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随着各地教育事业的蓬勃发展和信息化设备在学校的大量装备和日益普及,信息技术与学科深层次融合的应用问题成为摆在我们面前的一个重要课题。回顾我区教育信息化工作所走过的历程,结合教育领域随着信息技术已发展到“云”计算和新一代“物联网”技术的大背景,充分发挥区域政策优势,遵循教育信息化发展规律,科学规划区域教育信息化发展战略,借力新技术、新媒体,不断夯实教育信息化基础,努力创优区域“教育云”高端应用基础,突破信息应用中的“孤岛”现象,实现区域内教育信息化的高品质应用,是我们对区域教育信息化应用工作的基本价值考量和追求。在此,选取我们在教育信息化工作中的几个粗浅认识与思考片段,以资探讨。
一、把握政策支撑,科学规划区域教育信息化发展战略,规范有序地实现区域教育信息化各类基础设施设备建设的新突破
2007年以前,由于受当时区域经济社会发展的限制,龙泉驿区教育信息化装备一直处于低层次发展阶段,据当年的装备数据统计显示:全系统生机比不足25:1,师机比不足10:1,多媒体班套比不足11:1,区域内不仅没有教学所必需的教育骨干城域网,就连建有比较标准校园网的学校也寥若晨星,教育信息化基础条件极差。
正因为如此,我们更不敢懈怠,于2007年借龙泉驿区区委、区政府出台“富民兴教”十大政策的东风,通过区域教育信息化工作规划的顶层设计,科学规划并制定了我区教育信息化发展的各阶段工作目标,按“先开主渠后放支流”的网络建设规划思想,明确了以教育城域网络建设为突破口,以学校有线、无线校园网络“双覆盖”建设为基础的教育信息化发展战略。通过努力,至2012年,我区先后完成了龙泉教育城域网、龙泉驿区所有独立建制中小学校标准的有线和无线校园网络建设工程,实现了教育城域网基础平台下的区域双网“满覆盖”。通过厚积薄发,结束了我区长期无校园网络的落后局面,使一直制约区域教育信息化水平难以向更高层次发展的瓶颈得以打破,形成了以城域网为“主动脉”骨干,以区域“满覆盖”的双校园网为“毛细血管”末梢的完善的网络拓扑结构体系,突破了信息“孤岛”现象,为下一步实现“教育云”和“物联网”技术应用条件下的“泛在学习”空间建设提供了坚实的网络链路基础。
“工欲善其事必先利其器”,完善的网络系统仅是教育信息化应用的前提,大量基础设施设备的建设和装备则是教育信息化应用的关键所在,更是教育信息化向高品质方向发展的基石。从2008年起,我们紧紧抓住国家薄弱学校改造项目和相关转移支付项目,成都市教育技术装备“满覆盖”工程、教育技术装备提升工程以及区域高中教育技术装备提升工程等一系列项目支撑和区域政策的优势,加大了教育信息化基础环境条件建设工作力度。在短时间内迅速提升了区域教育信息化的基础环境和条件,使我区教育信息化装备建设工作发生了质的蜕变。据2012年最新教育信息化装备统计数据显示:区域内生机比达9:1,师机比基本达1:1,多媒体班套比基本达3:1,较2007年分别翻了几番,整个区域教育信息化基础环境建设不仅完成了历史欠账,且在装备发展态势上更呈现出前所未有的蓬勃生机,既夯实和创优了区域教育信息化基础条件,更使我区有了向 “教育云”和“物联网”条件下高端应用的硬件基础。
二、创新工作机制,积极、规范、稳妥推进区域教育信息化重大建设工程项目,提升了城乡教育信息化装备高位均衡发展水平,创优了区域借力新技术、新媒体的高端应用基础
区域教育信息化建设工作往往由于涉及面广,免不了会有一系列的重大建设工程项目。为积极、规范、稳妥地推进这些重大建设工程项目,在严格执行政府采购流程基础上,我们因地制宜地制定了“四个定位”和“一个方法”相结合的建设管理原则和机制:“四个定位”即工程建设应用的功能定位、工程监督的工作定位、系统集成技术与工艺的标准定位和系统测试的方法定位;“一个方法”即以论证、试验或现场会等方法对工程前期的规划设计、工程中期系统集成过程的管理和工程后期使用、培训以及维护的指导等关键环节进行切实把控。在这个工作机制下,用“三个统一”(统一装备建设、统一技术标准和统一集成工艺)来实现城乡教育信息化装备高位均衡发展的总要求,以项目负责制为基础,依靠区域技术骨干所组成“中心组”来积极参与重大项目建设,使近年来区域教育信息化重大建设工程项目均积极、规范、稳妥地推进,创优了下一步借力以“教育云”和“物联网”技术为代表的新技术、新媒体落地区域后的高端应用基础。
梳理历年我区重大项目建设工程,主要有以下几个片段值得一提:(1)在教育城域网建设过程中,由于受当时经济条件的限制,以“资源”换“资本”的工作机制,按适用、够用、适当超前、分阶段实施的建设原则,以租赁方式完成了项目建设。这不仅大大减轻了当时的资金压力,同时使工程质量得到了充分的保障。(2)在2011年进行的无线校园网建设工程中,我们尤其重视了技术方案的设计和试验,多次邀请区域学校技术骨干进行反复论证,并将技术论证试验部署在了一些学校,最终形成了科学的区域无线校园网技术组网建设方案,确保了建设工程质量和后期的应用效果。(3)在2012年全区中小学有线校园网建设工程中,由于涉及面广、技术要求高、施工难度大,编制了《龙泉驿区中小学校园网建设工作手册》,理清了工程建设管理的方式和思路,并在实际工作中由工程监理人员严格执行,既减轻了管理人员的工作负担和压力,更从制度上规范了商家的建设行为,使校园网建设工程的质量得到了充分的保障。
三、以活动项目为载体,以教育技术科研课题为先导,通过示范引领,不断提升区域内教育信息化高端应用品质
教育信息化建设的现实和终极目的都是各种教育信息化手段在师生日常教育教学活动中的广泛和深度应用。联合国教科文组织将教育信息化划分为起步、应用、融合、创新四个发展阶段,其中后三个阶段都在着力描述应用的层次问题。美国等发达国家已全面进入融合、创新阶段,而我国还处于初步应用阶段。因此教育信息化重中之重的工作在应用,而应用的关键在于理清区域教育信息化应用工作的基本思路。就我区在教育信息化应用工作中的粗浅实践来看,我们的思路是:以用促建,边建边用,以教育技术科研课题研究为催化剂,在活动项目中探索学科与教育信息化手段融合的基本策略和方法,充分发挥区域教育信息化优质资源的引领、示范和辐射作用,推广并转化具有实践操作性质的各种应用成果,借力新技术、新媒体,努力提升具有区域特色的教育信息化高端应用品质。
