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化學工程與工藝是運用“三傳一反”的原理來加工化學原材料,通過這一原理以最有效的、簡便的方法完成資源的合理利用和原料加工工業的生產過程?;瘜W工程與工藝專業作為一門“即時性”的學科?!凹磿r性”即隨著社會對化工的要求,企業和高校的培養方案也要與時俱進符合時代的要求。這就需要我們對過時的培養體系進行一系列的改進和完善。高校和企業也要因材施教,因地制宜的構建本專業的特點,發展創新的人才培養體系。
1 化學工程與工藝對生態環境的影響
在深化改革開放的時期,化學工程與工藝已經向“環境友好型化工”方向發展。我國環境問題面臨十分嚴峻的挑戰,改善環境是當前迫在眉睫的事情。通過對化學工程與工藝的發展,不僅能夠提高企業的經濟效益,降低對資源的損耗和對環境的污染,而且為相關的化工企業提供一些有效的環保方案。因此,化學工程與工藝對環境保護具有重要的意義。
2 化學工程與工藝專業的實習現狀及分析
以往的化工專業人才培養方案中普遍存在教學模式陳舊、人才培養模式單調、考核制度單一等問題,開設了大量的理論性的課程,對于工程實踐方面十分缺乏,從而導致學生們的實踐能力和動手能力較差,缺少充分的實踐經驗,使學生走進工廠純屬紙上談兵。在整個工科生培養的過程中,實踐能力是最重要的一個部分,實踐的時候需要我們從中鍛煉并掌握必要的實踐技能、實踐工具及從事科研和工程實踐的能力[1]。從當前我國學生的生產實習來看,主要存在以下問題。
2.1 實習只是局限于參觀,學生重視程度不夠
在實習的時候,出于安全考慮工廠只允許學生以參觀為主,講解為輔的方式,學生只能從總體上了解大概的生產設備和工藝路段。學生在很短的實習時間內了解工廠中的工藝流程,然后粗略的整理資料,以應付課時學分,學生難有深入學習的機會。很多學生甚至借自己找實習單位的名義,僅僅靠借關系找相關企業簽字蓋章,有的化工專業的學生甚至沒有去相應的專業實習,胡亂的找一個企業簽字蓋章。因此,學生的不重視,導致其很難理性的認識到這個行業的特點。
2.2 學校沒有完善的見習體系,培養方案不合理
目前,許多普通高校對于自身的發展方向沒有一個正確的定位,進而導致對見習體系和培養方案安排的不合理。大多數高校把實習安排在大四上學期,這個時間段許多學生正在積極的準備考研,完全沒有把實習放在心上,有的學校為了考研甚至允許學生不參加實習,還有的學生正在跟著老師做畢業論文,實習效果顯而易見。此外,大多數學校都是集中時間實習,這也導致企業和學校難以合作和聯系。我們教學的目的不僅僅是為了理論知識,值得注意的是要掌握工程技術基本理論和方法,就要接受工程研究的思維方式和創新能力等綜合素質的訓練[3]。
2.3 學校和企業之間缺乏合作和聯系。
當前,許多企業認為學生來工廠實習并沒有給企業帶來什么好處,[!]相反,企業還要提供技術支持以及人員的安排,影響了企業的正常運行。企業為了自身長遠的發展,保護企業關鍵技術的安全,以商業機密為由,有所保留的培養學生,甚至還有的企業,當學生進入企業實習時就要簽訂應聘合同。其實,學生走進企業實習,既可以為企業帶去優秀的人才,保障科研技術的研發,學生又可以培養綜合實踐能力。
3 化學工程與工藝專業實習和培養方案的改進
在實習和培養方案的改進上,天津大學余國琮院士等提出,實行靈活的學分制、導師制、自由選課制,逐步實行淘汰制[4]。這樣就可以促進學生自主學習,“以師帶學,以學帶學”的循環發展模式。有些地方高校也提出了,利用產學研合作基地以及實習實訓中心采用現場教學和教學做一體化的新型教學模式[5]。通過這些方式可以提高學生的專業水平和實踐能力。
3.1 加強實習管理,落實責任制度
首先,學校要為學生提供穩定的實習基地,加強校企的合作。學校應該成立一個專門的對外機構,專管全校學生實習工作。其次,為了提高學生的動手能力以及防止安全事故的發生,企業應該實行“學徒制”,讓經驗豐富的工程師帶領學生。在工程師的指導下,親自動手實踐,論證理論知識和總結實際經驗。在實習過程中,學生不僅要運用理論知識,還可以改進工藝,幫助企業攻克技術難題。
