地方院校傳統化工專業改造升級的探索與實踐

叢興順，李 敏，劉春麗

(棗莊學院 化學化工與材料科學學院，山東 棗莊 277160)

新舊動能轉換是社會生產力發展到一定階段的必然產物，概括地說，即培育發展新動能、改造提升傳統動能。化工產業是我國的重要產業，傳統化工產業眾多，是推動新舊動能轉換的重點領域，化工產業的轉型升級對高校的化工人才培養提出了新的、更高的要求。2017年2月提出"新工科"計劃，所謂新工科就是對傳統工科的升級改造、對新興產業人才的培育，以滿足新工業革命對人才的需求。因此，在建設"新工科"和實現新舊動能轉換背景下，中國化工高等教育改革必須走向深水區，建立科學的化工人才培養模式，提高人才培養質量，實現化工產業創新驅動發展的關鍵。

本文介紹了地方院校在化工人才培養存在的主要問題，分享了棗莊學院化工專業的現狀以及改造升級的一些做法和經驗。基于結果導向教育(OBE)、“新工科”和“大工程觀”理念，重點討論了培養學生工程實踐能力、大工程觀理念和創新能力的一些方法。

1 地方院校化工人才培養現狀及不足

1.1 對化工產業重要性認識不足

“工程改變世界”受到了人們的普遍認可，但是“化學工程對世界所帶來的巨大發展與變革”卻極少被人們提起。相反，化工產業因偶然出現的事故卻屢屢遭到社會的詬病，甚至全盤否定，這種以偏概全的片面認識嚴重制約了化工人才的培養與化工產業的高質量發展。試想航天事業、建筑行業、高鐵建設過程中所發生的重大事故是否應該全盤否定這些偉大事業呢？因此，徹底改變這種膚淺認知，提高認識、樹立正確化工價值觀勢在必行。汽油為速度提供了動力，油漆刷亮了世界，染料絢麗了衣裳，農藥、化肥驅走了饑餓，醫藥解除了病痛……，如果沒有化學工程這一重要的基礎工業，生活將會是多么的暗淡、低效，多么的寒餓疾苦！化學工程改善生活、刷新世界、創造未來。

雖然化工產業是我國的支柱產業之一，是未來新興產業如新能源、新材料的重要支撐產業，對國家經濟發展、國民生活水平提高具有舉足輕重的作用。但是，津濱海新區8·12爆炸、江蘇響水3·21爆炸等嚴重事故也暴露出化工產業存在著嚴重的環境和社會問題。所以，化工產業須自我改革，革新"高污染、高危險、高能耗、低附加值"的傳統化工企業，開啟“綠色、零排放、本質安全化、低耗、高附加值”的高端化工新時代，實現化工產業的新舊動能轉換。

1.2 生源質量、師資水平與教學資源問題

受社會焦點事故和負面不當輿論的影響，以及化工產業自身存在的問題，報考化工專業的優質生源明顯偏少，省屬地方院校與省屬重點高校在生源競爭上又處于弱勢。學生生源質量整體水平不高，加之受社會不當輿論影響，對化工專業缺乏正確認識，學生學習積極性較低，專業熱愛度不高。

社會對化工專業畢業生需求量大，具有很高的就業率，造成地方院校招聘高素質化工青年教師較為困難，且多數教師是從高校到高校，缺少企業行業經歷，造成雙師型教師比例較低，難以適應新時代化工人才工程實踐能力的培養。雖然省屬地方院校近10年投入明顯增加，但是與教育部高校甚至省屬重點大學在教學資源上仍存在十分明顯的差距，價格高昂的硬件仍十分短缺，本科生在校進行化學工程實踐仍十分困難。因此，地方院校的師資水平和教學資源亟待提高。

