[出处] 教育教学论坛_2022年第10期

东晓虎 刘慧卿 黄世军 王敬

[关键词] 碳中和;能源行业;石油工程;教学改革

[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）10-0051-04 [收稿日期] 2021-07-05

引言

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出碳达峰、碳中和郑重承诺，在气候雄心峰会上提出了具体目标，我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。同时，在党的十九届五中全会、中央经济工作会议等对相关工作作出了具体部署。2021年两会期间，碳达峰、碳中和也被首次写入政府工作报告，成为代表委员们讨论的“热词”，是“十四五”规划的重点内容之一[1]。在当前的“双碳”大背景下，进行高等院校能源类专业的教育教学改革，对于高质量完成碳中和目标，推动世界一流学科建设，探索实施“新工科”发展模式具有重要意义。对于石油行业来说，工业排放的大量二氧化碳和富碳尾气等，可以通过碳捕捉方式注入石油油藏，一方面达到提高石油采收率的目的;另一方面也可以将大量碳储集封存于地下，是实现碳中和目标的重要手段之一[2]。本文将以石油工程专业为例，开展碳中和目标导向下石油工程等能源类专业教育教学改革思考，对提高能源类专业学生的培养质量具有一定的指导意义。

一、碳中和目标对能源类专业教学带来的挑战

能源问题是人类社会发展的根本问题，以清洁、无碳、智能为核心的新能源体系，是现阶段世界能源转型的发展趋势与方向。由化石能源利用所导致的碳排放是大气环境中碳富集的直接来源，而碳中和是解决世界能源问题、应对全球气候变化的有效途径。所谓碳中和，即通过碳替代、碳减排、碳封存、碳循环等多种途径，实现碳的零排放甚至负排放[3]。碳中和政策的提出，为能源行业发展及能源专业学生的教学工作提供了新的机遇和挑战。

（一）去碳目标导向下化石能源开发新趋势

煤炭、石油、天然气等化石能源是现阶段人类社会的主要能源消费形式。在整个能源消费结构中，石油天然气等液体能源占到很大比重。基于去碳的大目标导向，开展并扩大化石能源开发与利用的低碳化模式，将是油气行业发展的方向，典型的如CO2驱油技术与废弃油气藏的CO2封存技术等。尽管目前注CO2采油技术已在油气行业中长足发展，在包括稠油、低渗透、致密、页岩等不同类型的油气藏中开展了大量矿场实践应用，且应用效果较其他方式优势显著。但受到气源、腐蚀等问题的限制，大型的矿场应用实例仍然较少[4]（P120-150）。碳中和目标的提出，再一次为注CO2提高石油采收率技术发展提出了新要求，石油行业势必在当前碳中和的目标下，通过技术攻关，解决非常规油气藏注CO2开采机制、规律、孔隙多相流体运移特征及腐蚀处理等技术难题，以期实现注CO2提高石油采收率技术的快速大规模应用，加快实现碳中和目标。

（二）新能源产业的快速发展日益迫切

绿色、低能耗能源与新能源是实现碳中和的重要途径，包括风能、氢能及核能等在内的清洁能源，将是化石能源的重要接替形式，同时碳中和的提出，也为水制氢技术、小型核反应堆技术、地热、天然气水合物开发等新能源产业发展带来了良机。相比油、气，风能、氢能、核能、地热能均为零碳排能源，但目前这类新能源的应用比例整体较低，扩大新能源的应用范围，将是保证高质量实现碳中和的重要手段。另外，对高等学校新能源相关专业要以高质量实现碳中和目标为契机，进行教育教学改革，加紧完善相关产业链技术工艺短板，促进新能源产业的快速蓬勃发展。

（三）人工智能助力能源行业低碳化发展

“智能化”“物联网”“大数据”等是近年来各行各业的热门词汇，人工智能技术在各行业内深度融合进一步实现了相关数据的深层次利用，促进了行业技术发展。在碳中和背景下，能源行业正经历化石能源的低碳化革命、新能源的规模化革命及能源管理的智能化革命，利用人工智能技术助力产业革命，推动形成“新煤炭”“新油气”等新能源消费结构势在必行[5]，同时也为能源类专业的教育教学提出了新的目标要求。石油工程等能源专业是具有多学科门类交叉特点的工程专业学科，所培养的学生具有多学科背景和交叉思维。在实际的生产与技术应用过程中，涉及大量的数据处理、分析，如地震数据、钻完井数据、测井数据及油气井生产动态数据等。为高效实现油气行业低碳化革命，提高生产效率，人工智能将是最佳的辅助生产手段。

二、碳中和目标导向下的石油工程专业教育教学改革思考

石油工程专业是典型的传统能源类工科专业，主要围绕石油与天然气工程的钻完井技术、地下流体流动规律、开发技术理论、工艺技术及油氣藏管理等方面开展教学。在当前的碳中和背景下，进行石油工程专业的教育教学改革，对高质量完成碳中和目标具有重要意义。具体的改革思路主要包括以下几个方面。