正如内容一定需要相应的形式去表达一样,教育信息化的应用实体必须落实到有师生共同参与的各种项目活动中才能真正发挥其价值和效益。因此,在我们着力提升师生教育信息化应用水平和层次的工作中,借力了所有可能的教育信息化项目活动和可供辐射示范的教育信息化优质资源。归纳起来有三类:(1)常规工作中的各级项目活动,如学生电脑制作大赛、现代教育技术成果评选活动、现代教育技术的全员培训和教育技术能力培训、现代教育技术研讨会等。(2)具有实验性质的专题项目活动,如戴尔“青少年互联创未来”项目和区县教育信息化互动联盟等。(3)具有整体提升学校教育信息化管理和应用水平的创建项目活动,如省、市、区三级的现代教育技术示范校和数字校园、书香校园等创建项目。截至2012年,我区已创省、市级现代教育技术示范校共6所。
同时,我们在教育信息化的应用实践过程中也深刻地感受到,应用层次的深入和突破离不开教育信息化科研课题的引领和指导。因为这类课题不仅与学科结合紧密,还因其有认识、操作和资源三类研究成果的特质而具备相当的可实践性、可操作性、可应用性和可推广性。如果研究过程能紧紧把握师生的主体地位,以学科为载体,以教育信息化为手段,并围绕与学科融合这一根本目的而群策群力来实施,则其应用价值的取得是不言而喻的。虽然对一个学校的主研人员而言,课题本身的研究过程可能会是迷惘的、艰辛的,甚至是痛苦的,但只有通过这种凤凰涅式的痛苦蜕变,才能使学校整体教育信息化应用氛围营造起来、意识提升起来、水平和能力锻炼起来。
基于此,我区很早就开展了各级别的以学校为主体独立承担的教育技术科研课题研究工作。通过不断的引导和示范效益的辐射,“十二五”我区教育信息化科研课题已立项国家级现代教育技术主研课题1个、参研1个,省级主研3个,市级主研2个,实现了学校和主要学科类别的全覆盖。
四、引入新技术、新媒体,抓管理促应用,加强学科教师的教育技术能力修为,为教育信息化的高品质应用提供强有力的物力和人力资源保障
按“创教育强区,建读书之城”的总要求,我区的教育信息化工作由龙泉驿区教育信息化建设领导小组领导,遵循“加强教育信息化,实现教育现代化”的奋斗目标,以“三建”(建机制、建装备、建队伍)为手段,以“三个应用满覆盖” (校校应用满覆盖、班班应用满覆盖、学科应用满覆盖)为工作目标,坚持工程建设管理的“四个定位”和“一个方法”相结合的原则和机制,解放思想,借力新技术、新媒体,以学科教师的教育技术能力修为提升为核心增长极,为教育信息化的高品质应用提供强有力的物力和人力资源保障,不断加强制度与应用、管理建设,保障区域信息化装备正常、高效、常态运行,充分发挥教育信息化装备效益。
总结过去,提炼经验,我们紧紧围绕城乡教育高位均衡发展和素质教育两大主题,以“创教育强区,建读书之城”为区域总目标,遵循“加强教育信息化,实现教育现代化”的奋斗目标和教育信息化的发展规律,全面贯彻执行区域“四精”“四抓”的管理理念,以“整体创一流,单项争第一”工作思路为指导,创新工作机制,夯实基础、历练内功,助推了区域教育信息化工作的跨越式发展。
展望未来,冷静思考,按“加强教育信息化,实现教育现代化”的总要求和遵循教育信息化的发展规律,我区的教育信息化工作尚处于初步应用阶段。过去的道路虽然略有亮色,但今后的任务却是更加招人。2013年,首先,我们将持续加大投入,进一步创优区域教育信息化应用基础:2013年区域生机比将达8:1,师机比将达1:1,交互式多媒体班套比将达1:1。其次,引入“云”计算技术,不断扮靓区域信息化高品质应用的教育“云”彩。在充分利用公有“教育云”资源的基础上,适时落地区域自建私有“教育云”,以满足泛在学习理念下的多网“学习空间”建设。第三,以“物联网”技术为核心,在信息、网络和传感技术条件下着力打造“智慧型”学科功能室和能满足区域教学所需的“全仿真”学科数字实验室,使学科功能室(或实验室)的应用和管理逐步具备“智慧”特征。
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.
【关键词】华峰班CDIO工程教育
20世纪的工程教育课程主要是提高学生的动手实践,使学生掌握相关的专业知识和解决工程实际问题的能力。然而,随着世界经济全球化以及科学知识的发展,工程教育课程的教育偏向了“厚基础、宽专业”的工程科学的培养模式,从而削弱了对学生解决工程实际问题的能力培养。这种培养方式导致了学生缺乏对现实工程情况应有的认知程度。为了解决这个难题,2000年由麻省理工学院Crawley等人通过4年的探索创立了CDIO工程教育理念。CDIO作为一种新的工程教育理念,主张以产品研发的CDIO全过程,即构思(ConcEive)、设计(Design)、实施(Implement)和运作(Operate)为载体,以工程项目生命周期全过程为载体培养学生的工程能力、学生的职业道德、学术知识和运用知识解决实际问题的能力,以及具备终生学习和团队交流能力。
化学工程与技术作为化学工业的主要学科领域,担负着促进化学工业及相关行业发展与进步的重要使命,因此培养出具有解决实际化工过程问题能力和创新能力的人才是非常重要的。本文以温州大学化学工程与工艺专业的学生作为教学改革培养对象,将CDIO工程教育理念与化学工程与工艺的专业教育有机地结合,探索适合于以服务浙江及周边地区经济为导向的化学工程与工艺专业教学模式的改革与实践。
一工科人才教育培养现状
我国传统的教学模式是以教师为中心、以课堂讲授为主,以理论考试成绩来评价学生的模式。当前,我国工程教育是通识教育模式和苏联教育模式的结合体。解放前,我国的先进高等工科教育主要是来自西方一些教会式的大学教育。建国后,由于化学工业发展的需要,我国效仿苏联搞起了专业教育。这种专业教育培养模式为我国的现代化建设作出了较大的贡献。其缺点是过于强调教材和教学大纲的统一,影响了教育工作者的思维活跃性,也阻碍了对工科学生创新能力的培养。因此,教育家们对苏联教育模式进行了回顾和反思,制定了通识教育和专业教育相结合的工科通识教育模式。然而,随着我国产业的进一步升级以及高校的持续扩招,导致了大量的工科毕业生找不到适合自己的工作,这可能是因为通识教育过于强调基础科学理论,而弱化了专业内容和工程实践,导致了工科毕业生只了解一些表面的理论,缺乏工程应具备的实践创新能力。