1.3 人才培養模式、課程體系與課程內容的不足

國內地方本科院校化工專業人才培養具體目標不盡相同，各有特點。就人才培養模式來說，各高校仍處在探索和改革階段。傳統人才培養方案難以適應新舊動能轉換對應用型人才的要求，這使得近年來我國化學工程與工藝專業在人才培養質量方面尚存在學生實踐能力、創新能力較弱等問題。因此，進一步加強與化工產業發展需求相適應的化學工程與工藝專業人才的培養模式改革，提升人才培養質量，對于新舊動能轉換背景下的化工專業應用型人才的培養來說已顯得迫在眉睫。目前，化工專業存在的主要問題是學生實習安排困難，部分企業出于安全考慮不愿安排學生實習。社會和企業參與教學程度比例較小，這背離了OBE教育理念。對工程倫理教育重視不足，有調查發現多數學校均未專門設課[1]。導致畢業生缺乏工程實踐，難以滿足化工產業對應用型化工人才的需求。同時，也導致工科學生理科化現象嚴重。

創新課程是培養新時代創新型人才的重要基礎，傳統的化工專業核心內容缺乏更新，對新興化工技術與交叉技術較少涉獵。整個化工專業的教學體系幾十年變化非常緩慢，難以滿足高端化工快速發展對化學工程師的要求。

2 我校化工人才培養的改革探索

2.1 我校化工專業的沿革、特色與現狀

化學工程與工藝專業作為棗莊學院的重點發展專業之一，于2006年開始招生，2011年被評為“山東省特色專業”，2013年獲批“山東省卓越工程師培養計劃”試點專業，2015年獲“山東省應用型人才培養專業發展支持計劃”項目，2016年獲批為“山東省高水平應用型立項建設專業群”重點項目(2000萬元)，2017年加入“中美雙百計劃”項目。2019申報“國家一流”專業。專業方向與特色為：煤碳的清潔、高效、高附加值利用，同時開設精細化工、新能源新材料等方向，目前擁有“山東省魯南煤化工工程技術研究院”和“山東省煤化工高校重點實驗室”2個省級科研平臺。

近年來，在國家、省、市和學校專項資金的支持下，學院的師資隊伍、科研設備、生源質量等逐步提升，高水平的師資隊伍是人才培養的關鍵。我院大力引進青年博士及高層次人才，提供優厚的待遇和良好的科研場所，近兩年擬引進博士及以上教師20人，師資隊伍有了明顯的改善。學院加大招生宣傳，介紹化工產業對社會發展的積極貢獻，改變社會、家長和學生的片面認識，消除學生和家長對化工產業的誤解，樹立正確的化工價值觀，生源質量逐步提高。近年來，我院購置了氣相色譜/三重四極桿質譜儀、高效液相色譜/四極桿-飛行時間質譜儀、核磁共振儀、掃描電鏡/能譜儀、X射線衍射儀、顯微拉曼成像光譜儀和全自動CHNS元素分析儀等科研設備，總值3600余萬元。

2.2 創新化工人才培養模式，深化產教融合，開啟校企雙主體辦學模式

根據新舊動能轉換對人才的新要求，改造人才培養方案，將產學研合作教育貫穿于人才培養方案中，引入國家職業標準或行業、企業標準，吸收行業企業專家參與人才培養方案制定，構建一套能使學生具備良好的專業知識、職業能力、人文素質、科學品質和社會責任感的培養方案。學校提出了校企雙主體辦學模式，實現校企融合融通，共建共享，我院也積極探索與化工企業尤其是高新技術企業協同育人的才培養模式，啟動中美"雙百計劃"，邀請企業深度參與教學，優化實踐與創新課程體系、開展產業教授進課堂活動，實現校企共建課程，校企聯合培養，使學生就業與企業需求無縫對接。具體如下：

