一、学科交叉推动高层次创新人才培养的逻辑起点

面对国际竞争新格局，我国正全力推动发展方式从要素驱动型向创新驱动型转变，关键技术领域的突破和新兴产业发展均对高层次复合型人才提出了强烈需求。通过学科交叉的方式推动高层次创新人才培养，既是服务国家社会发展的现实需要，也是知识生产模式转型下的必然选择。从教育哲学的角度出发，认识论哲学与政治论哲学多元整合的理想状态是对学术自由和社会服务理念的兼顾，现代社会所面临的复杂问题需要跨学科多样化从业者的集成解决方案。从知识生产的角度出发，学科交叉已成为新型知识生产模式无法回避的趋势和特征，引发高等教育人才培养体系的变革。

1.服务国家社会发展的现实需要

教育的哲学基础影响着教育的行动方式。认识论哲学主张大学开展价值自由的高深学问探究，政治论哲学坚持价值有涉的观点，提倡大学应开展对国家、社会发展有益的学问探究。然而这两种观点并不矛盾，大学可以在拥有自由发展权利的同时承担服务国家的责任。在前三次工业革命的浪潮中，伴随着科学技术越来越多地应用于工业生产，大学对经济社会发展的助推作用日益显著，其社会服务功能成为继人才培养、科学研究之外广泛而深刻的共识。纵观高等教育发展历程，世界科学中心与高等教育中心总是相伴而生。进入21世纪，以人工智能、清洁能源、生物技术等为突破口的技术革命迅速席卷全球，多方向发展的技术变革与面临问题的复杂性远远超越了单一学科的范畴。面对新的形势，需要以综合的视角，通过多学科联合攻关的方式以及具有多学科交叉知识背景和能力素养的人才储备来应对挑战。研究生教育是培养高层次人才的主要渠道，探索和建立不同领域跨学科的研究生培养模式是推动我国科技创新的重要基础。

2.知识生产模式转型的必然选择

知识生产模式（knowledge production mode）是用于解释知识生产的范式及理论框架，即对知识生产不同方式的系统归纳与深刻提炼。半个多世纪以来，知识生产成为社会生产力发展的驱动因素甚至成为生产力本身，是大学得以发挥其功能的关键要素与核心动力。英国学者吉本斯（Michael Gibbons）于1994年提出了知识生产的新模式，根据他的观点，传统知识生产模式Ⅰ主要在一种学科的、主要是认知的语境中进行，而在知识生产模式Ⅱ中，知识则是在跨学科的社会和经济情境中被创造出来。知识生产与问题情境的互动越来越密切，跨学科性的知识发展出独特的理论结构、研究方法与实践模式，质量控制不再完全依赖学科的同行评议，而是由一套更宽泛的体现应用成效的标准来决定。在此基础上，美国学者埃利亚斯•G•卡拉雅尼斯（Elias G. Carayannis）等于2003年提出了知识生产模式Ⅲ，阐述了包括集群（cluster）、网络（network）等核心要件和概念、多层次多维聚合的知识生产组织结构。在知识生产模式Ⅰ的背景下，科学被科学家们创造，并被制度化为学科知识研究的范式。大学是“高深学问”的生产者和诠释者，通过创建和不断巩固“学科”制度占据知识生产的中心地位。然而知识生产的新模式使用了更加一般化的知识术语，催生了新的跨学科甚至是超学科发展形态，重塑着以多学科交叉为特征的创新生态与科研变革，影响着高层次创新人才培养的方向与路径。当学科交叉产生的知识聚焦成为一套新的相对独立稳定的概念、理论与研究范式时，则有可能形成交叉学科，即学科交叉是交叉学科的基础，交叉学科是学科交叉的高级形式或结果。

