金類大學(xué)的博士畢業(yè)生，如北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、中南大學(xué)等。教師的學(xué)歷背景以鋼鐵冶金技術(shù)、有色冶金技術(shù)和冶金物理化學(xué)為主，科研方向也聚焦于冶煉過(guò)程中的基礎(chǔ)理論和工藝優(yōu)化。雖然部分教師的研究方向?yàn)橐苯疬^(guò)程中的節(jié)能減排，但更多的是對(duì)SO2、NOx和粉塵顆粒等污染物的治理工作，較少涉及CO2減排技術(shù)。2020年以來(lái)，在“雙碳”政策的推動(dòng)下，鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和技術(shù)路徑逐步明確，部分高校專家、學(xué)者參與了技術(shù)路徑的研究和制定，但冶金專業(yè)大多數(shù)教師對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略的背景知識(shí)、發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施路徑尚未建立全面的知識(shí)體系，尤其是對(duì)鋼鐵行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的技術(shù)路線和實(shí)施方案有待深入理解。然而，教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)水平?jīng)Q定了學(xué)生的受教程度。因此，為了培養(yǎng)優(yōu)秀的碳中和復(fù)合型人才，加強(qiáng)“碳達(dá)峰、碳中和”領(lǐng)域高素質(zhì)師資隊(duì)伍建設(shè)尤為關(guān)鍵，這也是傳統(tǒng)冶金工程專業(yè)師資隊(duì)伍迫切需要提高的地方［4］。

（四）冶金工程專業(yè)教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)缺少碳中和要素，健全的教學(xué)評(píng)估體系有待構(gòu)建

冶金工程是一門傳統(tǒng)的工科專業(yè)，目標(biāo)是培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感和道德修養(yǎng)，具備較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神、國(guó)際視野，具備扎實(shí)與寬厚的冶金工程學(xué)科基礎(chǔ)理論知識(shí)、了解與掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)及前沿技術(shù)、熟悉鋼鐵冶金與有色冶金新技術(shù)新工藝的發(fā)展要求，具有良好的外語(yǔ)和計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力，具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜冶金工程問(wèn)題的能力，具備自我學(xué)習(xí)意識(shí)和在實(shí)踐中自我提高的能力，適應(yīng)國(guó)內(nèi)、國(guó)際人才市場(chǎng)需求的高級(jí)工程技術(shù)人才?，F(xiàn)有的教學(xué)評(píng)價(jià)體系圍繞上述培養(yǎng)目標(biāo)構(gòu)建，從教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、畢業(yè)生跟蹤反饋等方面設(shè)置評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠很好地保障教學(xué)過(guò)程的實(shí)施。然而，在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，需要將碳中和復(fù)合型人才具備的基本素養(yǎng)列入冶金工程專業(yè)培養(yǎng)方案，并形成相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。若沒(méi)有明確的、科學(xué)的、完善的教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系，冶金行業(yè)“雙碳”人才培養(yǎng)質(zhì)量將無(wú)法保證。

二、對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略背景下冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)的思考

（一）針對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略人才需求，確立冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)新目標(biāo)

在培養(yǎng)目標(biāo)上，需要面向“雙碳”戰(zhàn)略的人才需求目標(biāo)，結(jié)合冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)特點(diǎn)，形成冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)新目標(biāo)，使得學(xué)生理解“雙碳”戰(zhàn)略與冶金行業(yè)發(fā)展的密切聯(lián)系，讓學(xué)生畢業(yè)后能夠在冶金行業(yè)從事相關(guān)科研、設(shè)計(jì)和管理工作的同時(shí)，有能力開(kāi)展冶金行業(yè)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)需求設(shè)計(jì)，推動(dòng)冶金行業(yè)低碳綠色高質(zhì)量發(fā)展，助力我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（二）基于冶金工程專業(yè)“雙碳”人才新目標(biāo)，構(gòu)建新的課程體系

