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关键词:专业教学设计;项目课程设计;校企合作平台;实训教学体系
一、把握专业职业能力的“四个特征”
1、“动手”与“动脑”。在“动手”与“动脑”能力的培养和训练方面,经管类专业学生的职业技能更多的表现在应具备“动脑”能力。即在复杂、多变的市场环境下所具有的分析、思辨、判断决策以及各种方案和策划的制订、改善、调整、实施的能力。
2、“管物”与“管人”。如果说工程技术类专业毕业生大多面对的是材料和设备等有形物品,而经管类专业毕业生更多的是与“人”打交道。因此,勾通、协调、组织能力就显得尤为重要。
3、“规定动作”和“自选动作”。高职经管类专业毕业生不管是在什么职业岗位上,其所处的环境都是千变万化的。即使是按照固定的管理流程、标准和程序实施管理过程,但管理流程中的各个环节和管理点都会由于环境和条件的随时变化而产生许多变量。这就需要管理作业人员具有随时适应环境,调整策略和方法的能力。
4、“单体”与“协同”。从管理的组织原理看,绝大多数的管理项目不可能是“单体”作战,管理的层级组织注重的是协同效率。因此高职经管类专业毕业生,必须具备在组织环境和系统内的合作、服从、交流和领导的职业素质。
二、抓好课程体系开发的三个环节
1、界定行动领域。行动是指职业人在特定职业岗位上根据职业行动目标所进行的职业活动。行动领域是一系列职业行动的集合,其载体是来自企业的工作项目(任务)。界定行动领域是课程体系设计和课程开发的基础,需要专业教师和企业专家共同组织研究小组,在企业第一线进行深入调研。确定行动领域应重点考虑业务范围的一致性、工作过程的完整性、信息传输的便捷性、业务流程的范例性、经营目标的统一性、工作任务的相关性、职业能力的聚合性和产品流动的增值性等原则。
2、行动领域向学习领域转化。学习领域是经过教学论加工的行动领域,学习领域即是课程。在行动领域向学习领域转化中,行动领域和学习领域可以是“一对一”的关系,也可以不是。行动领域向学习领域转换,应保证教学实施的可行性、行动过程的连续性、行动目标的指向性、行动内容的多维性、工作过程的典型性、知识和能力的相关性以及教学方法的普适性。
3、学习情景设计。基于工作过程系统化的课程开发并不排斥职业能力分析,而是使二者做到有机结合。学习情境设计原则包括七个方面:知识和能力的相容性、能力目标的特殊性、能力结构的层次性、职业行动的针对性、学习和考核方法的多样性、教学环境和条件的适应性以及职业领域的拓展性。
三、正确处理项目课程教学的“五个关系”
(一)工作过程、工作项目与职业岗位分析的关系
通常,只做职业岗位分析所带来的问题是,大多数职业岗位因其所具有的多变性和复合性的特征,而不具有同一性和代表性。同是物流企业,不同规模和经营范围其职业岗位设置的差异是很大的,因此,单纯建立在职业岗位分析基础上的课程体系构建就缺乏充分的根据。基于工作过程和工作项目分析并不排斥职业岗位分析,而是二者应做到有机结合。它的具体表述应是:一个具备职业能力的职业人在特定的职业岗位上,通过实施一个完整的工作过程,进而完成一项具体的工作项目。这样职业人通过完成具体工作项目所具备的职业技能和职业素质就具有了典型性和代表性。
(二)工作过程与工作项目的关系
按照基于工作过程和工作项目设计专业人才培养方案的思路,工作过程与工作项目的关系是链条与结点的关系。工作项目体现在工作过程之中,而工作过程和其过程目标的实现则要求具体工作项目的实施,二者的有机合成构成一条完整的“工作链”。
(三)工作项目中“大项目”与“小项目”的关系
在高职经管类专业中,有的专业,从专业整体看工作过程比较明显,如会计、市场营销专业等,由此,应首先明确工作过程,在此基础上确定工作项目;而有的专业,如物流管理、国际商务等专业,从专业整体看工作过程不明显,则首先应确定工作项目,以工作项目的实施排列工作过程,而一个具体工作项目在实施过程中又要通过“小工作项目”(工作任务)的完成才能实现其项目目标,这就出现了在课程开发中“大项目”和“小项目”的关系。
(四)工作项目与课程体系的关系
在课程开发中,工作项目与课程体系是对应关系。其中,应把握的要点是,在职业能力和工作过程分析的基础上,工作任务应和课程相对应,有时一门课程可以对应多项工作任务,但不允许一项工作任务对应多门课程。如果出现此情况,就意味着应对该课程进行解构和重构。如物流管理专业课程体系中,仓储设备操作(工作任务)和运输设备操作(工作任务)分别体现在仓储业务操作和运输业务操作两门课程中,出现这种情况就应经过整合独立开设“物流设备操作”课程,从而避免课程内容的重复。课程的设置一方面要与工作任务相对应,同时应明确完成该任务,学生应具备的知识点,能力点和职业素质,从而为制订课程标准和教材开发奠立基础。
(五)课程教学中专、兼职教师的关系
根据教育部有关文件精神,“专业主干课和核心课程的实训教学应以兼职教师为主”,这样的要求无疑是经过认真调研,是科学、可行的。但是,应注意的问题是,在课程教学中,专、兼职教师同讲一门课程,依据同一个课程标准和教学方案。因此,专、兼职教师必须彼此熟悉,相互沟通,双方的合作应作到“零缝隙”,否则专、兼职教师虽然在课程教学中发挥了各自的专长,但偏离了课程标准,则不可能真正体现工学结合和教学做一体,其教学效率也将大打折扣。
四、构建校企合作的“六个平台”
1、专业建设平台。在专业建设平台上的合作项目应包括:专业和专业方向的开发、专业人才需求调研、专业人才培养方案的制定和论证、专业教学标准的制定和论证、专业教学评估、双证融通教学模式的实施等。对此院校应充分利用企业优势,依据行业标准,聘请企业领导和专家实实在在参与上述项目实施的全过程。
2、课程开发平台。在课程开发平台上的合作项目重点应围绕精品课程和优质课程建设。精品课程和优质课程建设是示范专业的主要建设项目,根据教育部有关文件精神上述项目的建设必需有企业深度参与。