二、清华大学碳中和能力提升项目设计思路

2020年9月，习近平总书记面向世界做出庄严承诺，中国力争于2030年前达到二氧化碳排放峰值，于2060年前实现碳中和。为了应对全球变暖，2015年巴黎气候大会通过决议，将全球平均气温升幅与前工业化时期相比控制在2 ℃以内，并争取把气温升幅限制在1.5 ℃之内。气候变化相关问题与人类自身发展休戚相关，极端气候情况与危机恶化成为全球治理的重要内容。据欧盟预测，未来十年35%–40%的工作岗位将和绿色转型相关，需要大量培养双碳人才。我国目前碳排放总量大且工业门类齐全，城镇化进程快速发展加剧了经济转型、环境保护、应对气候变化等多重挑战，碳减排工作具有艰巨性和复杂性。我国仅“十四五”期间各领域各行业需要的双碳人才就在60–100万人左右，相比目前的规模还有较大缺口。

碳中和是一个典型的学科交叉领域，是包括关键技术、工程、系统及治理的巨大复杂体系，涉及学科范围广、层级多链条长，具有明显的跨界融合特点。培养双碳高层次创新人才的学科基础包含能源动力、化学化工、电力电子、建筑科技、环境工程、交通运输、材料等多个学科，也涉及管理学、经济与金融、系统学、国际关系和社会学等学科；理工科教育在双碳人才培养中担当重要角色，同时人文社会学科也不可或缺。碳中和意味着我国经济增长与碳排放的深度脱钩，需要推动产业结构、能源结构、生产方式、生活方式、空间格局等全方位深层次的系统性变革，然而不同行业、不同地区实现双碳目标的难易程度与策略空间存在较大差异，问题多样、机制复杂，解决方案与应用情境之间需要高频率深层次的互动迭代。

1.构建跨界交叉融合的模块化课程体系

实现双碳目标与世界能源体系转型急需教育的改革予以配合，改革强调打破专业、学科界限，多学科交叉的知识背景是相关能力素养形成和发展的基础。由于环境问题已成为影响国际关系和国家对外形象的重要因素，双碳高层次创新人才还需要深入了解国际科技发展和国际环境履约的水平与动向，具有国际竞争力。清华大学积极响应碳达峰碳中和重大战略部署，发挥高校推动全球可持续发展的责任担当和创新引领作用，由校领导部署，相关领域院士作为总召集人，组织召开多轮教育教学研讨会，梳理覆盖多学科的双碳核心知识体系。清华大学碳中和能力提升项目由研究生院牵头，国家卓越工程师学院统筹运行管理，碳中和研究院专家组作为顾问组织，由建筑学院、环境学院、能源与动力工程系、车辆与运载学院、电机工程与应用电子技术系、化学工程系、材料学院、地球系统科学系、经济管理学院、核能与新能源技术研究院、深圳国际研究生院等10余个院系联合开课，形成了包括基础必修、方向选修在内的模块化课程体系（见表1）。

基础必修课模块中的“碳中和科学导论”和“碳中和概论”两门课程，面向研究生介绍气候变化与碳中和的科学事实、影响、适应及应对的科学理论基础，澄清气候变化与碳中和领域的主要概念，帮助不同专业背景的研究生了解碳中和方面的研究需求，激发他们围绕碳中和问题开展创新研究的兴趣，为后续的课程学习打下基础。基础必修课模块中的另一门课程“气候变化大讲堂”紧跟国际前沿，密切关注碳中和领域最新理论进展与产业发展，是在气候领域具有世界影响力的交流与对话旗舰平台，开办的系列讲座邀请全球政界领袖、国际组织负责人、学界知名人士和商业先锋分享其应对气候变化的观察与预判、理论与实践，开展师生互动研讨，交流如何推进全球气候变化治理，增加青年学生对全球气候治理和可持续发展问题的直观认识与理解。选修课模块依据我国实现碳中和的行动路径，分为新型能源系统、碳汇与CCUS、重点领域减排、政策与管理四个方向。新型能源系统方向着重介绍以清洁低碳电源、氢能、太阳能、风能、生物质能等为代表的新能源原理与方法、关键技术、应用状况与前景；碳汇与CCUS方向培养学生掌握生态系统碳汇的评估与增汇技术，碳捕集、利用与封存的技术基础、关键环节，旨在利用相关技术促进各部门深度减排；重点领域减排方向着力介绍在工业、交通、建筑等不同行业或部门，不同城乡背景下如何实现低碳或零碳化发展，包括解决方案及推进机制；政策与管理方向围绕碳中和国际、国内的政策动态和先进经验，辅以典型政策方法与实践案例，聚焦碳市场、气候金融等主题，从经济与政策视角阐释其法律基础、交易规则。课程体系内容设计兼顾技术与管理取向，注重文理渗透，综合采用讲授、讨论、展示、参观等多种方式，弥合科学、工程、政策和经济学知识基础及最前沿发展之间的差距，使研究生具备把握碳中和领域研究发展脉络、开展相关科技创新工作的能力。

