摘要: 针对“环境 + 新能源材料”教学缺乏有效培养学生创新性和综合实践能力的体系，拟从实践培养体系、实践教学平台、实践教学评价方式等角度构建出“环境 + 新能源材料”方向复合型人才的实践教学培养模式，以期能够达到学生既能够从环境工程视角看到新能源材料对环境保护、污染治理、能源转换与存储等领域的影响，又能够从新能源材料视角看到环境可持续性与生态平衡的重要性。在“碳双控”政策的推动下，旨在培养可适应社会需求的、具有创新精神和实践能力的高素质、应用型环境领域的新型人才。
Abstract: In view of the deficiency of an effective system for fostering students’ innovation and comprehensive practical abilities in the teaching of “Environment + New Energy Materials”, it is proposed to construct a practical teaching training mode for interdisciplinary talents in the “Environment + New Energy Materials” direction from the perspectives of the practical training system, practical teaching platform, and practical teaching evaluation methods, with the expectation that students can not only perceive the influence of new energy materials on environmental protection, pollution governance, energy conversion and storage, etc. from the perspective of environmental engineering, but also recognize the significance of environmental sustainability and ecological balance from the perspective of new energy materials. Driven by the “dual carbon control” policy, the aim is to cultivate high-quality and application-oriented new talents in the environmental field who possess an innovative spirit and practical capabilities to adapt to social demands.
1. 引言
党的二十大报告指出，始终坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之[1]。但目前环境类学生的培养机制与国家所需能解决环境重大问题的创新人才理念不相符，存在重数量轻质量，重理论轻实践，重科研轻应用的问题，不利于高层次人才的培养和创新型国家的建设。因此，理应突出环境类学生创新能力培养，为我国环境科技发展提供支撑。
党中央全面深化改革委员会提出《关于推动能耗双控逐步向碳排放双控的意见》，要求从能耗“双控”向碳排放“双控”转变，科学有序推进实现“双碳”目标[2]，进一步明确了促进绿色低碳发展、加快生态文明建设的方向。为了积极发展清洁能源，推动经济社会绿色低碳转型，环境领域亟需培养一批知“双碳”、研“双碳”的创新型人才。
环境工程专业是一个传统学科，随着时代发展，其融入土木建筑、化学、材料、生物、地质气象、管理等多门学科知识，成为了一门交叉融合的综合性学科[3]-[5]。目前，环境工程需更加注重培养具有创新性和实践性，能解决环境类领域复杂工程问题的综合型人才[6]。在环境工程专业教学中，实践教学至关重要，其一方面能使学生加深基础知识的理解与掌握，另一方面能提升学生分析与解决实际问题的能力。
2. 环境领域实践教学存在的问题
大多环境工程的实践教学培养模式还存在下列问题：第一，环境工程专业的实践以水、气、固的防治居多，与清洁能源及相关材料领域结合较少[7]。环境与新能源材料交叉学占比例较低，导致学生对新能源相关材料发展前沿感知程度不高，无法建立“环境 + 新能源材料”专业型人才的培养体系；第二，环境与其他学科之间的交叉实践较少，学生可以操作的实践应用有限，无法建立交叉学科实践教学平台，并进行相关“环境 + 新能源材料”实践课程的开展；第三，环境工程专业是一门多交叉的综合性学科，各学科之间存在培养目标、考核体系、评价体系和评价方式的差异[8]，无法使用完善的评价体系和方式去考察“环境 + 新能源材料”实践教学体系。
因此，在“碳双控”政策的推动下，如何培养实践能力强，并能解决环境领域复杂工程问题的综合性人才是环境工程专业当前需要解决的问题。
3. 构建实践导向的环境领域人才培养模式目的与意义
“碳双控”明确表达了国家对环境保护、节能减排以及新能源、新材料的布局提出了更高的要求[9]，这说明在未来，环境友好与新能源材料的应用密不可分[10]，环境专业与新能源材料专业的交叉融合也势在必行。从环境的角度出发，新能源材料在研发、制造、使用和再生的过程中，就需全面考虑对自然环境、生活环境的影响降至最低，并且着力于可再生新能源替代化石能源，从根本上解决环境日益恶化、治理难以持续等环境问题。