在办学机制上,一方面,高校过于强调科研业绩考核,许多具备丰富工程经验的老师很少参与到实际的教学过程中,而参与教学的教师又与企业的联系不紧密。负责教学的教师缺乏产业经验,工程教学过程又缺乏与企业的有效沟通,造成了工程教育和社会需求的严重脱节。另一方面,虽然在教学上安排了生产见习、毕业实习等环节,但是不少学校在实践教学环节上是比较薄弱的,这是因为见习、实习的时间一般比较短,相应的考核制度也不健全。
综上所述,我国工科教育从教学模式、办学机制等众多方面都存在着与产业发展脱节的问题,严重影响了人才培养的质量。尤其是理论脱离实际、实践环节薄弱、产学脱节的问题直接导致了学生找不到适合自己的工作岗位以及企业有岗位找不到合适的人才。由此可见,我国的工科人才培养模式已经不能满足产业升级的需求。为了更好地培养适合产业升级所需的人才,我们从培养模式上进行了改革探索。
二化学工程与工艺专业CDIO工程教育改革探索
CDIO工程教育模式改革旨在培养学生系统工程技术能力,尤其是项目的构思、设整理计、开发和实施能力,以及较强的自学、组织沟通和协调能力。CDIO模式以工程项目全生命周期的要求来组织教、学、做,学生需要掌握各门课程知识之间的联系,并用于解决综合问题。因此,课程体系的建设要突出课程之间的关联性,这就必须打破教师单打独斗的传统教学方法,而围绕CDIO工程项目的实施进行教学计划和课程关联工作。
1.化工核心课程群的组织与教师队伍建设
核心课程群由化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程、化学工艺学、化工设计6门课程组成,构成了化学工程与工艺核心专业课的主体。化工设计以其他五门课程为基础,对提高学生分析问题、解决问题的综合工程能力起到非常重要的作用。化工原理是讲述单元操作的基本原理,是学好其他专业课程的基础;化工热力学则建立在分离工程的基础之上,阐述工业条件下各种流体热力学性质的计算;化学反应工程以传递过程为基础,传递现象和化学反应工程利用数学的方法,从微观角度阐述化学反应过程、设备设计的共性科学问题;化工工艺是关于化学品生产方法的技术科学,它以自然科学和工程科学规律为基础,使化学反应达到工业化应用水平。由此可见,核心课程群的各门专业课是相辅相成的。
在课程群建设中,涉及专业课教学的老师主要通过进修、企业实践、参加会议三种方式提高业务水平,对化工专业工程教育模式做到整体的认识,同时要求参与指导学生的化工设计。利用校企合作的机会,与企业方面的人才进行专业知识和其他方面的交流与沟通。其具体的组织与实施过程如下:
第一,教学方法改革的探索。首先,按照CDIO的教育理念,要逐步形成教师引导和以学生为主体的思想,使教师从教育者转变为引导者,教师不再是简单地卖知识,而是引导学生学习知识,把主要任务放到教会学生学习方法上来。在教学方面的改革要得到全校上下的支持才可能顺利进行。温州大学为课程体系建设和师资建设提供了很好的平台,在化工核心课程群教改的过程中提供了强有力的物质基础和政策鼓励。在这种良好的环境下,教师也愿意投入更多的时间去听课评课,吸纳好的教学手段和方法。由于化工班都属于小班上课(30人左右),对部分课程如化工专业英语、精细化工工艺学实施角色互换教学模式,让学生参与到化工教学的过程中。这些课程的效果反映较好,对化工原理等课程中的部分章节,我们也将逐步展开开放式的教学方法。
为了达到各门课程的知识体系能够很好地衔接,通过教研室教师集体备课,相互切磋,讨论每门课程讲授的重点,个别章节内容的舍弃和补充,做到教学的知识体系完整、重点难点突出、学时合理分配,真正做到精选、精讲教学内容。摒弃了过去教学活动中的单打独斗,改为教学团队授课,使各门课程有机地衔接起来。通过相互听课并课后集体讨论,指出教师课堂教学中存在的问题与不足,相互交流教学经验,讨论改进的方法与策略,使教师的整体教学水平迅速得到提升。
第二,教师工程素质的培养。不少高校在引进人才方面主要考虑的是教师科研水平,其次关注人才的企业实践经验。鉴于科研压力,假期教师也不能到企业去参与实践或者工作。此外,许多教师只对与自己科研相关的专业课非常熟悉,对其他的专业课则非常生疏。因此,利用现有的教学资源,培养教学团队的建设是很重要的一环。温州大学化学工程与工艺教研所以化工设计为主线,基于地方化工企事业单位为依托,派遣年轻教师每年到相关的化工企业实践两个月,逐步培养教师的专业水平。近几年,利用学习、调研以及下派科技特派员的方式,到杭州化工研究院、衢州巨化、瑞安华峰等不同类型的企业参观学习,不断地提高老师的业务水平。同时,为了让教师能够很好地参与到企业生产实践中,温州大学对担任科技特派员的教师提出教学科研任务减半、考核优先等政策鼓励。仅2010年,我们派年轻老师带队到衢州巨化学习15天,杭州化工研究院学习3天,华峰学习7天,温州本地化工企业实践1个月左右,有效地提高了教师的工程素质。教师工程素质的增强也使学生收益颇丰,在2010年省化工设计大赛和全国“三井杯”化工设计大赛中多次获奖。
2.学生工程能力和团队合作的培养
作为地方院校,温州大学化学工程与工艺专业的办学宗旨是以培养创新应用型人才为主,服务地方经济和社会的发展。经过对近两年该专业的毕业生调查的情况来看,目前该专业存在以下问题:(1)毕业生虽然掌握较多的书本知识,但实践能力不强,导致他们从学校到公司需要较长的“岗位过渡时间”;(2)毕业生普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解,缺乏团队工作经验、沟通能力和创新能力;(3)工程职业道德、敬业精神等人文素质薄弱,责任感不强。具体体现在:工作不踏实、心浮气躁、做工程不细心、不愿承担责任,客观上他们的实践能力与企业要求存在较大差距,而主观上又不能沉下心来虚心向前辈学习。
从以上的调查结果来看,以目前的培养方案和评价标准来指导学生的专业教育经不起企业用人单位的考验。为了更好地培养适应地方经济社会发展的人才,实现对学生创新思维、创新方法和创新能力的培养,我们与温州地区最大的化工企业华峰集团实行校企联合培养本科生,实施“华峰特色班”战略。目前,“华峰班”的学生采用“3+1”模式培养方案(即学生前三年在学校集中学习理论知识并完成实践教学,最后一年到企业,接受企业的培训,并在企业盯班盯岗接受生产实践活动)。同时在工程专家的指导下,根据企业的需要对培养方案进行部分修改,增设华峰提出的部分课程,使得学生在校期间所学的基本知识和专业理论更贴近于华峰实际的应用。在这种战略方针下,学生在企业的环境中真正做到知识和能力之间的无缝连接,缩短了“岗位过渡时间”,增加了学生的工程实践能力,有效地推进了CDIO教学改革。在2010届的化工专业毕业生中,华峰集团招聘了7名华峰班学生。提升了学生的工程能力、团队合作精神以及专业素养。
