2021年7月，教育部发布《教育部关于印发〈高等学校碳中和科技创新行动计划〉的通知》，通知突出了相关学科领域交叉融合的紧迫性，对高校人才培养模式的革新提出了新的要求[1]。而食品科学与工程作为一门注重实际应用的学科，在对学生的教学培养过程中更应融入“碳中和”等相关思政内容，培养一批懂理论、重实践、有情怀的新时代食品学科人才。《食品工厂设计》作为食品科学与工程专业的核心课程，其内容涉及基础理论、工程技术以及其他诸如食品机械设备、建筑、环境等学科知识的综合应用，是一门具有很强的综合性、实践性的课程，对大学生工程能力培养和对其所学知识综合运用实践具有重要作用[2]。在《食品工厂设计》课程中融入对“碳达峰”、“碳中和”等理念的相关内容，既是对新时代食品学科人才培养方式的改革创新，也是对食品产业的绿色健康可持续发展提出了更高的要求。
1 “碳中和”理念的背景
“碳中和”，即人类在生产活动过程中产生的温室气体(主要为CO2、CH4等)排放量与碳汇相平衡时的结果[3]。简单来说，“碳中和”就是在一个地区在一段时间内人为生产生活直接或间接产生的CO2与该区域通过植被等吸收的CO2相互抵消，实现温室气体的净零排放，目前除了通过森林碳汇吸收外，工业上也会利用工程技术捕集或封存，尽量减少生产中温室气体的排放。“碳中和”理念的提出是各国签署的《巴黎协定》为确保本世纪末全球升温控制在2.0 ℃ 以内达成的一种共识[4]。2020年9月，习近平主席在出席第七十五届联合国大会一般性辩论时，在会上提出了“30·60”目标，即：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争取于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。在之后的中央经济工作会议中，“碳达峰”、“碳中和”工作被列为2021年八项重点任务之一在会上被明确提出[5]。
“民以食为天”,食品产业作为我国国民经济重要的支柱产业，与人民的生产生活密切相关，但食品产业中的能耗与排放不容小觑，食品产业排放的温室气体约占全球温室气体排放总量的1/4[6]。食品产业又可细分为畜牧业、农作物生产、土地占用和生产供应链4个方面。其中排放量最高的畜牧业约占总排放量的31%，特别是反刍动物通过肠道发酵产生的甲烷在各种温室气体中贡献值最高，其全球升温潜势值是CO2的28倍；其次是农作物生产，主要来源于稻田产生的CH4和耕地施加氮肥时分解出的N2O；剩余的部分可追溯至耕地扩张或集约化处理引起的碳固存损失和食品的生产供应阶段，涉及仓储运输带来的电力和能源消耗、食物浪费以及制冷剂逸散等。食品加工是食品体系链的主要环节，针对食品工业中所有可能产生温室气体的来源，进行排放源清查与数据搜集量化，制定相应的措施，强化减少碳排放的意识等显得尤为重要[7-8]。
在低碳经济发展的背景下，食品学科高校亟需加快探索现有培养模式中的学科建设和教学体系优化改革的路径，将“碳中和”理念和实践引入食品学科教育体系，从整体上进行系统设计，构建提升高校学生“碳中和”创新能力的教育体系框架，推动中国特色、融合发展、世界水平的“双一流”高等教育发展[4]。
2 《食品工厂设计》的课程背景及改革需要
《食品工厂设计》是食品科学与工程专业的主干课程，与一般工厂不同，食品工厂涉及的产品种类繁多，生产季节性强，特别是对卫生要求更高，因此在一般工厂设计的基础上，还需考虑诸如工艺条件与工厂布局的合理性，操作人员实际生产情况及卫生清洁设施等因素。《食品工厂设计》课程旨在培养学生的专业知识素养以及工程思维，将食品专业理论知识与食品工厂生产实际相结合，做到知行合一。其涉及《食品机械与设备》《食品工艺学》《食品化学》等多门食品专业核心课程，是一门综合性极强的应用型课程，而该课程的教学难度正体现于涵盖的知识面过于广泛，需要充分发挥学生的主观能动性。而目前该课程的教学模式仍停留于课本，利用老式的课堂教学模式，仅通过简单的案例分析进行教学，与工厂实际脱节，也难以调动学生的学习主动性与积极性，因此亟需对课程的教学内容和教学方式进行改革创新。在专业课程中融入思政元素是对传统教学模式的一种创新尝试，一方面可将枯燥的思政内容与专业背景相结合，提高学生对思政内容的接受度，并可发挥思政内容在具体生产生活中的指导意义；另一方面思政元素在专业课程中的融入，能更好地激发学生对食品行业与社会发展的思考，提高学生学习的主动性，调动学生对课程学习的热情，在学习专业知识的同时，培养学生的社会责任感与人文情怀。
