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教學資源建設是有中國特色卓越工程師教育培養計劃實現的關鍵問題,也是長期以來中國卓越工程師教育培養計劃實施的重點和難點問題。我國教學資源建設仍然存在總量不足、分布不均、共享困難、不能有效服務專業設置、課程建設、頂崗實習和學生就業等諸方面的不足。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》明確要求把加快教育信息化進程作為推動教育改革發展的保障措施。卓越計劃結合自身規律開發數字化資源,加強以優質視頻、教學素材、特色專題為主要內容的專業教學資源庫建設,有利于推動卓越計劃相關專業建設、課程改革和教學方法手段的不斷創新,并直接關系到卓越計劃培養出來的人才質量。同時,《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見(教高(2012)4號)》提出“通過多種方式整合校園資源,優化辦學空間,提高辦學效益,確保高校辦學條件不低于國家基本標準。因此,建立開放靈活的教育資源共享平臺、提高資源建設的規范性和利用效率、降低建設成本和促進優質教育資源的普及和共享已成為亟待解決的重要問題。
2卓越計劃化學工程與工藝專業教學資源建設的思路
卓越工程師背景下的化學工程與工藝專業需要根據行業對化工工程師知識、素質和能力的要求,確定相關課程和實踐教學環節,將涉及工程意識、工程素質、工程實踐能力、工程綜合能力培養、企業以及工程項目管理知識的課程納入培養方案中,增加工程教育相關課程,因此,必須按照新的人才培養方案,以教材建設和精品課程建設為手段,改革教學內容,加強教材建設,自主編寫和完善系列專業教材,使教學內容充分反映新世紀化工實際生產和化工行業可持續發展的新要求。總體建設思路如下:
2.1構建“新體系”
構建以培養工程意識、工程素質、工程實踐能力、工程綜合能力為目標的實踐教學新體系。按照基本技能層、知識應用能力與工程實踐能力層、創新能力與工程綜合能力層等“三層次”,循序漸進地培養學生的工程綜合能力和創新能力。在基本技能層,主要通過課程實驗、上機操作等實踐環節加深對理論課程基本概念、基礎知識和基本理論的理解和基本技能的培養;在知識應用能力與工程實踐能力層,主要通過課程設計、專業實習、社會實踐等環節實現對學生知識應用能力的培養;在創新能力與工程綜合能力層,主要通過化工企業輪崗實習、化工企業項目設計與研究、畢業設計(論文)、大學生“挑戰杯”競賽、大學生科技創新活動、產學研合作開發等方式實現對學生的工程綜合能力與創新能力的培養。
2.2突出“厚基礎”
本專業卓越工程師教育專業培養方案課程設置分為通識教育,專業基礎課和專業課三大模塊。通識教育包括數學與自然科學、人文與社會科學、體育、素質教育公共選修課等,其課程學時占總學時的47.7%,課程學分占總學分的47.5%;專業基礎課包括相關學科基礎課和專業基礎課,其課程學時占總學時的34.9%,課程學分占總學分的34.3%;專業課包括基本專業課和專業方向課,其課程學時占總學時的17.4%,課程學分占總學分的18.2%。突出了卓越工程師培養的厚基礎,為卓越工程師的培養奠定堅實的基礎。
2.3強化“寬口徑”
本專業卓越工程師教育專業培養方案設置了精細化工、能源化工和生物化工三個專業方向課程模塊。其中,精細化工方向課程模塊開設了精細化學品化學、精細化工工藝學、精細化工過程與設備、精細化工及分離實驗等課程;能源化工方向課程模塊中開設了煤化學、煤化工工藝學、潔凈煤技術、煤化工實驗等課程;生物化工方向課程模塊中開設了工業微生物學、生物化工工藝學、生化分離技術、生物化工實驗等課程。強化了卓越工程師培養的寬口徑,以滿足大化工行業對工程技術人才的要求。
2.4體現“重創新”
教材建設也是教學資源建設不可缺少的內容。在化學工程與工藝專業的專業基礎課和專業課教材的選用上,以“加強基礎、精選內容、有所創新、有利教學”為原則,盡量選用國家規劃教材或者比較權威的高水平教材。同時,組織教師立項編寫或參編高質量教材,如普通高等教育國家規劃教材或精品教材;自編配套輔導教材和講義,制作和充實各類聲像教學資料,積極開發具有專業特色的CAI課件,錄制網絡教學視頻。重點開展精品課程建設,爭取獲得1門國家級精品課程、2~3門省級精品課程、4~5門校級精品課程,通過改革與建設,不斷提高教育質量和人才培養質量,努力培養學生的創新精神和實踐能力,打造出有扎實理論功底、掌握化工專門技能、有很強事業心和吃苦耐勞精神的應用型專業人才,以滿足現代化工業發展對化工專業高素質人才的需求。我們將不斷完善卓越背景下化學工程與工藝專業的教學資源建設,確保學校教學質量不斷提高,確保專業建設項目績效。
3卓越計劃化學工程與工藝專業教學資源建設存在的困難
卓越計劃化學工程與工藝專業教學資源建設的內容相當豐富,在實際操作過程中需要突破重重難關,其中最為突出的有校企合作、人才需求的個性化和多樣化以及師資隊伍建設三個方面。