3.逐步建立适合CDIO工程理念的考核制度
正确、公平、合理且科学有效的考核制度对本专业的健康发展起着至关重要的作用,它应当是对教学效果做出真实和客观的评价,同时有利于提高学生学习的积极性和主动性。现行的课程考核方法主要是通过期中和期末考试成绩来评定,它能在一定程度上反映学生掌握知识的程度以及教师上课的教学效果,但不能很好地促进学生学习的主动性。部分学生比较反感现行的考核制度,这是因为现行的考核方法存在比较单一、部分学生在学习上投机取巧也能获得高分而影响其他学生学习的积极性、不能全面反应学生的综合应用能力等问题。
CDIO教学模式以能力培养为目标,其主要培养的是学生的理论知识、职业技能、人际交流以及产品研发的CDIO全过程。采用CDIO教学模式,评价方法则应侧重能力的考核,能力本位的教学观贯穿课程设置和教学实践的全过程。我们进行教改,其目的是提高学生的工程实际能力,因此我们的考核将使用过程能力评测替代以往单一的成绩评定。
我们现阶段的具体做法是:(1)选题:在学生进入大三学习开始,从企业选出一些与本专业相关的课题以及近两年化工设计大赛的课题,让学生自动组成4~5人的小团队;(2)专业学习:上专业课的老师或工程师把握好主要的授课内容,然后将大部分时间留给学生,让他们针对自己的课题与本课程相关的知识点进行思考、提整理问、讨论;(3)阶段性测试:上完某些知识点后,老师或者企业工程师根据学生所做的课题和所学的专业知识进行评价,其中主要包括面试、答辩、自我评价、团队合作能力等方面;(4)中期成绩总结:这次总结是比较重要的,一般在大三上学期结束后,包括阶段性测试的成绩、平时的表现、专家化工设计大赛作品的评价、企业对学生课题的反馈等进行中期总结,由学校老师和企业专家对学生现阶段的学习进行方法论指导,提出下学期的目标;(5)最后专业课成绩评定:最后专业课成绩进行A、B、C、D四个等级进行划分,其中阶段性测试占40%、中期成绩总结10%、企业专家评价10%、课题完成情况10%、专业综合能力20%、化工设计大赛10%。目前,整个评价体系尚在完善中。
1 什么是化学工程
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(如石油炼制工业、冶金工业、食品工业、印染工业等)生产过程中有关化学过程与物理过程的一般原理和规律,并应用这些规律来解决过程及装置的开发、设计、操作及优化问题的工程技术学科。
化学工程通常应用数理化的基础理论,通过各种各样的实验,在最适化与合理生产量的情况下,充分考虑工业生产中的“放大效应”,并与化学工艺相配合,安排出经济而有效的程序,最终解决工业生产中遇到的问题,化学工程对于我们现在的生活已经有了极大的作用,因此研究化学工程迫在眉睫。
2 化学工程所涵盖的领域
由于化学工程是研究工业生产的化学和物理过程原理的学科,而在传统的工业生产,如矿石冶炼、燃料燃烧,石灰烧制中,往往都伴随着物质分解等化学过程和能量流动等物理过程的同时发生,因此化学工程所涵盖的领域是相当广泛的。它不仅包括矿石冶炼,食品加工,纸张制造等传统的化工产业,还包括生物制药,纳米技术等尖端新型化工产业[2]。这些行业中生产、制造、研究出的产品是我们无法缺少的,因此,可以说化学工程已经与我们的生活密不可分了。
3 化学工程与日常生活的联系
随着化学技术的不断发展,相应的化学工程也逐渐全面地渗透到我们的生活中,从平常的衣食住行中就可以看出化学与我们联系的密切性。
20世纪40年代,合成纤维工业开始起步,锦纶、腈纶、涤纶等陆续投入工业生产并快速发展起来。此后纺织工业的原料完全依赖农牧业的情况开始发生了改变[3]。合成纤维不仅可以用于生产服装、渔网、绳索等生活用品,还可以生产工业用织物、隔音、隔热、电气绝缘材料等,医疗用布、外科缝合线、止血棉、人造器官等医疗用品,它作为重要的纺织纤维,其地位已经超过天然纤维,广泛的应用于服装行业为主的各个行业中,保证了人们的对“衣”的需求。而橡胶合成和皮革加工行业则为几十亿人提供了日常所需的鞋子。
说到“食”,现今社会中,在这个“食”里充斥着的化学产品太多了,这些化学产品中有好的,也有很多具有副作用的,我们要选择性的发展。它们的技术产品革新,特别是合成氨技术的出现大大的提高了世界粮食的产量,保证是数以亿计的人的“吃饭”问题。这已足以说明化学工程在我们日常生活中重要的地位和作用。而日日与我们相伴的调味品,甚至食品添加剂、防腐剂在赋予了食物美味的同时,也保证了他们的新鲜,他们都是通过化学方法所制的,这些也是化学工程对生活的贡献。
在“住”方面,我们盖房所需的钢筋水泥、玻璃门窗,装修所需的油漆石膏、地砖马赛克,日常所需的锅碗瓢盆、肥皂化妆品都是以化学物理原理为基础,通过工业生产而成的典型的化学工程产品。正是这些炼制钢铁、烧制玻璃、配制油漆洗发水等化工工艺的不断提高,才保证了我们“住”的质量的巨大飞跃。
“千里之行,始于足下”,日常行走离不开我们的双脚和脚下的鞋,而说到鞋就不得不提我们前面说到的它对橡胶和皮革制造产业的依赖。当然,现代人在“行”方面更多的会选择自行车或汽车这种相对更加便捷的交通工具,制造它们必不可少的便是钢铁、塑料、皮革、橡胶这些化学工程相关产品。而汽车想要行驶起来,离不开铺设柏油路的沥青和各种汽油、柴油、添加剂、油,这些都是石油化工的主要产物。所以说,我们的日常交通离不开化学工程的功劳。
谈到国防航天事业,虽说是国家大事,但也是与我们每个人都息息相关的事情,航母的下海,飞船的上天,这已不仅仅是关乎民族自豪感了,而是关乎我们整个国家全体国民的安全和利益的事情。但是想要把他们造出来却绝非易事,在太空中或极端恶劣的作战条件下,一般的钢铁材料往往承受不了环境带来的巨大伤害同时较大的自重更会影响其关键时刻的机动性。高分子材料、纳米技术等先进的化学工程技术的出现则较好的解决了这一难题[4]。这使其不仅具有抗高温、抗创击能力,又保持了自身的灵活性,极大的推进了我国国防航天事业的发展与进步,保证了国家的国泰民安。
当然,化学工程对我们日常生活的贡献还远远不只这些,生物制药技术帮助人们治疗病患,造纸厂满足人民生活学习中对纸张的需求,印染工业则给人们带来一个多姿多彩的世界……