對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略下的冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行分解，制定相匹配的畢業(yè)要求，設(shè)計(jì)新的課程體系。在課程設(shè)置上，繼續(xù)保留冶金工程專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)課，重點(diǎn)增加冶金碳中和相關(guān)選修課，可以將部分課程設(shè)置為專業(yè)必選課，聚焦冶金行業(yè)碳中和技術(shù)。比如，開(kāi)設(shè)“低碳綠色冶金新技術(shù)”“冶金碳中和概論”“氫冶金”“冶金碳捕集與封存”“冶金碳排放核算學(xué)”“碳匯與碳交易”等課程，在課程設(shè)計(jì)上注重傳統(tǒng)冶金專業(yè)課程與“雙碳”課程的銜接，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科課程之間的交叉融合，增加“雙碳”相關(guān)實(shí)踐類課程學(xué)時(shí)，提高學(xué)生“雙碳”相關(guān)的知識(shí)積累、思維方式和工作能力。

（三）圍繞冶金行業(yè)“雙碳”技術(shù)路徑，更新課程內(nèi)容和教學(xué)理念

盡管傳統(tǒng)冶金工程的課程內(nèi)容涉及過(guò)程優(yōu)化、效率提高、排放減少，但需重點(diǎn)融入碳中和技術(shù)路徑，將“碳達(dá)峰、碳中和”背景貫穿核心主干課程，補(bǔ)充新能源冶煉過(guò)程中的物理化學(xué)知識(shí)和工程應(yīng)用案例。比如，在“鋼鐵冶金學(xué)”課程內(nèi)容中及時(shí)引入前沿的理論和科技進(jìn)展，即氫冶金、生物質(zhì)冶金、非高爐煉鐵、煉鐵過(guò)程超低排放、煉鐵智能控制等，注重?zé)掕F與智能、煉鐵與環(huán)保、煉鐵與安全等學(xué)科的深度交叉。在教學(xué)理念上，重點(diǎn)啟發(fā)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)冶金工藝“低碳化、去碳化”發(fā)展的思考。此外，當(dāng)前教育環(huán)境推動(dòng)了線上教學(xué)的蓬勃發(fā)展，教師應(yīng)充分發(fā)揮線上教學(xué)資源豐富的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多種優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享，對(duì)學(xué)生進(jìn)行“雙碳”戰(zhàn)略思維的引導(dǎo)和啟發(fā)。

（四）以學(xué)生“雙碳”能力提升為引導(dǎo)，加強(qiáng)“雙碳”師資隊(duì)伍建設(shè)

師資隊(duì)伍是決定教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，要針對(duì)冶金工程專業(yè)教師“雙碳”理論薄弱的問(wèn)題，采取多維度的師資能力提升措施。一是采用專家講座、專題學(xué)習(xí)、國(guó)外交流的方式，不斷豐富現(xiàn)有教師的“雙碳”知識(shí)儲(chǔ)備；二是跨學(xué)院師資深度融合，聘請(qǐng)經(jīng)管學(xué)院、環(huán)境學(xué)院、碳中和研究院等二級(jí)單位的教師參與冶金工程專業(yè)課堂教學(xué)，彌補(bǔ)“雙碳”師資的不足；三是精準(zhǔn)引進(jìn)國(guó)外師資，國(guó)外碳中和行動(dòng)較早，借鑒該領(lǐng)域的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果，可以增強(qiáng)國(guó)內(nèi)師資力量。此外，高校要實(shí)施機(jī)制靈活的碳中和人才培養(yǎng)政策，形成規(guī)模合理、梯次配置的“雙碳”師資隊(duì)伍。

（五）構(gòu)建立體多維的“雙碳”實(shí)踐課程體系，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力