3.1校企合作是首先要解決的問題
近年來,我院不斷探索和完善校企合作的長效運行機制,努力通過各種渠道與企業溝通,先后在多家大中型企業設立了教學實習基地并成立了一個工程實訓中心,為學生營造了在企業進行實踐學習的良好機會。但有些企業為了兼顧安全生產、產品質量和生產效益,不能為學生提供在相應的技術崗位上動手操作的機會,這樣一來學生的動手能力就得不到真正的鍛煉。
3.2人才需求的個性化和多樣化
不同的公司對技術應用型人才的需求均存在差異,如同樣是培養化學工程與工藝卓越工程師,有些公司需要學生具有精細化工或生物化工方面的知識,而有些公司則需要學生具有能源化工方面的知識。因此,我們必須有的放矢地進行化學工程與工藝專業卓越工程師教學資源的建設,以滿足不同公司對技術應用型人才的多樣化需求。
3.3師資隊伍的建設
化學工程與工藝專業卓越工程師培養必須擺脫傳統的大學生培養模式,為了實現卓越工程師的培養目標和落實卓越工程師的培養標準,形成具有良好的學緣結構、知識結構和以中青年為主體的雙師結構教學團隊是順利、高效進行教學資源建設的必要條件。而要改變目前師資水平不足,知識結構單一和學緣結構不合理的現狀將是一個長期而艱巨的過程。
4結論
關鍵詞:能源化學工程專業;應用型本科人才;培養模式
能源化學工程專業是研究利用化學與化工的理論和技術來解決能量轉換、能量儲存及能量傳輸問題的戰略性專業。能源的高效、清潔利用將是21世紀化學科學與工程的前沿性課題,也是當前社會急需的具有廣泛發展前景的新興產業。我國于2010年開始設置了能源化學工程戰略新型專業,并于2011年進行試點招生。目前針對能源化學工程專業并結合學校實際情況,對能源化學工程專業的培養模式進行了有益的探索。例如:
(1)東北石油大學對能源化學工程專業課程體系進行了構建,專業按照“通識教育+學科專業基礎+專業教育+實踐教學”四個層面對課程體系進行了設置[1];
(2)沈陽工程學院對能源化學工程專業學生的實踐能力的培養進行了教學探討,制定了一系列實踐教學的相關規章制度,如《實驗室開放制度》《實驗室守則》《校內外實習管理辦法》《課程設計、畢業設計管理辦法》等實踐教學的規章制度[2];
(3)北京化工大學對能源化學工程專業人才的培養注重學科發展的國際化交流與合作。每年邀請國際上著名的學者到能源化學工程實驗室進行訪問和交流,通過學術報告和互動交流,拓寬學生的國際化視野。并與多所國際著名大學建立了密切的科研合作關系和聯合培養學生機制,為學生搭建了國際交流平臺[3];
(4)哈爾濱工業大學能源化學工程專業教學主要側重于學科研究方向的改革,主要包括太陽能電池材料的制備及性能研究,功能晶體材料的制備,生物質能源的開發,生物質能源與化工原料的轉化研究,多晶硅高效回收新技術,發光二極管(LED)用熒光粉的研制,LED新型散熱器材料的合成及LED封裝材料等研究方向[4]。菏澤學院是一個應用型的地方本科院校,2012年菏澤學院化學化工系緊扣菏澤市煤炭石油資源豐富和能源化工基地建設的需要,成功地申請了能源化學工程專業,并于2013年開始招生。構建一個適應社會發展需求、具有地方特色的人才培養模式,是能源化學工程專業健康發展的基礎。在高等教育大眾化的背景下,應用型本科人才成為高等教育的重要對象,并占據了主導地位[5]。近年來,菏澤學院根據地方資源特點、經濟發展需求和學校的師資結構特點對應用型本科能源化工專業的人才培養模式進行了構建。主要從人才培養規格、理論課程體系構建、教學方式方法革新、實踐教學和學生科技創新體系的完善、考核評價方式的改進、師資隊伍建設等方面進行了探索。
1人才培養規格的建構
人才培養規格是教學的前提和基礎?!秶抑虚L期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》明確提出:要遵循教育規律和人才成長規律,深化教育教學改革,創新教育教學方法,探索多種培養方式,形成各類人才輩出、拔尖創新人才不斷涌現的局面[6]。為此應構建以學生為主體、以創新應用人才為核心,以學生全面發展為中心的多規格本科人才培養模式。為制定切合實際的應用型人才培養規格,我系深入菏澤市及周邊地市各個能源化工企業進行調研,與人力資源招聘部門進行接觸、對已畢業的學生進行調查反饋等,多方收集相關信息,并結合菏澤學院化學化工系師資結構特點,對我們的人才培養規格進行了定位。在調查過程中,我們發現:社會對能源化工專業的人才需求有三種類型:科研創新性,動手操作技術性和管理經營性人才。考慮到我系師資力量和學校發展目標,我們把能源化學工程的人才培養目標定為培養動手操作技術性和能源化工企業管理經營性人才。采用“一個專業兩個方向”進行培養,實行“5+3”分流培養方式,即前5個學期在一起上通識課和專業基礎課,后3個學期按照學生的意愿進行分開培養,主要開設專業課。同時對經營管理型的學生聘請經濟系的老師開設經濟管理型方面的課程。
2課程培養體系的構建
