王立成，尹曉紅，范文元

（天津理工大學化學化工學院，天津 300384）

2016年，教育部首次提出“新工科”概念[1]，并在全國范圍通過會議研討、參觀考察等形式對新工科建設的意義和內涵進行探討，先后形成了“復旦共識”[2]“天大行動”[3]和“北京指南”[4]三個指導性文件，以此為基礎，在2017年6月正式發(fā)布《教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，從新理念、新結構、新模式、新質量和新體系五個方面闡述了新工科建設的深刻內涵[5]，即以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[6]。隨著科技創(chuàng)新和產業(yè)重組，我國化工行業(yè)有了長遠發(fā)展，但也受限于資源短缺、能源枯竭、環(huán)境污染等因素制約。如何開發(fā)高端產業(yè)鏈，促進生物、能源、新材料等技術融合，拓寬化工研究領域，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，是化工專業(yè)面臨的艱巨挑戰(zhàn)，也是新工科建設亟需解決的難題。為了適應新工科建設的要求，傳統(tǒng)的化工專業(yè)育人體制和教學體系必須打破桎梏，升級改造，闖出一條交叉融合、創(chuàng)新發(fā)展的嶄新大道。

1 化工專業(yè)教育的不足

天津理工大學化學工程與工藝專業(yè)是1978年建校之初開設的傳統(tǒng)專業(yè)[7]，辦學歷史悠久，專業(yè)基礎雄厚。2012年成為天津市首批卓越工程師教育計劃的專業(yè)，2018年通過工程教育專業(yè)認證，具有化學工程、化學工藝、工業(yè)催化三個碩士點。雖然我們在化工專業(yè)教育領域取得了可喜的成績，但仍存在以下問題。

1.1 課程體系單一，教學模式缺乏創(chuàng)新性

目前，化工專業(yè)需要學習的基礎理論課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課，由于受傳統(tǒng)教學理念和歷史局限性的影響，在專業(yè)培養(yǎng)體系和教學內容確定上，缺乏不同學科、不同課程的交叉融合和融會貫通[8]，致使學生在解決專業(yè)課題時無法將所學知識綜合應用，缺乏創(chuàng)新性和靈活性。有些課程教學內容陳舊，無法將日新月異的科技發(fā)展成果引入課堂，造成學習內容與科技發(fā)展脫節(jié)。教師在授課過程中，一般多按主觀意愿和教學日歷安排授課，沒有在認真分析教學目標的基礎上，根據課程進程和學生意愿靈活安排授課內容。在授課方式上仍然以“填鴨式”為主，課堂成了老師的“一言堂”，學生被動接受，無法激起學習興趣。同時，課程講解缺乏實踐應用的分析，無法做到理論與實踐相結合，與新工科建設的教學要求不符。

1.2 工程實踐教學少，學生工程意識淡薄

工程實踐教學是鍛煉學生利用所學知識解決工程問題的重要環(huán)節(jié)，對于提高學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的工程意識有重要影響。我校由于配套資金缺乏，實踐裝置老化、不足等現(xiàn)象嚴重，致使課程體系設置的實踐教學環(huán)節(jié)內容較少。大多實踐教學中，全班共用一臺裝置的現(xiàn)象較為普遍，學生沒有充足的時間完成實踐教學，更沒有機會獨立探索研究，無法將所學知識與實際操作融會貫通。由于沒有系統(tǒng)的化工操作訓練和工程設計模擬，學生的工程意識較弱，實踐能力不足。

1.3 培養(yǎng)機制特色不足，持續(xù)改進措施缺乏

隨著科技的快速發(fā)展，經濟社會的轉型升級，未來新興產業(yè)和新經濟需要的新工科人才必須是創(chuàng)新能力和競爭意識強，工程實踐水平高，多學科知識交叉融合的高素質復合型人才。但我專業(yè)制定的培養(yǎng)目標已多年未曾修改，與新工科建設的要求差距較大，與新形勢下的社會需求脫節(jié)。學生畢業(yè)后參加工作，所學知識對從事職業(yè)有無幫助，用人單位對畢業(yè)生的能力還有哪些要求，這些對于后續(xù)教學工作的持續(xù)改進具有較大的指導作用，以往我專業(yè)未能有效搜集這些信息，也未建立畢業(yè)生跟蹤反饋機制和社會評價機制，不利于新工科建設的長遠發(fā)展。

新工科建設的出臺，為我?；I(yè)的發(fā)展指明了方向，讓我們認識到專業(yè)建設要重視各學科交叉融合，注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[9]。為了適應新工科建設的要求，提升我?；I(yè)的整體水平，特對化工專業(yè)學科建設和人才培養(yǎng)模式進行研究，提出改進方案并予以實踐。

2 化工專業(yè)新工科建設的措施

以新工科建設新理念、新結構、新模式、新質量和新體系的內涵為指導，構建以培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力強、競爭合作意識好的人才培養(yǎng)機制，以各學科交叉融合為目標，改進教學模式，完善教學內容。依據新工科建設對化工專業(yè)的要求，我?；I(yè)學科建設和人才培養(yǎng)擬從以下方面進行研究與實踐。

