“新工科”背景下化學工程與工藝一流專業(yè)建設(shè)初探
——以合肥學院為例

王 青，董 強，徐 農(nóng)，高大明，胡坤宏，劉建中

(合肥學院 能源材料與化工學院，安徽 合肥 230601)

工科教育對促進經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義，而“新工科”的構(gòu)建則是聚焦國家需求、應(yīng)對正在發(fā)生或即將到來的企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級和科技革命的重要新舉措。2017年以來，教育部提出新工科建設(shè)，以“復(fù)旦共識”“北京指南”等指導(dǎo)性方案開啟了“新工科”工程教育改革的大門[1]。新工科在理論上、政策上為我國工程教育強國指明了改革的方向。新工科的“新”是取向，“工科”是本質(zhì)；新工科是服務(wù)“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略的重要“開山斧”。隨著近幾年來高校新工科教育模式的不斷探索，逐漸形成了具有中國特色的中國模式、中國標準和中國品牌。

新工科背景下，地方高校應(yīng)當利用好戰(zhàn)略機遇，打造一流專業(yè)和一流人才的示范引領(lǐng)基地，為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展以及企業(yè)技術(shù)的提升發(fā)揮重要的支撐[2]。合肥學院被譽為高等本科教育改革的“小崗村”，是全國應(yīng)用型高校委員會副主席單位；合肥學院化學工程與工藝專業(yè)是國家級特色專業(yè)、安徽省應(yīng)用型本科示范專業(yè)、國家卓越工程師培養(yǎng)計劃專業(yè)、安徽省專業(yè)綜合改革試點專業(yè)，并于2018年通過中國工程教育專業(yè)的認證。化學工程與工藝專業(yè)具有工程實踐實驗性強、技術(shù)升級快等特點。因此，及時提升和改進“化學工程與工藝”專業(yè)人才培養(yǎng)模式與“新工科”相匹配的要求更加迫切。本文結(jié)合學院化學工程與工藝專業(yè)的教學實踐改革成效，闡述了在新工科環(huán)境下，合肥學院在人才培養(yǎng)方案的創(chuàng)新、教學體系的設(shè)計以及實施方案的升級等方面所做出的努力，并探析了新時期化學工程與工藝專業(yè)的教育改革以及人才培養(yǎng)模式，對我國化工專業(yè)的教育和人才培養(yǎng)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 構(gòu)建新工科發(fā)展范式，注重模塊化能力培養(yǎng)

在人才培養(yǎng)方面，新工科提出學科相互交叉和全面提高學生能力素質(zhì)的要求，這一要求決定著學校課程體系必須做出相應(yīng)的改進，以適應(yīng)當前工程教育面臨的機遇。

化學工程與工藝的人才培養(yǎng)，需要選擇合理的模式，而建設(shè)應(yīng)用型為基礎(chǔ)的特色化課程體系是一個有效途徑[3]。合肥學院以國家級、省級和院級教改項目的研究成果為基礎(chǔ)，在人才培養(yǎng)方面，結(jié)合本專業(yè)的建設(shè)特色，以學生的思想道德和人文藝術(shù)為出發(fā)點，系統(tǒng)地將大學本科所有課程及工程實踐內(nèi)容分模塊進行教學，每個模塊所包含的教學內(nèi)容如圖1。模塊化知識的學習，使學生在學習過程中能夠有針對性地查缺補漏，彌補自身短板。此外，無論在理論知識學習方面，還是在創(chuàng)新實踐方面，都能夠保障學習內(nèi)容的目標性和匹配性?；瘜W工程與工藝專業(yè)的教學需要堅持理論和實踐相結(jié)合的理念，因此，必須合理配置課堂教學時間和實踐教學時間的搭配比例。根據(jù)這一要求，合肥學院化學工程與工藝專業(yè)經(jīng)過長期的探索，在最后的工程實踐模塊和實驗?zāi)K加強了學生的動手能力的培養(yǎng)。工程實踐素質(zhì)和能力的培養(yǎng)是新工科對人才的內(nèi)在要求，是化工類人才的核心和靈魂。學生在實際的化工生產(chǎn)環(huán)境中，感受企業(yè)文化，接受工廠安全、環(huán)保、產(chǎn)業(yè)政策以及法規(guī)教育，根據(jù)所學知識對化工工藝過程進行比較和選擇，理論聯(lián)系實際，使學生具有良好的工程實踐經(jīng)驗。