實(shí)踐與創(chuàng)新能力是新工科背景下冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)，也是培養(yǎng)“雙碳”特色高素質(zhì)人才的目標(biāo)［5］。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)增加碳中和專題實(shí)驗(yàn)課程和校外實(shí)踐，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，構(gòu)建具有“雙碳”理念的實(shí)踐教學(xué)新體系。比如，在校外實(shí)踐課程中，可以增加如下內(nèi)容：鋼鐵企業(yè)碳排放現(xiàn)狀調(diào)研、低碳技術(shù)調(diào)研、鋼鐵企業(yè)碳排放案例計(jì)算等；設(shè)立碳中和相關(guān)的學(xué)生科研項(xiàng)目、大學(xué)生競(jìng)賽，配備學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師。這可使學(xué)生深入“雙碳”科研和生產(chǎn)一線，鍛煉學(xué)生運(yùn)用自己的知識(shí)儲(chǔ)備制訂工作方案和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、解決問(wèn)題的能力，不斷培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和創(chuàng)新精神。

（六）建立健全教學(xué)評(píng)價(jià)體系，注重過(guò)程跟蹤及階段評(píng)價(jià)

教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)是改善教學(xué)質(zhì)量并制定教學(xué)提升策略的重要依據(jù)［6］。科學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系可以為高素質(zhì)碳中和人才的培養(yǎng)質(zhì)量保駕護(hù)航。廣泛的、多元的、具有代表性的評(píng)價(jià)主體是有效實(shí)施教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，它應(yīng)涵蓋學(xué)生、授課教師、同行專家、教學(xué)督導(dǎo)、畢業(yè)生、用人單位和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)鋼鐵工業(yè)會(huì)等專業(yè)機(jī)構(gòu)。學(xué)生、授課教師、同行專家、教學(xué)督導(dǎo)對(duì)教師現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)效果予以評(píng)價(jià)和建議；畢業(yè)生結(jié)合在單位參與“雙碳”工作的親身體會(huì)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和評(píng)價(jià)指標(biāo)提出建議；用人單位結(jié)合畢業(yè)生的“雙碳”能力予以評(píng)價(jià)，對(duì)教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)提出建議；中國(guó)金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)鋼鐵工業(yè)會(huì)等專業(yè)機(jī)構(gòu)，從國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略對(duì)冶金行業(yè)人才需求的角度，對(duì)教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)給出建議。同時(shí)，科學(xué)制定教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要重點(diǎn)梳理所有指標(biāo)間的相互關(guān)系及層次結(jié)構(gòu)［7］，將“雙碳”人才培養(yǎng)目標(biāo)列入現(xiàn)有的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，并分解到每一節(jié)課上，明確課堂的“雙碳”教學(xué)目標(biāo)。此外，評(píng)價(jià)方式采用問(wèn)卷調(diào)查、會(huì)議討論等多種方式，評(píng)價(jià)周期不固定，及時(shí)匯總和分析評(píng)價(jià)結(jié)果，形成“以評(píng)促建”的有效機(jī)制，不斷提高“雙碳”背景下新型冶金工程高素質(zhì)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略是我國(guó)在新發(fā)展階段的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略部署，也是我國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要舉措?！半p碳”戰(zhàn)略目標(biāo)對(duì)傳統(tǒng)冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。在碳中和高素質(zhì)冶金工程專業(yè)人才教育教學(xué)過(guò)程中，要將“雙碳”戰(zhàn)略理念融入人才培養(yǎng)各環(huán)節(jié)，基于“雙碳”戰(zhàn)略人才素質(zhì)要求，完善學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)；以“雙碳”戰(zhàn)略技術(shù)路徑為背景，豐富課程教學(xué)內(nèi)容；以學(xué)科深度交叉融合為推手，加強(qiáng)“雙碳”師資隊(duì)伍和教學(xué)資源建設(shè)；以“雙碳”特色型新工科人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，健全教學(xué)評(píng)估體系。以上舉措有助于加快推進(jìn)傳統(tǒng)冶金工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的升級(jí)，為我國(guó)冶金行業(yè)低碳綠色發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)人才，對(duì)我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施意義重大。

（課題組成員：劉征建、焦克新、李克江、王振陽(yáng)、王翠、王耀祖、張磊、范曉玥）