但是化学工业在给人们带来无限的“福利”的同时,也对人类造成了一些不小的危害[5]。众所周知,化工产业一直就是工业部门中的污染大户,且较难治理,这给生态环境带来了很大的威胁,并危害着人们的身体健康。同时,化学工程的高物耗、高能耗也在慢慢竭尽着地球上有限的资源,违背着人类的可持续发展战略。
1.1多方收集信息,做好人才培养计划的基础性工作
专业培养计划是全面贯彻党和国家教育方针,全面提高教学质量的重要保证,是组织教学过程的重要依据,是构建学生知识体系的关键。培养计划的确定要经过反复推敲、多次修改,要既有助于实现学校的奋斗目标、有助于融入和推动安徽省经济社会发展,又有助于培养具有竞争力的应用型人才。由此,我们注重以下基础性工作。(1)通过网络、杂志、报刊、书籍等各种方式查询专业发展动态,初步构建了专业培养计划与教学大纲的框架。(2)通过各种方式搜集多所高校的本专业教学计划并进行了反复学习和研究,同时选派教师分别前往华东理工大学、北京化工大学、郑州大学、南京工业大学、合肥工业大学等高校进行专项调研,博采众长,拟定了本专业人才培养计划初步方案。(3)设计了面向用人单位的“学生知识结构等系列问题”调查表,了解到用人单位强调工程实践类及应用类知识的强化,对新兴技术知识有迫切的需要,对外语的应用能力也较为关注。(4)多次参加高等学校化学工程与工艺专业教学指导委员会组织的研讨会,认真学习“普通高等学校本科‘化学工程与工艺专业’专业规范”(征求意见稿),充分吸取诸多专家、学者的经验与提议。(5)建立毕业生信息库,跟踪实时信息,为未来进一步的人才培养计划的修订做好准备。
1.2专业定位与培养目标确定
安徽建筑工业学院是省属高校,本科毕业生的就业趋向是面向安徽,服务长三角及周边地区。根据社会的需要,学院的化学工程与工艺专业培养的是工程技术型人才。即,注重体现为地方经济建设服务,培养“知识宽厚、适应性强”、“下得去、留得住,用得上”的高级应用型人才。
2多方位、多渠道加强新办专业教师队伍建设
教师是教学活动的主导者,是构成教学活动的诸多要素中的核心要素之一,因此,师资队伍建设是高等院校教学建设的核心内容。对于高校新办专业,一方面,由于开设时间短,建设时间短,教学条件较老专业薄弱许多,特别是师资力量薄弱尤为突出;另一方面,新办专业大多是目前就业市场紧俏的专业,师资队伍的建设是新办专业建设的重点也是难点。我校化工专业新办专业的师资队伍建设一方面加大引进力度,引入高水平的学科带头人,稳定现有教师队伍;一方面,从社会挖掘资源形成兼职教师队伍。即采用多方位、多渠道加强新办专业教师队伍建设的途径。
2.1加大教师引进力度稳定和培养现有教师
新办专业教师部分由原来一些老专业转调,高职称、高学历教师多,但属于新专业毕业的“科班出身”少。不是本专业毕业的教师,在担任新专业课程的教学时,专业课程教学经验缺乏,尤其是实践性教学环节,感到专业经验不足,实践知识缺乏,甚至在组织教学上感到生疏。这些情况致使新专业整体学术水平不高,缺乏学科专业带头人,缺乏高水平实验人员。引进人才无疑是解决新专业建设师资的捷径。在新办专业师资队伍建设上,我校有较大的引进力度,制定各种优惠条件吸引高学历、高职称、有教学经验的专业人士充实新专业师资队伍。比如,在化工专业新办初期,我校先后从研究院、其他高校引进多位高学历、高职称、专业对口、经验丰富的学科带头人和专业主干课程老师;另外,在应届毕业生中,通过多方联络和政策宣传,先后引进多位化学工程专业“科班出生”的硕士生、博士生加入教师行列。当然,在重视引进的同时,我校也积极创造条件稳定已有的教师队伍,鼓励青年教师通过学历教育和各种非学历教育、学术交流活动提高素质和改善师资队伍结构。
2.2挖掘社会教育资源,形成“专职为主、兼职为辅、专兼结合”的师资队伍
化学工程与工艺专业是目前就业市场紧俏的专业,社会专业人才稀缺,地方普通高校在人才引进方面的竞争力又远不及重点院校和效益较高的企事业单位。所以,吸引优秀的化学工程与工艺专业科班毕业生,尤其是硕士以上的高学历人才,对于地方普通高校来说,有些“先天不足”。但通过“后天努力”可以达到同样的效果。我校在加大力度引进人才,稳定和提高现有的师资队伍的同时,创造条件,挖掘社会的教育资源,聘请化工设计院、化工研究院、煤炭研究院的学者专家作为兼职的教师,除了做学术报告外,还承担了对工程实践性有一定要求的教学工作,如“化工设计”、“生产实习”、“毕业设计”等。这支兼职教师队伍不仅能在一定程度上缓解师资的压力,更重要的是强化和提高了化学工程与工艺专业的工程实践性,给高校的教学工作注入了活力,并在推动“产学研合作”、“开放办学”和“专业特色”等方面具有不可估量的意义。因此,“专职为主,兼职为辅,专兼结合”不失为加强新办专业师资队伍建设的一举多得的有效途径,特别是对工程实践性要求高的专业。
3以提高教学质量为抓手,重视新办专业内涵建设
3.1课程体系和教学方法改革
通过广泛的考察和调研,以“普通高等学校本科‘化学工程与工艺专业’专业规范”为依据,结合安徽省富产煤炭的具体情况,确定了我校化学工程与工艺专业新专业的课程体系、主干课程、主要课程、专业方向、选修课的开设、课程的教学内容、理论学时、实验学时、系列课程及各课程间教学内容的衔接等等,突出了专业定位与专业特色,因材施教;减少必修课,增加选修课,扩展学生自由获取知识的空间;及时修订教学大纲,并根据新的教学大纲编写授课计划和教案,切实保证改革成果转化为教学实践,促进教学质量的提高。教师在教学实践中,坚持“以学生为主体”,积极探索适合本课程特点的讨论教学法、案例教学法、专题教学法、现场教学法等形式多样的教学方法,增强课程的吸引力,激发学生的学习兴趣,提高教学效果;教师在课程考核方式方法上,通过“小测验+期末考试”、“考试+课程论文”、“理论考试+实验实践考核”、“笔试+口试”等灵活多样的考核方式方法进行教学,促进教学方法与手段的改革。
3.2教学文件资料逐步完善
新办专业的建设是一个长期的过程,其教学内容的安排必须经过反复研讨与推敲,教材的选用和教学文件,如课程教学大纲、实验指导书、实纲及实验指导书书(讲义)等教学文件,辅助教学软件、配套的教学参考资料、习题集,课程设计参考资料,等提前规划。我们的做法是通过校级教学改立项研究,围绕新专业培养目标、培养规格、培养模式开展对课程体系、教学内容的理论研究与实践探索。保证开课有教材,设计有手册,实践有内容。
3.3重视专业教学实践体系的建设