对此项目负责人应当根据课程的性质和内容,选择并深入典型合作企业,与企业共同开发。其中包括:共同制定课程标准和教学方案、共同实施项目教学过程、依托企业选择真实的工作场景、开发企业管理案例、广泛汇集企业真实的制度等有关资料等。实践证明,离开了企业的支撑和帮助,精品课程和优质课程建设很难达到预期目标,也很难做出示范。
3、实训教学平台。根据教育部2006年16号文件精神,“专业的生产性实训应占实训教学时数的80%以上”。根据经管类专业实训教学的特点,生产性实训应体现在生产过程、生产场景、生产对象、生产方法等方面。在实训教学平台上,校企可以通过课程内实训、综合实训和顶岗实习,使学生在真实场景和职业岗位上训练职业技能,培养职业素质,逐渐做到校内教学与企业真实的职业岗位“无缝对接”,并逐渐过度到“订单培养”,同时为学生就业创造条件。
4、项目研究平台。项目研究对于校企双方是双向的。一方面,在示范院校和示范专业建设过程中有大量的教学研究项目,如工学结合的人才培养模式、教学和课程标准、教学管理及其运行机制等。上述教学研究项目只有借助于校企合作平台,请企业专家深度参与,研究成果才能具有真实性、科学性、代表性和实用性;另一方面,企业在生产经营过程中也必然会遇到大量的需要研究的项目,企业可以充分借助院校教师所具有的科研能力优势,结合企业需要,真题真做,从而实现校企双赢。
5、专任教师培养平台。高职院校的年轻教师普遍缺少企业经历,从而不具备“双师素质”和“双教能力”,这已成为深化教学改革的瓶颈。在专任教师平台上,院校的青年教师可以有目的、带项目下企业进行实践锻炼,这是教师团队建设不可缺少的关键环节。
6、培训与服务平台。校企合作过程中,企业的收益往往包括需要院校提供员工培训、技术支持和服务以及项目咨询等。在培训与服务平台上,校企双方可以根据企业需要共同开发员工培训和服务项目,共同制订培训大纲和实施方案,通过员工培训和技术服务,一方面可以全方位地提升企业员工的素质和经营管理水平;另一方面也是院校教师接触企业实际,提升教学与科研能力的极好机会。
五、实施“五个环节”,建立点、线、面一体化的实训教学系统
点、线、面一体化的实训教学系统是指:根据认知规律,构建以“单项能力、岗位能力和综合能力”,即“点——线——面”为一体的技能训练系统。
其中,“点”是指岗位单项能力,即在职业岗位完成某一工作任务应具备的单项操作技能,其载体是工作任务链的节点,单项能力尚不能完成该工作任务的全部技能操作。“线”是岗位能力,即在特定岗位上,履行职责,根据工作过程,完成全部工作所具备的技能,是单一工作任务链上相关技能的集合。 “面”是指专业综合能力,即适应轮岗、转岗需要的工作技能,是多工作任务链相关技能的集合,也包括可持续发展能力。点、线、面实训教学系统的实现方式为:
岗位单项能力=课程实训+综合实训
岗位能力=综合实训+顶岗实习
专业综合能力=顶岗实习
六、建设具有“七个结合”功能的校内实训基地
1、课程实训与综合实训相结合。专业主干课和核心课程内的实训是指,在该课程中的学时范围内,为了培养学生的职业技能和职业素质应安排的实训环节。其形式为企业参观+校内计算机软件模拟+沙盘模拟演练+相关设备操作;综合实训是指,学生在已经完成专业主干课和核心课程学习的基础上为了实现专业的培养目标所进行的综合训练,其实现方式应是在真实场景下的生产实训。在课程实训和综合实训中,校内实训基地建设应力求符合生产性实训,学时应占总实训学时的60%-70%的基本要求。
2、仿真模拟与实际操作相结合。仿真模拟实训是高职经管类专业实训教学主要形式之一。从目前看,仿真模拟实训主要包括计算机软件模拟实训和沙盘演练模拟实训。仿真模拟实训利用其理念和方法虚拟了企业真实的经营环境、条件、流程、数据和管理,符合教育部2006年16号文件中关于“建立虚拟工厂和虚拟车间”的基本精神。由于仿真模拟的实训过程体现了企业的真实场景和真实的经营过程,尤其是符合经管类专业“实训应设置在复杂、多变的市场环境”的基本要求,因此仿真模拟实训应视为生产型实训。但是在高职经管类有的专业中,实训过程只依靠仿真模拟是不够的,应使学生在真实的生产经营环境中进行设备操作,接触到真实的合同、凭证和单据。在项目课程教学中应围绕一个具体工作任务的完成,将仿真模拟和实际操作训练进行有机结合,使学生通过训练具备相应的知识、技能和职业素质。
3、“动手”与“动脑”训练相结合。“动手”与“动脑”的能力培养体现了经管类专业学生职业技能的特征。在这里尤其要强调注重学生“动脑” 能力的培养。近年来国内有的公司开发的“沙盘模拟演练”以及课程教学中的小组活动与研讨,典型案例分析等应当在实训教学和实训基地建设中给予充分考虑。
4、课程教学与技能取证相结合。“双证融通”在许多高职院校中已经成为专业人才培养模式的特色。在经管类专业中,许多专业的职业资格鉴定充分体现了行业标准,因此双证书教育既是学生就业的需要,也是深化专业教学改革和课程建设的需要。在实践中,课程教学和职业技能取证在学生的知识和素质培养以及技能训练中,其内容和方式具有一致性。高职经管类专业实训基地所具备的实训功能和开出的实训项目也应当与专业职业资格鉴定的要求相吻合。
5、校内与校外实训相结合。由于条件所限,经管类专业有的实训项目在校内很难达到预期效果,因此必须注重校外实训基地建设。使“两个基地”在实训教学中各自发挥优势,开发不同的实训项目,并且互为补充,以满足实训教学的要求。
6、校内实训与对外开放相结合。根据教育部有关文件精神,示范专业在建设中必须发挥其引领、辐射和带动作用。因此实训基地建成后应做到资源共享和充分利用。一方面提高有限教育资源的利用效率,另一方面通过向社会开放也可以进一步搞活实训基地运行机制,创新实训基地的管理模式。
7、政府投资与企业共建相结合。高职院校实训基地建设融入企业资金,做到校企共建将会改变实训基地的性质,使其具有双重属性和不同的服务功能,这对校企双方是双赢的。经管类专业在实训基地建设中应积极寻找与企业合作的机会,积极吸收企业资金,逐渐使实训基地和企业环境做到“零距离”,双方共同建设、共同管理、共担风险、共享收益。
参考文献:
[1]黄克孝.“中等职业教育多元整合式课程模式的开发”研究报告[g].教育部面向21世纪职教课程改革和教材建设项目成果汇编.北京:高等教育出版社.2002.
