矿业类高校新能源科学与工程专业建设实践及思考——以中国矿业大学（北京）为例

张洪伟，周宏伟，赵毅鑫，滕腾，张村，王熠，陈宇龙

（中国矿业大学（北京）能源与矿业学院，北京 100083）

我国能源消费结构仍需持续改变。2020 年全年能源消费总量49.8 亿吨标准煤，比上年增长2.2%。煤炭消费量增长0.6%，原油消费量增长3.3%，天然气消费量增长7.2%，电力消费量增长3.1%。煤炭消费量占能源消费总量的56.8%，比上年下降0.9 个百分点；天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的24.3%，上升1.0 个百分点[1]。同时，随着国家产能工作的深入，加快行业转型步伐、加速人才分流已经成为传统能源行业，尤其是煤炭行业亟待解决的问题[2]。因此，依托于传统能源专业特色，探索“双碳”目标下的新能源科学与工程专业的建设之路，是矿业类院校专业建设与完善的必由之路和有力扩展。

新能源科学与工程专业作为国家确定的战略性新兴产业相关本科专业于2010 年首次建立。目前，国内外众多高等院校开设了新能源科学与工程专业，涵盖了包含风能、太阳能、生物质能、核电能和地热能等新能源领域。

中国矿业大学（北京）历经110 多年的发展，已形成以工科为主、以矿业为特色的学科专业体系。学校为积极响应国家能源战略对新能源技术人才需求和教育部“新工科”建设的要求，2019年，依托矿业工程、安全科学与工程两个“双一流”学科，由能源与矿业学院主持申报与建设的新能源科学与工程专业在矿业类院校首批获增。同年，学校及学院在改革人才培养方案、加强课程体系和新教材建设、强化实践教学及优化教师队伍方面着重开展了工作，取得了一定的建设经验和实践效果。

一、国内外新能源科学与工程专业概况

（一）国外高校新能源科学与工程专业建设概况

国外已有一些著名大学建立了新能源的本科专业[3]。2005年，俄勒冈州理工学院开设了美国第一个可再生能源工程本科专业，重点建设发电、电力和能源系统设计或应用及能源转换技术等方向。伊利诺斯州立大学和约翰布朗大学相继开设了可再生能源专业。斯坦福大学的能源资源工程专业包括可再生能源和化石燃料在内的能源的生产、转化和影响的工程，该专业还针对可再生能源、全球气候变化、碳捕获和封存及能源系统等相关能源方向设置了教学资源。宾州州立大学的能源与矿物工程学院所开设的能源工程专业，其课程旨在满足在本科阶段开发替代能源和传统化石燃料的需求，具体包括自然资源，如石油和天然气的开采，以及可再生或可持续能源，包括生物燃料、水力、风能和太阳能，属于综合性的新旧能源结合型专业。科罗拉多矿业大学开设了能源辅修专业，学生可以在可再生能源和传统能源之间选择一个方向进行学习，课程设置主要围绕节能环保设施的开发建设、气候变化、能源经济政策及风能、电能和水能等清洁能源的转化与利用。澳大利亚的新南威尔士大学设立了光伏与可再生能源工程学院，于2000 年开设光伏与太阳能本科专业，随后又开设了可再生能源工程本科专业。澳大利亚国立大学依托其可持续能源系统中心也建立了四年制的可再生能源系统专业。在欧洲，很多大学都开办了可再生能源专业，其中，德国的霍恩海姆大学开设了生物基产品与生物能源专业，并在其新能源本科专业课程设置中充分体现了自身在生物学和农林学方面的特色。丹麦科技大学工程学院设置了生态系统、电网系统、电网材料和未来能源4 个专业方向，其中，未来能源专业，即新能源专业的课程设置主要围绕可再生和可持续能源的基本原理（例如风能、太阳能、燃料/电解槽电池和电池）、能量转换和储存的基本原理、可再生和可持续能源技术组件的特性等开设课程。

