“双碳”时代环境专业人才培养的实践性教学模式

摘  要：绿色发展观与“双碳”战略是新时期生态文明建设的重中之重，培养具有“双碳”思维和环境工程专业技能的高水平人才是实现“双碳”目标的关键。该文从深化课程内容和拓展实践方式两个方面探讨“双碳”时代中环境专业人才培养的实践性教学模式优化方案。以“双碳”目标达成为导向，构建“课堂教学—案例研讨—课程设计—调研实践—研究性学习”五位一体的多元浸润的育人模式，取得良好的人才培养效果和丰富的教学成果，帮助学生深化绿色发展理念和节能降碳意识、强化动手实践能力和创新精神，实现学思结合、知行统一，具有重要的指导意义和推广价值。

关键词：“双碳”；环境工程；人才培养；实践性教学；给排水管网工程

中图分类号：G642          文献标志码：A                  文章编号：2096-000X（2024）35-0034-04

Abstract： The green development concept and the "dual carbon" strategy are the top priorities in the construction of ecological civilization in the new era， and cultivating high-level talents with "dual carbon" thinking and environmental engineering professional skills is the key to achieving the "dual carbon" goal. This paper discusses the optimization plan of the practical teaching mode for the cultivation of environmental professionals in the "dual carbon" era from the two aspects of deepening the course content and expanding the practice method. Guided by the achievement of the "dual carbon" goal， a multi-infiltration education mode of "classroom teaching-case study-course design-research-practice-research" has been constructed. It has achieved good talent training effects and great teaching results， helping students deepen the concept of green development and the awareness of energy saving and carbon reduction， strengthening hands-on practical ability and innovative spirit， realizing the combination of learning and thinking， and the unity of knowledge and action， which has important guiding significance and promotion value.

Keywords： "dual carbon"; environmental engineering; professional cultivation; practical teaching; water supply and drainage pipeline engineering

2020年，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。党的二十大报告指出：“实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。”“双碳”目标的提出对环境领域的发展带来了重要机遇和重大挑战[1]。当前，我国处于工业化和城市化尚未完成的历史阶段，面临着局地污染和全球气候变化两大并存问题，必须通过建立绿色低碳的技术、产业和能源体系，将降低温室气体排放和解决其他污染物问题、生态修复问题一体解决[2]。因此，国家对具备科学素养、创新意识、跨界能力的“双碳”人才的需求日益迫切。在推进这场系统性变革的过程中，培养具有“双碳”思维和环境污染治理专业技能的高水平人才是“双碳”目标达成的重要因素[3]。因此，我们需要充分发挥高校基础研究和学科交叉融合的优势，加快构建“双碳”科技创新体系和人才培养体系。

市政供水和排水系统像城市的血管，是城市建设和经济发展的重要基础和保障[4]。给排水管网工程是高等院校环境类专业核心课程之一，是培养环境领域专业人才的主阵地，对于如期实现“双碳”目标至关重要。课程内容覆盖排水管网工程、给水管网工程、雨水管网工程和水泵与泵站工程等方面内容。教学团队以构建适应“双碳”时代的专业课程为目标，秉承“厚基础、促融合、重实践、求创新”的人才培养方针，在引导本科生理解给排水管网领域的设计原理、设计原理和前沿技术的基础上，注重学生的实践能力提升和创新思维养成，以期培养助力“双碳”目标达成的应用型创新人才[5]。本文主要从“双碳”专业知识内容深化、“双碳”实践教学方法构建和“双碳”理念融入3个方面来探讨“双碳”时代环境专业的人才培养[6]。

一  实践性教学面临的主要问题及主要改革思路

目前，高等教育环境相关专业的教育模式和人才培养理念与“双碳”目标国家战略发展方向的融合度不足，传统“填鸭式”授课以课堂讲授为主，与“双碳”目标相关的特色专业课程较少。由于学生缺乏对“双碳”相关实际工程的认知，难以将理论与实际工程相连接，难以形成工程思维。“双碳”理论和技术缺乏实践和应用，使得学生对“双碳”目标的参与度不高且技术创新和探索意识不强。同时，学生的职业理想信念模糊，专业认同感不强，具体包括以下三个问题。

（一）  涉及“双碳”目标的教学内容滞后

随着科技发展，给排水管网的设计理论和施工技术也快速发展，许多新工艺、新标准、新管材和新设备不断涌现，亟需对课程内容进行迭代更新。并且，目前的教学内容中与碳中和相关的低碳、零碳、负碳技术十分有限，也没有覆盖碳政策、碳金融、碳管理和碳市场等方面的知识。因此，缺乏与“双碳”相关的课程内容将难以适应当前社会飞速发展和“双碳”目标的要求，使环境专业的学生在面对日益严峻的环境和能源挑战时显得有些力不从心。

（二）  以“双碳”目标为导向的专业实践教学不足

在“双碳”背景下，环境专业的毕业生不仅需要掌握基本理论和基本知识，还需要具备与“双碳”相关的实践能力。虽然教学团队已在课堂授课基础上开设了实践教学环节，但仍存在着实践教学与“双碳”融合不够紧密的问题，实践教学环节中缺乏“双碳”方面的实践内容。具体而言，目前实习实践主要为参观自来水厂、污水处理厂和环境咨询科技公司，虽然可以使学生更直观地掌握水处理的原理和运维方面的知识，但对于水厂运行过程中所涉及的碳排放情况较少，难以满足可持续发展战略和“双碳”时代的环境类人才需求。

