新工科背景下化工专业建设和人才培养的研究与实践

王立成，尹晓红，范文元

（天津理工大学化学化工学院，天津 300384）

2016年，教育部首次提出“新工科”概念[1]，并在全国范围通过会议研讨、参观考察等形式对新工科建设的意义和内涵进行探讨，先后形成了“复旦共识”[2]“天大行动”[3]和“北京指南”[4]三个指导性文件，以此为基础，在2017年6月正式发布《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，从新理念、新结构、新模式、新质量和新体系五个方面阐述了新工科建设的深刻内涵[5]，即以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新型卓越工程人才[6]。随着科技创新和产业重组，我国化工行业有了长远发展，但也受限于资源短缺、能源枯竭、环境污染等因素制约。如何开发高端产业链，促进生物、能源、新材料等技术融合，拓宽化工研究领域，培养创新型人才，是化工专业面临的艰巨挑战，也是新工科建设亟需解决的难题。为了适应新工科建设的要求，传统的化工专业育人体制和教学体系必须打破桎梏，升级改造，闯出一条交叉融合、创新发展的崭新大道。

1 化工专业教育的不足

天津理工大学化学工程与工艺专业是1978年建校之初开设的传统专业[7]，办学历史悠久，专业基础雄厚。2012年成为天津市首批卓越工程师教育计划的专业，2018年通过工程教育专业认证，具有化学工程、化学工艺、工业催化三个硕士点。虽然我们在化工专业教育领域取得了可喜的成绩，但仍存在以下问题。

1.1 课程体系单一，教学模式缺乏创新性

目前，化工专业需要学习的基础理论课、专业基础课和专业课，由于受传统教学理念和历史局限性的影响，在专业培养体系和教学内容确定上，缺乏不同学科、不同课程的交叉融合和融会贯通[8]，致使学生在解决专业课题时无法将所学知识综合应用，缺乏创新性和灵活性。有些课程教学内容陈旧，无法将日新月异的科技发展成果引入课堂，造成学习内容与科技发展脱节。教师在授课过程中，一般多按主观意愿和教学日历安排授课，没有在认真分析教学目标的基础上，根据课程进程和学生意愿灵活安排授课内容。在授课方式上仍然以“填鸭式”为主，课堂成了老师的“一言堂”，学生被动接受，无法激起学习兴趣。同时，课程讲解缺乏实践应用的分析，无法做到理论与实践相结合，与新工科建设的教学要求不符。

1.2 工程实践教学少，学生工程意识淡薄

工程实践教学是锻炼学生利用所学知识解决工程问题的重要环节，对于提高学生的实践能力，培养学生的工程意识有重要影响。我校由于配套资金缺乏，实践装置老化、不足等现象严重，致使课程体系设置的实践教学环节内容较少。大多实践教学中，全班共用一台装置的现象较为普遍，学生没有充足的时间完成实践教学，更没有机会独立探索研究，无法将所学知识与实际操作融会贯通。由于没有系统的化工操作训练和工程设计模拟，学生的工程意识较弱，实践能力不足。

1.3 培养机制特色不足，持续改进措施缺乏

随着科技的快速发展，经济社会的转型升级，未来新兴产业和新经济需要的新工科人才必须是创新能力和竞争意识强，工程实践水平高，多学科知识交叉融合的高素质复合型人才。但我专业制定的培养目标已多年未曾修改，与新工科建设的要求差距较大，与新形势下的社会需求脱节。学生毕业后参加工作，所学知识对从事职业有无帮助，用人单位对毕业生的能力还有哪些要求，这些对于后续教学工作的持续改进具有较大的指导作用，以往我专业未能有效搜集这些信息，也未建立毕业生跟踪反馈机制和社会评价机制，不利于新工科建设的长远发展。

新工科建设的出台，为我校化工专业的发展指明了方向，让我们认识到专业建设要重视各学科交叉融合，注重创新型人才的培养[9]。为了适应新工科建设的要求，提升我校化工专业的整体水平，特对化工专业学科建设和人才培养模式进行研究，提出改进方案并予以实践。

2 化工专业新工科建设的措施

以新工科建设新理念、新结构、新模式、新质量和新体系的内涵为指导，构建以培养创新实践能力强、竞争合作意识好的人才培养机制，以各学科交叉融合为目标，改进教学模式，完善教学内容。依据新工科建设对化工专业的要求，我校化工专业学科建设和人才培养拟从以下方面进行研究与实践。