2.开展基于应用情境的跨学科课题攻关

建立服务双碳战略的高层次创新人才梯队，需要支持多学科交叉研究和联合攻关，探索完善产教、科教、校企融合育人模式，培养研究生具备多学科交叉知识结构，鼓励他们运用最新的知识和技术手段，在更高层面、更宽领域思考和解决复杂的工程技术难题，推动产业升级和科学技术进步。在工作场所学习是通过参与工作实践，进而重构知识和经验的过程。清华大学碳中和能力提升项目积极吸纳产业界力量参与双碳高层次创新人才培养，联合行业领先企事业单位共同开展研究生科研实践活动，工作组与生态环境部环境规划院、中国建筑设计研究院有限公司、国家电投科学技术研究院、深圳市城市规划设计研究院股份有限公司、北京奔驰汽车有限公司、阿里云计算有限公司、金风科技股份有限公司、北京绿色交易所等20余家不同性质、遍布不同行业不同地区的单位和组织签订了合作协议。面向合作单位征集覆盖不同方向的拟研或在研实践课题，建立校企实践指导教师组，通过研究生跨专业组队的方式，形成课题攻关团队，深入一线了解企业现状及碳中和相关科研实践问题的痛点与难点，利用实践单位资源探索解决现实问题。团队不同专业背景的研究生充分发挥各自学科优势，根据校企导师组的反馈和应用成效不断修正实践方案，提升理论与实践相结合的能力，并且在实践中不断深化对于理论的认识，增长学术和职业发展胜任能力。

碳中和实践一般于夏季学期开展，包括前期的课题资料调研、课题开题、中期检查、结题答辩等培养环节。研究生结合自身兴趣及课程学习阶段习得相关知识，按照每个团队至少包括两个以上不同院系成员的原则选择和匹配课题。围绕拟研究攻关目标，在文献和资料调研基础上，由校内外实践指导教师联合组织学生开题，确定研究方案、研究方法、研究内容、预期成果等。实践期间研究生团队与校企导师组在工作场所学习过程中逐渐形成相互介入、相互协商、共享知识与技艺库的实践共同体，进而生产出可信任的知识。中期检查、课题进展周报等制度化要求促使实践共同体不断检视与反思阶段性成果的创新性、所生产知识的应用价值与社会经济效益。针对课题完成与研究生协作情况，学校在秋季学期开学后，组织项目结题检查与成果答辩，不少于半数的评审专家来自于行业企业，质量控制的机制与标准覆盖更广的范围、涉及不同的领域，对实践成果的评判不再是传统的“学科卓越”标准，而是根据其对于实际生产中跨学科问题解决的贡献程度来判定。

三、清华大学碳中和能力提升项目的成效及影响

清华大学碳中和能力提升项目是学校服务国家双碳战略需求、通过整合跨学科教育资源推动双碳高层次创新人才培养的一项具体行动，该项目自2022年1月设立以来，充分发挥多学科交叉融合育人优势，不断优化完善课程体系，持续拓展实践资源，建立了“课程+实践”“技术+管理”的培养模式，形成了“跨界交叉、真知实干、多元胜任”的培养特色，在双碳高层次创新人才培养方面取得了显著成效。学校领导在中国学位与研究生教育大会上介绍了项目建设实施情况，项目本身作为“促进学科交叉研究生培养任务”之一列入“清华大学2030创新行动计划”，得到校内师生的关注以及社会的广泛好评。