2.1 建立跨學科教學團隊，促進學科交叉融合

由院領導和化工專業(yè)骨干教師牽頭，結合本專業(yè)的主干課程，聯(lián)合計算機、軟件、自動化、材料和機械等專業(yè)，建立多個跨學科教學團隊。每個教學團隊根據所授課程的特點，制定該課程的教學內容與教學目標，同時，引入其他相關學科的知識，注重多學科的交叉融合，通過在化工專業(yè)及其他專業(yè)協(xié)調授課發(fā)現(xiàn)，學生學習興趣得到激發(fā)，知識綜合應用能力也得到很大提升。將主干專業(yè)課與其他學科結合，豐富了化工專業(yè)的知識體系。例如，將化工設計課程與計算機專業(yè)結合，可以將設計結果在計算機上繪制成圖，提高了設計效率。將化工流程模擬課程與軟件專業(yè)相關課程結合，可以借助Aspen Plus、ProⅡ等軟件，實現(xiàn)流程物料衡算和能量衡算，并可對化工流程進行優(yōu)化設計，改善流程模擬的效果。將化工機械基礎課程與機械、材料專業(yè)相關課程結合，可以將機械專業(yè)的相關力學理論引入到化工裝置的強度、剛度和穩(wěn)定性校核，保證了裝置的安全性；利用材料專業(yè)關于材料物理性能、力學性能和機械加工性能的研究成果，指導化工裝置的選材，可以增加化工裝置在高溫、高壓、腐蝕性等操作環(huán)境下的使用壽命。

2.2 完善課程體系，改革教學方式

針對化工專業(yè)課程體系與實際化工生產脫節(jié)，不能反映化工研究最新成果的問題，專業(yè)聘請中海油、渤海化工、海水淡化所、天津化工設計院等10多位企業(yè)、研究院及設計院專家，作為專業(yè)外聘教師，協(xié)同化工專業(yè)教學經驗豐富的老師，認真對實際的化工工藝流程進行分析，確定化工相關課程的授課順序，重點掌握內容和學生要達到的能力，結合企業(yè)采用的先進技術、研究院所的研究熱點、設計院的先進設計方法，確定教學內容，選擇合適教材。每學期安排外聘教師給化工專業(yè)學生上4～8次課，外聘教師結合自己的工作經歷和研究領域，讓學生認識實際化工生產，掌握化工設計方法，了解化工研究前沿和熱點領域。同時，要求授課教師將自己的研究課題和企業(yè)項目引入課堂，激發(fā)學生的求知欲，引領學生自主探索。

授課教師的教學方式對于學生獲得專業(yè)知識的效果有重要影響。改變以往授課教師“填鴨式”傳授為主導的教學模式，老師的作用為啟發(fā)引導，鼓勵學生對課程內容提出想法，形成師生研討、交流互動的課堂氛圍。要轉變以教師為中心的觀念，轉向以學生為中心的自主學習和主動探索?；I(yè)組織教師認真學習CDIO工程教育理念，借鑒產品的“構思、設計、實現(xiàn)、運行”的模式[10]，鼓勵學生創(chuàng)新探索，實施產教融合、科教互促的育人機制，使學生形成學習-實踐-探究的科學學習習慣。比如化工設計課程的設計實踐環(huán)節(jié)，以往是教師詳細講解設計過程，指定要采用的工藝流程和裝置類型，給出確定的操作條件，學生只要按部就班地設計，即可得到滿意的設計結果。學生沒有自主設計的機會，無法做到理論與實踐相結合，對提高學生綜合運用所學知識的能力幫助不大。為此，我們對其進行改革，只指定生產什么產品，學生通過自己查閱資料，確定采用哪種合適的生產工藝和原料，通過了解各種裝置的適用場合和特點，確定各個單元操作采用的化工裝置，并設定操作條件。學生利用各門專業(yè)課和理論課的知識，進行流程的物料衡算和熱量衡算，并以此為依據，完成裝置的選型和設計。這些設計實踐，學生由被動的執(zhí)行者變?yōu)樵O計的決策者，以項目負責人的身份進行設計研究，激發(fā)了學生的設計熱情和探索欲望，也培養(yǎng)了學生的工程意識和實踐能力。