（一）培养目标和课程设置

在培养目标上，面向碳中和目标，根据专业发展需求，激发学生对碳中和相关行业的学习兴趣和动力，理解碳中和与油气行业的紧密联系，使得石油工程专业毕业的学生既能够在石油工程领域较好地从事工程设计及生产施工工作，同时又有能力开展油气领域的“去碳”目标战略需求设计，进而从事碳中和相关的管理与研发工作。

为实现此目标，在课程设置上，需对以往的课程设置安排进行优化。对于石油工程，一方面是通过各种措施，如废弃油气藏碳封存、CO2驱油等，实现固碳;另一方面是通过非常规资源（如页岩油气、地热、天然气水合物等），替代常规油气资源，实现碳替代，最终达到能源的清洁化利用，提高转化率。基于此，在课程设置上，继续保留传统石油工程专业的相关专业课程，但适当增加清洁能源的选修课程，包括“碳捕集与封存（CCS）”“节能减排”等，同时在新能源方面，也要开设“地热”“天然气水合物”“制氢”等相关课程，如图1所示。在教学过程中，注重培养学生的学科交叉意识，培养学生绿色低碳、清洁能源的理念，为毕业后从事碳中和行业相关工作奠定基础。

（二）教學理念和课程内容

利用移动终端开展线上教学是改善教学效果的重要措施，在教学理念上，应充分发挥线上教学工具的优势，注重教学方式方法的多样化。善于利用慕课、共享课等优质在线教学资源注重对学生的思维引导与启发，使学生主动参与课堂教学，提高学生主动学习的能力和学习的效率。此外，在教学过程中，还应通过各种典型事例，培养学生“我为祖国献石油”的情怀，注重将课程教学与思想政治教育有机结合，强化思想政治引导，形成协同效应，培养学生有理想信念、有道德情操等良好品德素养。

在课程内容上，随行业发展，目前学科交叉的重要性逐渐凸显，为高质量实现碳中和目标，学科交叉是唯一的出路。通过交叉思考，有助于高效解决行业瓶颈问题，推动技术发展。对于石油工程专业的学生，除相关基础理论和技能外，还应能够进行化学、物理、力学及材料等多学科方向与理念的交叉思考，能够将所学知识活学活用，解决去碳目标难题。

（三）课程实践和评价机制

课程实验、实习、课程设计及学科竞赛等系列课程实践环节是检验与改善教学效果的重要措施，以去碳为目标导向的石油工程专业，其专业基础课和专业必修课必须开展配套的实验和实习。同时还应通过政策指引和宣传，引导学生积极参与中国石油工程设计大赛、节能减排大赛及创新创业大赛等学科竞赛，培养学生解决实际工程问题的能力。

对于不同类型的教学课程，包括理论教学类、实践技能类等，采用不同的课程评价机制，强调中间过程性考核的评价比例，增加工程设计、课程实践、教学研讨等环节的分值，提高学生的专业综合素质和创新思维能力。

三、石油工程专业课程教学的改革意义

“双碳”目标的提出，是石油工程专业发展的又一个良机，通过开展教育教学改革，在一定程度上有助于高质量完成碳中和目标，同时也有助于推动石油工程专业世界一流学科的建设工作[6]。

（一）有助于深层次理解碳中和与油气行业的关联

基于当前的碳中和背景，通过教育教学改革，增设相关课程，优化课程教学内容，引导学生积极思考碳捕集、碳驱油、碳封存、碳转化等去碳措施与油气开发的紧密关联，这些措施的开展不但能够实现固碳目标，同时也能极大提高油气产量，对解决我国石油对外依存度高的问题具有重要意义。

（二）有助于推动行业“卡脖子”技术快速发展

考虑到当前新的国际形势和行业发展，包括石油工程专业在内的很多行业仍面临诸多挑战，尽管很多技术都已经国产化，但部分核心的仪器、设备等还需进口，对于石油工程来说，深井超深井钻完井、深海油气资源开发及特殊测试工具等仍然受制于人[7]。而在当前的碳中和背景下，通过教育教学改革，有助于引导学生肩负重任与使命，立志破解“卡脖子”技术难题，攻克行业技术壁垒。

（三）有助于培养学生将个人发展融入国家建设需求

作为“十四五”规划的重要内容，碳中和是国家未来发展的重要支持领域，同时也是能源行业发展的趋势所向，对于石油工程等能源类专业学生来说，高质量实现碳中和目标也是自身责任。在当前形势下，只有将个人发展融入党和国家的发展需求与建设规划，才能够实现个人价值的最大化，真正做到“我为祖国献石油”的理想追求。

结语

碳中和是解决人类社会能源问题、气候问题的重要途径，碳中和目标的提出，对于高等院校的能源类专业来说，是一次极好的发展机遇。本文首先分析了碳中和对能源行业发展提出的新挑战，包括化石能源开发的去碳目标导向趋势、新能源产业快速发展的趋势及人工智能助力能源行业低碳化的趋势。基于此，以石油工程专业为例，分别从培养目标、课程设置、教学理念、课程内容、课程实践和评价机制等方面开展了专业教育教学改革的思路思考，并分析了改革的意义，阐述了石油工程等能源类专业教育教学改革的迫切性。本文的教育教学改革思考研究有助于进一步推动高等院校能源类专业世界一流学科建设，对于高质量实现碳中和目标具有一定的实践指导意义。