2.1 建立跨学科教学团队，促进学科交叉融合

由院领导和化工专业骨干教师牵头，结合本专业的主干课程，联合计算机、软件、自动化、材料和机械等专业，建立多个跨学科教学团队。每个教学团队根据所授课程的特点，制定该课程的教学内容与教学目标，同时，引入其他相关学科的知识，注重多学科的交叉融合，通过在化工专业及其他专业协调授课发现，学生学习兴趣得到激发，知识综合应用能力也得到很大提升。将主干专业课与其他学科结合，丰富了化工专业的知识体系。例如，将化工设计课程与计算机专业结合，可以将设计结果在计算机上绘制成图，提高了设计效率。将化工流程模拟课程与软件专业相关课程结合，可以借助Aspen Plus、ProⅡ等软件，实现流程物料衡算和能量衡算，并可对化工流程进行优化设计，改善流程模拟的效果。将化工机械基础课程与机械、材料专业相关课程结合，可以将机械专业的相关力学理论引入到化工装置的强度、刚度和稳定性校核，保证了装置的安全性；利用材料专业关于材料物理性能、力学性能和机械加工性能的研究成果，指导化工装置的选材，可以增加化工装置在高温、高压、腐蚀性等操作环境下的使用寿命。

2.2 完善课程体系，改革教学方式

针对化工专业课程体系与实际化工生产脱节，不能反映化工研究最新成果的问题，专业聘请中海油、渤海化工、海水淡化所、天津化工设计院等10多位企业、研究院及设计院专家，作为专业外聘教师，协同化工专业教学经验丰富的老师，认真对实际的化工工艺流程进行分析，确定化工相关课程的授课顺序，重点掌握内容和学生要达到的能力，结合企业采用的先进技术、研究院所的研究热点、设计院的先进设计方法，确定教学内容，选择合适教材。每学期安排外聘教师给化工专业学生上4～8次课，外聘教师结合自己的工作经历和研究领域，让学生认识实际化工生产，掌握化工设计方法，了解化工研究前沿和热点领域。同时，要求授课教师将自己的研究课题和企业项目引入课堂，激发学生的求知欲，引领学生自主探索。

授课教师的教学方式对于学生获得专业知识的效果有重要影响。改变以往授课教师“填鸭式”传授为主导的教学模式，老师的作用为启发引导，鼓励学生对课程内容提出想法，形成师生研讨、交流互动的课堂氛围。要转变以教师为中心的观念，转向以学生为中心的自主学习和主动探索。化工专业组织教师认真学习CDIO工程教育理念，借鉴产品的“构思、设计、实现、运行”的模式[10]，鼓励学生创新探索，实施产教融合、科教互促的育人机制，使学生形成学习-实践-探究的科学学习习惯。比如化工设计课程的设计实践环节，以往是教师详细讲解设计过程，指定要采用的工艺流程和装置类型，给出确定的操作条件，学生只要按部就班地设计，即可得到满意的设计结果。学生没有自主设计的机会，无法做到理论与实践相结合，对提高学生综合运用所学知识的能力帮助不大。为此，我们对其进行改革，只指定生产什么产品，学生通过自己查阅资料，确定采用哪种合适的生产工艺和原料，通过了解各种装置的适用场合和特点，确定各个单元操作采用的化工装置，并设定操作条件。学生利用各门专业课和理论课的知识，进行流程的物料衡算和热量衡算，并以此为依据，完成装置的选型和设计。这些设计实践，学生由被动的执行者变为设计的决策者，以项目负责人的身份进行设计研究，激发了学生的设计热情和探索欲望，也培养了学生的工程意识和实践能力。