关键词:绿色化学;工程工艺;化学工业节;应用
工业是国民经济的基础,随着社会经济的不断快速发展,对于工业生产也提出了更高的要求。然而,当前我国工业发展面临着资源价格飞涨,环境污染日益严峻的情况,这也使得全社会对于工业生产越来越关注。怎样有效的处理好工业污染物,防止其对环境的二次污染,怎么有效的利用好数量庞大的生活废品,是当前许多学者都在研究的问题。绿色化学工程是在社会迫切需要的情况下诞生的新型项目,这个项目的目标是:对日常化学生产当中的一些资源浪费及环境污染进行有效的处理,从而使得化工污染得到有效缓解,化工生产过程中的资源浪费得到很大的改善。
一、绿色化学工业的概念
绿色化学又被称为无污染化学,以此为理念而开发出的技术就是绿色化学工程技术,采用化学原理从根本上降低化学工业对环境造成的破坏。化工业发展的基础是绿色化学工程,它已成为了未来化学工业发展方向的重要研究目标之一,绿色化学具有以下两种特性:首先,绿色化学的根本思想在于保护环境,使自然资源可持续发展,让人与自然之间的关系和谐,人们对环境造成的破坏促使了对绿色化学的研究;其次,绿色化学是将环境改变的技术,发展下的绿色化学技术以逐渐可以应付各种环境下对自然的破坏。从根本上来说,绿色化学是预防环境污染;而环境化学则是对污染后的环境进行改善和治理。两者之间是根本不一样的,在最终目的上也是千差万别的。
目前,对绿色化学进行研究的重要发现和实践活动为绿色化工技术。基本原理是采用原料中的原子进行转化,这就使化学工业在进行工作时不会产生污染物,达到对化学工业污染物的零排放。并且,在进行化学工业工作时,不使用任何具有危害性和毒性的原材料,这样可以生产出对环境不造成破坏的产品。这种技术目前处于理论状况,但是在众多科研人员的努力探索下,还是可以逐渐实现此种设想的。
二、绿色化学工程与工艺的开发
在传统化学的生产过程中,在有毒、有害物质的处理上存在较为严重的滞后性,因此导致化学工艺一直处于被动生产。应用这样的化学工艺对污染物进行处理无法取得理想的效果,资源优化也无法得到有效实现。化学工艺的应用不但导致化学生产污染物成本提高,还导致污染物处理效率严重下降。绿色化学工程的应用可有效弥补传统化学工程中存在的缺陷,其通过对相关科学技术及先进方法的利用,对化工生产相关污染物进行除尘、脱硫等处理。绿色化学工程与工艺具体实施方法主要有以下几种。
(一)采用绿色化学原料
在化工生产工艺及具体流程中,化学生产原料是起着决定性作用的主要因素,在传统化学工程中,所用原料大部分为不可再生能源。采用这些原料不但大大提高国家不可再生能源的消耗,同时还导致污染物的排放量大大增加,加重生态环境污染程度。将绿色化学原料作为化工生产材料是绿色化学工程重要研发内容之一。在化工生产过程中,可使用绿色化学物质、自然物质等无染污、可再生的化学原料。典型的绿色化学原料主要有芦苇、苞米杆、纤维植物等。将这些作为原料投入到化工生产过程中,可使其转化为酮、醇、酸类等多种化学品。在整个转化反应过程中,这些原料仅会产生一定量的氢气,而不会有任何一种有害、有毒的物质产生。
(二)提高化学反应的选择性
在化学工程的物质反应中,化学反应作为必不可少的重要组成部分存在。所有化学原料的转化均是需要化学反应才能得以实现。在化工生产过程中,合理选择有效的化学反应形式可有效促进化学工程生产效率及质量得到提高。对化学反应产生影响的因素有很多种,反应原料、环境、时间、特点等均会对化学反应产生不同程度的影响。在化学生产过程中应用最为普遍的反应形式为氧化反应。在氧化反应过程中会有大量的热产生,所有化学原料均会在热的催化作用下发生变质,因此会大大降低化学品的生产质量。在绿色化学工程中,应用新型的反应形式,这种新型反应形式为烃类氧化反应。这种反应形式的应用不仅可促进催化物反应催化能力得到提高,同时还可有效促进生产物同分异构反应时间增加。
(三)使用无毒无害催化原料
随着化学工业发展速度的不断加快,将化学反应合理的应用于化工生产过程中已经成为促进工业可持续发展的重要前提之一。在化学反应过程中均离不开催化剂的使用。将催化剂应用于化学反应过程中,可有效加快反应速度,缩短法宁时间。所以,在化工生产过程中使用无毒无害的催化原料成为推动绿色化学工程与工艺不断深入发展的重要前提条件之一。目前,我国相关部门已经高度重视对催化原料的选择及应用进行深入研究。越来越多的催化剂得到开发和研制,化学反应过程中使用的催化原料不断得到改善,分子筛除催化剂等优良催化原料在化工生产过程中的应用越来越广泛。无毒无害催化原料的應用可有效提高化学反应效率,降低能源消耗量,同时也可减少环境污染。
三、结论
化学工程与工艺的发展不仅影响着现代社会的发展,而且有助于环境友好型社会的构建。当前世界面临着资源和能源的短缺,社会经济的发展不能以牺牲环境为代价,这就需要化学工程与化学工艺共同发展,满足我国资源节约和环境保护的需要。化学工程与工艺的行业领域需要积极配合国家提出的可持续发展战略。转变可持续发展的概念。重视化学工程与工艺发展的环保性,转变传统的化学工程与工艺,减少环境的污染,积极开发新能源,走环境友好型道路。
参考文献
[1]艾宁,计伟荣,项斌,等.化学工程与工艺专业人才培养模式改革的探索与实践[J].化工高等教育,2009,26(6):28-31,35.
关键词:化工单元仿真;生产实习;化学工程与工艺
基金项目:石家庄学院教学改革研究项目(JGXM-201107B)
中图分类号:G64
文献标识码:A
原标题:化工单元仿真技术在化学工程与工艺专业实习中的应用研究
收录日期:2013年1月31日
化学工程与工艺专业是培养从事化工工程设计、化工技术开发、化工生产技术管理和化工科学研究等方面工作的工程技术人才。本专业培养具备化学工程与化学工艺方面的知识,能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。石家庄学院化工学院化学工程与工艺专业是河北省级重点发展学科。石家庄学院化工学院从2007年开始与石家庄炼油厂、以岭药业等企业共建生产实习基地,积极开展化学工程与工艺专业的生产实习的教学活动。为了更好地开展生产实习的实践教学活动,在石家庄学院教务处教改项目(JGXM-201107B)的支持下,从2012年开始,我院化学工程与工艺教研室积极开展了化工单元仿真技术在本专业生产实习中的应用研究,取得了良好的效果。
一、生产实习的意义
生产实习主要是指高校工科学生(主要指高年级大三或大四的学生),在工厂生产现场主要以技术员或管理人员的身份,直接参与企业相关的生产过程,它的重要意义主要体现在以下几个方面:
(一)理论联系实际。高校学生以实际工作者的身份,直接参与工厂的生产过程,既可以运用已有的知识技能完成一定的生产任务,又可以学习和本专业相关的实际生产技术知识及管理知识。
(二)思想教育。生产实习是对工科学生进行思想政治和道德品质教育的有效途径。在生产实习中,可以生动具体地对学生进行劳动观点教育,培养学生热爱劳动、认真负责及爱岗敬业的劳动精神。
(三)检查教学质量。通过生产实习,不但可以检查工科学生对于专业知识的理解及实际技能的水平,更重要的是通过生产实习的检验,对课堂教学质量做出一些基本的分析和估计,作为全面评价教学质量、改进学校教育工作的重要依据。
二、传统生产实习存在的问题
传统的生产实习主要包括实习动员、厂级安全教育、实习报告与考核等内容,它的弊端主要体现在以下几个方面:
(一)教学方式呆板。传统的生产实习,通常是工厂派个技术员给学生讲一讲工艺流程,然后带学生看看生产过程,而不允许学生动手操作,学生只能走马观花地表面了解工厂的工艺流程。学生通常只是抄一抄图纸,看一看设备,而对于实际的工厂生产情况却了解不多。
(二)生产实习质量不高。由于学生在实习现场基本上只能“看”、“听”、“写”。刚进厂实习的时候,还能认真地学习,时间一长,就失去了刚进厂的新鲜性,就会觉得无事可做,因而生产实习后期,学生通常是纪律涣散,管理困难,影响了整个生产实习的质量。
(三)生产实习成本过高。化学工程与工艺专业的生产实习一般要5~7天,除了要支付实习单位数额不菲的实习经费,期间的交通及食宿费用也较高,这对于实习经费短缺的高校压力很大。如何利用有限的实习经费,更好地开展实习教学活动,是每个高校面对的问题。
三、化工单元仿真系统
(一)化工单元仿真系统介绍。化工单元仿真系统是以计算机为手段,通过建立化工过程的动态数学模型再现真实化工装置系统特性。它是建立在化工工艺、自动化仪表、化工设备等学科基础上的综合性技术,可以模拟化工生产装置运行中的开车、停车、故障处理等工段操作过程,可以提高操作人员的理论水平和实践能力。