化学工程与工艺专业是实践性强的专业,为提高学生的实践能力,本专业必须加强实践性环节的教学。本专业实践体系有:实验、实习、设计、毕业设计(论文)。实验包括化学基础实验与单元操作实验和专业实验。化学基础实验依托化学实验中心开设,单元操作实验和化工专业实验是化学工程与工艺专业区别于其它专业而特有的实践环节。为此,化工系经过反复论证,从实验项目的选择、实验形式的确立、实验设施的购置等各个方面进行了详细的规划和研究,完成了流体力学实验、传热实验、吸收、精馏、萃取、干燥等化工单元操作实验的开设;专业实验完成一些专业课程实验,如化学反应工程、化工热力学、化工工艺学、化工分离工程等课程实验的开设。并且对实验教学内容进行了充实和改革,综合性、研究设计性实验的有较大的比例。这些实验内容与专业培养计划目标相吻合。实习包括认识实习、生产实习和毕业实习。稳定的实习基地是实践性教学环节的基本前提和保证。为提高实习教学效果,我们采用了校内外相结合的实习形式。如,采用计算机仿真实习+现场实习。我校从东方仿真购置了一套大型的合成氨仿真软件,形象逼真地反映合成氨各个工段的生产情况。利用该软件,先在学校模拟生产现场,对生产过程有了认识以后,带着问题,再到工厂的生产车间现场参观实习。计算机仿真实习,训练学生在生产操作条件改变情况下,进行调节、控制与决策的能力,以补充一般实习难以达到的训练内容和目的,加深对实际生产过程的认识与理解,力求使学生将所学知识联系实际,培养学生的工程实践能力。此外,还有其他形式的实习,如,学生自己联系实习单位实习;组织学生到工厂实习。化工设计在化工高等工程教育中具有重要的地位和作用。通过化工设计,对学生进行现代工程设计思想和设计方法的教育,使学生了解化工设计的基本内容、设计程序和方法,培养学生树立经济、安全、环境保护与可持续发展等观点和创新意识,培养学生利用计算机辅助设计(CAD)等手段进行化工设计的能力,从而培养学生综合应用各方面的知识与技能解决工程问题的能力。我校化学工程与工艺专业学生的设计能力通过课程设计和毕业设计得到训练,开设的实践环节有化工原理课程设计、化工设备课程设计、化工设计课程设计、毕业设计等,体现了化工单元设备设计和过程设计能力以及综合运用所学知识的能力。
实验开放性是指将实验室为实验教学,相关设备可以向实验对象进行开放。在无机化学实验中,采用开放式实验方法,不仅能解决教学中出现的问题,更有助于激发学生的学习兴趣。以下将对开放性无机化学实验的优势进行系统的分析。
1.激发学生的学习兴趣通过实验的方法,可以引导学生深入到实践中来,实验教学能改进学生的思维方法,端正学生的学习态度,进而培养学生的创新能力。在教学过程中,教与学需要有机结合在一起,开放性教学能让学生认识到不同实验的操作方法,在实践中理解化学知识。
2.提升学生的实践能力实践能力是每个学生都必须掌握的,实验室开放不但能提升实验室的利用率,而且能充分调动学生学习的积极性和主动性,逐渐培养应用型人才。学生有更多的机会进入实验室,熟悉仪器操作规范,规划实验的操作,提升实验课的教学效果。
二、化学工程与工艺专业无机化学实验室开放的基本设置
化学工程与工艺专业对学生自主实验及独立学习的要求比较高,在实践中需要结合教材知识,重新审视自己学过的知识,在实践中强化对知识的理解。以下将对实验室开放的基本设置进行系统的分析。
1.制定科学合理的实验教学计划为了满足教学机制的需要,必须根据实际需要明确化学工程与工艺专业实验教学目标,根据教材内容拟定教学计划。必要时可以和化工类企业负责人共同商讨化学工程与工艺专业人才培养方案,让学生的知识和技能与社会需求接轨,让学生系统掌握化工专业实验的基本知识。在离心泵性能测试的学习中,可以将其和管道流体阻力及传热系数结合在一起,将三个实验进行整合,将3套装置串联起来,作为一个工艺流程进行思考。在实验过程中涉及到泵的启动、流量调节、管道阻塞及温度控制等方面,需要操作者掌握操作系数的调控方式,对仪表、阀门及管件的应用原理进行分析。在实验操作过程中,制定实际操作步骤确定下一步计划,加深单元操作在实际学习中地位作用的认识,进而锻炼学生解决实际问题的能力。
2.优化实验教学体系实验教学内容不是一成不变的,需要根据实际情况适应社会发展需要,及时更新和丰富实验教学的内容,必要时进行适当的改革。各项教学体系的制定,都需要以提升学生的综合实践能力为基本,构建以实验基本操作和技能为基础的综合性实践平台。在实验中学到《气体的制备、净化、干燥和收集》需要提前制定综合性方案。在操作过程中,需要明确反应物的状态及反映条件,在固体和固体反应时,需要及时进行加热。当固体和液体发生反应时,需要在常温情况下。收集装置主要有三种方法,分别是排水集气法、向上排空气法、向下排空气法。在实验操作过程中,可以以激发学生的创新能力为基础,让学生根据实验操作步骤和环节,运用自己学过的知识,理解实验教学的目的,自主进行设计,通过创新性训练,进而培养学生自主实验的能力和水平。
3.建立客观公正的实验教学评价体系实验教学是检验学生学习能力的关键,在化学工程与工艺专业无机化学实验教学中,当学生实验操作结束后,老师需要根据实际情况,进行适当的评价和总结。结合实验结果和学生操作水平,对学生的学习行为进行恰当的评估。在《二氧化碳相对分子质量的测定》实验教学中,需要选择合适的胶塞塞住干燥的雏形瓶的瓶口,在胶塞上做记号,称取重量后做好标记。将启普发生器导出的CO2装入锥形瓶的瓶底。待满后,缓慢的取出导气管。用胶塞做好标记,进行称量。此时体积公式为G2=容器质量+mco2,其次往锥形瓶中加满水,塞好瓶塞,记下温度T和大气压力值p。在操作过程中根据学生的实际表现,进行适当的表扬。实验课程是理论联系实际的操作环节,主要是通过实践操作掌握基本知识和基本技能,最终获得所学的实验知识和解决问题的能力。实验课证明每个实验项目都要达到整体教学的目的。实验课很难通过课程结束后的一次考试得出结果,需要多进行实验探究,建立科学、客观、公正合理的指标管理体系,严格按照指标管理体系进行操作。从学生的角度出发,根据学生的实验结果,对化学工程与工艺相关内容的了解度进行充分的概括。
三、结束语
关键词:能源化学工程专业;课程设置;专业建设
引言