从生源结构与证书授予情况来看，项目运行两年多以来，共有来自清华大学建筑学院、土木工程系、环境学院、能源与动力工程系、工业工程系、电机工程与应用电子技术系、工程物理系、化学工程系、经济管理学院、公共管理学院、五道口金融学院、核能与新能源技术研究院、深圳国际研究生院等校内47个院系的840余名在校研究生报名参与项目学习，研究生学科背景的多元化进一步促进了学科交叉融合的育人效果，形成了良性循环的育人生态。截至2024年10月共有142人（其中博士生53人、硕士生89人）修读完成所有课程学习与实践培养环节，满足相应学分要求，获得由清华大学研究生院、清华大学国家卓越工程师学院联合颁发的项目证书。项目培养成效得到环球网、《北京日报》、腾讯网、搜狐网、新浪财经、清华新闻网、清华大学研究生教育等校内外媒体的转载和报道。项目系列工作进展得到合作伙伴——苹果公司首席执行官的肯定，蒂姆•库克在社交平台公开发文表示：“今日莘莘学子可成就明日的环境领袖。很高兴能与清华大学合作，共同培养中国未来环保人才。”

从课程教学的评教结果来看，学生对课程体系的整体满意度达到95%以上。该项目教育教学体系设计兼顾不同专业研究生兴趣点和接受度，综合把握讲授内容的科普性与专业性平衡，保持整体风格一致和内容连贯的理念，充分考虑到跨学科研究生学习的需求，得到选课学生的肯定和积极反馈。学校每年组织针对项目课程的问卷调研，结果显示，通过学科交叉融合的课程学习，研究生在碳中和思维能力、碳中和基础知识、碳中和技术创新能力、碳中和管理能力、跨专业学习能力、沟通协调能力、组织实施能力、社会责任、国际视野、学术与职业发展胜任力、学术道德规范等方面都有显著提升。环境学院一位博士生基于“碳中和科学导论”“碳市场与气候金融”课程中学习的专业知识撰写研究报告，为我国在日内瓦的国际谈判——在世贸组织框架下深度参与塑料污染防治等贸易与环境议题讨论、有效应对欧盟碳边境调节机制等提供了重要学术参考，收到商务部世贸司的感谢信。能动系的一位硕士生在“生态系统碳汇评估与增汇技术”课程中系统学习了生态系统碳汇相关基础知识，发掘了新的兴趣点并深入影响了自己的研究课题方向，他在开展“基于人工智能融合机理模型的生态脆弱地区研究”的同时申请攻读碳中和方向博士。项目课程教学的传播效果与受益群体也在不断提升和扩大，部分线上课程拓展了一流大学教育资源面向社会的开放程度，例如“气候变化大讲堂”开讲期间通过清华学堂在线直播，单次讲座观看量曾超过10万人次，为将绿色低碳理念融入国民教育体系各个层次和各个领域做出积极贡献。

从实践开展与实践成果来看，截至目前的三期实践活动共有337位同学组成了96个跨学科课题攻关团队，完成了包括“数据驱动的二氧化碳地质封存动态预测及注入策略优化”“严寒及寒冷地区支线机场运行碳中和实施路径研究”“数据驱动的北京奔驰通用设施及生产设备的碳中和工业节能项目”“基于GIS的鲁中南地区村落碳排放地图建模及空间格局分析”“华南地区零碳园区光储直柔技术应用实践研究”“基于大模型训练的建筑行业ESG减碳行动数据集及建筑HVAC系统仿真与控制策略寻优”等一系列具有挑战性的生产实践课题，部分成果已在实践单位开始初步运用，服务于区域地方经济发展。例如由清华大学环境学院、电机工程与应用电子技术系、经济管理学院、建设管理系、土木工程系同学共同组成的团队，围绕“分布式光伏如何助力零碳建筑并带来更多碳减排”问题，发挥各自专业所长，通过深入企业调研与定量分析等方法，拟定的最优清洁能源改造方案已在中建科技集团北京低碳智慧城市科技有限公司的工程实践中得到应用。又如阿里云实践团队研发制冷空调系统的通用化控制优化方法建立了全流程深度融合专家经验的强化学习控制优化范式，在多气候场景实现了明显节能且不牺牲舒适度的目标，用于指导环保新型工质场景，该范式在实践中得到应用，后续工作持续一年半，形成相关发明专利1项。此外，北京奔驰实践课题组在校企导师的共同指导下，率先在业内开发出物流运输零件层级碳排放核算系统，有效助力公司低碳化转型的快速落地，该项成果获得梅赛德斯–奔驰物流全球创新大赛第二名，得到公司中德双方的高度认可；该项目开展的实践活动还进一步促成了企业与校内科研单位的深度合作，北京奔驰汽车有限公司基于碳中和实践活动的合作基础，与清华大学碳中和研究院就产学研深度融合专项达成合作共识。

