面向創(chuàng)新型大工程觀人才培養(yǎng)的多元化化工實踐平臺的構(gòu)建

周愛東，李 磊，周 政，趙 蕾，楊紅曉

（1.南京大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.南京師范大學(xué) 分析測試中心，江蘇 南京 210046）

工程教育萌芽于歐洲，早期工程教育起源于實科教育或?qū)？平逃９こ探逃苿蛹夹g(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命，同時推動社會發(fā)生深刻變革及自身的深化發(fā)展。

1 大工程觀教育的核心思想

目前，歐洲工程教育中普遍將工程項目結(jié)合到教學(xué)中的做法，對于培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力頗見成效。在完成項目的過程中，將課堂、書本上學(xué)到的理性知識與實習(xí)中的感性經(jīng)驗相互補充、相互結(jié)合，學(xué)生的溝通交流能力和共同協(xié)作精神也得到了鍛煉和培養(yǎng)。1994年美國麻省理工學(xué)院（MIT）工學(xué)院院長喬爾·莫西斯首先提出大工程觀，大工程觀教育的理念就是要建立具有大工程觀、大系統(tǒng)觀、大集成觀的工程教育體系。自MIT提出回歸工程以來，大工程觀越來越為工程教育界所認(rèn)可，美國工程教育界掀起了回歸工程浪潮［1］。

在我國2006年教育部戰(zhàn)略研究重大專項課題“面向創(chuàng)新型國家建設(shè)的中國工程教育改革”研討會提出：要使課程設(shè)置從單一的“工程專業(yè)課程”傳授轉(zhuǎn)變?yōu)椤按蠊こ逃^、大系統(tǒng)觀”為指導(dǎo)的課程架構(gòu)體系，凸顯出工程教育的一種回歸，回歸到工程實際服務(wù)的素質(zhì)要求。

大工程觀的核心思想就是思維整體性與實踐可行性的統(tǒng)一，以及工程與科學(xué)、藝術(shù)、管理、經(jīng)濟、環(huán)境、文化的融合［2］。大工程觀理所當(dāng)然地成為指導(dǎo)培養(yǎng)未來行業(yè)精英、行業(yè)領(lǐng)袖的高等工程教育的指南。

2 當(dāng)前我國化學(xué)工程教育存在的問題

化學(xué)工業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，影響著國民經(jīng)濟的整體發(fā)展及人類社會的長遠(yuǎn)發(fā)展。我國化學(xué)工程教育經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，為國家輸送了大量的建設(shè)人才。一段時間以來，理科化工、化學(xué)教育走上了學(xué)科化、學(xué)術(shù)化道路，使理論與工程實踐聯(lián)系不夠緊密，僅具有狹窄的技術(shù)知識背景的學(xué)生難以掌握現(xiàn)代化學(xué)工程技術(shù)。建設(shè)創(chuàng)新型國家，需要大力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。目前，我國還不是化學(xué)工程教育強國，尚不能充分提供符合社會、經(jīng)濟發(fā)展的合格工程人才。問題集中在：

（1）由于傳統(tǒng)實踐教學(xué)體系的主線不是“科學(xué)研究能力”的培養(yǎng)，因而缺少科學(xué)研究訓(xùn)練的有效辦法和可靠的保證；

（2）定位不準(zhǔn)確，對學(xué)生理論培養(yǎng)往往教條化，實踐環(huán)節(jié)薄弱，科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力得不到有效提高，學(xué)科專業(yè)設(shè)置過窄，人文教育薄弱，學(xué)生綜合素質(zhì)得不到有效提升；

（3）由于化工行業(yè)的特殊性，化工類專業(yè)學(xué)生實習(xí)難，到企業(yè)實習(xí)只能看，不能動手操作，實習(xí)效果不佳；

（4）實踐教學(xué)體系沒有完全將課程實驗、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和課外科技活動等有機結(jié)合，脫離社會需求，實踐教學(xué)不能準(zhǔn)確反映當(dāng)前化工學(xué)科實際和最新發(fā)展動態(tài)，理論與實踐脫節(jié)，很少拓展到創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)。

