高校能源环境类专业本科教育与实践

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摘要：地方高校本科教育以“双一流”建设为契机，秉承新工科建设理念，在现有学科体系建构的基础上，融合地方特色产业发展，不断推动学科建设的改革与创新。山西大学能源环境类专业针对传统能源经济转型的战略需求，结合煤基资源化高值利用的科研基础，调整专业结构，更新课程体系，建设产学研相结合的实践教学平台，培养符合地方经济发展需求的高水平应用型工程技术人才，在理论与实践相结合、多学科交叉融合等方面进行了有益的探索和实践。

关键词：新工科；交叉融合；课程套餐；实践平台

经济全球化伴生了新一轮科学技术革命和产业技术变革。以新一代高新信息技术为引领，高新能源技术、生物工程技术、新材料等技术群相互渗透，交叉融合，带动以绿色、智能、创新为特征的新型工业发展模式应运而生。为适应新型工业发展，2017年2月教育部提出高校“新工科”建设，全力探索形成中国特色模式的工科教育，推动高等教育强国建设。综合国内研究，目前新工科主要包括两种形式：一种是推动前沿科学发展的新型工科专业，如人工智能、大数据等智能制造专业；另一种是推动传统工业升级转型的工科专业。

一、一流本科教育是地方高校能源环境类专业改革的方向

一流本科教育，是指坚持“以本为本”，推进“四个回归”，加快建设高水平本科教育、全面提高人才培养能力，培养一流创新人才的一流本科建设[1]。一流本科教育是世界一流大学，以及一流学科的本质内涵。在高等教育“双一流”建设的目标下，以新工科为理念，地方高校本科教育要依托地方特色进行改革，向一流本科教育水平迈进[2]。以煤炭为主的矿产资源型城市，经济兴于能源，困于能源，如黑龙江鹤岗、山西晋城、河南焦作等，这些城市的经济发展均遭遇瓶颈。近年来，绿色GDP的发展迫使资源型城市在追求经济快速发展的同时必须转变传统认知，能源产业转型升级迫在眉睫。预计近50年煤炭作为能源燃料仍有不可替代的地位，但传统的燃烧利用方式已不符合当前经济环境发展的要求，转型与发展是解决当前产业发展困境的关键。加快科技创新步伐，促进煤炭清洁高效利用、煤基资源高值利用及煤基固废资源化利用，生产多品种、多品牌、高附加值的产品成为促进煤炭产业转型的重要途径。因此，开展主导产业多元化发展，积极开发高端新型装备制造、研发新型煤基碳材料等在内的战略性新兴产业是矿产资源型城市实现经济转型的有效途径。

二、特色本科教育是地方高校能源环境类专业改革的目标

地方本科高校是高等教育体系的重要组成部分，切实服务地方产业经济发展是其办学理念[3]。目前，地方高校本科专业面临挑战。（1）传统专业知识结构陈旧。大多数高校在课程设置上遵循一定的模式，内容仅局限于常规教材，知识内容陈旧，导致本科专业的学习与地方经济发展脱节。（2）课程设置单一，缺少学科间的交叉融合。随着经济的发展，单一的知识结构已不能适应当今社会对人才的需求，知识的广度需要学科间相互渗透。（3）本科教育与实践相脱节，相对封闭的办学环境，不适合新工科人才的培养。面对产业转型升级，以及技术日新月异的新经济形态，现有工科专业的改革创新和升级改造要融合地方产业经济特色，更新专业结构、调整课程体系、建设实践平台。着力培养学生将知识转化为服务工业生产的工程实践能力，使之成为技术和管理兼备的创新型工程人才。

三、交叉融合地方特色是地方高校能源环境类专业改革的实践路径

地方高校具有显著的地域性特征，在谋求自身发展的同时，还肩负着服务地方经济及社会发展的基本职责[4]。本科教育教学改革要立足于地区经济发展和产业转型升级的需求，实现专业学科建设与产业需求的有效对接，关注行业技术发展趋势，充分利用社会资源优势，深化高校和企业的协作，为国家和社会培养优秀的创新创业型工科人才[5]。