課程體系直接關系到培養人才的質量。能源化學工程是一門內容豐富而又廣泛的科學,是涵蓋能源、化工、環境和材料的交叉學科。課程體系按照“通識教育+學科專業基礎+專業教育+實踐課”四個模塊設置,注意學科前沿和知識體系的完整性,構建具有地方特色的厚基礎、寬口徑、重視學科交叉的課程體系。應用型人才培養必須重視實踐課的建設。在課程體系構建中,我們十分重視實踐課的比例,規定不少于總課時的20%。課程除了基礎課程實驗、專業課程實驗、暑假實習、畢業實習、生產實習,畢業論文設計外,還應增加大學生挑戰杯競賽、大學生科研基金項目、大學生創業計劃項目、開放實驗室等項目。教學是基礎,是傳授知識;科研是創造知識,是教學的延伸和發展[7]。組織學生積極參加全國大學生化工設計競賽、數學建模競賽、機械設計競賽、結構設計競賽、大學生挑戰杯賽等競賽項目。其目的是以競賽為載體,把探索精神、創新技能、動手能力、合作能力、針對具體實際問題提出解決方案的能力作為培養目標。這些競賽對于培養我國本科生的科研實踐能力和創新精神起到了積極作用[18],加強了學生應用型能力的培養。
3教學方式方法的革新
緊密結合人才培養目標,構建全方位的教學改革模式。在教學方法上,根據“多元智力理論”和應用創新型人才成長規律,進行教學方式的改革,結合企業生產實例,采用范例教學改革模式,使學生在實踐體驗中感受應用創新型人才成長的過程,倡導“做中學”,使學生在小組合作比賽中體會自己的成長。在教學實踐中可采用“項目活動法”,在項目設計過程中,教師僅起指導作用,學生可以自主查閱資料并開展與項目有關的研究性活動和合作學習。
4實踐教學和科技創新體系的完善
實踐教學和學生科技創新是培養應用創新型人才的重要環節。構建多層次的包括校內實驗、實訓、課程設計、參加科技創新競賽、畢業設計,校外工廠見習、項目合作導師制、校外實習的“雙導師”制以及校企合作協同培養制度,切實加強學生實踐能力和科技創新能力的培養[9]。“雙導師”制是指學生的實習過程中,由學校教師和企業老師共同指導,使學生對工廠實際生產的流程和工藝有一個全面清楚的認識,培養學生運用所學知識分析工程問題和工程實踐應用能力?,F在我們已與菏澤市的玉皇化工集團、洪業化工集團、多友科技等企業合作建立了10多處校外實習基地。雙導師制的實行,加強了校企結合,有力地培養了學生解決工程問題的能力,避免了學生“所學”和企業“所需”脫節的問題,實現了學校培養和企業所需人才的對接。
5考核評價方式的改進
評價是學科教學的指揮棒。在能源化學工程專業課程評價過程中,采用過程評價與終結性評價相結合的評價方式[8]。對于通識課和專業基礎課程,采取以閉卷考試(70%)和平時成績(作業、小論文、實踐報告)相結合為主;對于專業課,可采用閉卷考試、開卷考試和設計(論文)相結合的方式進行考核;對于選修課,采取教師自主考核與院系抽查相結合的方式;對于實習和實踐課程,結合“雙導師制”,采用化學化工系與企業共同考核的方式;對于實踐課程,采取小組提交實踐報告并答辯的方式進行評價。變單一評價為多元評價,從而調動學生的學習積極性。
6“雙師型”師資隊伍的建設
教師的“復合”能力(高深的專業理論和豐富的工業實踐操作技能)是培養學生應用創新能力的前提和基礎。為培養學生的實踐創新能力,結合專業發展實際,構建“外引+內培+實踐鍛煉”相結合多渠道的“雙師型”教師的培養方式,加強與高校、科研院所和企業的聯系,切實提高教師的業務水平。近三年來,我系派出4位教師到能源化工企業進行業界鍛煉,培養教師的工程實踐能力,使教師明確企業對人才規格的需求,同時加強與企業之間的科研合作。我們還聘請企業的業務骨干為我們的兼職教師,不定期地給學生開設講座和實踐課。同時,我們鼓勵年輕教師考取化工安全評價師、化工工程師、設備設計工程師等相關專業的職業資格證書。這些措施有力地培養了教師的工程實踐應用能力,加強了“雙師型”師資隊伍的建設??傊?,根據社會發展對能源化學工程人才的需求和菏澤學院建設應用型地方特色明顯建設的目標,化學化工系根據師資結構特點,對能源化工人才培養模式進行了探索和改革,目前取得了一定的經驗。而對如何更高效的進行校企合作,建設產學研聯合協同創新體系,打造有能源化學工程專業特色的培養模式和體系,是我們繼續努力和探索的目標。
參考文獻
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(一)明確工程教育的培養目標和內涵