化學(xué)工業(yè)人才的大工程觀意識、工程素質(zhì)和實踐能力［3］將會直接影響化學(xué)工業(yè)的未來發(fā)展。這些問題的存在，勢必影響我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展，同時也制約化學(xué)高等工程教育的可持續(xù)發(fā)展。

3 構(gòu)建多元化化工實踐平臺的背景

目前世界各國的高等教育都非常重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，大學(xué)生科研項目是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的一個平臺。1969年 MIT首倡的 Undergraduate Research Opportunities Program（簡稱UROP，本科研究機會計劃）作為一種有效嘗試，經(jīng)過40多年的發(fā)展與變革已成為世界諸多知名高校普遍效仿的做法［4］。

國家發(fā)展戰(zhàn)略的核心、提高綜合國力的關(guān)鍵是提高自主創(chuàng)新能力。建設(shè)創(chuàng)新型國家，需要大力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。2009年南京大學(xué)在國內(nèi)率先全面實施“三三制”人才培養(yǎng)模式，即建立“大類培養(yǎng)、專業(yè)培養(yǎng)、多元培養(yǎng)”3個培養(yǎng)階段和“專業(yè)學(xué)術(shù)類、交叉復(fù)合類、就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”3條發(fā)展路徑，拓寬學(xué)生的知識面，為學(xué)生提供個性化發(fā)展空間，促進(jìn)學(xué)生個性化成才和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

培育大工程觀人才是化工學(xué)科教育發(fā)展的必然趨勢，是培養(yǎng)具有較強的工程實踐能力和較高人文綜合素質(zhì)的復(fù)合型人才的客觀要求。此背景下，將化工仿真實訓(xùn)、科研素養(yǎng)訓(xùn)練引入到化工實踐，把工程教育從過去重視工程科學(xué)轉(zhuǎn)變到更多地重視工程系統(tǒng)及其背景上來，拓展化工仿真實訓(xùn)內(nèi)涵，改變現(xiàn)場參觀這一傳統(tǒng)化工實踐教學(xué)模式為“仿真實訓(xùn) ＋ 現(xiàn)場實習(xí) ＋ 科研素養(yǎng)訓(xùn)練”的新模式，構(gòu)建多元化化工實踐平臺，樹立大工程觀，回歸工程實踐，培育大工程觀背景下具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)未來化工行業(yè)精英、領(lǐng)袖。

4 構(gòu)建多元化化工實踐平臺的實踐

4.1 化工仿真實訓(xùn)教學(xué)

大工程觀背景下，全流程級化工仿真實訓(xùn)采用DCS系統(tǒng)（與大型化工企業(yè)的控制系統(tǒng)相同）仿真智能化，由于模型復(fù)雜、工藝系統(tǒng)龐大，課堂教學(xué)存在一定難度，這部分流程級化工仿真實訓(xùn)采用開放式教學(xué)方法。

開放式化工仿真實訓(xùn)教學(xué)可改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，讓學(xué)習(xí)不受實驗室、學(xué)時和實驗項目的限制。通過對全流程級化工仿真（如：石油煉制常減壓蒸餾系統(tǒng)）流程的深入剖析、工藝與設(shè)備的介紹，使學(xué)生建立典型工業(yè)過程的背景知識，包括工藝流程、設(shè)備、控制方案、操作參數(shù)等，透徹了解生產(chǎn)工藝流程的組織原則、設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物料流動狀態(tài)及作用原理、工藝條件的控制手段等更深入的內(nèi)容，逼真地顯現(xiàn)出真實生產(chǎn)過程（或裝置）的實時動態(tài)特性，感受到現(xiàn)代化生產(chǎn)的氣氛。動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型能模擬千變?nèi)f化的工況，學(xué)生訓(xùn)練時不同的操作步驟、操作力度、操作時機及控制策略都可能產(chǎn)生不同的響應(yīng)。

多變的工況為學(xué)生展開了廣闊的思考空間。學(xué)生自發(fā)地展開熱烈討論，相持不下的意見能通過仿真實訓(xùn)見分曉。學(xué)生身臨其境般地熟悉和掌握實際生產(chǎn)過程的操作方法以及常見事故的處理辦法，優(yōu)化開車、停車方案，培育學(xué)生的工程觀念，最終回歸工程［5］。