目前江南大学食品学院的《食品工厂设计》课程的目标设置与毕业要求的关系如表1所示，环境保护已作为教学重点纳入课程内容，旨在培养学生的环境保护意识和可持续发展观念，思考食品工厂设计与环境之间的关系。党的十八大以来，生态文明建设被纳入“五位一体”的总体布局，加快生态文明体制改革，建设美丽中国成为近年来国家工作部署的重点内容，而“碳中和”也成为生态文明建设的重点工作内容，除了相关产业的改革创新外，对于相关行业人才思维理念的培养也不可或缺，特别是在“30·60目标”背景下，高校需加快探索在“双一流”建设条件下对相关学科培养模式的优化改革路径，以适应新形势对高层次人才的迫切需求。
表1 《食品工厂设计》课程目标的设计与毕业要求的对应关系
Table 1 The corresponding relationship between the design of the course Food Factory Design and the graduation requirements
毕业要求毕业要求指标点课程目标项目管理:理解并掌握工程管理原理与经济决策方法,并能在多学科环境中应用。理解并掌握食品工厂建设项目一般建设程序;掌握可行性研究方法、具备可行性研究能力。设计/开发解决方案:能够设计针对食品制造过程中的复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的食品加工系统和单元设备或食品工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识,考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。1.掌握食品工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术,了解影响设计目标和技术方案的各种因素。2.能够进行食品加工系统或工艺流程设计,在设计中体现创新意识,能够考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。1.掌握食品工厂设计的基本设计方法和技术,了解影响食品工厂设计技术方案的各种因素。2.掌握AUTOCAD辅助设计方法,能利用其进行食品工厂设计制图,画出符合规范要求的工艺设计图纸。使用现代工具:能够针对食品制造过程中的复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工具和信息技术工具,包括对复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性。能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件,对食品制造过程中的复杂工程问题进行分析、计算与设计。能够进行食品工厂工艺设计,在设计中具有创新意识,并能够考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。环境和可持续发展:能够理解和评价针对食品加工过程中复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。能够站在环境保护和可持续发展的角度,思考食品工程实践的可持续性,评价产品周期中可能对人类和环境的损害和隐患。能够站在环境保护和可持续发展的角度,思考食品工厂设计与环境的关系,了解食品工厂三废排放的标准及控制和处理方法。
注：表中毕业要求指标点中空白部分表示不做具体指标要求
对于课程目标中思政元素的融合可从基础层、核心层和提升层3方面进行[9-10]。基础层主要是树立学生爱国、敬业、诚信的社会主义核心价值观，能够认识到社会主义制度的优越性，认同党对国家发展提出的方针政策；核心层是食品工厂设计的专业素养的学习以及可持续发展理念的培养，让学生掌握食品工厂总平面设计的方法，掌握食品工厂工艺设计的方法，掌握食品工厂三废治理的方法，运用所学知识分析、解决项目设计中具体问题的能力，与此同时要兼顾“碳中和”理念和可持续发展理念，在设计过程中能够考虑到建筑节能、新能源的利用及CO2减排目标等问题，有意识地承担起在食品工业中节能减排，促进环境可持续发展的社会责任；提升层次为培养学生的创新精神，鼓励学生多了解“碳中和”领域的前沿进展，为解决食品工业中的实际问题提供新的思路，培养高水平的跨学科交叉型人才。