(二)化工单元仿真在生产实习中的应用。石家庄学院化工学院于2010年9月从北京东方仿真公司引进1套大型化工生产工艺-乙醛氧化制乙酸工艺。乙醛氧化制醋酸装置是乙醛装置的配套工程,起始原料为乙烯,乙烯氧化生成乙醛,再由乙醛为原料氧化生成醋酸。本软件是参照大庆三十万吨乙烯一期工程-大庆醋酸装置设计,年生产能力为成品醋酸10万吨/年。该生产工艺,工艺复杂、设备齐全、自动化程度高,很适合于化学工程与工艺专业学生的生产实习。根据课程需要,我们选择乙醛氧化制乙酸工艺作为本专业学生生产实习的项目。
四、化工单元仿真系统引进到生产实习中的优势
(一)有利于提高学生的实际操作技能。化工生产过程的特点是整套装置的工艺流程长,设备数量大,所以工程技术人员的综合素质和能力对于化工产品的产量、质量、经济效益的程度影响越来越大。而学生在生产实习中很难有直接动手的机会,这是化工类专业实践教学中所面临的特有困难。而化工单元仿真实验和实际化工生产工艺相结合,提供化工单元操作、过程控制仿真、全工艺过程操作等实训,满足培养化学工程与工艺专业的工艺技术、计算机应用、自动控制、过程装备等岗位的综合能力。
(二)培养学生的化工职业思想。在学习化工单元仿真软件的同时,要对学生进行化工职业教育,使学生清楚地认识到本行业在国民现代化建设中的地位和作用,从而热爱本专业,树立为我国化学工业现代化建设做贡献的雄心壮志,引导学生传承化工行业职员守纪律、爱岗敬业的好作风。通过化工单元仿真软件的学习,使学生具有按计划有序工作的良好习惯和严谨的科学态度,并具有刻苦钻研技术、勇于克服困难和积极向上的精神。
(三)化工单元仿真运行成本低。建设化工仿真实验室的总成本只有中试车间费用的五分之一。将化工单元仿真软件引入到化工原理实验教学中,使用周期长,可大大减少学校在培训工作中的人力及物力消耗,且易于维护。我们教研室在化工仿真实验室还安装了AutoCAD、Chem-CAD、ChemOffice等应用软件,可以满足化工学院其他专业学生的使用,充分利用现有设备,进一步降低其整体运行成本。
五、结论
化工单元仿真教学是运用先进的教学思想和现代化的教学手段,培养学生的实际动手能力,为化学工程与工艺专业人才高质量的培养提高提供了保障。
主要参考文献:
[1]靳海波,宋永吉,赵如松等,化学工程与工艺专业实习改革与实践[J],求实,2010,2
化学工程,简称化工,是研究以化学工业为代表的,以及其他过程工业生产过程中有关化学过程与物理过程的一般原理和规律,如石油炼制工业、冶金工业、食品工业、印染工业等,并应用这些规律来解决过程及装置开发、设计、操作等问题,它是以数学及少量的物理观念为基础应用于化学工业上,主要研究大规模改变物料中的化学组成及其机械和物理性质,来替生产化学品或是物料工厂提供一个反应流程设计方式。实验研究、理论分析和科学计算已经成为当代化工研究中不可或缺的三种主要手段。
化学工程的研究领域最初只是化工单元操作,如:输送现象(为化工学科当中“单元操作”的理论基础)、化工热力学输送现象。随着发展,后来又发展出一些新的分支,化学工程领域的分支庞大,可应用在各类化学相关领域的研究及实务上的操作,因应现代工业发展的需要,以化工的知识背景为基础,例如半导体工业。随计算机的快速发展,数值模拟(cfd)在化工的发展占据重要的地位。
2 化学工程与工艺专业简介
2.1 化学工程与工艺任务。根据化学工程与工艺专业的性质,化学工程与工艺专业的任务是培养学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识,受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练.具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造,对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。由于涉及化工的学科和领域很多,化学工程与工艺专业除了让学生学习一般应用化工的基本知识和基本技能外,还应该结合本地区、本行业及本校的实际情况,重点学习化工在某个或某几个领域中的具体应用,以便形成不同高校应用化工专业的特色专业方向。
2.2 化学工程以及化学工业的一些特点。以物理学、化学和数学为基础,并结合工业经济基本法则,研究化工单元操作以及有关的流体力学、传热和传质原理、热力学和化学动力学等在化学工业上的应用,以指导各种过程及其设备的开发、改进和发展属于化学工程学的内容。化学工程是随着化学工业的大规模生产发展而形成的。化学工程包括过程动态学及控制、化工系统工程、传递过程、单元操作、化工热力学、化学反应工程等方面。化学反应是化工生产的核心部分,提供过程分析和设计所需的有关基础数据,研究传递过程的方向和极限,化工热力学是单元操作和反应工程的理论基础,它决定着产品的收率,对生产成本产生重要影响。对单元操作的研究,可用来指导各类产品的生产和化工设备的设计;传递过程是单元操作和反应工程的共同基础,化学工业在新的形势下要求处于化学核心地位的催化技术和化学工程都必须用跨学科的战略进行多学科的研究。动量传递、热量传递和质量传递,这三种传递,实质上就是各种单元操作设备和反应装置中进行的物理过程。
合成化学是化学学科的核心,化学家不仅发现和合成了众多天然存在的化合物,同时也创造了大量非天然的化合物,使人类社会所有的化合物达到2230万个(美国化学文摘1999年12月10日收录的化合物数),并且以几个月就有100万个的速度发展,大量新化合物的产生是化学工业产品开发的基础。信息技术及工程技术的进步为设备和工艺创新创造了条件,推动了化工行业的技术进步。 化学工业的生产技术和许多深度加工的产品更新换代快,要求化学工业必须不断发展和采用先进科学技术,从而提高生产效率和经济效益。不断寻求技术上最先进和经济上最合理的方法、原理、流程和设备是化学工业工艺创新追求的目标。化工新技术开发程序是一套科学的程序,它是以市场为导向、以创新为宗旨,以工业化和商业化为目的的创新过程。世界上经济发达国家化学工业的研究开发费用、科研人员以及专利和文献的数量都居各工业部门的前列。
3 化学工程与工艺实验数据处理分析
传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。借助MATLAB软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来。
化学工程与工艺专业实验是初步了解、学习和掌握化学工程与工艺科学实验研究方法的一个重要的实践性环节。化工实验的特点流程较长,规模较大,数据处理也较为复杂。因此依靠计算机处理数据会使繁琐的数据处理过程变得简单快捷,大大提高工作效率。数据处理是每一个化学工程实验必不可少的步骤,也是至关重要的一个步骤。通过实验可以建立过程模型、分析工艺技术的可行条件。但是化工实验数据的处理往往并不是那么简单,它需要通过复杂的数学计算,若仅仅依靠手工计算则需要花费大量的时间,而且化工实验数据的处理量很大、重现性很高,因此应用计算机来处理实验数据可以大大提高工作效率。化学工程与工艺专业是一个以实验为基础的专业学科。实验的目的是通过有限的实验点去寻找某一对象或某一过程中各参数之间的定量关系,从而揭示某化工过程所遵循的客观规律。
MATLAB在化学工程与工艺实验中的应用进行初步的尝试。传统的化工实验的数据处理是相当复杂的,需要花费大量的人力物力,由于化工实验需要平行实验,数据处理过程的重复性也非常大。而MATLAB是一个强大的数学软件,能够方便地绘出各种函数图形,一方面可以解决符号演算问题,另一方面可以解决数学中的数值计算问题。MATLAB的应用范围非常广,包括信号和图像的处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。它已成为国际控制界的标准计算软件。借助MATLAB软件的应用,可以使人们从大量的数据处理当中解脱出来,利用MATLAB软件编写一个数据处理程序:只需输入任意一组原始数据,就可以把实验结果,数据模型以及作图一起显示出来。
【关键词】:化学工程;系统;和谐;辩证法
自然界中的和谐系统比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生态系统是和谐的,动植物群落是和谐的,人类社会体系是和谐的,健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律,具体可以归纳出三条:1.统一律;2.层次律;3.进化律;所有和谐系统具有同样的性质:1.开放性;2.自组织性;3.非线性;4.无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时,其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大,面对物理学的系统和谐,理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢?
