碳中和大背景下应用型本科化工专业教育改革

＊黄靖 杨磊 傅明连 黄建辉

（莆田学院环境与生物工程学院 福建省新型污染物生态毒理效应与控制重点实验室 福建 351100）

1.引言

近年来，全球生态环境不断恶化，气候变暖日趋严重，人类活动特别是人类的工业生产所带来的环境影响受到全球各个国家的重视。在《巴黎协定》的指导下，其目标将温度上升幅度限制在1.5℃以内。我国为了减缓气候的不利影响，中共中央、国务院印发了《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》《2030年前碳达峰行动方案》等，提出“碳达峰”和“碳中和”的战略构想，将碳达峰和碳中和纳入生态文明建设的整体布局。研究表明，国家层面的产业升级是实现“碳达峰”和“碳中和”的重要途径，在产业升级过程中，人才结构需求不断更新迭代，2021年7月，教育部印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》（教科信函〔2021〕30号）对各个高校提出“碳中和”人才培养质量的要求。

化工行业是高耗能高污染的行业，承接着自然生产原料和社会终端消费品的重要纽带。据不完全统计，目前，化工（含石化）能耗占工业总能耗的18%左右，我国主要化工产品能耗高于国际领先水平23～29个百分点。另外，化工行业碳排放接近15亿吨/年，占全部碳排放的4%。所以在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，化工行业，特别是一些高耗能的行业，将首先面临着产业调整和产业转型。在未来的20年里，高耗能的传统化工生产模式将逐渐被淘汰，绿色化工将逐渐成为化工行业新的发展机遇。也就是说，在未来，传统单一模式的化工人才需求骤降，而复合型、高素质、应用型的人才将会在化工行业广受欢迎。应用型高等院校作为培养技术性、工程性人才的基地，将为我国的制造业输送大量技术员和工程师，他们也将是我国未来化工行业绿色化转型、实现2030年碳达峰和2060年碳中和的中坚力量。故在“碳达峰”和“碳中和”的背景下，应用型本科院校化工专业教育将顺应时代的要求，并进行一定培养模式的侧重和改革，在化工专业教育中逐步渗透绿色环保工程的思想理念，这也是本文研究的目的所在。

2.我国化学化工应用型人才培养现状

在过去，高等院校是科学技术革新的领头羊，行业通过吸纳高等院校人才来提高自己的科技水平。近年来，随着我国经济的腾飞和产业结构的升级，行业企业的科技创新水平已经逐渐超过高等院校的水平，开始引领我国的科技发展。虽然在高等院校的教育已经采用翻转课堂、虚拟仿真等各种新的教学手段，但其教育的本质主要以基础的专业教育为主，缺乏行业企业实践以及综合职场素质的培养，导致高等院校的毕业生无法满足碳中和时代产业转型的人才需求。为了“碳中和”的实现，化学工程将与环境科学、能源科学、信息科学、人工智能、经济学、社会学、管理学等学科深度交叉，而传统的化工单一学科已经远无法满足产业升级后的要求，虽然不要求化工专业的学生能够全部精通这些相关学科的知识技能，但必须有一定量的相关学科知识储备，这就对新时期化工专业学生提出了更高的要求。另外，在化工产业绿色化智能化转型后，化工行业需要技术技能合一的高素质知识工人，而非过去的技术或技能的多能工，故在碳中和大背景下，高等院校的教学教育改革势在必行，以适应新背景下的产业人才需求。

3.碳中和背景下化工专业人才培养途径

(1)聚焦行业前沿，强化专业技能培养

首先，要将专业教育中引入最新前沿的行业技术。通常来讲，教育教材、图书的专业技术知识具有一定滞后性，主要为一些基础性，被广泛认可的专业知识，与当下行业最新前沿的技术技能有较大差距。因此，这就需要教师在教材进行充分挖掘的基础上，将行业中最新的科技发展以及前沿的科学研究融入专业知识点的教学中，逐步的在专业技能传授过程中渗透。例如，在化工基础课《化工热力学》的教学过程中，教师可以在适当的章节（比如相平衡章节）向学生介绍CO2捕集的前沿科技，如行业中利用富钙镁浓海水捕集利用CO2过程中使用多级沉淀法、新型离子液体CO2捕集剂的研发、油田中CO2驱油技术、开发CO2基绿色塑料、把CO2直接还原到碳单质产物，如石墨、碳纳米管和石墨烯以及由工业烟道气生产高附加值化工产品。

