徐润生，张思奇，张建良
（北京科技大学 a.冶金与生态工程学院；b.土木与资源工程学院，北京 100083）
为深入贯彻中共中央、国务院关于“碳达峰、碳中和”的重大战略部署，发挥高校基础研究主力军和重大科技创新策源地作用，为实现“碳达峰、碳中和”目标提供科技支撑和人才保障，2021年7月，教育部发布《高等学校碳中和科技创新行动计划》的通知［1］。2022年4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》，对加强绿色低碳教育、打造高水平科技攻关平台、加快紧缺人才培养、促进传统专业转型升级、深化产教融合协同育人、深入开展改革试点、加强高水平教师队伍建设、加大教学资源建设力度、加强国际交流与合作9项重点任务做了明确要求［2］。因此，在当前“双碳”战略背景下，进行高等院校工程教育教学改革，对实现我国碳中和目标、探索实施新工科发展模式具有重要的意义。
我国钢铁行业碳排放量占全球钢铁碳排放总量的60%以上，占全国碳排放总量的15%左右，是全国制造业门类中碳排放量最大的行业［3］。钢铁行业的低碳发展对工业领域乃至全国“双碳”战略实施具有重要的影响。因此，打造钢铁工业碳中和科技创新高地，持续开展前瞻性基础研究、关键核心技术攻关，培养钢铁工业碳中和领域国际化人才，是冶金工程专业教育教学和科学研究的紧迫任务。
一、“双碳”战略背景下冶金工程专业教学面临的挑战
（一）能源结构发生巨大变化，传统冶金原理亟待更新
清洁能源的大量使用是传统冶金流程实现“双碳”战略目标的重要措施，即充分利用核能、风能、太阳能、生物质能等可再生能源，提高绿色清洁、可再生能源的使用比例，实现多能互补。相比传统以化石能源为主的钢铁冶炼，新工艺将逐渐由碳冶金过渡到氢冶金、电—氢—碳复合冶金。由于冶炼能源和还原剂发生革命性转变，传统冶金反应器内的物理化学反应规律也将随之发生显著变化。比如，传统钢铁冶金采用煤粉和焦炭作为高炉炼铁的主要能源和还原剂，因此目前钢铁冶金专业核心必修课程“钢铁冶金学”中的内容主要围绕焦炭、煤粉与烧结矿、球团矿在高炉内的化学反应行为展开，重点阐述CO还原铁氧化物的理论基础和工业技术。但现有的课程教学中，对于新能源冶金带来的传统冶炼反应器内物质与能量转化规律鲜有介绍，若不及时更新相关课程内容，学生毕业后很难适应新能源背景下的冶炼操作、新技术开发和毕业后的持续学习，因此，迫切需要更新和完善当前课程内容中的冶金原理知识。
（二）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
目前，冶金工程专业课程主要包括“冶金物理化学”“冶金传输原理”“金属学”“钢铁冶金学”“有色金属冶金学”“冶金环境工程与资源循环利用”等主修课程，并开设钢铁冶金类、有色金属冶金类、冶金与材料物理化学类、冶金工程公共基础等选修课程。为推动冶金行业“双碳”行动目标的实现，毕业生不仅需要掌握现有的工艺技术知识，还需要熟悉冶金“双碳”相关的环保、管理、金融等方面的知识。但当前冶金工程专业的培养方案和课程体系中较少涉及与碳中和相关的低碳、零碳、负碳技术，缺少碳政策、碳金融、碳管理和碳市场等相关课程，上述问题势必会影响人才培养质量，需要重点解决。因此，冶金工程专业需要配套“双碳”相关专门课程，完善冶金“双碳”课程体系。
（三）冶金工程专业教育突出碳中和理念，“双碳”师资力量有待快速提高