在化学工程作为学科开始被重视之前,化学工业已具有了相当的规模,各种具体的工程与工艺都被独立开来,在认识上是被分为各门特殊的知识,因此,当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时,开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学,"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的,在理论上充其量是化学与机械的一种混合(amalgam)。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的,即使在今天,他们也避免专论"化学工程",而是称之为"过程工程"(Process Engineering),这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广,甚至更为准确,凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始,化学工业迅猛发展,在社会经济中占的比重越来越大,客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展,人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化,愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步,人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化学工程手册》的发表,初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始,以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现,如1913年,德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化,星火燎原的,化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代,美MIT的一些学者提出:不管化工生产的工艺如何千差万别,它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年,美MIT成立了第一个严格意义上的化工系,时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解,引出了"单元操作"(Unit Operation)的概念,这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等,以这些单元操作作为研究和学习的主要内容,是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心,其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映,是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括,是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学,体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定,另一方面,化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德Winkler流化床煤气化炉的应用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开发,又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产,化学工业上发展的高峰持续不绝,1940年美国FCC炼油开发成功,成为石油化工的起点。直到1957年,欧洲第一届反应工程会议,明确提出"反应工程"的概念,成为化学工程学科的重要组成部分,是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立,乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题,及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展,并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时,"单元操作"得到了更加深刻的认识,人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理,"过滤只是流体传动的一个特例;蒸发不过是传热的一种形式;吸收和萃取都包含着质量的传递;干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止,人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始,人们综合了以往的成果,开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年,美威斯康辛大学(Univ. Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《Transport Phenomena》一书,系统地采用统一的方法来处理三种传递现象,从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现,使化学工程学达到了一个新的整体性高度,这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识,并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质,其影响力是普遍性的,是跨学科的,不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础,同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义,并日益成为工程专业共有的一门技术基础课,只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展,并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度,涵括了众多的生产和应用领域,如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等,每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品,是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础,为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的,从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程,地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面,这之中,化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一,化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年,"生态化工"(Eco-Chemical Engineering)的概念提出来了,相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念,因时应势,化学工程学开始了系统科学的自组织过程,这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来,自组织是和谐系统的基本性质之一,只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合,在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地,化学工程学吸收了自组织的理论,不断在广度和深度上充实、完善和发展。
随着新世纪的到来,世界正发生着全球性的变化,经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制,不断有新的概念提出来,如化学工程应是伺机而待的专业(a profession in waiting);化学工程师必须"be steeped in technology",能够创新、开发、变换、调控和适应取代;化学工程学科要从"Process Engineering"达到"Product Engineering"再到"Formulation Engineering"。进一步的综合认为,化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象,必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4,5]:
转贴于 ① Nanoscale(纳观尺度):研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