其次，在化工教育中渗透最新“碳达峰”和“碳中和”政策及解读，让学生紧跟国家政策。“碳达峰”和“碳中和”是我国未来20年生态文明的重点任务，国家将持续地指定各种政策来引导和规范高耗能高排放的行业的绿色转型，教师可以在绪论或者专业导论中引入相关“碳中和”政策的介绍，将“碳中和”的理念贯彻到整个课程的总体脉络中，一方面可以使课程条理性逻辑性更强，另一方面亦可提升学生的专业认同感以及对未来行业发展的认识。例如在化工专业《绿色工程原理与应用》的课程教学中，以“碳中和”为主线，介绍原子经济、绿色化学、绿色产品的设计原理、循环经济以及绿色材料等与“碳中和”直接相关的理念和技术，并可以通过项目教学法以学生为主体参与绿色工艺流程的设计，也可以通过国家级生态工业示范园区的介绍，让学生了解我国目前在“碳中和”方面的努力和成效。这些教学活动的各个方面都可以渗透“碳中和”教育的思想，通过与一些实际的化工生产问题进行接合，可以让学生在短时间迅速的掌握一些绿色化工的思想和技术。

(2)借鉴先进教学理念，强化职业素质培养

在“碳中和”时代，化工行业的生产将更加复杂化、绿色化、智能化。这个时代的生产方式对化工行业应用型人才劳动任务需要的能力结构提出了更高层次的要求。人才的培养也需要跟新背景下的生产方式相适应。碳中和的背景下，劳动分工由有限分工转化为专业化分工，劳动内容由大工种操作转变为一体化生产系统，劳动工具逐渐由机械化电动化工具转变为计算机机器人等智能控制系统，劳动者也将由过去的技术或技能的多能工转变为技术技能合一的高素质知识工人。碳中和时代的工业生产需要一批能够多专业协作、具有综合职业能力以及完整的跨学科协同的人才。

教师在一些应用性实践性比较强的课程或者章节可以借鉴德国职业教育中的行动导向教学法开展教育。其教学过程可分为目标、方案、决策、实施、控制和评价六个阶段。首先，教师将实际的工作任务引入课程内容，然后，在完成教师布置任务的过程中，学生模拟实际工作过程，进行小组讨论并且指定详细的任务方案。接着，教师对于可行的方案进行批准，对现有条件无法开展方案进行调整后，让学生重新进行讨论修改，直至可行为止。方案可行性后，学生小组通过教师的讨论确定实施细节，实施细节要具体到何人何时借助何种媒体做某事。接下来，学生按照详细的实施细节对任务目标进行执行，执行可以根据详细的实施进行分工协作。在计划实施过程中，教师将对每一个小组的任务执行情况进行检查，控制任务的进程和质量。各个小组根据工作任务实施过程中遇到的问题适当的调整工作进度、安排、计划，以求按时保质保量地完成任务。最后，教师和学生共同检查项目的结果是否达到预期目标以及产品的质量要求。在检测的基础上，教师和学生进行评价，师生一起找出工作偏差的方法和缺陷的原因。

传统的课程评价体系较为注重专业能力的考核，缺乏职业素质的培养和评价。教师和学生在进行课程成绩考核时，还应更加注重职业综合能力的评价。职业综合能力的评价包括团队合作评估、展示评估、档案评估以及职业行动能力的评估。团队合作评估可设置“有目标的讨论和处理工作任务”“组员互相帮忙和尊重”“对出现的问题公开讨论和解决”等评价指标，并进行量化打分；展示评估可包含项目展示时的内容条理性、专业的正确性、语言、语态以及所用的媒体进行评价；档案评估主要对项目最终的总结报告进行评价，可包括形式标准（如封面制作、文档格式、篇幅、参考文献格式等）、专业内容（如专业概念的使用、内容的创新性等）以及总体的文档架构进行评价标准的设置并量化打分；职业行动能力的评估可围绕课程章节的教学目标从专业能力、方法能力、学习能力以及个人社会能力多维度的进行评价。在这种评价标准下，学生将有意识的注重自身除专业能力外的其它职业素质的培养，以适应化工产业绿色转型后智能化、一体化的生产模式需求。