2.3 重視實踐教學，鼓勵學生參加科研競賽

實踐教學是學生融會貫通所學知識，提高實驗技能和設計水平，培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新意識的有效教學環(huán)節(jié)。為了解決實驗裝置匱乏的問題，學校和學院專門拿出部分教學經費，購置多臺吸收塔、精餾塔、反應器、換熱器等化工裝置，布置多條微型化工生產工藝管線，以4名同學為一組，改變了原來以班為單位的實踐教學，能保證每位同學有充足的時間操作裝置，達到實踐教學的目的。在設計實踐教學中，增加設計內容，形成裝置設計-工藝設計-工廠設計的三位一體教學體系。以往的設計實踐只有蒸發(fā)器和精餾塔兩種裝置的設計，是在完成化工原理授課后進行的。這種設計原則上說只是完成了裝置的工藝設計，沒進行機械設計，所以不能提交工廠生產。為了與現(xiàn)實的裝置設計接軌，我們要求學生在化工機械基礎課程學習的基礎上，完成蒸發(fā)器和精餾塔的機械設計，對裝置的強度、剛度和穩(wěn)定性進行校核，保證裝置在操作和使用中的安全性。在大三階段完成化工設計課程之后，學生已基本上學完了理論課和專業(yè)課，可以進行更專業(yè)和更綜合的訓練，為此，我們增設化工工藝設計和化工廠設計。在化工工藝設計實踐中，我們開設了原油常減壓蒸餾工藝設計、原油催化裂化工藝設計、重油延遲焦化工藝設計、醋酸甲酯反應精餾生產工藝設計、乙烯水合制乙醇工藝流程設計等10多個課題選擇，將每班學生分為10多個設計組，每一組負責一個課題的設計，學生利用所學知識，完成工藝路線確定、流程的物料衡算和能量衡算、裝置的選型設計、車間的平立面布置及車間管路鋪設，模擬設計院的工作體制，每組選舉一人為項目負責人，協(xié)調同組學生間的分工合作，相互交流，共同進步，既鍛煉了學生的化工設計水平，也培養(yǎng)了團隊意識和競爭意識。化工廠設計一般安排在大四上學期，學生通過大三下學期的工廠實習，對化工廠的整體布局有了較為直觀的認識，在此基礎上，按照新工科建設的要求，增設化工廠設計實踐。學生通過化工廠內廠房、輔助車間、管理部門、分析實驗中心、控制中心、原料儲存區(qū)等功能區(qū)域的布局和設計，熟悉國家的設計規(guī)范，了解相關的法律、環(huán)境保護、地質勘探、氣候資源等影響因素，為成為一名合格的設計師和工程師奠定基礎。為了提高設計水平，學院購買了Aspen Plus等流程模擬軟件，通過網上模擬，使學生熟悉實際的化工控制過程和緊急制動機制，對提高學生的實際操作水平起到事半功倍的作用。

通過各種宣傳和幫扶，鼓勵學生參加各種科研競賽。最近三年，專業(yè)組織學生參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、“三井杯”化工設計大賽、天津市大學生化學競賽等13項科研競賽活動，并取得較好成績，獲得省部級以上獎勵18項，打響了專業(yè)的品牌效應，為學校贏得了榮譽。通過科研競賽的鍛煉，學生的科研能力和專業(yè)技能得到了較大提高，也為學生踏上科研之路開了個好頭。

2.4 制定新工科建設的考核方法，完善持續(xù)改進機制

新工科建設要求的課程體系是多學科交叉的體系，不同于傳統(tǒng)的教學體系，所以，以成績好壞作為學生學習效果的考核標準已經不再適用，要建立適用于新課程體系的考核方法和評價標準。我專業(yè)改變原來由期末考試決定學生一門課程分數(shù)的考核方法，考核體系分為三部分，即平時成績、階段性考核和期末考核。平時成績反映學生在學習過程中的學習態(tài)度、學科交叉應用能力和實踐能力，占總成績的20%～30%；階段性考核在學期中期進行，考查學生半個學期的學習效果，通過隨堂測試，總結所學知識，提高多學科綜合應用能力，占總成績的20%～30%；期末考核在學期末進行，考查學生整個學期的學習效果，占總成績的40%～60%。對學生的評價標準不再唯成績論，而是對其學習能力、綜合應用能力和實踐能力的綜合評價。

建立有效的跟蹤機制和反饋機制。專業(yè)與畢業(yè)生和用人單位密切合作，通過調查問卷、校友回訪、組織用人單位交流會談等形式，掌握畢業(yè)生在單位的工作情況，特別是所學知識對工作的幫助性，企業(yè)對畢業(yè)生的要求，用人單位對畢業(yè)生工作能力等的綜合評價。每年仔細設計調查問卷，通過各種途徑將300多份問卷送達畢業(yè)生和用人單位手中，問卷收回率達到85%以上，對化工專業(yè)的持續(xù)改進起到良好的促進作用。

3 結束語

新工科建設的提出，讓我們意識到傳統(tǒng)教育模式的局限性，為化工專業(yè)的建設敲響了警鐘，也對化工專業(yè)的學科建設和人才培養(yǎng)提出了更高的要求。我們應以新工科建設的新理念、新結構、新模式、新質量和新體系的內涵為指導，注重專業(yè)課程與其他學科的交叉融合，拓寬授課內容，培養(yǎng)學生綜合利用所學知識解決實際工程問題的能力，同時，完善課程體系，及時更新專業(yè)知識，引進企業(yè)人才，活躍課堂氣氛，增加實踐教學內容，改善實習條件，建立有效的跟蹤機制和社會評價機制，促進化工專業(yè)的持續(xù)改進和發(fā)展。專業(yè)要以產業(yè)需求和社會發(fā)展為基礎，以新工科建設為契機，改變化工專業(yè)人才培養(yǎng)模式，提高專業(yè)建設水平。