（二）国内高校新能源科学与工程专业建设概况

国内高校在新能源专业设置和新能源产业专业人才培养方面起步较国外稍晚。2010 年首次批准浙江大学、华北电力大学等10 余所大学开设新能源科学与工程专业，随后两年又批准了20 余所大学开办该专业。目前，国内开设新能源科学与工程专业的学校有华北电力大学、浙江大学等近100 所。

以国内专业排名靠前的6 所大学为例，西安交通大学新能源科学与工程专业注重培养学生具备可再生与新型能源的高效低成本转换利用、常规能源洁净高效转化利用、与之相匹配的动力系统及其自动化控制与运行方面的专业知识。中南大学新能源科学与工程培养以太阳能光热与光伏科技为主，涵盖生物质能、核能、地热能和风能等新能源领域的高级复合型人才。华北电力大学新能源科学与工程专业分为风力发电方向、光伏发电方向和生物质能方向。华中科技大学新能源科学与工程专业以热流体科学为基础，兼顾装备制造、过程控制和信自、技术，集热、机和电为一体的培养特色。重庆大学动力工程学院成立了新能源系，搭建了太阳能、风能和生物质能等专业相关的本科生实验平台。浙江大学新能源科学与工程注重太阳能、风能、分布式能源系统和智慧能源等新能源领域。

综上，国内外高校新能源科学与工程面向的专业方向不尽相同，大都集中在太阳能、风能和生物质能等方向，培养学生的侧重点不同，各具特色，所开设的课程也有很大差异。国外大学虽然也有分专业方向的做法，但是这些做法与国内的设计有所不同，国外是按照在共同的基础课程之上，通过专业课来划分研究方向，这与国内完全根据专业方向对应设置基础课的做法明显不同。因此，在已有课程体系基础上，仍需探索矿业行业特质下的新能源科学与工程专业培养目标及专业课程体系。

二、专业建设背景

中国矿业大学（北京）经过110 多年的发展和建设，已经形成了以理工为主、以矿业与安全为特色的多学科协调发展的学科专业体系。在能源的勘探、开发和利用等领域形成了优势品牌和鲜明特色。新能源科学与工程专业由中国矿业大学（北京）能源与矿业学院主持申报与建设。学院招收采矿工程、新能源科学与工程等专业的本科生，其中采矿工程为国家级特色专业，矿业工程学科是“世界一流学科建设”的重点建设学科，在全国学科评估中已连续四次名列第一，学科优势显著，教学科研成果丰硕，尤其是在深部地球科学与工程领域具有突出优势。因此，新能源科学与工程专业目标是瞄准国家战略及经济发展需求，在深部地球科学领域实现绿色能源开发利用，是推进前沿基础研究、应用技术研究的深度融合。结合中国矿业大学（北京）在深部资源开采和地下空间开发领域的突出优势，新能源科学与工程专业构建地下固体资源流态化开发、非常规能源开发和矿山地热开发为特色的专业方向。

三、专业培养目标

在充分调研国内外高校新能源科学与工程专业的基础上，提出了具备能源特质、矿业特色的新能源科学与工程专业培养目标，构建承载学校能源特质的国际化创新人才培养模式。以教育部“新工科”为导向，面向国内外新能源产业的发展需求，以培养德智体美劳全面发展的社会主义合格建设者和接班人为根本，坚持“家国情怀、精英素养、能源特质”相融合的育人特色，面向国家能源革命重大需求，寻求能源结构优化之策。

围绕“培养什么人，怎样培养人，为谁培养人”的根本问题，以立德树人为根本任务，培养清洁能源生产、储存、转化和利用的高技术研发人才与管理人才，使学生具有新能源科学与工程领域扎实的理论基础，掌握新能源科学与工程的专门知识，满足国家新经济、新产业需求。将新能源科学与工程与工业4.0 和即将到来的工业5.0 新技术有机结合，围绕“双碳”目标，构建地下固体资源流态化开发、非常规能源开发和（矿山）地热开发等为特色的创新人才教育教学体系和培养质量评价体系。