（一）融入前沿知识，构建本科专业新型结构

1.以“大数据”为核心的人才培养模式改革在大数据、互联网、人工智能融合发展的大背景下，“互联网+”为资源循环利用产业的持续发展注入了新活力，带来了新的经济增长点。运用现代信息技术，推动互联网与资源循环利用的深度融合，加速传统再生资源产业的转型升级，促进行业数据共享和监督管理，推进生产系统和生活系统循环链接，从而加快资源循环利用体系的构建。开设本科课程“资源循环产业互联网”，通过启发式教学，从“互联网+再生资源回收”、“互联网+环卫”、“互联网+餐厨垃圾管理”和“互联网+园区循环化改造”等方面，引导学生结合课题分小组进行探索式学习。2.融入前沿的、具有地方转型新方向的课程、内容和知识2020年8月，教育部、财政部和国家发改委联合发布《关于高等学校加快“双一流”建设指导意见》指出，“双一流”高校应该打破传统学科之间的壁垒，积极在前沿和交叉学科领域培植新的学科生长地。地方高校的改革也要以此为导向，通过构建“学科群”，融入前沿知识，实现学科交叉融合。在新工科理念下，地方高校本科专业应在传统结构基础上融入前沿知识，进行改革创新和升级改造。随着经济和产业的发展，一部分传统工科专业需要不断更新知识结构，融入前沿知识，才能符合社会的需求。地方高校本科专业应在现有专业内容基础上，结合地方经济发展特色，顺应企业发展需求，培养更加符合地方经济发展需求的专业人才。煤炭作为我国工业发展的命脉，一直是经济产值增长的重要推动力。

（二）学科交叉融合，设置课程套餐，构建新型专业课程体系

课程体系是高等学校培养人才的主体。课程体系的构建既要体现“以人为本、多元文化和自主选择”的课程核心理念，同时也要体现课程体系整体设计的完整性、整合性、基础性、选择性、实践性和时代性，又要体现地方高校本科教学方案的区域特色[6]。高校正规教学模式是以学科分类划分的，偏重单一学科的专业化与精深化，随着全球化经济技术的发展，单一的知识结构已不适合当今社会对人才的需求，交叉学科组织应运而生，其是以跨越多学科和多领域而建立的，体现的是学科间相互联系和作用[7]。“学科群”是将现有的细分院系进行整合，一个大的学院下设多个系，包含更广泛的学科，即打破原有的单一学科教学模式，又可灵活地构建各种形式的交叉学科间的联系[8]。北京大学提出“30+6+2”学科建设规划，着力推动部分优势学科进入世界前列。可见，在传统学科模式基础上，建立学科间的交叉融合，是目前高校本科课程体系发展的趋势。当代科学技术呈现出交叉融合的发展趋势，特别是错综复杂的大工程问题需要多学科协同攻关。中科院包信和院士认为新工科需要科学与工程和人文的交叉融合。竺可桢认为大学不是“谋食”而是“谋道”，是追求真理、推进科学进步的舞台，高校本科教育应该实行通才教育。因此，新工科建设也要立足于通才教育，实现人文学科与工程学科的有机融合。山西大学环境与资源学院在传统的能源环境类专业课程基础上配置多种“课程套餐”，选修模块为体现学科特色和对接行业需求的课程，完成个性化培养。根据社会需求提出“能源环境+经济+管理+哲学+法律+互联网”的交叉融合，大学一年级和二年级学生以公共基础课及部分专业基础课学习为主，进入大学三级开始，除专业课学习外，学生可以根据自己感兴趣的方向选择相应的模块。例如，选择环境评价方向，就需要选修法律类、管理类及经济类相关课程；煤基固废资源化利用方向除学习专业基础课外，还需要选修经济类、管理类等相关课程。同时，融入“互联网+能源环境”依托云计算、大数据、区块链等技术，实现以“大数据”为核心的人才培养模式改革，促进专业群与产业链结合。1.理论教学板块针对目前煤电产业链的需求，全面优化和改善现有学科结构，努力打破学科归属与交叉融合的壁垒，突破单独学科“点”状发展和几个学科简单“面”的发展。针对煤炭低值燃烧利用，煤电产业污染物排放量大、能耗高，废弃物难利用，超低排放政策带来的压力等产业发展难题，山西大学环境与资源学院以能源环境类专业为主组建“煤电产业污染控制与煤基固废资源化利用学科群”。专业课采取课程套餐模式，包括专业必修课与专业选修课两类，其中，专业必修课由主干核心课程与学生必须掌握的专业课组成，专业选修课依据学生的个性发展方向设置，体现专业优势与特色，学科群具体构架如图1所示。独具地方特色的“煤电产业污染控制与煤基固废资源化利用学科群”形成了具有新工科背景的资源循环科学与工程专业，不仅为焦化企业、煤电企业和污染处理企业等地方龙头产业输送大批工程技术人才，助力煤炭相关企业的发展和产业升级，而且大幅提高毕业生的就业率，形成学生与企业双赢的良性循环格局。2.实践教学板块在传统的验证实验基础上对专业实验模块进行调整，设置为综合型实验、设计型实验、研究型实验。例如《固体废弃物处理实验课》选择粉煤灰为实验对象，除了粉煤灰制作建材的传统实验外，可以引导学生设计从粉煤灰中分离漂珠、提取铝或硅等可再利用物质。在实验室不易操作的实验项目，可以推荐学生在课下使用“国家级虚拟仿真实验项目共享平台”，选择相关的实验项目自行完成，并纳入成绩考核。同时鼓励学生以团队的形式在本科生科研创新实践环节参与感兴趣的科学研究课题。