3.2
做好課程與實習的協調工作 在化學工程與工藝專業實施了“3+1”應用型人才教學模式的嘗試探索[5]。還有的學校引進國外其他大學培養人才的成功經驗,構建理論教學與實踐教學相學體系[6]。對于課程的設計,高校可以通過多種手段實施這種培養人才方案。還有的學校提出了最近幾年國際上工程教學的一種新模式,CDIO即構思(ConcEive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)[7]。
3.3 注重教師的培養,打造實踐能力強的教師隊伍
化工需要培養出應用型人才,師資的培養十分重要。許多應用型大學開始培養“雙師型”教師。做好在職教師的培養以及提高科研水平的工作,鼓勵教師參加校企合作項目,提高理論知識的同時也積累豐富的生產實踐經驗。與此同時,高校也要盡可能的給教師提供出國留學的機會。
【關鍵詞】華峰班CDIO工程教育
20世紀的工程教育課程主要是提高學生的動手實踐,使學生掌握相關的專業知識和解決工程實際問題的能力。然而,隨著世界經濟全球化以及科學知識的發展,工程教育課程的教育偏向了“厚基礎、寬專業”的工程科學的培養模式,從而削弱了對學生解決工程實際問題的能力培養。這種培養方式導致了學生缺乏對現實工程情況應有的認知程度。為了解決這個難題,2000年由麻省理工學院Crawley等人通過4年的探索創立了CDIO工程教育理念。CDIO作為一種新的工程教育理念,主張以產品研發的CDIO全過程,即構思(ConcEive)、設計(Design)、實施(Implement)和運作(Operate)為載體,以工程項目生命周期全過程為載體培養學生的工程能力、學生的職業道德、學術知識和運用知識解決實際問題的能力,以及具備終生學習和團隊交流能力。
化學工程與技術作為化學工業的主要學科領域,擔負著促進化學工業及相關行業發展與進步的重要使命,因此培養出具有解決實際化工過程問題能力和創新能力的人才是非常重要的。本文以溫州大學化學工程與工藝專業的學生作為教學改革培養對象,將CDIO工程教育理念與化學工程與工藝的專業教育有機地結合,探索適合于以服務浙江及周邊地區經濟為導向的化學工程與工藝專業教學模式的改革與實踐。
一工科人才教育培養現狀
我國傳統的教學模式是以教師為中心、以課堂講授為主,以理論考試成績來評價學生的模式。當前,我國工程教育是通識教育模式和蘇聯教育模式的結合體。解放前,我國的先進高等工科教育主要是來自西方一些教會式的大學教育。建國后,由于化學工業發展的需要,我國效仿蘇聯搞起了專業教育。這種專業教育培養模式為我國的現代化建設作出了較大的貢獻。其缺點是過于強調教材和教學大綱的統一,影響了教育工作者的思維活躍性,也阻礙了對工科學生創新能力的培養。因此,教育家們對蘇聯教育模式進行了回顧和反思,制定了通識教育和專業教育相結合的工科通識教育模式。然而,隨著我國產業的進一步升級以及高校的持續擴招,導致了大量的工科畢業生找不到適合自己的工作,這可能是因為通識教育過于強調基礎科學理論,而弱化了專業內容和工程實踐,導致了工科畢業生只了解一些表面的理論,缺乏工程應具備的實踐創新能力。
在辦學機制上,一方面,高校過于強調科研業績考核,許多具備豐富工程經驗的老師很少參與到實際的教學過程中,而參與教學的教師又與企業的聯系不緊密。負責教學的教師缺乏產業經驗,工程教學過程又缺乏與企業的有效溝通,造成了工程教育和社會需求的嚴重脫節。另一方面,雖然在教學上安排了生產見習、畢業實習等環節,但是不少學校在實踐教學環節上是比較薄弱的,這是因為見習、實習的時間一般比較短,相應的考核制度也不健全。
綜上所述,我國工科教育從教學模式、辦學機制等眾多方面都存在著與產業發展脫節的問題,嚴重影響了人才培養的質量。尤其是理論脫離實際、實踐環節薄弱、產學脫節的問題直接導致了學生找不到適合自己的工作崗位以及企業有崗位找不到合適的人才。由此可見,我國的工科人才培養模式已經不能滿足產業升級的需求。為了更好地培養適合產業升級所需的人才,我們從培養模式上進行了改革探索。