从促进学科发展的结果来看，碳中和能力提升项目是将绿色低碳发展理念融入研究生教育体系的重要尝试和举措，作为面向全校在读研究生开设的教育项目，学校致力于使不同学科专业背景的研究生广泛受益，拓展和提升他们的碳中和相关学术与职业发展能力，在此基础上探索建立碳中和学科专业和学位授权点，发展培养学术型和专业型人才的学位项目，有利于形成多层次互补的双碳教育格局。2022年清华大学创新领军工程博士重点领域项目中新增了碳中和方向，旨在培养具有坚实宽广的碳中和基础理论和系统深入专门知识的创新领军人才，使其具备解决碳中和系统中复杂工程技术问题、进行工程技术创新以及规划和组织实施工程技术研究开发工作的能力，鼓励工程博士生面向碳中和领域前沿及重大工程问题，探索开展原创性实际问题研究，完成高质量学位论文，形成应用型创新成果。2022年6月，清华大学学位评定委员会审议通过了拟新增“碳中和系统科学与技术”一级学科博士硕士学位授权点的决定；2023年9月，“碳中和系统科学与技术”交叉学科博士学位授权点获得国务院学位委员会批准。该学位点主责单位为清华大学碳中和研究院，从供能、用能、系统和治理四个领域设立低碳能源与碳移除技术、新型电力系统、零碳人居环境、新能源动力系统、过程工业流程再造、碳中和系统工程、碳中和环境系统和气候治理、碳金融8个二级学科方向。清华大学“碳中和系统科学与技术”一级学科自2025年开始招收全日制博士生。着力于知识整合发展、创新重构的交叉学科有助于产生新的视角、方法和工具，为双碳目标的实现提供前沿、颠覆性的支持。

从培养模式的推广价值来看，快速精准响应国家需求、打破学科专业壁垒、按项目建制实施的方式，可以根据不同时期、不同阶段国家战略发展需要迁移推广至不同关键领域。例如，人工智能作为近年来最重要的技术革命正在全球范围内重塑人们的生产生活方式，成为推动科技创新和社会进步的核心动力，人工智能领域的前沿技术攻关已成为国家间高水平科技力量角逐的重要方面。为更好地契合智能时代发展需要，培养“人工智能+”高层次创新人才，清华大学在及时总结碳中和能力提升项目教育教学与管理运行经验的基础上，于2024年9月面向全校研究生启动人工智能能力提升项目。项目秉承“学科交叉融合创新”的教育理念，旨在帮助不同专业、不同学科的学生树立人工智能理念和思维，系统了解和掌握人工智能的基本知识与方法，全面提高人工智能技术应用、创新和管理的能力与素养。人工智能能力提升项目初创期间由人工智能学院、机械工程系、工业工程系、电子工程系、计算机科学与技术系、自动化系、智能产业研究院等10余个院系共同建设，通过项目制统筹运行管理模式积极调动校内外优质资源，组织研究生围绕人工智能领域核心问题开展实践与课题攻关。首期研究生已于2024年秋季学期开始接受系统化的知识培养与实操训练，为推动相关技术发展和应用贡献力量。