圖1 模塊化能力培養(yǎng)教學體系的設(shè)置

化工專業(yè)的課程模塊化設(shè)置，一方面對學生的學習起到了循序漸進的指引作用，另一方面可以及時了解學生對每個模塊的學習情況。首先開展公共基礎(chǔ)知識的學習，如數(shù)學、物理、計算機等，強化了學生的基礎(chǔ)知識積累，之后進行相關(guān)化工基礎(chǔ)類專業(yè)課程體系的學習，逐步培養(yǎng)學生具有化工工程基本素質(zhì)，后期“認知學習”和“工程實訓”的鍛煉則是促進學生將理論知識用于工程實踐，最后以畢業(yè)設(shè)計(或畢業(yè)論文)的方式呈現(xiàn)大學學習的成就。

2 依據(jù)當代技術(shù)發(fā)展新內(nèi)容，構(gòu)建化工實踐教學新體系

合肥學院化學工程與工藝專業(yè)注重學生學科基礎(chǔ)知識的積累，但是純理論教學內(nèi)容和傳統(tǒng)的教學方法，難以激發(fā)學生的學習興趣。因此，從大一到大四，學院都會安排一些實踐教學類的專題訓練，包括基礎(chǔ)化學實驗、專業(yè)基礎(chǔ)實驗和綜合實驗等。在基礎(chǔ)實驗教學中初步培養(yǎng)學生對化工專業(yè)的興趣，同時促進學生的動手實踐能力和創(chuàng)造能力。為適應(yīng)時代發(fā)展的新趨勢，知識的獲取方式不再僅僅局限于課本，學校充分利用互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，對教育方式做出積極調(diào)整。例如，在2020年春季，合肥學院積極響應(yīng)政府抗擊新冠疫情的政策，在推遲學生開學時間的背景下，為了保證不影響學生的學習進度，將校園課堂搬到了互聯(lián)網(wǎng)云課堂，保障學生和老師能夠線上學習與交流。這種云課堂方式是教學途徑的重要補充和改革。

“復(fù)旦共識”指出應(yīng)依據(jù)新時期科學技術(shù)出現(xiàn)的新內(nèi)容，及時升級和完善工程類人才具備的知識結(jié)構(gòu)。合肥學院通過分析國內(nèi)外當代化工技術(shù)發(fā)展的新內(nèi)容，從社會發(fā)展對本專業(yè)畢業(yè)生的要求與期望出發(fā)，確立了與國家、地區(qū)工業(yè)發(fā)展趨勢相匹配的化工“工程師”型人才培養(yǎng)目標。據(jù)此，合肥學院建立并升級了化學工程與工藝的工程化實踐教學體系[4](圖2)。該體系主要劃分以下3個層次：化工類學科基礎(chǔ)實驗層、化工專業(yè)基礎(chǔ)實驗層以及化工綜合設(shè)計實驗層。體系升級完善后，構(gòu)筑了較為系統(tǒng)的實踐教學體系，包括專題研究訓練、企業(yè)認知實習、工程實踐訓練、畢業(yè)生產(chǎn)實習、以及大學生科技創(chuàng)新活動等。

圖2 結(jié)合理論教學體系，構(gòu)建和升級工程化化工實踐教學體系

2.1 增設(shè)教學實踐性環(huán)節(jié)——專題研究訓練

為了重點培養(yǎng)學生的動手和實踐能力，學科基礎(chǔ)實驗層學習完成后，學院增加了3個學分專題研究訓練。專題研究訓練采用分組進行實驗(2～3人一組)，要求學生通過查閱文獻，了解化學材料的發(fā)展現(xiàn)狀、制備方法及應(yīng)用；促進學生掌握化學材料的合成原理和方法，能根據(jù)指導(dǎo)教師提出的研究內(nèi)容，詳細設(shè)計具體的實驗方案及步驟。此外，專題研究訓練幫助學生復(fù)習掌握相關(guān)化學實驗基本操作，學習化學材料常見的表征方法，并對化學材料進行分析。專題研究訓練一方面可以鞏固學生所學知識，另一方面促進驗證型和理論型向綜合型和創(chuàng)新型過渡，進一步強化了學生的綜合實踐能力以及創(chuàng)新能力。