② Microscale(微观尺度):研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③ Mesoscale(介观尺度):研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④ Macroscale(宏观尺度):研究生产装置和生产过程等。
⑤ Megascale(兆观尺度):研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念,化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度,进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化",然而这还远未结束,人们对世界的认识还在不断探索不断深入,一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经,触到了化学工程学的认识本质,并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理",相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具,"非线性"则是客观世界的本质特征,是"线性"反映的目的,是从科学角度看待世界的一种和谐统一;而在对"混沌发展"的研究表明,"混沌运动的普遍存在,揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为,混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构,而且以其不同空间尺度上的相似性,揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题,只有在长时间范围(因为混沌运动是一种长时间行为)和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6,7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域,具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言:"自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面,正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样:它们将成为一个科学。"从这一角度上,"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上,化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力,并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中,始终交织着学科的"分化"与"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化;另一方面,作为近代工程技术,它又是自然科学(化学、物理等)和技术科学(机械、材料等)的融合。正如物理学家普朗克(Planck)所指出的:"科学是内在的整体,它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性,实际上存在着从物理到化学,通过生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上,当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时,实现科学的融合已是其客观系统性的需要,它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络(Artificial Neural Networks)技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景,它具有如下特点[9,10]:
① 学习:神经网络可以根据外界环境修改自身行为,这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
② 概括:经过学习训练后,神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感,反映了神经网络的健壮性(鲁棒性),即工程上说的"容错"能力。
③ 抽取:神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能,在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④ 模拟:神经网络由众多的神经元组成,以并行的方式处理信息,大大加快了运行速度,可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然,神经网络并非十全十美,其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程,但是,人工神经网络(ANNs)特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统,适应性、稳定性和智能性均较好,能处理复杂工艺过程的控制问题,也使得化学工程师不但也是机械工程师,还首先是系统工程师,并能从最一般的非线性原理出发,解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展,科学技术的持续进步,人类认识自然和改造自然的不断深化,化学工程学科必将不断"分化"和"融合",体现出和谐系统的无限发展性质。
参考文献
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化工类工程教育人才培养体系改革的基础
浙江工业大学化材学院,经过多年的发展,已基本建成数个高水平的学科平台和化工、材料类国家、省级特色专业。学院设有化学工程等7个学科,其中工业催化为国家重点学科(培育),3个浙江省重中之重学科,1个浙江省重点学科。学院建有1个一级学科博士点,下设7个二级学科博士点和1个博士后流动站,还有11个硕士学位点。学院建有绿色化学合成技术省部共建国家重点实验室培育基地等。学院建有化学工程与工艺、应用化学等2个国家特色专业,材料科学与工程省重点专业等4个本科专业。化学工程与工艺专业是学校设立的第一批本科专业之一。该专业所依托的学科水平高,拥有一级学科博士学位授予权,并设有一级学科博士后流动站,已形成了包括学士、硕士、博士、博士后在内的完整的人才培养体系。建有浙江省化工实验教学示范中心、浙江省化学实验教学示范中心、浙江省化学工程研究生实验室。《基础化学实验》国家级精品课程,《物理化学》国家级双语示范课程,《基础化学实验》、《无机与分析化学》、《有机化学》、《化工原理》、《化学工艺学》和《化学反应工程》等6门省级精品课程。学院经过多年的专项建设,在化工专业建设与人才培养、科研教学良好互动方面拥有较为优越的条件。由武汉大学中国科学评价研究中心和中国科教评价网共同研发,由邱均平等编著的《中国大学及学科专业评价报告》中的排名如下:2008年在所有201所建有化学工程与工艺专业的高校中排名在第16;2009年在所有201所学校中排名第18;2010年在所有224所学校中排名第18。
化工类工程教育人才培养体系改革的目标
工程教育人才培养体系改革应基于高等工程教育改革指导思想和人才培养素质特征定位、教育培养体系特征和工程实践与工程创新能力培养途径等开展研究、实践和反思,明确以高素质创新人才培养三要素理论为指导的化工卓越人才培养体系优化的改革实践总目标。高素质工程创新人才培养具备三个要素:意识、机会与能力。首先是意识,即学生要有成为创新人才的意识和动力,它包括远大的理想抱负、宽广的视野及对科学的热爱;其次机会指为创新人才成长提供必要的平台和载体;最后是创新能力,主要是指工程创新能力的培养。高等工程教育改革的内涵在于提升大学生的工程实践与创新能力,教育培养体系的构建必须遵循工程的实践、集成与创新的特征,以强化学生的工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心,将工程教育人才培养标准细化为知识能力大纲,重构课程体系和教学内容,将知识能力大纲落实到具体的课程和教学环节。化学工程与工艺专业建设的目标必须符合过程工业科技创新及化工学科发展规律、高等工程教育发展趋势、经济社会发展特别是地方经济发展的需求,而这也是新形势下化工专业的工程教育改革的基本指导思想。化学工程与工艺专业特色建设主要体现在人才培养模式、人才素质特征和质量保障体系等三方面,也是工程教育培养体系改革与专业建设的最终目标追求。坚持厚基础、宽口径、重实践、强创新的理念,不断拓展专业内涵,形成宽口径办学和培养复合型人才的多模块模式。通过知识、能力、素质的协调发展,培养的学生具有较强的专业实验技能、工程实践与创新能力和国际化视野,能够成为面向和引领未来的卓越工程师;通过公共基础课、学科基础课以及专业课程体系的设置、课程的讲授、实验实习等实践环节安排、毕业设计综合训练、各种人文素质及科技讲座、各种竞赛等环节,构建创新创业能力培养的质量保障体系。现代工程教育培养的创新型工程科技人才应该是在四个层面达到预定目标,即:学生能够掌握更扎实的技术基础知识,领导新产品、过程和系统的建造与运行,理解研究和技术发展对社会的重要性和战略影响。因此,在培养计划制订、教学方法改革等过程中必须始终强调实现基础知识厚、工程实践能力强、创新意识浓和适应能力佳等全面发展的综合素质的养成。
化工类工程教育人才培养体系改革的实践