2.3 重视实践教学，鼓励学生参加科研竞赛

实践教学是学生融会贯通所学知识，提高实验技能和设计水平，培养科研能力和创新意识的有效教学环节。为了解决实验装置匮乏的问题，学校和学院专门拿出部分教学经费，购置多台吸收塔、精馏塔、反应器、换热器等化工装置，布置多条微型化工生产工艺管线，以4名同学为一组，改变了原来以班为单位的实践教学，能保证每位同学有充足的时间操作装置，达到实践教学的目的。在设计实践教学中，增加设计内容，形成装置设计-工艺设计-工厂设计的三位一体教学体系。以往的设计实践只有蒸发器和精馏塔两种装置的设计，是在完成化工原理授课后进行的。这种设计原则上说只是完成了装置的工艺设计，没进行机械设计，所以不能提交工厂生产。为了与现实的装置设计接轨，我们要求学生在化工机械基础课程学习的基础上，完成蒸发器和精馏塔的机械设计，对装置的强度、刚度和稳定性进行校核，保证装置在操作和使用中的安全性。在大三阶段完成化工设计课程之后，学生已基本上学完了理论课和专业课，可以进行更专业和更综合的训练，为此，我们增设化工工艺设计和化工厂设计。在化工工艺设计实践中，我们开设了原油常减压蒸馏工艺设计、原油催化裂化工艺设计、重油延迟焦化工艺设计、醋酸甲酯反应精馏生产工艺设计、乙烯水合制乙醇工艺流程设计等10多个课题选择，将每班学生分为10多个设计组，每一组负责一个课题的设计，学生利用所学知识，完成工艺路线确定、流程的物料衡算和能量衡算、装置的选型设计、车间的平立面布置及车间管路铺设，模拟设计院的工作体制，每组选举一人为项目负责人，协调同组学生间的分工合作，相互交流，共同进步，既锻炼了学生的化工设计水平，也培养了团队意识和竞争意识。化工厂设计一般安排在大四上学期，学生通过大三下学期的工厂实习，对化工厂的整体布局有了较为直观的认识，在此基础上，按照新工科建设的要求，增设化工厂设计实践。学生通过化工厂内厂房、辅助车间、管理部门、分析实验中心、控制中心、原料储存区等功能区域的布局和设计，熟悉国家的设计规范，了解相关的法律、环境保护、地质勘探、气候资源等影响因素，为成为一名合格的设计师和工程师奠定基础。为了提高设计水平，学院购买了Aspen Plus等流程模拟软件，通过网上模拟，使学生熟悉实际的化工控制过程和紧急制动机制，对提高学生的实际操作水平起到事半功倍的作用。

通过各种宣传和帮扶，鼓励学生参加各种科研竞赛。最近三年，专业组织学生参加大学生创新创业项目、“三井杯”化工设计大赛、天津市大学生化学竞赛等13项科研竞赛活动，并取得较好成绩，获得省部级以上奖励18项，打响了专业的品牌效应，为学校赢得了荣誉。通过科研竞赛的锻炼，学生的科研能力和专业技能得到了较大提高，也为学生踏上科研之路开了个好头。

2.4 制定新工科建设的考核方法，完善持续改进机制

新工科建设要求的课程体系是多学科交叉的体系，不同于传统的教学体系，所以，以成绩好坏作为学生学习效果的考核标准已经不再适用，要建立适用于新课程体系的考核方法和评价标准。我专业改变原来由期末考试决定学生一门课程分数的考核方法，考核体系分为三部分，即平时成绩、阶段性考核和期末考核。平时成绩反映学生在学习过程中的学习态度、学科交叉应用能力和实践能力，占总成绩的20%～30%；阶段性考核在学期中期进行，考查学生半个学期的学习效果，通过随堂测试，总结所学知识，提高多学科综合应用能力，占总成绩的20%～30%；期末考核在学期末进行，考查学生整个学期的学习效果，占总成绩的40%～60%。对学生的评价标准不再唯成绩论，而是对其学习能力、综合应用能力和实践能力的综合评价。

建立有效的跟踪机制和反馈机制。专业与毕业生和用人单位密切合作，通过调查问卷、校友回访、组织用人单位交流会谈等形式，掌握毕业生在单位的工作情况，特别是所学知识对工作的帮助性，企业对毕业生的要求，用人单位对毕业生工作能力等的综合评价。每年仔细设计调查问卷，通过各种途径将300多份问卷送达毕业生和用人单位手中，问卷收回率达到85%以上，对化工专业的持续改进起到良好的促进作用。

3 结束语

新工科建设的提出，让我们意识到传统教育模式的局限性，为化工专业的建设敲响了警钟，也对化工专业的学科建设和人才培养提出了更高的要求。我们应以新工科建设的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系的内涵为指导，注重专业课程与其他学科的交叉融合，拓宽授课内容，培养学生综合利用所学知识解决实际工程问题的能力，同时，完善课程体系，及时更新专业知识，引进企业人才，活跃课堂气氛，增加实践教学内容，改善实习条件，建立有效的跟踪机制和社会评价机制，促进化工专业的持续改进和发展。专业要以产业需求和社会发展为基础，以新工科建设为契机，改变化工专业人才培养模式，提高专业建设水平。