2.2 完善教學實踐性環(huán)節(jié)——認知實習

認知實習是一種“面向?qū)I(yè)、基于問題”的學習，學生在剛剛接觸本專業(yè)知識的時候，就能夠參與到具體實踐中去，使學生及時發(fā)現(xiàn)自身的不足，在后續(xù)的學習中及時有效地補短板，同時真正地讓學生在與自己專業(yè)相近或相關(guān)的崗位上，感受化工專業(yè)工程型人才的職業(yè)素養(yǎng)標準。認知實習是工程實踐重要的一環(huán)。合肥學院在大二結(jié)束安排一個認知實習學期(合肥學院稱為第五學期)，變原有的本科教育八學期制為九學期制，認知實習時間為12周。通過認知實習讓學生知曉企業(yè)的專業(yè)化、標準化運作，初步了解社會生產(chǎn)對員工技術(shù)技能、團隊合作等素質(zhì)的要求。

在認知實習的具體實施過程中，合肥學院逐漸形成了自己的特色，學院專門成立以學院主要負責同志為組長，其他同志為副組長的實習領(lǐng)導(dǎo)組，以專業(yè)教師為主體設(shè)立認知實習指導(dǎo)小組。實習前，學院編制和發(fā)放《認知實習手冊》，并召開實習動員會，專業(yè)負責人就認知實習的目的、意義、安全等情況進行詳盡的說明。實習期間要求學生對實習內(nèi)容進行記錄，企業(yè)工程師及時核查并簽名認證。實習結(jié)束后，學生返校提交實習記錄手冊，學院采用認知實習答辯的方式要求學生集中匯報，并對學生進行綜合成績評定。最后，系部、專業(yè)召開認知實習總結(jié)會議，一方面用于應(yīng)對和解決實習中出現(xiàn)的新問題，另一方面可以提高教師指導(dǎo)實踐的經(jīng)驗和能力，保障認知實習工作的持續(xù)改進與提升。

2.3 構(gòu)建專業(yè)方向匹配型生產(chǎn)實習內(nèi)容

通過第一階段的理論知識學習和專題研究訓練、認知實習等實踐環(huán)節(jié)的鍛煉，使學生具備解決問題的基本理論和初步的專業(yè)技能，接下來的環(huán)節(jié)是生產(chǎn)實習階段?！皬?fù)旦共識”指出高校應(yīng)依據(jù)企業(yè)需求建設(shè)專業(yè)。據(jù)此，合肥學院積極構(gòu)建與專業(yè)方向匹配的生產(chǎn)實習內(nèi)容。依托安徽省地方產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢，立足安徽，面向全國，合肥學院化學工程與工藝專業(yè)積極進行專業(yè)方向調(diào)整與升級，設(shè)置低碳能源化工、精細化工以及分離工程方向(如圖3所示)，以適應(yīng)地方經(jīng)濟、企業(yè)生產(chǎn)以及社會發(fā)展的需求。為了提高學生的學習效果，知曉各專業(yè)方向相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)實際情況，學校與省內(nèi)外多個企業(yè)建立了實習實訓基地，供學生開展生產(chǎn)實習訓練，以提高本專業(yè)學生的工程實踐能力。