我国冶金技术和产业发展迅速，国内冶金工程的科教水平也飞速发展。中国冶金工程学科排名持续世界第一，培养了越来越多的高素质人才。我国冶金院校的教师大多数是国内著名冶金类大学的博士毕业生，如北京科技大学、东北大学、中南大学等。教师的学历背景以钢铁冶金技术、有色冶金技术和冶金物理化学为主，科研方向也聚焦于冶炼过程中的基础理论和工艺优化。虽然部分教师的研究方向为冶金过程中的节能减排，但更多的是对SO2、NOx和粉尘颗粒等污染物的治理工作，较少涉及CO2减排技术。2020年以来，在“双碳”政策的推动下，钢铁行业碳达峰、碳中和技术路径逐步明确，部分高校专家、学者参与了技术路径的研究和制定，但冶金专业大多数教师对“双碳”战略的背景知识、发展规划和实施路径尚未建立全面的知识体系，尤其是对钢铁行业如何实现碳达峰、碳中和的技术路线和实施方案有待深入理解。然而，教师的知识结构水平决定了学生的受教程度。因此，为了培养优秀的碳中和复合型人才，加强“碳达峰、碳中和”领域高素质师资队伍建设尤为关键，这也是传统冶金工程专业师资队伍迫切需要提高的地方［4］。
（四）冶金工程专业教学评价指标缺少碳中和要素，健全的教学评估体系有待构建
冶金工程是一门传统的工科专业，目标是培养具有社会责任感和道德修养，具备较强的创新意识、团队精神、国际视野，具备扎实与宽厚的冶金工程学科基础理论知识、了解与掌握相关专业知识及前沿技术、熟悉钢铁冶金与有色冶金新技术新工艺的发展要求，具有良好的外语和计算机运用能力，具有较强的工程实践能力和解决复杂冶金工程问题的能力，具备自我学习意识和在实践中自我提高的能力，适应国内、国际人才市场需求的高级工程技术人才。现有的教学评价体系围绕上述培养目标构建，从教学质量监控、毕业生跟踪反馈等方面设置评价指标，能够很好地保障教学过程的实施。然而，在“双碳”战略背景下，需要将碳中和复合型人才具备的基本素养列入冶金工程专业培养方案，并形成相应的评价指标。若没有明确的、科学的、完善的教学效果评价体系，冶金行业“双碳”人才培养质量将无法保证。
二、对“双碳”战略背景下冶金工程专业人才培养的思考
（一）针对“双碳”战略人才需求，确立冶金工程专业人才培养新目标
在培养目标上，需要面向“双碳”战略的人才需求目标，结合冶金工程专业人才培养特点，形成冶金工程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，让学生毕业后能够在冶金行业从事相关科研、设计和管理工作的同时，有能力开展冶金行业“双碳”战略目标需求设计，推动冶金行业低碳绿色高质量发展，助力我国碳中和目标的实现。
（二）基于冶金工程专业“双碳”人才新目标，构建新的课程体系
对“双碳”战略下的冶金工程专业人才培养目标进行分解，制定相匹配的毕业要求，设计新的课程体系。在课程设置上，继续保留冶金工程专业相关基础课，重点增加冶金碳中和相关选修课，可以将部分课程设置为专业必选课，聚焦冶金行业碳中和技术。比如，开设“低碳绿色冶金新技术”“冶金碳中和概论”“氢冶金”“冶金碳捕集与封存”“冶金碳排放核算学”“碳汇与碳交易”等课程，在课程设计上注重传统冶金专业课程与“双碳”课程的衔接，强调多学科课程之间的交叉融合，增加“双碳”相关实践类课程学时，提高学生“双碳”相关的知识积累、思维方式和工作能力。
（三）围绕冶金行业“双碳”技术路径，更新课程内容和教学理念
尽管传统冶金工程的课程内容涉及过程优化、效率提高、排放减少，但需重点融入碳中和技术路径，将“碳达峰、碳中和”背景贯穿核心主干课程，补充新能源冶炼过程中的物理化学知识和工程应用案例。比如，在“钢铁冶金学”课程内容中及时引入前沿的理论和科技进展，即氢冶金、生物质冶金、非高炉炼铁、炼铁过程超低排放、炼铁智能控制等，注重炼铁与智能、炼铁与环保、炼铁与安全等学科的深度交叉。在教学理念上，重点启发学生对传统冶金工艺“低碳化、去碳化”发展的思考。此外，当前教育环境推动了线上教学的蓬勃发展，教师应充分发挥线上教学资源丰富的优势，实现多种优质教学资源的共享，对学生进行“双碳”战略思维的引导和启发。