4.2 化工現(xiàn)場實習(xí)

教學(xué)過程中，學(xué)生的訓(xùn)練與教師的工藝流程講解有機結(jié)合，必要時請工廠的技術(shù)人員給予點撥、實地參觀學(xué)習(xí)，實現(xiàn)全流程級化工仿真優(yōu)化開車、正常生產(chǎn)、安全停車等一系列環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上拓展化工仿真實訓(xùn)內(nèi)容，在教學(xué)中以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的基于探索和研究的教學(xué)模式，加強師生間的互動交流（采用課堂設(shè)問、專題研討、文獻(xiàn)閱讀等方式實現(xiàn)與學(xué)生間的交流），圍繞教學(xué)的重點、難點和學(xué)生的實際情況，做到讓學(xué)生帶著疑問學(xué)習(xí)，主動思考。使學(xué)生了解工程的本質(zhì)和特征、工程與科學(xué)技術(shù)的區(qū)別與聯(lián)系、工程的技術(shù)要素和非技術(shù)要素、工程思維與科學(xué)思維、技術(shù)思維、藝術(shù)思維的區(qū)別［6－7］；認(rèn)識創(chuàng)新在工程發(fā)展中的核心地位，培育工程思維、工程創(chuàng)新意識，培養(yǎng)大工程觀。

在實踐的基礎(chǔ)上，從倫理學(xué)視角，使學(xué)生了解工程的質(zhì)量、安全與風(fēng)險，了解工程人才應(yīng)該具備的多重責(zé)任意識，在工程運行中發(fā)生利益沖突時應(yīng)該遵守的價值標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)操守，在工程實施中應(yīng)該承擔(dān)的技術(shù)責(zé)任、經(jīng)濟責(zé)任、法律責(zé)任和道義責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價值標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)操守［8］。

4.3 科研素養(yǎng)訓(xùn)練

化工實踐課程是南京大學(xué)國家級化學(xué)實驗課教學(xué)團隊的核心課程之一，化工基礎(chǔ)實驗室是國家級化學(xué)實驗教學(xué)示范中心的核心基礎(chǔ)實驗室之一，依托于在國內(nèi)有重要影響的應(yīng)用化學(xué)學(xué)科及南京大學(xué)分離工程研究中心，有一支基礎(chǔ)知識扎實、科研實踐經(jīng)驗豐富、年富力強、團結(jié)協(xié)作的教學(xué)科研復(fù)合型教學(xué)團隊；團隊成員研究成果已大規(guī)模用于石化原料和產(chǎn)品的分離、化工廢料的回收、香料和醫(yī)藥化學(xué)品的精細(xì)分離，及復(fù)雜天然物質(zhì)的分離過程中。教師進(jìn)行科學(xué)研究能夠不斷地汲取該學(xué)科領(lǐng)域最前沿的研究成果，以最新的研究成果來豐富實踐教學(xué)內(nèi)容，從而激發(fā)學(xué)生從事本學(xué)科科學(xué)研究的興趣，加強學(xué)生科研素養(yǎng)的訓(xùn)練［9］。

科研素養(yǎng)不僅包括科學(xué)研究的方法論原則和研究方法、研究能力，還包括研究意識、研究習(xí)慣、研究態(tài)度、心理素質(zhì)等對于科學(xué)研究的情感因素，而最為重要的是以“探索求真、理性思考、嚴(yán)謹(jǐn)實證、懷疑反思”為特點的科學(xué)精神［10－11］。科研素養(yǎng)訓(xùn)練是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效方式，在化工實踐平臺創(chuàng)設(shè)一個“在研究中學(xué)習(xí)”的良好氛圍，彰顯研究情境，使研究無處不在、學(xué)習(xí)無處不在，如“撲面之春風(fēng)”般將學(xué)生引領(lǐng)到科學(xué)殿堂的入口，讓學(xué)生在研究和學(xué)習(xí)的過程中深刻體驗科研的本質(zhì)。