我国“十三五”能源规划进一步突出了深化能源体制改革、增强能源科技创新能力、大力拓展能源国际合作、清洁高效开发利用煤炭、增强国内油气供应能力、建立能源可持续发展的政策标准体系等重点。随着社会经济的快速发展,能源消耗和环境污染的矛盾日益突出,解决这对矛盾已成为了关乎国家发展和安全的战略性问题。根据我国现阶段经济发展还主要依靠资源消耗的特殊性,2011年教育部新增了能源化学工程专业,各高校也陆续从2011年开始开设能源化学工程专业。该专业是国家战略性新兴产业相关本科专业,以开展化石资源优化利用为基础研究,面向可再生能源技术、低碳经济、清洁煤技术等领域的人才需求,重点解决高效催化剂研制及其产业化等重大问题;其主要关注怎么利用能源且对大自然造成最少的伤害[1-4]。我国专门解决能源与环境矛盾问题的相关专业开设较晚,能源化学工程专业的建设还处于起步阶段[4-6],因此,如何建设该专业课程体系,使其有助于达到人才培养效果,是能源化学工程专业教学过程中必须思考的问题[6,7]。西南科技大学于2012年开始筹建能源化学工程本科专业,通过充分的前期调研、在强大的硬件设施和师资力量的支持下于2013年获批,目标为培养厚基础、高素质、强能力,具有创新潜能和协作精神的高级应用型专门人才,培养学生扎实的化学化工基础知识和能源化学工程专业知识,使学生能够适应涉及化学、化工和新能源化学工程等领域的广泛需求。毕业生可在锂离子电池、碱性电池、燃料电池、太阳能电池等领域从事工艺设计、生产控制、科技管理以及新技术、新材料、新产品的开发与研究工作。文章通过总结西南科技大学3年来在能源化学工程专业核心课程建设方面的经验和积累,对该专业课程的建设进行探讨。
一、西南科技大学能源化学工程专业现有核心课程设置与建设情况
今年,我校能源化学工程专业在校本科生已达120余人,为达该专业培养目标,学生毕业总共需修满170学分,其中专业课程需修满86学分,占50.6%。根据专业建设培养目标和专业教师的知识背景,设置的现有专业课程可分为四个板块,即化学基础课程、电化学课程、分析测试课程和实践课程(见图1)。这样设置的依据在于能源化学工程专业涉及多学科交叉的课程,仅靠某一个学科知识很难培养出适合新形势发展需求的专门型人才。其中化学基础课程涵盖了有机化学、物理化学、无机化学、分析化学、化工原理、化学反应工程、工程制图(化学工程)、化工热力学、工业催化基础、化工安全工程化学等基础课程;电化学课程涵盖了电化学原理、能源材料基础、化学电源设计、应用电化学、太阳能电池概论、动力电池原理及应用、燃料电池技术等课程;分析测试课程包括材料分析与测试方法、仪器分析、电化学测试技术、材料分析与测试方法;实践课程涵盖了电化学基础实验(电化学原理实验、电化学测试技术实验)、化学电源设计与应用实验(化学电源设计实验)和能源化学工程实践(能源化学工程综合设计实验A、能源化学工程专业认识实习、能源化学工程专业毕业实习)等实践课程。我校课程的设置有如下优点:
(1)通过化学基础课程的学习,尤其是通过化学、物理、化工原理、化工催化等基础课程的系统学习,能够夯实学科基础,具备多学科知识交叉的背景
(2)完成化学基础课程群的学习之后,学生紧接着进入与电化学及电化学测试技术有关课程的学习,这样设置有利于学生较好地理解和掌握所学习的知识。此外,学生可在此基础上根据自己的兴趣选择相应的侧重新能源材料某一个方向的选修课,巩固所修的专业知识,成为某一个方向上的专门人才。
(3)对一些重要的基础课,如无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、仪器分析、材料分析与测试方法等,都分别单独或者在课程学习中开设有实验课,有利于学生学以致用,加强了学生实践能力的培养。
(4)学生的实践课程合理而丰富。电化学原理实验、电化学测试技术实验、化学电源设计实验、能源化学工程综合设计实验的内容让学生掌握和学习从电化学基础实验到锂离子电池、超级电容器等器件从材料至成品的制作工程应用知识。此外,我校学生可在四川长虹新能源科技有限公司、四川长虹电源有限责任公司、四川久远环通电源有限责任公司等公司完成工程实践,体现了我校对学生第二课堂建设的重视。
二、存在的主要问题和建议
经过近三年的建设,我们发现在专业课程设置上仍存在不足之处,在21世纪及目前新形势下其课程建设还应注意以下问题。
(1)当前的体系过于偏重化学基础课程,轻材料科学基础学科课程,如固体物理、半导体物理或材料科学基础等以材料结构与性能之间关系的基础课程没有开设,不利于学生掌握相关器件材料的合成及其使用性能。
(2)在煤化工、石油化工及其绿色合成、污染控制与防治等可选修的基础课程上应完善。能源化学工程专业开设的最初目的是以化石资源优化利用为基础研究,解决能源与环境污染的重大问题。煤化工、石油化工在当今我国国民经济中还有重要地位,因此,课程设置在煤化工、石油化工及其绿色合成等选修课程上还应加强。这些课程可供学生学习专业基础课程后选修,拓宽培养人才的知识面和技能。
(3)创新意识和科学素养培养不足。创新意识和科学素养来源于对基础知识的扎实掌握及对行业的全面和前瞻性了解,当前课程还存在容量不够大、涵盖面不足、供学生选择的课程还不够丰富,需要在今后的建设中继续完善。其次,学生工程实践机会和场地还有待进一步挖掘和拓展,加强与更多的国内乃至国外知名公司合作更佳。因此建议能源化学工程专业在今后在发展中要不断完善专业课程的设置,进一步扩大课程体系容量。
三、结束语
能源化学工程专业课程的建设直接关系到培养出的专业人才质量以及人才专业素质能否满足社会需求,在当前国家和地方急需能源化学工程专业技术人才的大背景下,完善该专业课程的建设尤为重要。西南科技大学经过3年的建设,取得了一定的成果,但也应该看到专业课程的建设还需要进一步完善。希望文章对能源化学工程专业课程建设的阐述能为国内开设该专业的相关兄弟院校有借鉴和启迪作用,也希望有更多的研究工作能集中在能源化学工程专业课程的建设上,加快其完善的步伐。
参考文献
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关键词:卓越工程师;农产品化学与生物加工;特色学科;培养定位;培养机制;教学体系
国内外农产品深加工行业正从初级加工向精深加工发展,从学科交叉较少向化学化工和生物工程等多学科交叉协同方向发展,需要先进的化学工程与技术应用于农产品深加工,这对学科发展和人才培养提出了更高要求。农产品加工业是美、法等发达国家规模最大的制造业之一,也是我国制造业的中流砥柱。