工程教育由工程科學、工程社會學、工程技能訓練等構成,其目標是培養“高級工程技術人才”“高級科學技術人才”和“高級工程管理人才”等。歐美以麻省理工學院(MIT)為代表的一些大學充分拓寬了高等工程教育的內涵,從關注工程教育本身轉向強調影響工程教育的哲學、教育學和文化學基礎等,其目的是全方位培養基礎知識厚、實踐動手能力強、學習能力強、適應能力快、創新素質高、綜合素質好的“現代工程人”。現代社會經濟發展所需要的人才已經超越了只問過程不求結果的學術性人才和只知其果不問其因的應用性人才。當前社會迫切需求的是能夠將理論與應用相結合,過程與結果相統一,將科學家素質與工程師精神相融合的工程應用型創新人才;工程應用型創新人才要能夠將科學原理及學科知識轉化為設計方案或設計圖紙,并將設計方案與圖紙轉化為產品。工程實踐創新平臺的構建要以社會、企業對人才的需求為導向,必須與工程應用創新人才的培養目標和培養內涵相結合,充分考慮相關專業的定位、方向和特色;以提高學生自主獲取知識的能力和應用知識的能力為目的,以激發他們的創新與創造性思維為宗旨;并增強他們的自信心和與人溝通交往的能力,加強他們對所學專業的熱愛等。構建過程中還要樹立以創新為核心,“重過程體驗、重創新思維”的教學理念。總之,實踐創新平臺的架構是一個復雜的系統工程,不僅要呈現出綜合性、復雜性和創新性的特征,還要體現社會性和倫理性的特征。
(二)分層次、多元化
化學工程學院實踐創新平臺的架構以強化實驗技能訓練、開拓創新意識、培養產品開發和實際操控能力為目的,建設了主輔線兼備、課內外結合的高水平化工基礎實驗室和獨具石化特色的專業實驗室,建設了校企聯合、現場實習與仿真操作互補的實習基地;開發了系列化工生產實習仿真軟件,并同時開展化工原理實驗大賽和化工設計大賽,打造了具有“實踐內容特色化,科研成果教學化,工程訓練實戰化”的立體化、多元化的實踐創新平臺。實踐創新平臺的架構過程中注重實踐課程教學內容的改革。鼓勵教師開設綜合設計型課程、模擬訓練課程和研究方法實踐課程,教學內容面向化學工業的工程實際,并結合學科前沿,更多地采用案例分析、課程項目等形式。學生首先在課堂理論教學中認知工程實踐,奠定工程實踐創新人才扎實而又雄厚的理論基礎,并使學生的實踐能力逐漸由學科基礎實踐轉向多學科知識融合實踐,為高素質創新人才的培養奠定基礎。與此同時,為強化學生化工設計的能力,采取項目教學的形式,按照實戰演練的要求,統籌優化、整合化工原理課程設計、化工設計和畢業設計內容,構建點、線、面循序漸進且長程統一的化工設計實訓平臺,使工程理念四年不斷線。在現場實習過程中,實現認識實習對化工工藝流程和化工設備的認知到生產實習對化工工藝參數和化工工藝流程的熟知,最后到化工仿真的實際操作??傊趯嵺`創新平臺的構建過程呈現出了由認知實踐、工程實訓和工程實戰的層次過渡。
(三)動態發展原則
在經濟高速發展的信息時代,知識已經超越了社會構成中的其他要素成為了決定工程企業發展的主要素。當今科學知識和技術發展速度超越了以往任何時代,知識發展狀況使工程企業等組織的生產水平與服務領域不斷變化,對高素質工程人才的工程與社會方面的知識和能力不斷提出新要求,在工程職業實踐過程中不斷遇到新的問題與情境。社會和企業對人才能力和要求的變化及工程實踐問題的變化,要求高素質工程實踐創新人才的培養目標要實時作出調整,相應的課程體系和實踐教學環節也要隨之變化,這就決定了實踐創新平臺的構建要遵循動態發展的原則,在動態變化中讓學生感受、理解知識產生和發展的過程。
二、工程實踐創新平臺架構模式
(一)現場實習實訓化、仿真模擬實戰化
工程實踐是工程教育的重要特征,是工程教育的靈魂,而產學研結合是工程教育的本質要求。學生只有充分利用校企合作平臺,通過實踐訓練環節不斷地嘗試、摸索和研究,才能不斷提高工程創新能力和分析解決工程實際問題的能力。只有親歷工程實踐過程,才能真正了解工程的內涵,體驗企業文化,并提高認知社會的能力。由此決定了生產實習的重要性。化學工程學院充分調動社會各界優質資源,不斷探索校企合作方式,先后與校內外多家石油石化大型企業簽訂了聯合培養協議,讓學生在企業實習期間,具有學生和企業員工雙重身份。目前化學工程學院已形成了“生產現場實習+計算機仿真實習”的生產實習模式。四周企業現場實習實行與企業相同的倒班制,教師和學生深入車間和工人師傅打成一片,教師更多地給予學生理論知識的傳輸,現場師傅給予現場經驗的指導。學生在完備的安全防護措施下到常減壓蒸餾、催化裂化、重油加氫裂化和催化重整等不同的煉油裝置上跑流程、爬塔器、辨認主要操作設備和輔助設施,并在車間見習工人師傅對DCS系統的操作,觀察各類操作參數的變化,以及突發性事故的處理方法等。但鑒于現場安全的嚴格要求,企業不允許學生進行現場操作。為彌補生產實習只能近觀不能操作的遺憾,學生可在仿真實驗室中進行煉油工藝過程的操作?,F在仿真實驗室中裝有“常減壓蒸餾”“催化裂化”“催化重整”和加氫裂化4套DCS仿真軟件。學生可利用這四套軟件進行煉油生產裝置的仿真生產、開停工演練、事故處置模擬和化工裝置的流程模擬計算等方面的訓練。現場生產實習后的仿真實習使化學工程與工藝專業學生的實踐能力錦上添花。生產實習的實訓和實戰過程充分體現了“工學結合”“做中學”和“做中教”的工程教育特點。
(二)教學實驗綜合化、創新化