3 基于“碳中和”思政理念的课程设计
针对“碳中和”理念的教学内容可集中在食品工厂设计中三废处理及环境保护部分，教学内容可分为多媒体教学辅助概念引入、采用翻转课堂形式分组讨论和结合案例分析3部分，并在课程考核中增加对思政内容的考核评价。
3.1 多媒体辅助教学，引入“碳中和”理念
第一部分主要以教师为主体，引出教学内容中的思政目标，并鼓励学生主动思考。利用多媒体展示目前全球面临的环境问题，特别是由于温室气体引发的一系列问题，并对“碳中和”提出的背景和定义进行介绍，重点阐释国家“30·60”目标，列出食品工业中畜牧业、农业、运输业等对全球温室气体的贡献，并由此引发学生对食品工业低碳发展的思考。
3.2 以学生为主体，采用翻转课堂形式分组讨论
第二部分承接学生的思考过程，加入实践讨论环节，引导学生参与讨论。采用翻转课堂的形式，将学生以4～5人分组，对目前食品工业中的碳排放情况、碳排放处理方法以及行业内相关政策法规的建立进行了解，并在课堂上进行成果展示，由学生和老师自由提问并让演示小组成员回答。同时除了老师打分外，加入学生互评，让不同团队之间打分，增强教学活动的互动性，充分发挥学生的主观能动性，训练学生的自主学习能力以及批判性思维和创新精神。
3.3 理论结合实践，通过具体案例进行分析
第三部分从生产实际出发，结合目前行业的技术发展情况，介绍目前食品工业中的低碳生产技术和食品行业针对低碳经济正在做出的改变。通过一个食品工厂设计的实际案例，带领学生共同分析该工厂设计中体现出的低碳理念，例如绿化带的设置、太阳能等新能源的使用、尾气的收集再利用等，强化学生对“碳中和”的理解与应用。最后，再结合食品学科最新的科技成果，重点向学生介绍利用生物固碳技术人工合成淀粉的研究成果，拓展学生的专业知识面，并鼓励学生在学习和工作中怀有心系天下的人文情怀，利用专业知识，为食品工业的低碳发展献计献策。
3.4 改革传统课程评价方式，注重学生综合素质评价
传统课程评价以卷面考试成绩为主，辅以日常课后作业完成情况作为考核依据，缺乏对学生综合素质的考量。在融合思政教学元素后，针对学生的小组展示，加入教师评分和学生之间的互评，一方面提高学生的自主学习能力，调动学生的主观能动性，另一方面培养学生的团队合作能力以及表达能力，全方位培养学生的综合素质。此外，在卷面考试中加入开放性试题，让学生列举自己认为食品工厂设计中需要考虑的注意事项，考核学生对“碳中和”理念、生态文明建设等课程内容的理解，突出思政元素与课程目标的融合效果。
4 结果反馈及课堂成效
从教学效果来看，通过“碳中和”理念的引入，大部分学生对低碳经济的背景以及食品工业的低碳发展现状有了较为清晰的认识。在分组讨论阶段，有小组针对低碳食品的现状进行了介绍，“食品可以根据从生产到消费过程中的能源消耗和温室气体的排放量的高低，分为低碳食品和高碳食品。已有研究表明，几种主要的农畜产品的温室气体排放量大小为冬小麦<牛乳<猪肉<乳牛肉<奶酪<牛肉(以kg计)。可以看出，动物源食品的温室气体排放普遍高于植物源食品。以反刍动物牛为例，牛在胃肠道消化、日常排气和粪便发酵过程中会释放出大量CH4”。此外，还有小组对目前食品行业的政策法规进行了解，对食品碳标签进行了介绍，“食品碳标签是用于量化产品碳排放而呈现在产品信息中的一类标签，目的是为了鼓励产品在生产消费过程中减少温室气体排放，并对其生命周期内的温室气体排放量进行评估，有助于培养消费者的低碳消费理念，引导消费者选择低碳产品，推动食品产业的‘碳中和’进程。还有小组从消费者角度出发，提出“应通过包装、广告等培养消费者的低碳意识、环保意识，减少食物浪费，主动选择低碳食品，并自觉减少消费高能耗、高污染、高排放产品，共同推进‘碳中和’时代的到来。消费者对产品的喜好选择以及需求对整个食品产业市场具有很重要影响，碳标签的普及可以使消费者在营养健康的基础上，直观地对比产品在生产过程中的碳排放量，思考其对气候变暖的影响，从而选择低碳或零碳产品，提高产品在市场中的竞争力”。通过翻转课堂的形式，培养了学生自主学习思考能力，主动搜集资料解决问题，加深对课程内容的理解与掌握[11]。在第三部分的案例分析中，向学生介绍了太阳能利用技术、风能利用技术等在食品工业中的应用，并向学生介绍了食品领域前沿的低碳发展研究现状，激发学生的学习兴趣，在具体应用场景中强化对知识的理解与运用。