针对“环境 + 新能源材料”教学缺乏有效培养学生创新性和综合实践能力的体系，拟从实践培养体系、实践教学平台、实践教学评价方式等角度构建出“环境 + 新能源材料”方向复合型人才的实践教育模式，以期能够达到学生既能够从环境工程视角看到新能源材料对环境保护、污染治理、能源转换与存储等领域的影响，又能够从新能源材料视角看到环境可持续性与生态平衡的重要性，进而明确学生对环境保护的责任感与使命感，也适应环境与新能源材料领域的快速发展的目的。从培养模式上破除实践教学培养跨学科的、能够解决“环境 + 新能源材料”领域复杂工程问题的应用型、复合型人才的教学难题。
4. 环境领域以实践为导向人才培养的途径
1) 以“碳双控”为背景，确定“环境 + 新能源材料”专业人才的培养体系。
根据环境学科特点，以及社会对新型环境工程专业人才的需求，再结合开办学校的办学优势和学科特色，构建针对“环境 + 新能源材料”内外部需求的毕业目标、课程体系和课程目标，配套相应的支撑条件和师资队伍，目标是可适应社会需求的、具有创新精神和实践能力的高素质、应用型环境生态领域的新型人才。同时，针对环境工程与新能源材料交叉所获得的创新性、应用导向性、多学科融合的特点，对专业课程目标进行凝练、对课程体系进行优化，在课程设置中增加双碳理念教学模块，强化学生的低碳意识；设立多学科交叉必修课和选修课，《碳中和技术概论》《新能源材料与器件》《能源材料》《可再生能源材料》等，涵盖新能源材料的制备、表征、应用等内容，构建有利于学生掌握“环境 + 新能源材料”基础理论、启发创新意识和提升实践能力的培养体系。
以培养可适应社会需求的、具有创新精神和实践能力的高素质、应用型环境生态领域的新型人才为目标，鼓励环境专业学生参与新能源材料专业的研究项目，强调不同学科之间的知识互补；鼓励本专业学生通过产学研用平台，了解新材料在研发、制造、使用和再生过程中有什么环境问题以及如何解决环境问题，从而培养学生解决实际问题的能力。
2) 制定“环境 + 新能源材料”实践课程，建立交叉学科实践教学平台
在环境专业必修课中开设独立“环境 + 新能源材料”综合实验课，综合叙述生物质能、风能、氢能和太阳能等典型的新能源及相关材料的应用，比如如何将服役过程中环境污染物高效去除和无害化处理，或者处理处置过程中的资源化和能源化等等。这些实践过程都涉及新能源材料的合成、界面特性、循环可再生等相关专业知识，学生自主选题，在教师的指导下完成“环境 + 新能源材料”实践课程。通过综合实验了解新能源材料的设计、制备、器件组装、性能测试、应用以提升学生创新能力和实践能力。
对于环境工程专业的学生而言，“环境 + 新能源材料”综合实验课可以在以下方面夯实交叉学科实践教学平台。第一，将环境–材料–能源相结合，整合现有的实验平台。例如对污染物的评估，根据污染物的特性判断需要处理用到的材料，再到资源循环利用，通过分布模块化的方法以解决污染物的问题，并且在此过程中将污染降至最低，确保资源循环可利用；通过制备新材料替代原有耗能高、污染大的材料，实现材料的低碳制备。该过程涉及不同专业背景的知识，若融合多学科实验场景并用于实践教学，则可有效建立交叉学科实践教学平台。第二，邀请具有材料、化学、能源等专业背景的教师为环境专业学生上实践课，将相关专业的选题作为学生的课程设计、毕业论文等，则可有效充实交叉学科实践教学平台。第三，开发建设虚拟仿真项目，利用人工智能、虚拟仿真和VR技术，引入国家和企业的线上实践教学资源，搭建虚实融合的学习实践平台。例如通过模拟材料合成温度、环境(高温高压无氧无水)、材料制备工艺研究等模块，让学生系统学习新能源材料制备的基本方法和研究思路，培养学生的动手能力和创新意识；通过建设新能源材料与器件专业的虚拟仿真应用教学体系，包括核心课程虚拟仿真教学和实践环节虚拟仿真教学两个阶段，以及材料设计与可控制备、器件组装与性能评估、系统应用与工程设计三个模块，学生可以在虚拟环境下，筛选并优化原材料组成、配比、制备工艺流程及参数，自主完成材料制备、组成与结构表征、电池器件组装、性能测试的全过程仿真操作并获得实验数据。构建“线上 + 线下”混合式实践教学模式，可有效提升交叉学科实践教学平台效率及影响力。
3) 制定“环境 + 新能源材料”实践教学考核体系，完善评价体系和方式
由于各学科之间存在培养目标、考核体系、评价体系和评价方式的差异，对于“环境 + 新能源材料”交叉学科的实践教学没有统一的标准。而实践教学平台、基地的缺乏，也使得“环境 + 新能源材料”实践教学考核体系不完整，无法通过评价体系和评价方式反馈实践教学的真实情况。
突出实践能力培养过程，以学分制进行考察，将实践教学分为通识教育课实验、学科基础课实验、专业主干课实验、专业选修课实验、课程设计、认识实习、生产实习、毕业实习、毕业设计(论文)和创新创业实践等九个模块，每个模块都制定培养目标，并进行达成度量化，可利用培养目标达成情况定期分析结果，以反馈“环境 + 新能源材料”实践教学的合理性。
5. 总结
基于此，结合环境工程与新能源材料交叉多学科融合的特点，通过构建环境–新能源材料交叉学科人才培养体系，培养环境–新能源材料交叉学科复合型人才；通过制定“环境 + 新能源材料”实践课程，建立交叉学科实践教学平台，提升实验操作能力和工程实践能力；通过完善“环境 + 新能源材料”实践教学考核体系，建立教学反馈与持续改进机制，形成实践教学的评价闭环，不断提升实践教学质量。在“碳双控”政策的推动下，旨在培养可适应社会需求的、具有创新精神和实践能力的高素质、应用型环境生态领域的新型人才。
基金项目
武汉科技大学教学研究项目(2024X040, Yjg202434)；湖北省自然科学基金计划项目(2024AFC005)。
NOTES
*通讯作者。