通過科研訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和科學(xué)精神，促使其成長為具備深邃的思想、淵博的知識、豐富的實踐，能夠觸類旁通去解決實際問題的創(chuàng)新型人才［12］。科研素養(yǎng)的培養(yǎng)是提高學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力，并使其具有長期發(fā)展?jié)摿Φ闹匾ＷC。

以石油煉制常減壓蒸餾系統(tǒng)化工實踐為例，依托地方石油化工行業(yè)、南京大學(xué)分離工程研究中心的工程實踐優(yōu)勢，吸收本學(xué)科的重要進(jìn)展和最新信息，不斷提升化工實踐課程內(nèi)涵。讓學(xué)生處在學(xué)科發(fā)展前沿，了解學(xué)科發(fā)展動態(tài)、方向［13］，如中國石油石化行業(yè)石油煉制技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)積累，在加氫裂化、渣油加氫、催化裂化、加氫精制、催化重整等方面都擁有一系列自主技術(shù)，并在部分領(lǐng)域達(dá)到世界一流的水平。以此激發(fā)學(xué)生的行業(yè)自豪感、民族自豪感及鉆研精神；在環(huán)境保護(hù)、保健、安全標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格等因素的推動下，要求石油煉制企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境友好產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝中要提高工藝選擇性和安全性、減少副產(chǎn)品和污染物質(zhì)的排放，采用高效、無毒害的催化劑，節(jié)能降耗，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)；在石油煉制技術(shù)不斷發(fā)展推廣的同時，國內(nèi)的煉油技術(shù)仍然缺乏支持更高排放標(biāo)準(zhǔn)的清潔油品生產(chǎn)技術(shù)、含酸原油加工技術(shù)、重油深加工技術(shù)等許多不足，存在技術(shù)水平依然偏低等不足；石油煉制為世界創(chuàng)造了巨大財富的同時也存在著潛在事故風(fēng)險。

對石油煉制系統(tǒng)事故統(tǒng)計分析，建立風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)體系，采用風(fēng)險識別、風(fēng)險分析和對環(huán)境后果計算等方法進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險評價，提出減少風(fēng)險的事故應(yīng)急措施及社會應(yīng)急預(yù)案，為工程設(shè)計和環(huán)境管理提供資料和依據(jù)，以期達(dá)到降低危險。實訓(xùn)過程中突破常減壓蒸餾系統(tǒng)內(nèi)容的局限，廣泛涉及石油煉制相關(guān)的熱裂解技術(shù)、延遲焦化技術(shù)、催化裂化技術(shù)、加氫裂化技術(shù)、催化重整技術(shù)、清潔汽油生產(chǎn)技術(shù)等，上述內(nèi)容需在實踐之后為學(xué)生開設(shè)專題進(jìn)行專業(yè)科研素養(yǎng)訓(xùn)練。

5 結(jié)束語

構(gòu)建“仿真實訓(xùn) ＋ 現(xiàn)場實習(xí) ＋ 科研素養(yǎng)訓(xùn)練”系統(tǒng)的、完善的多元化化工實踐平臺，是將課堂教學(xué)與直接獲取實際經(jīng)驗和實踐能力的生產(chǎn)實踐、技術(shù)開發(fā)、實際應(yīng)用進(jìn)行有機融合的開放式教育模式，在較深層次上改革了教學(xué)方法與手段。通過這個平臺全方位、深層次的協(xié)同作戰(zhàn)，潛移默化地鍛煉學(xué)生的工程實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與能力、培養(yǎng)實踐能力與科學(xué)素養(yǎng)、體驗科研過程；平臺與時俱進(jìn)，有助于培育大工程觀背景下具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)化工行業(yè)精英、領(lǐng)袖。

正如有學(xué)生所說：“仿真實訓(xùn) ＋ 現(xiàn)場實習(xí) ＋ 科研素養(yǎng)訓(xùn)練的化工實踐模式讓我們看到了自己知識的膚淺，原來竟還有那么多東西要學(xué)。大學(xué)三年下來，我們接觸的大多是理論，感覺像紙上談兵，對學(xué)的東西到底怎樣在實際中應(yīng)用沒有感觀認(rèn)識，但是經(jīng)系列規(guī)范完整的化工實踐后，心中真的有了一種熱愛自己所學(xué)專業(yè)的沖動”。

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