（三）对接产业，建立产学研实践平台

地方高校新工科建设有其自身发展思路，以地方经济发展为导向，重视对社会的贡献度及工业生产的发展。因此，传统的封闭式办学模式已不再适合经济的发展需求，迫切需要对接产业，建立产学研实践平台。为此，山西大学采取如下实践举措，实现产学研的有效结合。1.围绕煤基材料发展与煤基固废高值利用产业需求，建立开放式、社会化的办学体制，构建校企协同育人新平台，吸引企业参与高校人才培养过程。设立“能源环境专业前沿科学探讨”课程，邀请企业专家面对面授课，介绍企业实际生产的相关知识，以及遇到的技术问题。2.建立企业参与的教学质量评价体系，与企业联合设立大学生创新实践项目，建立双导师制，在理论与实践过程中，培养产业需要的高端复合型人才和应用实践型人才[9]。山西大学环境与资源学院在新工科理念下，增设资源循环科学与工程专业，在已有硕士点和博士点的基础上设置的新专业，拥有国家重点实验室，被评为山西省“1331工程”重点创新团队（煤基废物资源化利用创新团队）和山西省“1331工程”工程（技术）研究中心（工业废弃物处理与资源化工程技术研究中心）。依托研发基地、科研工作站、创新中心、产学研实践基地，搭建学生科研实践和创新创业平台，为打造10亿元级固废产业园提供技术支撑，并与襄垣县共建固废利用研发基地，同时与朔州市共建煤电污染控制及资源化利用山西省重点实验室。上述科研机构均为本科生及研究生提供科研及社会实践平台，让学生能够在学校接受实训、在实习期间深入企业，真正实现校企产业对接，让产学研落到实处。地方高校一流本科教育建设准确把握定位，确立发展方向，关键在于融合地方特色，服务地方经济发展需求，有选择性地对传统专业进行创新与升级，融入前沿知识，构建本科专业新型结构，交叉融合构建“学科群”，建立产学研实践平台，专业学科建设上充分体现地方产业经济发展的需要，服务于能源产业的升级转型，着力培养符合地方经济发展需求的工程技术人才。

参考文献：

[1]古天龙，魏银霞.以新工科理念推动地方高校建设一流本科教育[J].中国大学教学，2018（2）：31.

[2]吴仁华，张积林.地方应用型大学新工科教育体系建设与实践[J].中国大学教学，2020（12）：11.

[3]朱为鸿，彭云飞.新工科背景下地方本科院校产业学院建设研究[J].高校教育管理，2018，12（2）：30.

[4]柳贡慧.地方大学“双一流”建设的逻辑与途径[J].中国高等教育，2017（18）：33.

[5]卜祥风，邓景泉.“新工科”建设背景下的地方高校工科专业改革探索与实践———以滁州学院机械设计制造及其自动化专业为例[J].高教学刊，2018（17）：136.

[6]孙科学，郭宇锋，肖建.面向新工科的工程实践教学体系建设与探索[J].实验技术与管理，2018，35（5）：233.

[7]陆国栋.“新工科”建设的五个突破与初步探索[J].中国大学教学，2017（5）：38.

[8]林成华，徐瑞雪，王雅莉.密歇根大学交叉学科教师联合聘任制的经验与启示[J].高教学刊，2018，13（2）：1.

[9]蒋学华，陈佩江.地方高校面向“新工科”建设的人才培养模式探讨[J].临沂大学学报，2018，40（6）：108.

作者：程淑艳 程芳琴 郭彦霞 单位：山西大学 山西省黄河实验室