（四）以学生“双碳”能力提升为引导，加强“双碳”师资队伍建设
师资队伍是决定教学质量的关键，要针对冶金工程专业教师“双碳”理论薄弱的问题，采取多维度的师资能力提升措施。一是采用专家讲座、专题学习、国外交流的方式，不断丰富现有教师的“双碳”知识储备；二是跨学院师资深度融合，聘请经管学院、环境学院、碳中和研究院等二级单位的教师参与冶金工程专业课堂教学，弥补“双碳”师资的不足；三是精准引进国外师资，国外碳中和行动较早，借鉴该领域的教学经验和科研成果，可以增强国内师资力量。此外，高校要实施机制灵活的碳中和人才培养政策，形成规模合理、梯次配置的“双碳”师资队伍。
（五）构建立体多维的“双碳”实践课程体系，培养学生的实践创新能力
实践与创新能力是新工科背景下冶金工程专业人才培养的重点，也是培养“双碳”特色高素质人才的目标［5］。在实践教学环节，应增加碳中和专题实验课程和校外实践，优化实践教学内容和教学模式，构建具有“双碳”理念的实践教学新体系。比如，在校外实践课程中，可以增加如下内容：钢铁企业碳排放现状调研、低碳技术调研、钢铁企业碳排放案例计算等；设立碳中和相关的学生科研项目、大学生竞赛，配备学校导师和企业导师。这可使学生深入“双碳”科研和生产一线，锻炼学生运用自己的知识储备制订工作方案和实验计划、解决问题的能力，不断培养学生的合作精神和创新精神。
（六）建立健全教学评价体系，注重过程跟踪及阶段评价
教学质量评价是改善教学质量并制定教学提升策略的重要依据［6］。科学的教学评价体系可以为高素质碳中和人才的培养质量保驾护航。广泛的、多元的、具有代表性的评价主体是有效实施教学质量评价的关键，它应涵盖学生、授课教师、同行专家、教学督导、毕业生、用人单位和中国金属学会、中国钢铁工业会等专业机构。学生、授课教师、同行专家、教学督导对教师现场教学效果予以评价和建议；毕业生结合在单位参与“双碳”工作的亲身体会，对教学内容和评价指标提出建议；用人单位结合毕业生的“双碳”能力予以评价，对教学目标和评价指标提出建议；中国金属学会、中国钢铁工业会等专业机构，从国家“双碳”战略对冶金行业人才需求的角度，对教学目标和评价指标给出建议。同时，科学制定教学质量评价指标体系需要重点梳理所有指标间的相互关系及层次结构［7］，将“双碳”人才培养目标列入现有的教学评价体系，并分解到每一节课上，明确课堂的“双碳”教学目标。此外，评价方式采用问卷调查、会议讨论等多种方式，评价周期不固定，及时汇总和分析评价结果，形成“以评促建”的有效机制，不断提高“双碳”背景下新型冶金工程高素质人才的培养质量。
结语
“碳达峰、碳中和”战略是我国在新发展阶段的一项重大战略部署，也是我国应对全球气候变化的重要举措。“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。在碳中和高素质冶金工程专业人才教育教学过程中，要将“双碳”战略理念融入人才培养各环节，基于“双碳”战略人才素质要求，完善学生培养目标；以“双碳”战略技术路径为背景，丰富课程教学内容；以学科深度交叉融合为推手，加强“双碳”师资队伍和教学资源建设；以“双碳”特色型新工科人才培养为导向，健全教学评估体系。以上举措有助于加快推进传统冶金工程专业人才培养模式的升级，为我国冶金行业低碳绿色发展培养高素质人才，对我国“双碳”战略实施意义重大。
（课题组成员：刘征建、焦克新、李克江、王振阳、王翠、王耀祖、张磊、范晓玥）