把握內涵、優化組合、架構了實驗課程體系,將實驗按照設計型、綜合型和研究創新型三個模塊設置。目前已形成了從初級到高級、從基礎到專業、從接受知識到綜合性、創新性的實驗教學平臺。設計型實驗模塊涵蓋了化工原理、化工熱力學和反應工程實驗等,實驗過程遵循“自主設計,虛擬演練,室內實戰,厚實基礎,實現拓展”的方針。整合并優化了專業基礎實驗教學條件,建立了完善的實驗教學保障機制,構建了虛擬化工多媒體操作平臺和多個覆蓋范圍廣的多功能實驗室。實驗內容包括了文獻調研、實驗方案設計、網上預習并模擬演練、實驗室內實戰等,強調學生實驗過程的自主性,強化對專業基礎知識的認知。此外,提倡小組討論、協作攻關的實驗模式,增強學生的團隊協作精神。綜合型實驗模塊按照“一線貫通,首尾相合,展現特色,體現綜合”的規劃,從原油的實沸點蒸餾實驗出發,首先切割汽油和柴油餾分,然后測試原油和相應切割餾分的粘度、密度、餾程、硫含量、凝點、閃點和苯胺點等油品性質參數,實現整個專業實驗的一線貫通;結合石油煉制工程所學理論,在對所有測試數據進行分析的基礎上,對原油性質進行綜合評價,確立初步的原油加工方案,從而體現整個專業實驗首尾相合、特色化和綜合性的特點。研究創新型實驗模塊遵循“把握前沿,展現工程,培養創新”的理念,依托并結合科研實驗室,積極開發和建立大型實驗裝置,在構建過程中使之規范化和系列化,盡可能擴大學生的受益面。
(三)科研成果教學化
以學科建設為龍頭,依托科研實驗室,不斷拓展工程訓練內涵,加大科研成果向實驗教學轉化的工作力度,促進科研成果教學化?;瘜W工程學院以科研成果轉化為依托,積極開發和建立大型實驗裝置,作為學生選做實驗內容。如近幾年開發的兩段提升管催化裂化技術和多產低碳烯烴技術等,均具有為學生提供實驗的功能,每年都有大量的本科生參與到實驗過程中,這不僅有助于學生對石油煉制工程教學內容的理解,也有利于學生綜合能力的提高。鼓勵并推行本科生參與科學研究,教師將科研課題分解成多個子課題,然后依托化工實驗中心和教師科研室完成相應課題的研究;由此開發學生的創新思維、提高學生分析問題和解決實際問題的能力。
(四)教師隊伍多元化
工程實踐創新平臺的建設要有強有力的教師隊伍支撐。當前工程教育存在的一大弊端就是缺乏有工程背景的教師。盡管在過去的教學過程中我們注重強化學生的工程實踐能力,重視各實踐教學環節,建立了多層次、立體化的實訓教學平臺,但是我們仍嚴重缺乏有豐富工程經歷的教師。針對教師隊伍中工程實踐經驗薄弱的問題,化學工程學院實行了青年教師生產實習輪訓制,鼓勵和制訂政策支持教師到企業培訓或到相關高校學習。學校也調整用人制度,降低學歷門檻,注重實踐能力,從廠礦企業或設計院引進工程背景豐厚的工程師增添到教師隊伍中。針對當前全方位、高素質工程人才的培養目標,我們在重視工程設計、工程管理素質培養的同時,還關注了學生文化素養的培養。以工程文化教育課程及工程文化教育基地為載體,實施工程文化教育,培養學生“大工程”意識。要實現這一培養目標,工程教育也需要具備相應素養的教師隊伍。此外,借鑒其他高校的成功經驗,加大“雙師”型師資隊伍建設力度,盡快實現教師隊伍結構和素養的多元化。
(五)學生學習自主化
在工程實踐創新平臺的構建過程中,我們還密切關注了學生自主學習能力的培養。所謂“自主學習”是指在教師指導下主動參與、主動獲取、自我構建、自我發展和自我完善的過程。工程實踐創新平臺的構建要給學生提供充分自主學習的空間,鼓勵學生主動思考、自覺學習;激發學生的學習興趣和求知欲望。為實現這一目的,我們一方面大量開設了綜合開放性實驗、創新實驗,由化工實驗中心或教師科研室為學生提供完成實驗的基本條件,學生在教師指導下通過自主設計、自主操作和自主處理實驗數據完成實驗的設定目標;另一方面在工程設計中,在教師指導下,學生可自行擬定工程設計題目,完成從設備選型到工藝流程的初步設計。此外,我們也面向學生開設了興趣認識性開放實驗,培養學生展示自己想象力的能力。
三、結語
1.1四元復合實踐
教學體系的組成結構常熟理工學院作為一所地方院校,安全工程專業從2011年開始招生,在專業創辦之初就確定以學校已有的化學、材料類專業為依托,發揮自身優勢打造具有化工行業背景的安全工程特色專業,但與老牌工科高校依托傳統采礦、冶金等專業發展起來的安全工程專業相比有一定的差距,尤其在實踐教學環節還比較薄弱。實踐教學有多個環節,包括實驗、實習、實訓、設計、大學生課外創新活動等內容。本文在借鑒其他高校經驗的基礎上,提出具有化工行業特色的四元復合實踐教學體系。四元復合實踐教學體系由基礎性實踐、專業性實踐、綜合性實踐和創新性實踐四個層次的教學內容構成。
1.2基礎性實踐
基礎性實踐包括工學基礎實驗、實訓和專業基礎實驗,工學基礎實踐內容是指培養學生工程素養的工學通識類實踐課程,例如大學物理實驗、熱工學實驗、電工實訓、金工實訓等。專業基礎實踐內容是指立足化工行業的基本要求的化工專業基礎實驗課程和立足安全工程學科基本要求的基礎實驗課程,包括基礎化學實驗、化工原理實驗、燃燒與爆炸基礎實驗、安全人機實驗等。基礎性實踐課程的作用是加深對基礎理論知識的理解和掌握,為進一步學習專業知識和專業技能奠定基礎。
1.3專業性實踐
專業性實踐是培養基本專業技能、拓寬專業視野、帶領學生初步進入專業角色的實踐性課程,包括專業基本技能實驗、實訓、實習。例如消防安全實驗、安全監測與監測技術實驗、應急救援實訓、化工過程見習、專業認識實習、安全管理實習、生產實習等。