四、专业培养思路

（一）明确专业定位，聚焦“流态化+非常规+地热+N”培养方向

新能源科学与工程专业涵盖的知识范畴十分宽广，教学内容多，容易导致学生浅尝辄止，无专业认同感。中国矿业大学（北京）作为典型的行业特色院校，对于新能源科学与工程专业的课程往往需要专业教师横跨学科授课，容易出现学科发展模式趋同化、学科个性模糊化的问题，也容易导致学科成果稀薄化、学科贡献力弱化，最终可能削弱传统学科的优势[4]。因此，在专业培养思路方面必须明确专业定位，处理好与传统能源学科的关系，实现“专”与“宽”、“老”与“新”之间的承袭与平衡，满足新工科建设“适应行业变化，面对未来趋势”的新理念。基于此，中国矿业大学（北京）专业培养方向定位在固体资源流态化开采、非常规能源开发和地热开发与利用等新能源工程领域，即“流态化+非常规+地热+N”培养方向。其中特别指出的是，地热开发涵盖了矿山地热开发、矿山热害防治和关闭/废弃矿井地热开发等教学内容，是传统能源高校在未来发展方向上的有利拓展。

（二）合理规划课程教学内容

在规划课程教学内容方面，必须有效解决教学学时少和教学内容多的问题。中国矿业大学（北京）新能源科学与工程专业着力于“流态化+非常规+地热+N”的专业课程体系教学，实现复合型专业知识的有机融合。在专业培育方案、课程教学大纲、实验设置、实验室建设、综合实践环节安排、师资队伍建设和科研与教学的协调等方面均围绕着“流态化+非常规+地热+N”模式开展，其中，“N”主要包括风能、光伏发电等新能源，主要利用虚拟现实、实践教学等手段拓宽学生知识面。同时，做好通识教育与专业教育的有效衔接，注意课程内容的关联性和先后设置的合理性，科学构建课程体系，优化精简毕业学分，有计划地设置各学期学分。

（三）重视拓展学生的国际化视野

面对新能源行业国际化的发展趋势，中国矿业大学（北京）新能源科学与工程专业开展了提升专业国际化水平的教学改革与建设工作，学院已经成立了专门的“国际交流合作办公室”，开展教学与科研的国际交流合作，开设了数门以全英文为授课形式的新能源国际必修课程，与宾夕法尼亚州立大学、科罗拉多矿业大学等国际新能源名校开展教学合作，邀请相应专业教授为客座教授，开设暑期国际课程，组建“双一流”本科拔尖人才培养国际班，提升专业国际化水平。同时，以中国矿业大学（北京）矿业工程的“双一流”建设为契机，利用中国矿业大学（北京）“流态化+非常规+地热+N”学科平台，依托中国矿业大学（北京）共伴生能源精准开采北京市重点实验室、煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心和采矿与安全工程实验教学示范中心（北京市实验教学示范中心）等平台，推动新能源科学与工程专业学科的国际化发展。

（四）加强实践教学环节，实行本科生导师制

通过实践教学环节，学生可以将较为抽象的理论知识具体化并加以应用。新能源科学与工程是一个工程实践性很强的学科专业，要求毕业生具备较强的实践操作能力。因此，在专业培养计划中，要将学生工程实践能力的培养贯穿于本科教育的整个过程中。新能源科学与工程专业实践环节要实现多层次多角度教学，具体包括：①增加实验课时；②增强金工实习、认识实习和生产实习教学；③以就业为导向，开设课程设计；④组织各种实习和实践活动；⑤要求学生对一种特定新能源的开发国内外进展和生产情况进行调查、分析；⑥利用当地和国内知名的企业，如大唐发电、中石化绿源地热能开发有限公司和山东海利丰清洁能源股份有限公司等作为教学实践基地，使实践环节全部结合企业生产和科研活动进行，以增强学生的实践能力。

另外，中国矿业大学（北京）新能源科学与工程专业依托学科特色优势和优质师资，实行“本科生导师工作制”，采取一对一工作方式，除学生工作部门配备的年级辅导员外，为每名本科生配备专业导师，在学业规划、学习过程、科研探索及品德素养等方面提供全方位辅导。本科生全程导师的工作职责包括如下几方面。