在课程的卷面考试中，针对开放性试题的回答，78%的学生在答案中都提到了“碳中和”理念、低碳发展和环境保护等方面内容，充分说明思政元素与专业课程的融合加深了学生对思政内容的理解与应用。在课后对班级32名学生进行了教学反馈的问卷调查，结果如图1和表2所示。可以看出通过融入“碳中和”的思政教育理念，90%以上的学生都对“碳中和”这一理念有了较为全面的认识，强化了学生在食品工厂设计中的环境保护意识，也提高了学生的人文情怀。此外大部分学生通过思政教学的引导，增加了对专业的认同感，也提高了自身的综合素质和能力。
图1 学生对“碳中和”理念课程内容的反馈
Fig.1 Feedback of students on the ‘Carbon Neutral’ philosophy
表2 “碳中和”思政教学实践的成效调查情况
Table 2 Investigation on the effectiveness of ‘Carbon Neutral’ ideological and political teaching practice
学生学习体会与收获1通过老师的讲课了解了“碳中和”提出的背景和意义,使我们受益匪浅。2食品工业是碳排放的一大重要来源,食品工厂设计应充分考虑低碳发展。3通过对“碳中和”的了解,我学习到了食品碳标签等知识,进一步认识到低碳发展在食品工业中的必要性。4通过搜集资料,自主学习的过程,对“碳中和”有了更深层次的了解,也提高了自己的表达交流能力。5“碳中和”也属于三废处理的一部分,课程学习让我了解了一些食品工业中处理温室气体的方法。6课程的讨论让我主动地参与到学习中,更好地掌握了课堂知识。同时让我更加关注国家提出的政策方针。7老师上课的内容紧跟时事热点问题,不局限于课本,有利于培养创新精神。8对“碳中和”理念的学习,让我更加重视环境保护意识,食品工厂设计过程中也应考虑这些问题。9老师的上课方式开拓思维,将时事与课堂融合,提高了我学习的积极主动性。10《食品工厂设计》是一门综合性的课程,我们应当了解从理论政策到实际操作的各方面内容。
虽然对于“碳中和”理念的思政教育初见成效，但在实施过程中还存在一些问题。第一，实践环节不足。《食品工厂设计》是一门注重实践操作的应用型课程，但在教学过程中普遍存在理论与实践脱节的现实问题[12-13]。针对这一问题，食品院校应注重和企业之间的合作联系，在条件允许的情况下，可组织学生到当地的食品企业实地考察，切切实实地从现实场景中理解体会书本内容，无论是从政策法规还是设计布局，都能加深学生的理解。第二，针对目前课程中提出的思政教育要求，教师自身还需加强相关理论知识的学习。食品工厂设计本身就是一个交叉学科领域，涵盖机械、建筑、环境、政策等多方面的内容，教师作为教学的引导者更应注重自身知识水平，相关专业也可以尝试学科交叉授课的形式，请各专业领域的老师针对食品领域的相关问题进行集中授课，增强教学内容的针对性与专业性，更好地帮助学生掌握各部分的知识技能。第三，考核制度单一。目前的课程考核大多针对课本知识及应用技能的掌握为主，而对思政教育的内容涉及较为有限。可以通过在考核中设置开放性试题，将对学生的知识水平的考核与思想品德、职业操守、理想信念的考察相结合[14-15]。
5 总结与思考
课程思政是高校实现全方位育人根本任务的重要手段，任何课程都蕴含着丰富的思政教育元素，思政教育融入《食品工厂设计》课程教学目标，是实现立德树人的重要途径，最终实现对学生的知识传授、能力培养和价值塑造三者的融合统一。在“双一流”建设背景下，将“碳中和”理念融入食品学科教育体系，是推动强国教育、实现食品学科人才高质量培养的重要路径。而对于深入挖掘食品科学与工程专业课程思政元素，提高授课教师思政素养，设计教学情境合理融入思政案例，则是提高食品专业学生专业水平和政治素质的有效途径，也是培养德才兼备的应用型食品学科创新人才的必须要求，应该作为每一位食品学科教师在日后教学实践中奋斗的目标。
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