1.4綜合性實踐
綜合性實踐是培養學生綜合利用所學知識解決實際問題的能力的實踐課程,包括課程設計、綜合實訓和畢業論文或畢業設計。例如防火防爆課程設計課程是通過具體工程案例的分析和設計,使學生更好地熟悉和理解防火防爆安全技術的基本理論;化工安全課程設計是綜合應用所學知識,完成以化工安全設計為主的一次工程設計實踐,使學生掌握化工安全設計的基本程序和方法,并在分析和解決安全問題、查閱技術資料、選用評價方案、用簡潔文字和圖表表達設計結果等能力方面得到一次全面訓練;安全工程仿真模擬是應用挪威船級社開發的SAFETI風險評價軟件或其他安全評價軟件對石油、化工等涉及危險化學品生產、儲存的區域進行火災、爆炸、泄漏等多種災難事故的疊加風險分析與定量計算,是以虛擬仿真案例綜合培養學生風險分析及風險管理能力,提高學生的崗位適應能力。畢業設計是本科教學的最后環節,也是最為重要的實踐環節,由于安全工程專業是實踐性很強的專業,所以畢業設計提倡真題真做,要求學生能在導師的指導下獨立解決較為復雜的工程實際問題,所以選題應以實際安全設計或安全評價項目為主,需要學生對所掌握知識進行一定程度的擴展、加深并具有一定的創新。
1.5創新性實踐
創新性實踐主要是學生利用課余時間參與教師的科研項目,做教師的科研助手,或者學生自己組建科技興趣小組,積極參與各級各類大學生課外學術科技作品競賽和創業大賽,通過這些創新實踐活動培養學生的科技創新能力,拓寬視野,了解專業的發展前沿問題,增強學習興趣。
2四元復合實踐教學體系的實施保障措施
2.1師資隊伍建設
師資隊伍建設要引進和培養兩手準備,由于近幾年安全工程專業的快速發展,許多高校新建了安全工程專業,都迫切需要引進新教師補充師資隊伍,而國內安全工程博士學位點較少,所以本專業科班畢業的博士生非常稀缺,新教師引進難度都比較大,因此一方面要積極爭取引進具有安全工程專業背景的科班教師,另一方面也要鼓勵相近專業的教師轉型到本專業任教。對轉型教師可以多舉措提高其工程素養,一方面鼓勵青年教師參與學?!半p百工程”和江蘇省“教授博士柔性進企業”活動,積極到相關企業甚至安監局等職能部門掛職鍛煉,另一方面教師要積極參加安全生產審核、安全風險評價等相關培訓,獲取“注冊安全工程師”“注冊安全評價師”等資質并努力為企業服務來豐富工程經驗。
2.2實驗室建設
根據實踐教學課程的需要,對專業實驗室進行了科學規劃,在學校的重點扶持下先后建設了安全人機實驗室、防火防爆實驗室、消防安全實驗室、安全監測與檢測實驗室、工業安全實驗室、應急救援實訓準備室和安全仿真模擬實驗室等七個實驗室,在滿足教學的同時也具備了較好的社會服務條件。
2.3實習基地建設
首先在校內依托已有的應用化學工程訓練中心、材料工程訓練中心進一步建設完善了安全工程相關實訓項目;同時在校外建立了常熟市安全生產監督管理局、蘇州市相城區安全生產監督管理局、常熟市永安安全技術咨詢公司、常熟三愛富中昊新材料化工有限公司、江蘇理文化工有限公司等十多家穩定的實習基地;滿足了學生各類各層次的見習實習需要。
2.4實踐課程建設
由于安全工程專業在國內還處于發展階段,各個院校開設的安全工程專業由于行業屬性不同,課程設置差異較大,所以缺少成熟的實驗實訓講義,所以要鼓勵專業任課教師要一邊教學一邊探索,及時修編整理實踐課程講義,形成一套能較好滿足本校人才培養定位的特色講義教材;另外在依托教師科研項目和社會服務項目的基礎上,設計一系列能夠提升學生研究、發現、解決問題能力的實驗、實踐項目,并制定出新的實驗指導書與實踐講義。
3結語
關鍵詞:化工工藝設計;實踐環節;教學改革
為適應國家戰略發展需要,2013年教育部、中國工程院聯合出臺了《卓越工程師教育培養計劃通用標準》,為高等院校培育工程技術人才提出了新的標桿,也提供了新的契機。在眾多工科專業中,化工專業涵蓋過程工業的各個部門,對高質量各類型的工程技術人才需求十分迫切。化工工藝設計課便是培養化工專業優秀工程技術人才的一門不可多得的課程,在高等工程教育的深化改革中越發展現出其在本科教學課程體系中無可替代的作用和地位。
1化工工藝設計課簡介
化工工藝設計課(以下簡稱“工藝設計課”)目前在國內大多數設立化學工程與工藝專業的院校都有開設,一般安排在本科四年級,是在學生學完專業基礎課之后,綜合運用專業基礎課、制圖以及經濟、安全等方面的專業知識解決問題的一次訓練,更能夠迫使學生從做題的情境切換到工程實際的情境,因而能加快學生的思維向工程思維轉變,能切實提高學生處理工程實際問題的能力。因此,與本專業的理論課相比,工藝設計課在優秀工程技術人才的培養方面具有獨特的優勢。然而,由于多種原因,工藝設計課還存在著不少問題,這門課的優勢還遠未被充分發掘,應有的教學效果還遠未達到。
2工藝設計課存在的問題及原因剖析
縱觀國內開展工藝設計課的高等院校,目前該課程教學過程中發現的主要問題可歸納為以下五點。
2.1設計要求和難度一降再降