（1）指导规划。引导学生树立正确的专业思想，指导学生熟悉本专业的培养目标、教学计划和课程教学大纲等教学相关管理制度及文件。根据学生的知识能力水平和发展方向，与学生共同制订学习计划，增强专业认知认同，提升学业兴趣和动力，促进学生学业发展。

（2）指导学习。全面参与学生本科教育全过程，紧扣专业培养要求和专业进程，指导学生选修课程、选择专业方向等，鼓励学生参加实习实训、科技创新和志愿服务等实践活动，引导学生掌握正确学习方法，形成良好学习行为，激发学习潜能，增强学生自主学习和主动实践的能力。

（3）指导研究。通过学分规定、导师引导等途径，指导学生参与创新创业训练等创新实践活动，学生与导师双向选择，并根据确定课题开展研究，拓宽学生学术视野，增强学生创新精神和能力。

（4）立德树人。率先垂范、以身作则，关心学生的思想进步，引导学生明确学习目的和成才目标，端正专业思想和学习态度，注重学生的个性健康发展和科学精神、人文精神的培养，促进素质提高与人格发展，强化责任担当。言传身教，以自身严谨的治学态度、优良的职业道德影响学生。

（5）促进发展。帮助学生了解自己的能力水平和发展方向，指导学生进行成才设计，促进知识、能力和素质全面发展，在个人发展等方面提供咨询意见。

（6）信息反馈。收集学生对学校教学工作的意见和建议，并及时向学院反馈。

（五）模块化设置课程，考虑学生就业方向

尊重学生个性化差异，强化自主学习，激发学生学习的内在动力，推行模块化课程设置，扩大学生学习自主权，为学生个性发展提供有力条件。推行模块化设置课程组，其原则是课程组凸显学科前沿、特色，且相互差异化明显，但学分、难易程度大致相近。新能源科学与工程专业课组分为固体资源流态化开采、非常规能源开发和地热开发与利用3个，每个专业课程组由3 门课程组成，学生至少自选1 个专业课程组进行学习，充分考虑了学生喜好和就业偏好，提供更多选项。

（六）以OBE 教育理念为准心，强化专业定位

因各校的专业方向不同，毕业生的主要就业领域也有一定的区别。矿业类高校学生修完规定课程及学分，可获得工学学士学位。毕业生可到能源、动力、机械和环境等相关领域的研究院、设计院、高等院校及大型企业从事科学研究、技术开发、教学和管理工作。尤其是面向深部地球科学与工程领域，在深部能源开发、碳减排和新能源开发等企事业单位、高校从事相关工作。同时，专业必须明确学生毕业5 年左右所能从事的专业领域、职业特征和具备的职业能力。

中国矿业大学（北京）新能源科学与工程专业全面贯彻以学习成果为导向（Outcome-Based Education，OBE）的教育理念[5-6]，以新工科、新文科和新商科建设为契机，以世界一流大学相同或相近专业为参照，以本科专业类教学质量国家标准或专业评估（论证）标准为依据，结合社会发展新需求和学科交叉融合新趋势，准确定位专业培养目标，明确学生毕业5 年左右所能从事的专业领域、职业特征和具备的职业能力。

五、结束语

新能源科学与工程专业涵盖内容众多，行业特色高校应结合学科优势探寻新能源科学与工程专业的重点建设方向，形成依托学科、凝练特色和突出方向的专业建设模式。中国矿业大学（北京）在新能源科学与工程专业建设过程中，积极探索，在专业培养思路方面明确专业定位，突出固体资源流态化开采、非常规能源开发和地热开发与利用等新能源工程领域（“流态化+非常规+地热+N”专业培养模式），把握新能源与传统能源学科的关系，初步构成了中国矿业大学（北京）学科发展特点、特色突出的本科优势专业群，同步提升了学校人才培养品牌的影响力。