采用理论研究———实践———总结———再实践———再理论研究的思路,推进化工类工程教育人才培养体系改革的实践。把工程教育内涵提升的指导思想和人才培养目标的准确定位相结合,建立具有较强的工程实践和创新特征的教育培养体系;把“卓越工程师培养计划”的体系优势转化为基于工程实践与创新的化工类专业培养优势,通过国家特色专业平台建设更加有效地提高化工高级人才培养的质量和效率。
(一)化学工程与工艺专业等化工类专业特色凝聚
化学工程与工艺专业等化工类专业的特色主要体现在三方面。一是复合的专业培养模式:坚持厚基础、宽口径、重实践、强创新的理念,根据现代科学技术和社会经济的发展要求,不断拓展专业内涵,形成宽口径办学和培养复合型人才的有效模式。形成多模块、复合化和卓工班相融合的专业培养体系和课程体系。二是卓越的人才素质特征:立足浙江、面向全国,通过知识、能力、素质的协调发展,培养的学生具有较强的专业实验技能、工程实践与创新能力和国际化视野,综合素质高、工程能力强、能够成为面向和引领未来的卓越工程师。三是完善的质量保障体系:通过公共基础课、学科基础课以及专业课程体系的设置、课程的讲授、实验实习等实践环节安排、毕业设计综合训练、各种人文素质及科技讲座、各种竞赛等环节,构建培养学生工程实践能力和创新创业能力的质量保障体系,保证学生的知识、能力和素质目标的实现。由此确立的化学工程与工艺专业人才培养目标为:培养立足浙江、面向全国,知识、能力、素质协调发展;具有国际化视野,具有创新意识和工程创新、创业能力;“下得去、用得上、干得好、上得来”的具有成长为高级化工科技和管理人才、企业家和知名学者的潜力。
(二)专业特色模块和课程体系构建
浙江是资源小省、经济大省,尤以民营经济发达为主要特征,目前正大力发展临江化工和精细化工,在这些领域有相当大的人才需求。而化学工程学科当前以过程工程和产品工程为导向,强调在多尺度的复杂大系统环境进行过程优化和研发绿色化学化工过程。据此,化学工程与工艺专业的模块设置上应实现这两方面的有效结合,除设置传统的化学工程、化学工艺模块外,还应设置适应浙江经济特色和化学工程学科发展的一体化复合双专业。自2010级始,根据教育部“卓越工程师培养计划”试点要求,我们设置了化学工程与工艺专业“卓越工程师”试点班,重点落实“卓越工程师培养计划”与培养体系优化的实践探索。课程体系设置要服务于专业培养目标、满足预期的毕业生能力要求。行业企业是毕业生的终端用户,成立的校企合作委员会,吸纳省内外化工龙头企业或行业专业人士参与人才培养模式和方案的制订;根据用人单位的反馈意见,完善课程体系。目前的培养计划着力加强学科和专业基础课程、确保专业核心课程,这类课程学分约占40%,并精炼专业模块特色课程,保留2-3门特色课程,鼓励模块之间交叉选课,实现了宽口径和个性化有机统一。上述举措在夯实大学毕业生的工程基础的同时也满足了行业企业对大学生素质和能力的需求,极大增强了工程教育的内涵。
本科专业模块化人才培养方案改革自2012年本科合格评估以来,钦州学院化学化丁.学院依据办学定位,围绕学生知识应用能力、实践和创新能力,全方位、系统地进行了教学改革。
(一)模块化人才培养方案改革的基本步骤及结果
1.修订人才培养目标我们将化学T程与工艺专业新的人才培养目标修订为本专业培养具有高度社会责任感和职业道德素养的化学化工类高素质应用型人才,所培养的人才不仅能够适应北部湾区域化工类产业发展的需要,而且能够服务广西、辐射东盟,为大化工产业的发展提供保障;所培养人才是掌握化学工程与工艺专业的基本理论知识,具备一定的实践技能、创新能力和继续学习能力的应用型人才,能够满足北部湾经济区包括石油化工、精细化工、无机化工、有机化工、煤化工、教育科研等领域发展对专业人才的要求。毕业生可以在这些领域从事工业生产、生产技术改进、技术开发、工程设计及管理、教育科研等工作。
2.确定培养规格与要求
(1)素质要求。本专业学生要具有较高的思想觉悟和道德意识;具有较强的化工实验技能、工程设计方法、丁?程实践等专业素质;具有较强的运用化学工程与工艺知识和技能综合解决专业问题的能力;具有较强的适应能力和团队合作精神;具有较强的自学和知识更新能力,能够运用现代信息技术实现自我发展。
(2)知识体系。掌握大学英语、计算机基础等公共基础知识;掌握高等数学、大学物理、工程制图、无机化学、有机化学等专业基础知识;掌握化工原理、化工热力学、化学反应工程等专业核心知识;掌握石油炼制工程、化工仪表及自动化、化工工艺学、精细有机合成及工艺学、化工分离工程、化工设计、工程制图等从事石油炼制、石油化工、精细化工等化工行业所需的专业知识;了解环保法规、劳动安全保护以及职业健康等知识。
(3)能力要求。具有较强的综合素质、较强的专业综合素质,掌握工程设计方法、工程实践等实践技能;具备石油炼制、石油化工、精细化工等行业生产所需的综合实践能力;具备较高的综合素养和实践能力,能够综合运用所学知识和技能解决实际问题;对新产品、新工艺、新技术和新设备具有一定的研究设计能力。
3.将培养规格与要求分解为能力要素化学工程与工艺专业能力要素分解与实现途径。
4.将知识点及知识点应用组合成模块根据新修订的专业培养目标,我们突破现有学科分类的条框,打破原有的课程体系,从学生能力培养要求出发,统筹规划学生的知识、能力、素质培养体系,将能力培养贯穿于各教学环节的始终,设计出合理的课程模块,建立以能力为导向的应用型人才培养教学体系。分别设计出公共基础模块、专业基础模块、专业核心模块、专业拓展模块和综合运用模块。针对能力培养目标,利用这些设计出来的课程模块,将教学课程内容进行重组,使教学形式多样化,实现了对原有课程的整合优化,构建了化学工程与工艺专业应用型人才培养的模块化课程体系。
(二)模块化人才培养方案改革的实施概况自2012年以来,我们按照先改先试、边改边试、边总结边试、边试边推广的基本策略,依托“化学工艺广西高校重点学科”“北部湾石油天然气资源有效利用广西高校重点实验室”和“化学工程与工艺省级特色专业及课程一体化建设项目”,先在化学工程与工艺(石油化工)广西高校特色专业试行模块化教学改革,并在2013级本科生教学中实际应用,然后逐步向油气储运工程专业辐射。
(三)模块化人才培养方案改革实施的初步效果化学工程与工艺专业实施模块化人才培养方案改革后,其在应用转型发展和应用型人才培养方面初步显现出良好的效果,具体表现为:一是初步解决了旧有人才培养方案应用型人才培养目标不明确的问题,二是初步解决了如何增强学生运用知识解决实际问题的能力的问题,三是初步解决了校企、校地合作与产学研不够深人的问题,四是初步解决了教师教学与学生学习相脱节的问题,五是初步解决了学生个性化发展和因材施教不能协调发展的问题。
二、化学工程与工艺本科专业模块化人才培养方案改革的思考
(一)总体评价
1.理念和目标定位明确钦州学院提出“主动服务北部湾经济社会发展,重点建设涉海类学科专业及临海工业的学科,为北部湾经济开放开发培养髙质量应用型人才”的人才培养理念以及确定“以社会需求为导向,以服务区域经济社会发展为宗旨,把学校建成适应1K域经济社会发展特别是广西北部湾经济IS:发展需要的,特色鲜明的多科性、区域性教学型大学”发展目标定位,已贯彻在化学工程与工艺专业人才培养方案中。
2.培养目标和人才规格基本符合社会经济发展对化工类人才素质的要求化学工程与工艺专业人才培养方案是依据该专业所对应的工作岗位确定其能力要素,并认真分析培养各种能力所需的路径和不同的课程模块,确定了不同能力、素质要素和模块课程对应表,通过不同的模块课程教学实现相应的能力和素质的养成。
3.实践学分比例显著提高,体现了应用型人才培养的要求化学工程与工艺专业实践教学学时(含课内实践和集中实践性教学)占总学时比例33.9%,实践教学学分占总学分比例42.5%,体现了应用型人才培养的特点。
4.实践教学环节贯穿全程,体现了应用型人才培养的基本规律应用型人才培养重在应用能力和实践能力的培养,而这些能力的培养需要长期、不间断的训练。化学工程与工艺专业人才培养方案中安排了不间断、持续的专业实践能力的训练,难能可贵。
(二)值得思考的问题
1.课程设置与人才培养目标、人才培养规格一致性的问题课程设置应根据培养目标和人才规格,通过课程教学达到预设的人才素质要求和实现培养目标。如“培养规格和要求”中有“能从事教育科研领域工作”的描述,但无相关课程。
2.学分计算标准不统一,易导致教学任务不均衡(1)不同课程学分对应的课时不同。有16课时,如有机化学;也有17课时,如化工热力学;个别的有36课时,如大学体育。(2)实践教学每周对应的学分差异更大。专业见习4周1学分,专业实习8周5学分,毕业论文设计14周14学分。学分是计算学生学习量的单位,也是计算教师工作量的单位。同一个专业的学分折算学时(课时)的标准应统一,便于平衡学生学习量和教师工作量的分配。
3.没有足够的自主学习和选修课程,弹性学制学业难以操作实行学分制的重要目的之一就是满足学生个性化学习需要,允许学生选学不同的课程,允许学生提前或滞后毕业。要想提前毕业就必须给学生创造提前修满学分的机会,但现在的方案设计显然做不到让学生提前毕业。必须有相当量的自主学习和选修课程,开放教学时空,如假期课程、网络课程、竞赛学分、职业证书学分、自主申请毕业论文开题与答辩等。
三、结语
关键词:化工专业;卓越工程师;实践教学;体系构建
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)41-0145-02
化学工业在国民经济中占有重要的地位,由于化工行业的特殊性,化工人才需求特别强调学生工程素质的培养,要求学生具有较强的实践能力和创新能力。2010年教育部在天津大学启动了“卓越工程师教育培养计划”,其宗旨就是要联合有关部门和行业协(学)会,共同培养适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[1-2]。化学工程与工艺专业实施“卓越工程师教育培养计划”,为高素质化工人才的培养搭建了良好的平台。桂林理工大学化学工程与工艺专业在2011年入选了教育部第二批“卓越工程师教育培养计划”,并于2012年招收了本校第一批化工卓越工程师班的学生。经过几年的实践,对化工专业如何实施“卓越计划”,如何构建化工专业实践教学平台,培养学生的实践能力和创新能力,有了一定的思考,下面谈谈笔者的认识与体会。