二化學工程與工藝專業CDIO工程教育改革探索
CDIO工程教育模式改革旨在培養學生系統工程技術能力,尤其是項目的構思、設整理計、開發和實施能力,以及較強的自學、組織溝通和協調能力。CDIO模式以工程項目全生命周期的要求來組織教、學、做,學生需要掌握各門課程知識之間的聯系,并用于解決綜合問題。因此,課程體系的建設要突出課程之間的關聯性,這就必須打破教師單打獨斗的傳統教學方法,而圍繞CDIO工程項目的實施進行教學計劃和課程關聯工作。
1.化工核心課程群的組織與教師隊伍建設
核心課程群由化工熱力學、傳遞過程原理、化學反應工程、分離工程、化學工藝學、化工設計6門課程組成,構成了化學工程與工藝核心專業課的主體?;ぴO計以其他五門課程為基礎,對提高學生分析問題、解決問題的綜合工程能力起到非常重要的作用?;ぴ硎侵v述單元操作的基本原理,是學好其他專業課程的基礎;化工熱力學則建立在分離工程的基礎之上,闡述工業條件下各種流體熱力學性質的計算;化學反應工程以傳遞過程為基礎,傳遞現象和化學反應工程利用數學的方法,從微觀角度闡述化學反應過程、設備設計的共性科學問題;化工工藝是關于化學品生產方法的技術科學,它以自然科學和工程科學規律為基礎,使化學反應達到工業化應用水平。由此可見,核心課程群的各門專業課是相輔相成的。
在課程群建設中,涉及專業課教學的老師主要通過進修、企業實踐、參加會議三種方式提高業務水平,對化工專業工程教育模式做到整體的認識,同時要求參與指導學生的化工設計。利用校企合作的機會,與企業方面的人才進行專業知識和其他方面的交流與溝通。其具體的組織與實施過程如下:
第一,教學方法改革的探索。首先,按照CDIO的教育理念,要逐步形成教師引導和以學生為主體的思想,使教師從教育者轉變為引導者,教師不再是簡單地賣知識,而是引導學生學習知識,把主要任務放到教會學生學習方法上來。在教學方面的改革要得到全校上下的支持才可能順利進行。溫州大學為課程體系建設和師資建設提供了很好的平臺,在化工核心課程群教改的過程中提供了強有力的物質基礎和政策鼓勵。在這種良好的環境下,教師也愿意投入更多的時間去聽課評課,吸納好的教學手段和方法。由于化工班都屬于小班上課(30人左右),對部分課程如化工專業英語、精細化工工藝學實施角色互換教學模式,讓學生參與到化工教學的過程中。這些課程的效果反映較好,對化工原理等課程中的部分章節,我們也將逐步展開開放式的教學方法。
為了達到各門課程的知識體系能夠很好地銜接,通過教研室教師集體備課,相互切磋,討論每門課程講授的重點,個別章節內容的舍棄和補充,做到教學的知識體系完整、重點難點突出、學時合理分配,真正做到精選、精講教學內容。摒棄了過去教學活動中的單打獨斗,改為教學團隊授課,使各門課程有機地銜接起來。通過相互聽課并課后集體討論,指出教師課堂教學中存在的問題與不足,相互交流教學經驗,討論改進的方法與策略,使教師的整體教學水平迅速得到提升。
第二,教師工程素質的培養。不少高校在引進人才方面主要考慮的是教師科研水平,其次關注人才的企業實踐經驗。鑒于科研壓力,假期教師也不能到企業去參與實踐或者工作。此外,許多教師只對與自己科研相關的專業課非常熟悉,對其他的專業課則非常生疏。因此,利用現有的教學資源,培養教學團隊的建設是很重要的一環。溫州大學化學工程與工藝教研所以化工設計為主線,基于地方化工企事業單位為依托,派遣年輕教師每年到相關的化工企業實踐兩個月,逐步培養教師的專業水平。近幾年,利用學習、調研以及下派科技特派員的方式,到杭州化工研究院、衢州巨化、瑞安華峰等不同類型的企業參觀學習,不斷地提高老師的業務水平。同時,為了讓教師能夠很好地參與到企業生產實踐中,溫州大學對擔任科技特派員的教師提出教學科研任務減半、考核優先等政策鼓勵。僅2010年,我們派年輕老師帶隊到衢州巨化學習15天,杭州化工研究院學習3天,華峰學習7天,溫州本地化工企業實踐1個月左右,有效地提高了教師的工程素質。教師工程素質的增強也使學生收益頗豐,在2010年省化工設計大賽和全國“三井杯”化工設計大賽中多次獲獎。