工藝設計課教學效果難以達到預期,很大程度上源于設計要求和難度的一降再降。一方面,信息時代生活節奏越來越快,壓力越來越大,很多本科生為了提高自己的競爭力,不得不分心考研、考證、實習、聯系出國、進實驗室、參加學生工作和社會實踐,難以專注于專業課程學習本身。因此,學生們能真正投入到工藝設計課中的時間越來越少。例如,每年都有大量學生參加考研,考研之后緊接著就是畢業設計,使得學生很難充分重視工藝設計這門課。另一方面,化工設計工作量巨大,真正的設計從來都是團隊共同作業才能完成。但在實際教學中,為防止學生抄襲而催生的“一人一題”的強制要求,也使得教師很難提出由多人共同完成一個設計任務的設想,因而也不得不降低對個人的要求和難度。
2.2設計題目缺乏精心設計
設計題目的合適與否對教學效果影響甚大,但從目前情況看,不少設計題目缺乏精心設計,衍生出如下幾類問題。(1)與《化工原理》、《反應工程》等經典先修課程脫節嚴重。近年來,有一部分帶設計課的指導教師認為,設計應該做真題,不應該做所謂的“假題”,甚至于設計題目就是指導教師團隊正在做的工程項目。這就使得設計題目中所涉及的核心反應和分離單元經常不是經典的反應器和單元操作(如吸收、精餾),有時會大量涉及氣體吸附、膜分離、結晶、離子交換等非傳統的化工的單元操作,有時甚至還因為新技術保護的原因無法獲得設計所必需的數據。此外,即便有些題目來源于經典的傳統化工工藝,但如完全忠實于實際項目,沒有必要的簡化處理,也必會造成工藝系統過于龐大、題目過于復雜,使學生感到一下子難以承受,不利于短學時性質的工藝設計教學。(2)“一人一題”設計的考慮不夠周全。“一人一題”的初衷是限制學生抄襲。然而,很多設計題目,設計變量很少,甚至只有生產強度一個變量,使得學生的設計題目之間沒有本質區別,無法杜絕學生抄襲。只要有個別學生做出來,其他學生只需簡單地線性變換,仍可效仿,無需經過足夠的個人思考。(3)未充分體現“整體設計”,僅是單元操作的簡單組合。工藝設計課的工藝計算過程,應充分體現過程、工藝的整體設計。然而,目前的許多設計題目,其設計條件沒有涉及單元之間的耦合,使得學生無需深刻認識過程和全流程,便可迅速進入到各個單元操作的計算階段,其教學效果約等于化工原理課程設計,缺失了對學生大局觀的培養。
2.3缺乏高效的“過程管理”
目前很多院校完全采用“結果管理”的教學模式,存在很大問題。所謂完全采用“結果管理”,即設計開始階段做一次較為充分的宣講,對設計過程不甚關心,完全以最終的報告和圖紙定成績。有些教師迫于科研壓力,不愿在設計課上投入時間精力實施過程管理,甚至以“設計課以學生為主、學生自己完成”為理由,過度精簡了設計過程中的師生互動環節。當然,也有很多教師非常重視過程管理,投入了大量的精力,但效率不高,其重要原因就是容許學生自由發揮的地方過多,學生的設計計算結果五花八門,教師很難對學生的階段性進展做出高效反饋,甚至會打擊青年教師的信心。誠然,設計沒有標準答案,充分開放的設計題目更有利于啟發學生,但這更多是針對設計大賽或是畢業設計。對于學時有限的工藝設計課教學,筆者不敢茍同。
2.4指導教師與真實設計資料的接觸非常有限
近年來入職的青年教師,受到目前高等院校大環境影響,學術型的居多,大多沒有經歷過多少設計實踐,自身工程設計底子薄。即使是有一定經驗的教師,也有很多沒接觸過真正的、有代表性的設計資料。筆者所在的教研室只是收藏了一些早期的紙質版的圖紙供學生學習,能反映當今化工廠、化工車間設計成果的圖紙(特別是CAD電子版的圖紙)還非常有限。學生們從未見過規范的設計文件和圖紙,他們上交的報告和圖紙都與行業規范相差甚遠。
2.5先修課程缺乏對工藝設計課的鋪墊
工藝設計課是一門綜合運用所學專業知識的實踐性課程,應該讓學生能夠在學習過程中將所學知識充分用到解決實際問題中去,這樣會激發學生內心中的成就感,更加明白終身學習的重要性。然而,從目前看,學生學過的先修專業課程,對工藝設計課的鋪墊不夠,常常與設計題目脫節嚴重,這會使得“大學上的課沒用”的思潮抬頭,學生聽課的積極性大減。例如,《化工工藝學》和《化工設計》這兩門課是工藝設計課的直接先修課,但這些課程間的溝通合作還遠遠不夠,從而不能將工藝設計題目中涉及的工藝流程在這些先修課上有所伏筆,提高了學生們面對工藝設計題目時要邁過的門檻。又如,認識實習、生產實習等實習環節,也是理論與實際聯系的重要橋梁,但也很少跟工藝設計課之間建立緊密的關聯[5]。我們常常不能將工藝設計題目中涉及的過程、車間和設備在實習階段就讓學生有所了解,這就使得工藝設計只能停留在課堂教學而沒有實習支撐。
3改進工藝設計課的若干措施
筆者結合自己的教學實踐以及在學生階段的一些設計經歷,嘗試總結了一些可能對解決上述問題有所改善的措施,分五點陳述如下。
3.1精心安排設計時間
(1)盡早動員,盡早布置題目。《化工工藝設計》的全員動員應在四年級上學期開學即進行,最好能和另一門設計類實踐課《化工原理課程設計》的全員動員合并進行。這樣做好處有二:①學生通過一次集合就知曉大四的設計開課整體情況,便于其合理安排時間;②這樣安排可以使得在《化工原理課程設計》結束后順理成章地布置《化工工藝設計》的題目,給學生更多的準備時間應對難度更大的《化工工藝設計》。