另外，应用型本科院校应该更加关注“碳中和”大背景下的1+X证书制度建设。2021年，国家推出碳排放管理员的新职业，在《中华人民共和国职业分类大典》中的编码为 4-09-07-04。这充分体现了国家和政府推进“碳达峰”和“碳中和”生态文明建设的决心，也预示下各个行业特别是化工行业发展以及职业需求方向。应用型本科院校应该积极根据碳排放管理员职业资格要求及时调整化工专业培养方案和教学大纲，加强碳排放管理员职业资格要求与基础化学化工教育的互融互通，稳步推进化工专业与“碳达峰”和“碳中和”相关的1+X证书制度建设以及相关职业资格培训，为国家和社会培养更多合格的碳排放管理员，助力化工行业产业升级以及绿色化转型。

(3)开展创新创业活动，强化创新能力培养

在渗透碳中和教育的过程中，课堂教学是主要的方式，这一点是毋庸置疑的。然而，在课后积极开展一些创新创业活动，能够为课堂教学进行有效的补充。创新创业教育具有教育时间的灵活性、自由性、形式的多样性，更加符合当前学生的需求。由于本科阶段学生专业水平的限制，难以得到一些对科学和工程贡献较大的成果。教师设置创新创业项目可以以“碳中和”为项目背景，学生在应用层面通过设计可行的工艺过程来降低生产成本、降低生产能耗以及生产过程的碳排放。这些属于创新的范畴，而且能够实实在在到“碳中和”的技术革新中。另外，在创业训练项目中，学生创办公司，了解公司的运营及化工产业的运行规律，通过团队协助，培养职场综合素质。另一方面，学生专业能力、团队协助分工以及跨学科跨专业协作，在创新创业项目进行过程中不断训练，以达到化工产业的智能化绿色化转型所需人才的标准。

此外，作为地方高校可以充分利用地方的资源开展各项与碳中和相关创新创业项目。比如莆田学院环境与生物学院围绕莆田市母亲河木兰溪的保护和综合治理开展多项创新创业项目，包括木兰溪水质监测、木兰溪源头保护、木兰溪部分流域污水治理以及木兰溪日常管理等多方面的碳核查和碳评估以及这些环节的减碳工艺设计，优化各个环节的碳排放，以达到木兰溪综合治理过程中的碳中和要求。莆田学院华峰产业学院依托莆田市鞋服产业平台开发的创新创业微专业，通过多个专业学生协同创新，以莆田市特色鞋服产业减碳增效为背景，“司生”共同参与，产教融合，孵化鞋服行业绿色化工为主题的创新创业活动，探究符合碳中和要求的生产工艺。这些都是地方高校为地方的实际案例，也是地方应用型高校在碳中和时代为地方城市培养高素质复合型人才的一种新的教学教育模式。

(4)举办知识竞赛或讲座，强化跨学科交流

整个“碳中和”产业需要多学科交叉的复合型人才，在学校的日常教学中，需要注重与“碳中和”相关思政课程的引入，可以通过向学生讲授与碳中和相关的最新发展的信息以及科学趣闻，对学生的知识面进行有效的扩展。学校和学院可以组织跟“碳达峰”和“碳中和”的政策解读以及最新科技进展。同时，“碳中和”不仅仅只涉及到化学化工学科，是全部学科的都应关注的。可以举办一些“碳中和”相关知识的竞赛，能够在一定程度上激发学生主动学习碳中和的知识和政策，促进学科间的互通共融，使其在潜移默化中提升各学科绿色工程意识，培养多学科交叉的复合型应用人才。

4.结语

近年来，我国大力推行“碳达峰”和“碳中和”战略，促使我国的工业体系向高质量发展转型。化学工业作为工业体系的重要组成部分，也将不断在国家的引导下淘汰落后产能，淘汰高污染高能耗高碳排放的产业，不断向绿色化、智能化的工业体系转型。而新型产业格局对高等院校的人才培养提出了更高的要求。作为化学工业一线技术人员以及工程师的培养基地，应用型本科院校传统的化工专业教学模式已经无法满足转型期的人才培养需求。在碳中和的大背景下，化工专业的教育教学，通过聚焦行业前沿科技强化专业技能的培养，通过引进先进的教学方法提升职业综合能力，通过创新创业项目以及知识竞赛，在教书育人中深度融入“碳中和”的战略思想，促进多学科融合，助力化工行业的绿色化、智能化转型。