2.學生工程能力和團隊合作的培養
作為地方院校,溫州大學化學工程與工藝專業的辦學宗旨是以培養創新應用型人才為主,服務地方經濟和社會的發展。經過對近兩年該專業的畢業生調查的情況來看,目前該專業存在以下問題:(1)畢業生雖然掌握較多的書本知識,但實踐能力不強,導致他們從學校到公司需要較長的“崗位過渡時間”;(2)畢業生普遍缺乏對現代企業工作流程和文化的了解,缺乏團隊工作經驗、溝通能力和創新能力;(3)工程職業道德、敬業精神等人文素質薄弱,責任感不強。具體體現在:工作不踏實、心浮氣躁、做工程不細心、不愿承擔責任,客觀上他們的實踐能力與企業要求存在較大差距,而主觀上又不能沉下心來虛心向前輩學習。
從以上的調查結果來看,以目前的培養方案和評價標準來指導學生的專業教育經不起企業用人單位的考驗。為了更好地培養適應地方經濟社會發展的人才,實現對學生創新思維、創新方法和創新能力的培養,我們與溫州地區最大的化工企業華峰集團實行校企聯合培養本科生,實施“華峰特色班”戰略。目前,“華峰班”的學生采用“3+1”模式培養方案(即學生前三年在學校集中學習理論知識并完成實踐教學,最后一年到企業,接受企業的培訓,并在企業盯班盯崗接受生產實踐活動)。同時在工程專家的指導下,根據企業的需要對培養方案進行部分修改,增設華峰提出的部分課程,使得學生在校期間所學的基本知識和專業理論更貼近于華峰實際的應用。在這種戰略方針下,學生在企業的環境中真正做到知識和能力之間的無縫連接,縮短了“崗位過渡時間”,增加了學生的工程實踐能力,有效地推進了CDIO教學改革。在2010屆的化工專業畢業生中,華峰集團招聘了7名華峰班學生。提升了學生的工程能力、團隊合作精神以及專業素養。
3.逐步建立適合CDIO工程理念的考核制度
正確、公平、合理且科學有效的考核制度對本專業的健康發展起著至關重要的作用,它應當是對教學效果做出真實和客觀的評價,同時有利于提高學生學習的積極性和主動性?,F行的課程考核方法主要是通過期中和期末考試成績來評定,它能在一定程度上反映學生掌握知識的程度以及教師上課的教學效果,但不能很好地促進學生學習的主動性。部分學生比較反感現行的考核制度,這是因為現行的考核方法存在比較單一、部分學生在學習上投機取巧也能獲得高分而影響其他學生學習的積極性、不能全面反應學生的綜合應用能力等問題。
CDIO教學模式以能力培養為目標,其主要培養的是學生的理論知識、職業技能、人際交流以及產品研發的CDIO全過程。采用CDIO教學模式,評價方法則應側重能力的考核,能力本位的教學觀貫穿課程設置和教學實踐的全過程。我們進行教改,其目的是提高學生的工程實際能力,因此我們的考核將使用過程能力評測替代以往單一的成績評定。
我們現階段的具體做法是:(1)選題:在學生進入大三學習開始,從企業選出一些與本專業相關的課題以及近兩年化工設計大賽的課題,讓學生自動組成4~5人的小團隊;(2)專業學習:上專業課的老師或工程師把握好主要的授課內容,然后將大部分時間留給學生,讓他們針對自己的課題與本課程相關的知識點進行思考、提整理問、討論;(3)階段性測試:上完某些知識點后,老師或者企業工程師根據學生所做的課題和所學的專業知識進行評價,其中主要包括面試、答辯、自我評價、團隊合作能力等方面;(4)中期成績總結:這次總結是比較重要的,一般在大三上學期結束后,包括階段性測試的成績、平時的表現、專家化工設計大賽作品的評價、企業對學生課題的反饋等進行中期總結,由學校老師和企業專家對學生現階段的學習進行方法論指導,提出下學期的目標;(5)最后專業課成績評定:最后專業課成績進行A、B、C、D四個等級進行劃分,其中階段性測試占40%、中期成績總結10%、企業專家評價10%、課題完成情況10%、專業綜合能力20%、化工設計大賽10%。目前,整個評價體系尚在完善中。