(2)盡量避開考研沖刺期??煽紤]將官方的開課時間定在春季學期,實際教學則可以跨年度。具體地說,是從考研結束之后那一周算起,完整進行4~5個自然周。筆者所在教研室一直推行這個方針,最大限度地減少了考研對工藝設計課的影響。
(3)給學生較為充足的報告撰寫時間。在教學環節結束后,推遲1~2周(甚至整個寒假)收繳報告和圖紙,給學生充足的報告撰寫時間。如果寒假之前時間不夠,則順延到年后,但無論是否順延,都統一在春季學期的第一周做完并上交報告,以減少對《畢業設計》環節的干擾。
3.2精心制定設計題目
(1)設計題目應更強調過程和整體。應通過設計條件的合理設定,使得任何一個單元操作都不可能獨立求解,籍此強化過程物料衡算和過程設計的概念,使學生認識到過程設計不是單元操作設計的簡單加和,有利于培養學生的大局觀和主人翁意識。
(2)拉開“一人一題”設計條件的差異。通過設置不同的設計條件參數,對設計題目分組,使組與組之間在一開始便存在較大差別。這樣即便無法完全杜絕抄襲,但也增加了抄襲的難度,迫使試圖“偷懶”的學生不得不思考別人的結果哪些可以借鑒,哪些不能簡單照搬,在這樣的“詢問他人+自我思考”中也潛移默化地達到了教學的目的,“少數人栽樹、多數人乘涼”的狀態得到有效的遏制。
(3)設計的前期計算應有相對確定的參考答案。設計的物料衡算、熱量衡算和設備工藝尺寸計算部分,應有相對確定的參考答案,作為指導教師進行過程控制的重要依據。原因有四:①由答案反推過程,有利于及時糾正低級錯誤,有利于引導學生主動思考;②結合結果控制的管理,當有嚴格時間限制時,往往比純過程控制效果更好;③能提高當面交流的效率,有利于提高學生的學習體驗,也有助于提升青年教師信心,使其快速成長;④設計的開放性體現在多個方面,諸如PID設計就能充分訓練學生的發散思維,沒必要從工藝計算就開始發散。
(4)避免重復訓練。設計題目最好應包括反應器設計。如果沒有反應器,指導教師還應充分注意所帶班級《化工原理課程設計》的題目,使得核心單元操作與《化工原理課程設計》有所區別。
3.3完善成績評定方式
最終成績應是設計步驟(設計過程)、答辯(測驗)、說明書撰寫、圖紙繪制等環節的成績總和。其中,設計步驟(設計過程)環節是過程監控性質的,應規定學生在每個節點必須完成的任務,且對其完成情況作出快速、準確的評估;答辯(測驗)環節也是過程監控性質的,是教師了解學生投入情況的另一個重要窗口,是對抄襲行為的必要威懾。
3.4加強設計類課程的中青年教師培養
(1)提高準入門檻。首先,從事化工設計實踐環節教學的教師,必須有化學工程與工藝的專業背景,最好是參加過設計大賽或本科畢業設計題目為設計型題目。其次,青年教師接手設計課也必須有聽課、助課等自我修煉的過程,特別是沒有時間較長、強度較大的實踐經歷的青年教師。
(2)鼓勵設計課相關的教師“走出去”訪問學習。鼓勵工藝設計課相關的教師,包括從事《化工設計》理論課教學的老師,多去化工專業排名前列的院校走訪,聽聽那些口碑較好的老師的《化工設計》理論課,了解其授課內容,學習其先進的課堂組織方式和授課方式。筆者本科階段上過天津大學王靜康院士負責的《化工設計》課,深刻體會到:把《化工設計》理論課上好,是調動學生興趣的第一步;否則,學生就會本能地對設計實踐課產生抵觸情緒,很難談得上有興趣。
(3)下大力氣收集、整理真實的設計案例。學院和教研室應設法為一部分指導教師創造去設計院實訓的機會,積累一些真實的設計案例,至少是獲得一些標準規范的PID、平立面布置、設備、配管設計等圖紙,加以分類,做好資源共享管理。
3.5加強不同專業課教師之間的溝通、協作
在此筆者有兩個特別建議:
①特別建議帶設計的指導教師參加實習。比如,在生產實習過程中,要求學生認真體會工藝設計相關的工藝和單元操作,了解廠區總圖布置、設備布置、管線走向、監控室設計等,學習工程實際中的反應器和多組分分離系統。
②特別建議《化工工藝設計》的指導教師也從事《化工原理課程設計》的教學,甚至是帶同一個班。同一位老師帶班,更有利于講清楚這兩門設計課的相通點和不同之處,使得工藝設計課能夠盡量多涉及過程和整體,避免在單元操作的局部中糾纏不清。筆者已通過這種模式連續帶班了2屆學生,效果良好。
4結語
工藝設計課是化工專業設計類實踐環節的典型代表,綜合性和應用性都很強。在高等工程教育深化改革方面,工藝設計課是大有可為的,應引起相關專業、相關院校和相關部門的高度重視。一方面,必須從學校、學院和教研室層面重視起來,為支持設計課的發展、構筑合理的專業培養體系精心謀劃、大膽創新;另一方面,這門課以及化工設計相關的指導教師應當意識到自己身上的責任和使命,下大力氣提高組織教學的水平和業務水平。如此經過全方位多角度的改進,工藝設計課的教學質量才會不斷提高,才會在培養高層次工程技術人才方面發揮更大的作用。
參考文獻
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