作为“卓越工程师教育培养计划”实施单位,浙江科技学院生物与化学工程学院依托浙江省将农产品深加工作为主导产业的战略发展规划以及浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室平台,重点培育和发展了农产品化学加工技术和工艺、农产品生物加工技术和工艺、农产品加工过程工程3个特色方向。并率先提出和培育了“农产品化学与生物加工”特色学科方向,为农产品化学与生物加工这一新兴产业培养卓越工程师。
一、特色学科方向及培养定位
农产品深加工属于浙江省主导产业和浙江省提出的“十一五”重点扶植的国民经济影响面最大的九大行业之一。为适应社会需求,专业学科发展要为农产品化学与生物加工培养大批的企业需要之才、行业精英之才、国家栋梁之才。
1.“农产品化学与生物加工”特色学科方向。农产品深加工特别是发展农产品化学与生物加工产业已成为国际上生物经济发展的热点,发展迅猛。“农产品化学与生物加工”是以农副产品资源为原料(包括农产品初级原料、农产品加工副产物、农林废弃物等),替代日益稀缺的矿物质资源,通过化学转化、生物转化和过程化学技术等手段,培育生物源绿色化学品与医药原辅料、生物源食品添加剂与配料、生物源功能保健食品等。其学科特色方向体系构成如图1所示。
图1 学科特色方向体系构成
2.“农产品化学与生物加工”卓越工程师培养定位。特色学科的培养目标是农产品化学与生物加工领域一线应用型卓越工程师,具有化学工程、工艺、设计、学科交叉等方面的基本知识,具有从事生产、研发、检测及管理等方面工作的基本能力,服务先进制造业和生态高值农业,为浙江省和全国农产品化学与生物加工等新兴产业培养紧缺的、创新性的“农产品化学与生物加工”卓越工程师。
二、“农产品化学与生物加工”卓越工程师培养机制
通过校企合作、利用应用型工科的社会服务所获得的资源以及国际合作开放办学,为卓越工程师培养服务。
1.建立以服务为导向的校企合作。通过服务企业、服务行业、服务地方经济建设,构建校企合作载体。利用校企合作开放办学,产学研用紧密结合,加强学生实践基地建设,将实践教学的部分内容搬入企业实施。采用校内教师与企业工程师联合指导的方式,双方共同制订实践教学计划和教学大纲,共同管理学生,使学生在企业一线学习锻炼,和企业零距离接触,了解和掌握化学工程与工艺生产过程、生产设备、生产管理等方面的知识。
2.柔性引进企业工程师共同进行科技开发。通过产学研合作开放办学,邀请海内外“资深工程师、科技型企业家”作为兼职/客座教授走进校园,利用他们丰富的工程、工艺实践案例,组织课程与实践教学,加深对理论课程的理解。以重点实验室、科技创新团队等为主体,强化产学研合作,共同承担国家、省部级等各级科研项目,实现科研成果产业化应用,提升企业持续科技创新能力,从而实现校企互惠共赢。
3.创建国际合作机制。我校和德国艾姆登·里尔应用科学大学、德国汉诺威应用科学大学、德国纽伦堡应用科学大学等德国高校签约构建了合作研究载体——中德ZEHN联合研究院,并邀请了法国国家科研中心、德国艾姆登·里尔应用科学大学、德国汉诺威应用科学大学、德国纽伦堡应用科学大学、美国普渡大学、英国利兹大学、美国Hilmar公司、美国Proliant Meat Ingredients公司的知名教授、公司首席科学家等进行学术讲座和交流,开阔学生国际视野。
三、“农产品化学与生物加工”卓越工程师培养的教学体系改革
1.突出专业实训,强化实践技能。强化理论教学和实践教学并重,在实践教学环节课程体系上进行了改革,努力构建以课内实践为主且课内课外结合、以能力为本的开放性创新实践教学体系,强化企业一线工程、工艺和设计方面内容。通过产学合作项目,在基于项目学习中实现学生获取知识(自学)、共享知识(团队工作)、应用知识(解决问题)、总结知识(创新)和传播知识(沟通)能力的全方位训练。创新实践教学体系如图2所示。
图2 创新实践教学体系
(1)基础课程引入专业导向。包括由各专业教师承担部分基础课程教学任务、在基础教学过程中逐步引入专业内容,率先在新生第一学期开设专业导论、新生了解实习等课程环节等,积极引导低年级学生的专业兴趣。
(2)专业课程强化工艺、工程和工程设计导向。培养工艺、工程、设计和学科交叉方面的基本知识,培养生产、研发和检测方面的基本能力。加强工艺、工程及工程设计类课程教学内容,并由有工程和设计背景的教师任教。
(3)实践课程强化大工程概念。将优势工程学科研项目和成果如国家级产学合作科研、浙江省重大科技攻关等项目融入教学,教研互动,反哺强教。激发学生兴趣,培养具有国际化视野、创新思维、企业家精神的卓越工程师素养。
2.案例引导,突出工程项目。将国家科技支撑项目、国家级产学合作科研项目、教育部重点项目、浙江省重大科技攻关专项项目、浙江省重点科技计划项目等产学合作项目作为案例引入课堂教学,既优化了课堂教学内容,又启发了学生的创新思维。将一些典型的工程案例充实课堂,使理论知识迅速接轨工程案例,加深对理论知识的理解。在课程中挑出一些章节让学生自学自讲,教师引导进行课堂讨论,培养学生自学能力、表达能力和思维创新能力。通过企业现场教学,使学生了解现场生产过程,体验岗位工作环境,增强感性认识,加深对基本理论和基本技能的理解。产学合作同时也丰富了教学方法与手段。
3.校企结合,资深工程师指导准工程师。在企业阶段,企业背景教师和企业资深工程师共同指导,学生面对鲜活、实际的项目个案,结合受训知识有针对性地进行项目个案调研,撰写调研报告,通过小组讨论和资深工程师点评,对报告进行分析研究,同时进行在岗实践,使学生能充分理解现实,有真实感。利用产学研合作开放办学,邀请科技型企业家、资深工程师传道准工程师,利用他们丰富的工程、工艺实践经验,组织课程与实践教学,加深学生对理论课程的理解,培养卓越工程师的企业家精神与集成创新能力。
我校作为培养应用型人才的本科院校,农产品化学与生物加工学科方向获批教育部“卓越工程师教育培养计划”首批试点。通过突出学科特色、工程实训,将所依托的行业对应用型工程师知识结构、实践能力和行业素质的要求,融入课程和实践教学环节,将学生工程意识、工程素质、工程实践能力以及企业经营素养的相关课程纳入培养方案中。引进、消化、吸收国外应用科技大学培养应用型工程师的具体方案,深化校企合作共建卓越工程师培养平台,注重学科建设与专业建设之间的良性互动,强化学科对于专业的拉动、支撑作用以及专业建设的学科指向,使学科建设与人才培养紧密联系起来。
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