化工類工程教育人才培養體系改革的基礎
浙江工業大學化材學院,經過多年的發展,已基本建成數個高水平的學科平臺和化工、材料類國家、省級特色專業。學院設有化學工程等7個學科,其中工業催化為國家重點學科(培育),3個浙江省重中之重學科,1個浙江省重點學科。學院建有1個一級學科博士點,下設7個二級學科博士點和1個博士后流動站,還有11個碩士學位點。學院建有綠色化學合成技術省部共建國家重點實驗室培育基地等。學院建有化學工程與工藝、應用化學等2個國家特色專業,材料科學與工程省重點專業等4個本科專業。化學工程與工藝專業是學校設立的第一批本科專業之一。該專業所依托的學科水平高,擁有一級學科博士學位授予權,并設有一級學科博士后流動站,已形成了包括學士、碩士、博士、博士后在內的完整的人才培養體系。建有浙江省化工實驗教學示范中心、浙江省化學實驗教學示范中心、浙江省化學工程研究生實驗室。《基礎化學實驗》國家級精品課程,《物理化學》國家級雙語示范課程,《基礎化學實驗》、《無機與分析化學》、《有機化學》、《化工原理》、《化學工藝學》和《化學反應工程》等6門省級精品課程。學院經過多年的專項建設,在化工專業建設與人才培養、科研教學良好互動方面擁有較為優越的條件。由武漢大學中國科學評價研究中心和中國科教評價網共同研發,由邱均平等編著的《中國大學及學科專業評價報告》中的排名如下:2008年在所有201所建有化學工程與工藝專業的高校中排名在第16;2009年在所有201所學校中排名第18;2010年在所有224所學校中排名第18。
化工類工程教育人才培養體系改革的目標
工程教育人才培養體系改革應基于高等工程教育改革指導思想和人才培養素質特征定位、教育培養體系特征和工程實踐與工程創新能力培養途徑等開展研究、實踐和反思,明確以高素質創新人才培養三要素理論為指導的化工卓越人才培養體系優化的改革實踐總目標。高素質工程創新人才培養具備三個要素:意識、機會與能力。首先是意識,即學生要有成為創新人才的意識和動力,它包括遠大的理想抱負、寬廣的視野及對科學的熱愛;其次機會指為創新人才成長提供必要的平臺和載體;最后是創新能力,主要是指工程創新能力的培養。高等工程教育改革的內涵在于提升大學生的工程實踐與創新能力,教育培養體系的構建必須遵循工程的實踐、集成與創新的特征,以強化學生的工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為核心,將工程教育人才培養標準細化為知識能力大綱,重構課程體系和教學內容,將知識能力大綱落實到具體的課程和教學環節?;瘜W工程與工藝專業建設的目標必須符合過程工業科技創新及化工學科發展規律、高等工程教育發展趨勢、經濟社會發展特別是地方經濟發展的需求,而這也是新形勢下化工專業的工程教育改革的基本指導思想?;瘜W工程與工藝專業特色建設主要體現在人才培養模式、人才素質特征和質量保障體系等三方面,也是工程教育培養體系改革與專業建設的最終目標追求。堅持厚基礎、寬口徑、重實踐、強創新的理念,不斷拓展專業內涵,形成寬口徑辦學和培養復合型人才的多模塊模式。通過知識、能力、素質的協調發展,培養的學生具有較強的專業實驗技能、工程實踐與創新能力和國際化視野,能夠成為面向和引領未來的卓越工程師;通過公共基礎課、學科基礎課以及專業課程體系的設置、課程的講授、實驗實習等實踐環節安排、畢業設計綜合訓練、各種人文素質及科技講座、各種競賽等環節,構建創新創業能力培養的質量保障體系?,F代工程教育培養的創新型工程科技人才應該是在四個層面達到預定目標,即:學生能夠掌握更扎實的技術基礎知識,領導新產品、過程和系統的建造與運行,理解研究和技術發展對社會的重要性和戰略影響。因此,在培養計劃制訂、教學方法改革等過程中必須始終強調實現基礎知識厚、工程實踐能力強、創新意識濃和適應能力佳等全面發展的綜合素質的養成。