一、当前化工专业实践 教学面临的问题
桂林理工大学化学工程与工艺专业建立于1986年,当时名称为工业分析专业,1998年更名为化学工程与工艺专业,专业方向包括化学工程、电化学工程、石油化工。经过近30年的发展,专业建设取得了长足的进步,2006年被确定为广西高校优质专业,2008年获国家级高等学校特色专业建设点,2011年入选教育部卓越工程师培养计划,2008年专业所属的化学化工教学团队成为广西区教学团队,拥有的《普通化学》课程在2008年评为国家级精品课程,在2013年评为国家级精品资源共享课程,1人获得广西区教学名师奖,2人入选广西高校优秀人才资助计划。在长期专业办学实践中,我们深感化工专业实践教学存在的诸多问题,阻碍了学生实践能力和创新能力的提高,也对实施“卓越计划”造成了一定程度的困扰。这些问题主要体现在以下几个方面:
1.大多数化工企业,由于担心学生的安全问题,对学生进企业进行生产实习,表现得不是很积极。各校多采取让学生自己找单位实习,回来交一个实习报告解决实习难的问题,导致生产实习教学环节存在“放羊”现象。
2.化工专业普遍生产实习时间较短,一般为4――5周,企业很难给予一个真正的岗位让学生进行生产实习,更无法给予学生动手,进行实际操作的机会,导致学生的生产实习轮为“参观式实习”。
3.实践教学内容比较陈旧,综合性、工程设计性实验项目偏少,没有建立一个完整的给予学生进行工程实践的教学平台,没有将学生实践能力和创新能力的培养,贯穿于整个大学教育的实践教学体系中,另外各类实验(基础实验、专业实验),各类实习(认识实习、生产实习、毕业实习)有机衔接不够,需要进行深层次的改革。
二、基于卓越工程师培养的化工专业实践教学体系的构建
1.学生实践能力和创新能力构成要素。深入认识学生实践能力和创新能力构成要素,是有效的构建专业实践教学体系的基础。创新能力就是创造新的思想,将新的思想付诸实践,创造一个新的事物的能力[3-4]。创新能力主要由创新思维能力、非智力因素和创新实践能力三个要素构成,而实践能力则表现为基本实践能力、综合实践能力、创新实践能力三个由低到高的层次。很明显创新实践能力的培养,对提升学生实践能力和创新能力意义重大。影响创新实践能力的主要因素有学生的创新实践品质、创新实践技能和创新实践环境[5]。作为高等学校的教育工作者,在对学生创新实践品质培养时,既要注重开发和培育学生的共性,也要尊重学生个性的差异,要因材施教,促进多样化人才的发展,同时要将创新实践技能的培养融入人才培养方案中,根据学生在不同阶段的特点,开设不同类型的实践课程;要尽量依托学科优势平台,打破教学实验室和科研实验室壁垒,将重点实验室的优质资源和教师的科研成果融入教学中,构建良好的创新实践环境。
2.多层次立体化化工实践教学体系的构建。在入选了教育部“卓越工程师教育培养计划”后,我们及时对化工专业人才培养方案进行了修订,构建理论(Theory)课程体系和课程内容、验证(Test)体系、创新(Try)体系的“3T”化学工程与工艺专业课程体系,特别是形成以“工程实践与工程应用创新”为亮点的实践教学体系,其核心是体现了对学生创新实践能力的培养。该实践教学体系由“基本技能层次”、“综合应用能力与初步设计能力层次”、“工程实践与创新能力层次”三个层次构成。“基本技能层次”由大一、大二开设的无机化学实验、有机化学实验、物理化学实验、分析化学实验、化工原理实验、以及由大三开设各专业方向的综合实验等组成,通过课程实验、上机等实践环节,学生加深了对理论课基本概念、基本理论的理解,培养了学生基本实践技能;“综合应用能力与初步设计能力层次”则由化工设计、精细化学品配方工程师实训、工业分析技能实习实训、电化学工艺技能实训,以及认识实习、生产实习、毕业实习组成,通过课程设计、综合实训、在企业进行的各类实习等环节,实现对学生综合应用工程能力与初步设计能力的培养;“工程实践与创新能力层次”通过开设应用研究型选修课、“工程实践与创新”自选实验项目和暑期到企业“顶岗实践”,同时通过组织学生参加全国大学生化工设计竞赛、各级“挑战杯”大学生学术科技作品竞赛、各级大学生创新创业训练项目等方式,培养学生的工程实践与工程应用创新能力,通过雁山大讲坛的引导,开展各种形式的讲座、研讨会,丰富校园化工科技文化生活。
几年来,为了使化工实践教学体系能够获得良好的教学效果,我们对实践教学内容和教学方法进行了改革。一方面鼓励教师在教学中立足先进性、前沿性更新充实课程内容,将化学化工学科最新科研成果及个人的科研成果有机融入到课程教学中,如电化学工程方向教师利用广西区科技进步奖的“高性能二次电池电极活性材料合成的新方法”和电镀新工艺研究的科研成果以及发明专利,设计并开设了“锂离子电池的装配及性能测试”、“电镀镍的工艺设计及性能测试”等电化学工程专业实验,并出版教材《电化学实验》,化学工程方向教师利用绿色化学科研成果,出版《有机化学实验绿色化教程》、《精细化工工艺学》教材,并在教学中使用。另一方面在开设的各种技能实训中,努力开发具有中试规模的实训项目,尽量确保学生能在真实工作岗位环境条件下进行实训,如与东莞金赛尔科技有限公司合作,从企业引进了软包装锂离子电池小试生产线,开设了与生产实际接近的电化学工艺技能实训项目,精细化学品配方工程师实训项目所采用的配方及工艺,均来自生产实际。在2014年,学校加大了对校内实践基地的投入力度,打造校内化工生产仿真实训装置平台。该化工生产仿真实训装置采用真实的化工企业生产工艺流程,运用仿真技术,结合化工生产真实设备、仪表及工业控制系统进行构建,全面模拟生产工艺过程。化工生产仿真实训装置平台的建立,弥补了学生在化工企业不能动手的,只能参观的缺陷,提高了实训实习质量。
三、实践教学体系教学效果
1.新的实践教学体系的实施,在一定程度上解决了当前化工专业在企业实习效果不理想的问题,提高了实践实习教学质量。
2.实施新的实践教学体系,极大提高了学生的创新实践能力,多年来本专业毕业生一次性就业率保持在90%以上。近三年来,化工专业全体学生(约200人)均参加了全国大学生化工设计竞赛,5人获得全国一等奖,18人获全国二等奖,33人获全国三等奖,其余学生获优秀奖,在广西同类高校名列前茅;同时化工专业各班级约有一半的学生参加导师课题组的科研活动,在导师指导下参加包括大学生创新创业在内的科研项目近30项,并获得不少科技成果奖,其中获广西区级“挑战杯”二等奖1项(2012年)、三等奖1项(2014年),广西高校化学化工类论文及设计竞赛,11人获一等奖,3人获二等奖。本科生以第一作者发表学术研究论文每年在2~3篇左右,申请国家发明专利2~3项。
3.“化学工程与工艺特色专业建设与实践”成果在2012年获广西区级优秀教学成果奖一等奖,其中对学生实践创新能力的培养,引起了同行们广泛关注,起到了很好的示范作用,弥补了学生在化工企业不能动手的,只能参观的缺陷,提高了实训实习质量。
参考文献:
[1]林健.高校“卓越工程师教育培养计划”实施进展评析(2010-2012)上[J].高等工程教育研究,2013,(3).
[2]陈启元.对实施“卓越工程师教育培养计划”工作中几个问题的认识[J].中国大学教学,2012,(1).
[3]张晶.我国大学生创新能力发展现状与培养研究[D].安徽大学硕士学位论文,2014.
当前,生物化学工程对于自然环境和人文社会环境的影响不可忽视,从哲学上来讲,环境和人之间是一种相互作用、相互依赖的关系。在人类社会的发展过程中,与环境之间发生的关系既有直接的关系,也有间接的关系,人类通过对自身的改革和研究,比如通过对生物化学工程的研究,掌握生物化学的基本发展规律,学会提高生物化学工程的使用和为人类社会服务的能力,以此来不断的调整个人自身,有效应对社会环境和自然环境的变化。
不可否认,随着机械化、工业化大生产的到来,生物化学工程在实现工业生产效率提升等方面发挥着重要的作用。人类与自然环境的有效竞争都需要依赖于生物化学工程的产品研发和工艺改进。从理论上讲,人类对于自然环境的适应和改进能力是随着生物化学工程的研究水平而不断提高,对于有效应对大自然的恶劣环境和极端天气等方面发挥着重要的价值。生物化学工程作为一门新兴的学科,与自然环境、人文社会环境之间有着较强的联系,在改进自然环境、促进自然生态系统良好循环等方面具有重要的推动价值。
2生物化学工程的改进路径探索
当然,随着社会科学技术的进一步发展,生物化学工程发展中存在的诸多困境将逐步完善,生物化学工程要充分发挥生物学、化学等学科的最新技术,积极与计算机技术、信息技术的良好结合,推动生物化学工程的不断完善。
2.1加强生物化学工程技术的研发,保护知识产权基于当前我国知识产权保护制度,为有效提高生物化学工程的研究水平水平,鼓励更多的生物化学工程人员参与产品研究,需要从根本上加强制度建设,通过完善的知识产权保障制度来提高生物化学工程的研究能力。我们必须重视对产品知识产权的保护,不断加强知识产权保护。只有这样才能够有效地激发我国生物化学工程领域科研开发人员的研究激情,促进我国生物化学工程产业的高速、健康地发展。
2.2提高生物化学技术产品转换能力,扩大生产规模为有效提升生物化学工程的发展水平,需要重点加强生物化学技术产品转换能力,扩大生产规模。政府相关部门要出台更多有效措施来鼓励建设大型的生物化工企业,使之能够将研发、生产、销售融于一体,从而节省生产成本。尤其要加大力度去培育一批科技创新型企业,此外,还要鼓励那些具有发展生物化工产业的企业加入该技术发展行列,向着创新型生化公司的方向发展,从而提高我国整体生物化工行业的竞争力,并有利于大我国生物化工的产业规模。