圖3 依據(jù)地方產(chǎn)業(yè)要求進行化工專業(yè)方向調(diào)整

2.4 畢業(yè)論文(設(shè)計)注重綜合能力提升，樹立綠色生產(chǎn)理念

畢業(yè)論文(設(shè)計)是反映人才學習成效和工科綜合素質(zhì)能力的一次考核，同時也是對教學質(zhì)量、人才培養(yǎng)水平的一次反饋。新工科背景下，社會急需實踐能力強的工程化人才。合肥學院化學工程與工藝專業(yè)在這一領(lǐng)域?qū)⒗碚撆c實踐相結(jié)合，積極推行畢業(yè)論文、設(shè)計雙向畢業(yè)標準，即學生既可以選擇做具有科學探索意義的論文來達到畢業(yè)要求，也可選擇具有工程實踐意義的畢業(yè)設(shè)計來完成畢業(yè)要求。當前，為響應(yīng)國家倡導(dǎo)的化工綠色生產(chǎn)新理念，合肥學院在學生畢業(yè)論文(設(shè)計)中新增加了安全、環(huán)保等章節(jié)內(nèi)容，引導(dǎo)學生在綠色生產(chǎn)的理念下，將所學到的專業(yè)知識、技能應(yīng)用到科學探索以及處理現(xiàn)實工程問題中去，促使學生的綜合應(yīng)用能力(包括學術(shù)研究以及工程實踐)得到有效提升，為社會培育優(yōu)秀的工程類人才。

3 引進國內(nèi)和國外資源，打造工程教育開放融合新生態(tài)

“復(fù)旦共識”指出高校應(yīng)當充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，引進國內(nèi)、國外資源，以及鼓勵社會資源參與到高校人才培養(yǎng)和建設(shè)的過程中，構(gòu)建并優(yōu)化協(xié)同育人的組織新模式[5]。合肥學院結(jié)合自身發(fā)展，立足地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，積極構(gòu)建新工科背景下的綜合實訓體系，推進學校與企業(yè)協(xié)同、科學研究與教學協(xié)同，打造工程教育多要素互融新局面，以此來提高學生的工程實踐能力[6]。

3.1 構(gòu)建工程型人才為核心的師資

高水平、工程型、應(yīng)用型師資是建設(shè)一流專業(yè)的第一要素，是培養(yǎng)高水平工程型人才的關(guān)鍵一環(huán)。合肥學院在化學工程與工藝專業(yè)建設(shè)過程中，積極優(yōu)化校內(nèi)外資源，推進共建實訓基地。如表1和表2所示，合肥學院聘請國內(nèi)外高素質(zhì)、高水平的專家與企業(yè)技術(shù)人員，建立應(yīng)用型教學與科研團隊；突破體制瓶頸，建立雙導(dǎo)師制師資隊伍的長效機制，與企業(yè)共同培養(yǎng)優(yōu)秀的化學工程與工藝專業(yè)學生，保障學生具有卓越工程師的技術(shù)水平。合肥學院依照國際先進理念進行教育教學，堅持以工程型人才培養(yǎng)為核心，重視學科交叉和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。充分發(fā)揮好“大師”在人才培養(yǎng)中的作用，加速工程教育與國際接軌，構(gòu)建一流的化學工程與工藝專業(yè)的師資隊伍，為一流的化工人才培養(yǎng)提供新驅(qū)動。

表1 聘請國內(nèi)外專家和技術(shù)人員情況

表2 設(shè)置的教學與科研團隊

3.2 產(chǎn)教融合構(gòu)建化工類工程實訓新平臺

與其他專業(yè)相比，化學工程與工藝專業(yè)的工程實踐特點更為突出，開展產(chǎn)教融合育人模式對化工類人才的培養(yǎng)具有重要的意義[7]。合肥學院積極發(fā)掘資源，構(gòu)建了以分離工程、新型煤化工、化工設(shè)計等模塊組成的實訓平臺和人才培養(yǎng)基地(圖4)。實行社會人才需求與高校辦學理念相匹配的人才培育方案?；谛鹿た票尘跋碌膶嵱柺峭ㄟ^讓學生進入目標企業(yè)經(jīng)過現(xiàn)場培訓和學習，能夠有效地將化學工程相關(guān)知識與技術(shù)融入實訓內(nèi)容中去。針對不同模塊，學院根據(jù)合作的企業(yè)特點進行分類劃分。例如，具有較強煤化工特色的淮南淮化集團和臨泉晉能中煤公司被劃分到新型煤化工模塊，因個人興趣選擇該類模塊的學生具有較好的目標性，通過實訓鍛煉可以獲得能力的提升，同時還促進了自己對該行業(yè)的認知。