化工類工程教育人才培養體系改革的實踐
采用理論研究———實踐———總結———再實踐———再理論研究的思路,推進化工類工程教育人才培養體系改革的實踐。把工程教育內涵提升的指導思想和人才培養目標的準確定位相結合,建立具有較強的工程實踐和創新特征的教育培養體系;把“卓越工程師培養計劃”的體系優勢轉化為基于工程實踐與創新的化工類專業培養優勢,通過國家特色專業平臺建設更加有效地提高化工高級人才培養的質量和效率。
(一)化學工程與工藝專業等化工類專業特色凝聚
化學工程與工藝專業等化工類專業的特色主要體現在三方面。一是復合的專業培養模式:堅持厚基礎、寬口徑、重實踐、強創新的理念,根據現代科學技術和社會經濟的發展要求,不斷拓展專業內涵,形成寬口徑辦學和培養復合型人才的有效模式。形成多模塊、復合化和卓工班相融合的專業培養體系和課程體系。二是卓越的人才素質特征:立足浙江、面向全國,通過知識、能力、素質的協調發展,培養的學生具有較強的專業實驗技能、工程實踐與創新能力和國際化視野,綜合素質高、工程能力強、能夠成為面向和引領未來的卓越工程師。三是完善的質量保障體系:通過公共基礎課、學科基礎課以及專業課程體系的設置、課程的講授、實驗實習等實踐環節安排、畢業設計綜合訓練、各種人文素質及科技講座、各種競賽等環節,構建培養學生工程實踐能力和創新創業能力的質量保障體系,保證學生的知識、能力和素質目標的實現。由此確立的化學工程與工藝專業人才培養目標為:培養立足浙江、面向全國,知識、能力、素質協調發展;具有國際化視野,具有創新意識和工程創新、創業能力;“下得去、用得上、干得好、上得來”的具有成長為高級化工科技和管理人才、企業家和知名學者的潛力。
(二)專業特色模塊和課程體系構建
浙江是資源小省、經濟大省,尤以民營經濟發達為主要特征,目前正大力發展臨江化工和精細化工,在這些領域有相當大的人才需求。而化學工程學科當前以過程工程和產品工程為導向,強調在多尺度的復雜大系統環境進行過程優化和研發綠色化學化工過程。據此,化學工程與工藝專業的模塊設置上應實現這兩方面的有效結合,除設置傳統的化學工程、化學工藝模塊外,還應設置適應浙江經濟特色和化學工程學科發展的一體化復合雙專業。自2010級始,根據教育部“卓越工程師培養計劃”試點要求,我們設置了化學工程與工藝專業“卓越工程師”試點班,重點落實“卓越工程師培養計劃”與培養體系優化的實踐探索。課程體系設置要服務于專業培養目標、滿足預期的畢業生能力要求。行業企業是畢業生的終端用戶,成立的校企合作委員會,吸納省內外化工龍頭企業或行業專業人士參與人才培養模式和方案的制訂;根據用人單位的反饋意見,完善課程體系。目前的培養計劃著力加強學科和專業基礎課程、確保專業核心課程,這類課程學分約占40%,并精煉專業模塊特色課程,保留2-3門特色課程,鼓勵模塊之間交叉選課,實現了寬口徑和個性化有機統一。上述舉措在夯實大學畢業生的工程基礎的同時也滿足了行業企業對大學生素質和能力的需求,極大增強了工程教育的內涵。
武漢科技大學化學工程與工藝專業始建于1958年,原名為“煉焦化學專業”,1985年改為“煤化工專業”。1992年,按“煤化工”“、城市燃氣”和“炭素材料”三個專業分別招收新生。1996年,隨著教育部大學本科專業目錄的調整,“煤化工”“、城市燃氣”和“炭素材料”三個專業歸并為“化學工程與工藝”專業。盡管名稱幾經變化,但始終堅持煤化工培養方向和煤焦化的特色。其原因主要是由于武漢科技大學的前身“武漢鋼鐵學院”和“武漢冶金科技大學”原來隸屬于冶金工業部,畢業生主要面向鋼鐵冶金系統;培養目標針對性、學生的工程意識和實踐能力較強,受到鋼鐵冶金行業焦化企業、科研院所的認可。目前,武漢科技大學化學工程與工藝專業為國家級特色專業,擁有化學工程與技術一級博士點和化學工程與技術博士后科研流動站。經過幾代人的辛勤努力,學?;瘜W工程與工藝專業的教學和科學研究規模及水平均有了顯著的提高。在化工專業“寬口徑”培養模式下,堅持煤化工方向特色有著重要的現實意義。