（三）  人才培养过程中的“双碳”思政元素融入不深

要达成“碳中和”目标，不但要培养具备丰富的基础理论、广博的专业知识和扎实的实践能力的专业人才，还需要从思想观念和行为意识上对学生开展耳濡目染的育人工作。但是，目前授课中对于“双碳”理念的灌输较少，“双碳”思政教育与专业课程的有效融合不足，学生没有深度理解给排水管网建设对新时代社会主义建设和“双碳”愿景达成的重要性和必要性，缺乏职业认同感和职业责任感。

二  实践性教学改革的主要内容及具体举措

为顺应“双碳”时代要求，教学团队以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导[7]，提出以“掌握理论知识”为基础培养目标、以“培养科学素养”为创新培养目标、以“融合双碳理念”为时代培养目标的立体化给排水管网工程课程培养目标（图1）。教研组以习近平生态文明思想、绿色发展观为牵引，从“双碳”专业知识内容深化、“双碳”实践教学方法构建和“双碳”理念融入3个方面进行一系列探索和实践。

图1  “双碳”时代环境专业人才培养的实践性教学目标

（一）  “双碳”背景下，给排水管网工程课程内容的深化

结合现有教学团队和研究团队的资源优势，在讲授给排水管网工程基础专业知识的同时，强化对学生“双碳”理念的全面培养。补充了减污降碳和可持续发展的“双碳”知识体系，如低碳工艺研发与运营、补充给排水管网工程与碳排放的关系、碳排放计算与模型建立、碳中和运行潜力测算等。及时把科研成果转变成教学内容，以环境专业视角向学生讲授最新的“双碳”科技前沿和污水资源化等相关工程化应用进展，拓展学生的全球化科研视野，提高学生的自主学习能力。并且，与粤港澳大湾区建设和现有科研资源紧密结合，使此课程具备更深层次的地区服务性与时代应用性。

例如补充“双碳”内涵的讲述，让学生理解实现碳达峰碳中和是坚持绿色低碳发展战略举措的重要支撑，是生态文明建设的必然要求，是积极应对气候变化大国担当的重要体现，是经济社会全面绿色转型的重要抓手。同时，帮助学生正确理解四对关系：发展和减排的关系、整体和局部的关系、长远目标和短期目标的关系、政府和市场的关系。引导学生就“既然我国人均累计碳排放并不高，为何要提出‘双碳’战略？”这一问题开展讨论。在讨论过程中，讲述将碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，体现了高质量发展的内在要求。碳达峰碳中和的时间节点倒逼我国在不到10年时间内实现碳达峰，这意味着生态环保在我国发展全局中的位置越来越突出，实现发展与环境保护的深度融合成为经济高质量发展的内在要求和必然趋势。在碳排放源分析方面，使学生认识污水回收处理系统中的碳排放源既包括污水收集和处理过程中在现场直接向大气中排放的CO2和CH4，也包括在收集、运输和处理阶段间接消耗能量和物料的过程中引起的温室气体排放。对于碳减排，系统讲解电能消耗是给水管网系统的主要间接碳排放来源。在管网水力计算中，启发学生思考如何降低管网水头损失以节省能耗；在污水收集和处理过程引导学生思考如何能利用污水和污泥中的碳源。

（二）  “双碳”背景下，给排水管网工程实践方式的扩展

实践性教学是给排水管网工程课程中非常重要的教学环节，实习实践是使学生深度理解“双碳”目标重大意义的重要途径。以“双碳”目标达成为导向，学院建设了20个工程实践基地，组织学生在环保企业开展参观实习，向学生提供多元化的实习实践方式。在此基础上，教研组构建了“课堂教学—案例研讨—课程设计—调研实践—研究性学习”五位一体多元浸润的实践性教学模式。通过案例研讨、课程设计、调研实践和研究性学习多个实践性教学环节，在实践教学中加入降低水处理行业碳排放量的实践和创新教学内容，将理论教学、实践教学和创新教学有机结合。鼓励本科生自主研发低碳环保技术，逐渐提升本科生的实践能力、创新能力和分析解决实际工程问题的能力，做到知行合一（图2）。

图2  实践性教学改革的主要内容及具体举措

在案例研讨环节，重点讲述绿色低碳发展理念的中国实践。通过南水北调、海绵城市、金门跨海输水等经典工程案例中涉及的降碳和减碳技术措施，让学生理解“双碳”目标对我国绿色低碳发展具有引领性和系统性，以及其带来的环境质量改善和产业发展的多重效应。通过一系列新型低碳工程技术的讲解，让学生体会到环境质量改善与温室气体控制的协同增效作用。从绿色发展观的角度，对典型工程案例进行碳排放情况进行诊断分析，引导学生思考通过哪些手段可以减少碳排放，提出相应的碳减排和碳回收方案，减少“碳源”，增加“碳汇”。