圖4 產(chǎn)教融合構(gòu)建化工工程實訓新平臺

4 探索新工科發(fā)展自我完善新機制

“復(fù)旦共識”提出學校作為主體推動教學改革，探索工科自我完善機制[8]。在專業(yè)目的、資源和計劃的基礎(chǔ)上，合肥學院確立了清晰的教學目標，通過教、學、考以及實踐的教學過程創(chuàng)新，以保障學生獲得合理的知識結(jié)構(gòu)。為了能夠獲得對教學模式、課程體系以及教學實施過程的科學反饋，通過輸入、過程以及成果進行評估，促進教和學的不斷完善。在輸入評估階段，要評價專業(yè)的師資力量；在過程評估階段，要評價過程的效率和有效性，包括教學、實踐、考核及其他活動；在成果評估階段，則注重結(jié)果的分析，包括對學生的學習效果、利益相關(guān)方、學科專業(yè)長期的效果與影響等。最后將反饋評估的結(jié)果用于整個教學模式的改進過程中，從而不斷促進和完善教學模式、課程體系、教學方法等。

學校還設(shè)立了約束、激勵、監(jiān)督以及反饋的保障促進機制，保障實踐教學的質(zhì)量，如圖5所示。通過年度考核、教學獎勵、學生綜合測評等措施形成激勵機制；通過教學督導(dǎo)員評價、學生課堂教學評估、聽課反饋等，使教師能夠及時調(diào)控和完善教學行為，促使教學方法的提升和改進；此外，建立良好的校園文化，形成共同的行為準則。

圖5 實踐教學保障改進機制

合肥學院化學工程與工藝人才培養(yǎng)方案的修訂遵循工程類人才培養(yǎng)的理念和原則，根據(jù)《工程教育認證標準》的要求，學院對培養(yǎng)方案采取了持續(xù)探索和改進。為響應(yīng)現(xiàn)代化工行業(yè)對化學工程與工藝專業(yè)人才能力的要求，學院通過用人單位評價、校友訪談等方式對學生能力培養(yǎng)的課堂授課、實習實驗、畢業(yè)設(shè)計或論文等環(huán)節(jié)進行質(zhì)量評價，利用評價結(jié)果對人才培養(yǎng)方案實施改進。例如，通過企業(yè)專家、校友等訪談獲得的反饋，對原培養(yǎng)方案內(nèi)容中的表述“使學生具有一定的人文社會科學素養(yǎng)；能夠從事生產(chǎn)、研究與開發(fā)工作”修改為“具有扎實的理論基礎(chǔ)知識，通曉化工過程的基本原理、技能以及研究方法；能夠從事化工生產(chǎn)管理、產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計等方面的工作”。修改后的培養(yǎng)內(nèi)容突出專業(yè)屬性，更加重視化工專業(yè)理論、技能以及研究方法，更加契合企業(yè)生產(chǎn)對工程型人才的素質(zhì)要求。專業(yè)培養(yǎng)內(nèi)容的及時修訂，充分地體現(xiàn)了新工科背景下合肥學院化學工程與工藝專業(yè)的持續(xù)改進與自我完善。

5 結(jié)語

在新工科背景下，合肥學院在人才培養(yǎng)模式上不斷升級與完善，利用區(qū)域資源優(yōu)勢培養(yǎng)了大量的高素質(zhì)、應(yīng)用型人才，并在教學實踐方面取得了豐碩成效。合肥學院為進一步發(fā)揮“化學工程與工藝”特色專業(yè)在應(yīng)用型本科高校中的示范作用，需要不斷加強新工科建設(shè)模式的探索與實踐。在新挑戰(zhàn)和新機遇下，合肥學院將繼續(xù)發(fā)揚高校教育改革的“小崗村”精神以適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)；超前布局并及時調(diào)整專業(yè)方向，升級培養(yǎng)方案，努力將化學工程與工藝打造成具有應(yīng)用型的“一流”專業(yè)，培養(yǎng)“新工科”人才；加強服務(wù)國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展的責任擔當意識，增強工程教育改革發(fā)展的自信，為實現(xiàn)中國夢提供數(shù)量充足、結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量優(yōu)良的工程化化工人才資源。