首先,中國是以煤為主要能源的國家,在一次能源中,煤炭占70%左右,在較長的時期內這一能源結構不會改變[4]。大力發展煤化工產業,推廣潔凈煤技術,保證國家的能源安全,是中國的一項基本能源政策。其次,煤焦化是煤化工中技術最成熟、應用最廣泛的一種煤炭綜合利用方法。至少在50年內,采用高爐,利用焦炭作為煉鐵的主要燃料、還原劑和料柱支撐體的技術仍將是鋼鐵冶金的主流技術。再次,“節能減排”是中國的重要戰略任務,也是全世界面對的主要挑戰。面對以煤煙型污染為主和焦化行業普遍污染嚴重的現實,從煤炭利用源頭減少污染是實現“節能減排”的必由之路。最后,煤化工(包括焦化)行業涉及到中國能源供應和安全、鋼鐵行業的生存和發展以及節能減排的實現,當前以致今后相當長的時期仍是中國國民經濟的主戰場。因此,武漢科技大學的“化學工程與工藝”專業堅持煤化工方向特色是非常必要的;理順兩者的關系,既具有理論意義,也具有實際價值。
二、特色專業建設的基本原則
進行具有煤化工特色的化學工程與工藝專業建設,是優化專業學科結構,推進教學改革,加強內涵建設,提高人才培養質量,提升專業競爭力的重要舉措。這不但有利于促進學校教學基本建設,進一步改善辦學條件,鞏固辦學特色,而且有利于提高辦學實力,更好地適應以煤化工為主的經濟社會發展的需要[5-6]。
(一)市場導向
目前,中國大學生就業已完全走向市場,學生和用人單位之間進行“雙向選擇”,大學畢業生的一次就業率已經成為評價一所大學教學質量和綜合競爭力的主要指標之一。要提高就業率,就必須瞄準市場對人才的需求,特色專業建設也必須以市場為導向,培養市場需要的專業人才。
(二)自主創新
特色專業建設是中國高等教育教學改革的一項新內容,本身具有探索性、創新性,加之各校各專業都要根據內外部條件形成自己的特色,更無先例可循。因此,特色專業建設要在教育觀念、人才培養目標、人才培養模式、課程體系改革和評價標準等方面堅持創新。
(三)錯位發展
特色專業建設要在市場導向的基礎上,根據現有的辦學條件、科研成果和發展潛能,集中力量,凸現特色;堅持有所為有所不為,采取“人無我有,人有我優,人優我新”的差異化策略,實現“錯位發展”,避免正面競爭。
(四)相對穩定
特色專業建設是一項系統工程,是一個不斷建設、不斷積累、不斷完善的過程,其特色的形成應該具有相對的穩定性。同時,要適應內外部環境的變化,具有一定的前瞻性,能夠體現現代科學技術發展的趨勢和未來社會和市場的需求變化。
三、主要措施
(一)更新教育觀念
辦學理念和專業建設觀念是特色專業建設的指導思想,決定著特色專業建設的方向、進程和績效。特色專業建設是一項涉及專業建設多方面創新和變革的教學改革活動,必須首先在專業建設和教學理念上實現突破,更新傳統的教學觀念以適應時代和社會發展的需要。為此,化學工程與技術學院針對“寬口徑”的教育觀念進行了多次研討,并邀請、走訪用人單位,進行深入地調研,逐步樹立了化學工程與工藝專業在“寬口徑”培養模式下堅持煤化工特色教學的觀念。
(二)加強師資隊伍建設
師資隊伍建設是特色專業建設的根本保證。特色專業需要配備有學科特色的師資隊伍,其教學和科研方向專長必須和專業特色的培育相匹配。化學工程與工藝專業的專業課教師多數既是理論知識的傳播者和研究者,又是專業工程的實踐者。他們多數在武漢科技大學設計研究院從事煤焦化設計研究工作,有著豐富的實踐經驗。近年來,隨著學校跨越式發展,新引進了一批優秀的青年教師。這些青年教師多數沒有煤焦化專業的知識背景,為此,安排新教師隨班學習煤焦化方面的課程,而后安排到焦化廠進行3個月現場學習,并在學校設計院教師指導下完成焦化的工程設計,經教研室組織考核合格后方可上崗。
(三)創新課程體系
特色專業建設必須目標明確,在保持專業目標的基礎上突出體現特色目標;在人才培養規格上要有明顯特色,同時制定科學合理的人才培養方案。課程體系是高等院校實現人才培養目標和基本規格要求的總體設計藍圖,設置合理、科學、超前、前后呼應的課程體系是特色專業建設的基礎和關鍵。應廣泛吸收國內外先進的教育理念和教學經驗,整合教學改革成果,優化課程教學內容,不斷豐富課程內涵,努力構建適應經濟社會發展需要、反映時代特征、具有學校特色的化學工程與工藝本科專業課程體系。依據學校的學科特點,在培養“通才”的基礎上,構建了“焦化特色模塊”、“精細化工模塊”等專業方向課程。同時,將煤化學課程列入專業基礎必修課,從而保證學生具備煤化工的知識背景。新的課程體系充分體現了“提升內涵、強化特色”的教學指導思想。
(四)改革實踐教學環節
特色專業建設過程中,要高度重視校內外實習、實驗、實訓基地建設,為培養學生創新能力、實踐能力提供良好的實踐教學條件。近年來,化學工程與工藝專業建立了一批相對穩定的教學實習基地。考慮到專業培養方向的要求,實習基地以武漢平煤武鋼聯合焦化有限公司為主體。該公司在國內具有技術力量雄厚,生產工藝先進的特點,并具有較高的管理水平。同時,該公司可以說是焦化的一部“百科全書”,建有4.3m、6m、7.63m焦爐,所采用的配套工藝也有多種,是一個相當理想的本科專業特色教學實習基地[7]。在實驗教學方面,依托湖北省煤轉化與新型炭材料重點實驗室,通過開設本科生創新性實驗與創新性研究等課外實踐活動,為培養學生的動手能力、創新能力、提高人才培養質量和專業特色教學提供了保障。
(五)強化課程、教材建設
課程建設是專業培養目標實現的基本途徑,專業特色必定要在課程建設中得以體現。在進行課程體系改革的同時,學校十分重視課程內涵建設,重新整理了傳統課程的教學內容,加強不同學科之間的交叉和融合。如在煤化學課程的基礎上,將其它一些主要能源也引進來,從而形成了能源化學課程。在化工設備及材料中融入了力學、材料等知識;化工設計基礎與技術經濟分析課程在原來技術經濟分析的基礎上,增加了化工設計內容,以加強學生動手能力的培訓;根據企業用人需求,增設了化工CAD繪圖與識圖。教材的質量體現高等教育和科學研究的發展水平,也直接影響本科教學的質量。為提高教學效果,主要專業課程都選用省部級以上優秀教材、“面向21世紀課程教材”、“十五”、“十一五”國家重點教材和教學指導委員會推薦的教材。同時,鼓勵教學經驗豐富、學術水平較高的教師編寫與出版具有學校化學工程與工藝專業特色的教材,以進一步優化教學內容和深化課程體系改革。目前,本專業自編公開出版的教材主要有:《煤化學》《燃氣工程》《化工技術經濟學》《化工設計概論》《化學工程與工藝專業實驗》以及《環境工程導論》等,其中《煤化學》為國家“十一五”規劃教材。
(六)建立健全質量保障和監控機制
建立健全質量保障和監控機制是創建特色、保持特色的關鍵。只有特色鮮明,才能優勢突出;只有集中力量重點建設,才能使學校加強對某一專業重點投入,創造良好的教學、科研條件,取得預計的成果。特色專業更強調精干高效,它是學校具有標志性作用的專業。要做到這一點離不開質量監控。為進一步保證教學質量,實行課程、專業帶頭人負責制,并建立了科學、合理的教學質量監控體系,包括學生評教制,干部同行評議制,教學檢查員聽課指導制,教學信息員信息反饋制,監督電話、信箱信息收集制,等。此外,還加大了對青年教師的培養力度,為青年教師配備指導教師,制定青年教師“過教學關”計劃。上述措施有力地保障了教學質量的穩步提升,為培養高質量的煤焦化特色化工專業人才提供了制度保障。
(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”?,F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。總之,在實踐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?;瘜W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。現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