2016年，化學工程與工藝專業啟動中美“雙百計劃”，將美國先進的OBE教育理念引入課堂，課程體系中增加了“明辨性思維”、“商業頭腦和項目管理”和“技術道德倫理及應用科學”等10余門課程，提高了學生的創新能力和工程倫理素養。派遣2位骨干教師赴美國參加了多所大學的教學方法與教學設計培訓，多家企業的生產實踐，提高了教師的工程經驗。由教育部學校規劃建設發展中心主辦，“2018產教融合平臺建設經驗交流會”于2018年11月在我校召開，我校產教融合教學成果獲山東省教學成果一等獎，標志著我校產教融合邁上新臺階。

啟動企業深度參與教學制度。培養符合化工企業需求的化學工程師是化工高等教育的使命，基于OBE理念，企業深度參與教學的各個環節是培養高素質化學工程師的關鍵。我院與周邊化工企業開展"八個共同"深度合作：共同制定人才培養標準、共同完善人才培養方案、共同構建課程體系、共同開發教材更新教學內容、共同建設實習實訓基地、共同組建教學團隊、共同開展科技攻關和技術研發、共同評價培養質量，建立全過程校企協同育人機制。根據企業需要實施聯合培養或訂單培養，推進人才培養與項目建設耦合發展，實現專業鏈與產業鏈、課程內容與職業標準、教學過程與生產過程對接，企業參與編寫了《化工原理實驗》等教材5部，提高了學生的專業水平和工程實踐能力。

優化實踐與創新課程體系、邀請產業教授進課堂。傳統的實踐教學主要包括三次工廠實習(認識實習、生產實習和畢業實習)、一次金工實習以及實驗課、課程設計和畢業設計等。這些教學環節已不能滿足培養適合現代化工企業需求的化學工程人才。我們優化了實踐與創新課程體系，增加了“化學工程與技術前沿講座”、“企業安全評價”、“企業能源評估”、“化工行業現狀與發展前景調研”、“創業訓練與實踐”和“企業環境評價”等選修課程。聘請經驗豐富、素質高的企業總裁、總工程師和省級行業評價師等作為產業教授，走進課堂為學生講授這些特色課程，產業教授現身說法，把創業精神、創新思維、創造能力和社會責任感教育引入課堂，使學生更了解社會和企業的現狀與需求，提高了學生的學習興趣、工程素養和創業熱情。同時，產業教授帶動了我院雙師型教師的發展、拉近了校企之間的距離，順利解決了學生實習難的問題。

2.3 課程體系改造、課程內容升級

構建“厚基礎，重實踐，強能力”的課程體系，把信息化技術與專業知識深度融合，課程內容與生產實踐、高新技術、產業政策密切聯系、專業教育與創新創業教育密切聯系，既有棗莊地方特色，又有滿足新形勢下產業對人才需求的課程體系，突出課程的應用性和職業適應性。實行"五位一體"的應用型人才培養課程體系，包括通識教育平臺、學科教育平臺、專業教育平臺、創新創業平臺和集中實踐教學環節。在新舊動能轉換的背景下，平臺下的課程需要進行改造：(1)增加信息技術與專業知識融合的課程，通識教育平臺增設了"大數據與人工智能"課程；(2)通過深入企業，了解企業的實際需求，引入專業新技術新理論，并實現新的授課內容與現有教學內容的有機銜接。(3)改造創新創業平臺課程，設置行業政策、營銷技巧等方面的課程，滿足學生職業的需求。(4)建立立體化實踐教學體系，以培養大學生工程實踐能力為主線，建立基礎、應用、創新三個實踐教學層次，構建產學研有機結合的實踐教學平臺。

以化工核心專業課程的內容改造為突破口，鼓勵教師對當代化工領域的新技術進行歸類研究，選出典型的屬于化工學科體系的新技術，將其融入化工專業教學體系。以化工熱力學為例，隨著課時的壓縮，新時代教學內容的增加，必須適當調整教學內容。化工熱力學與物理化學中較多的基本概念和基本理論存在重復，如理想氣體的狀態方程，熱力學基本關系式，麥克斯韋關系式，偏摩爾量和熵增原理等安排學生自學[2]。在授課內容中引入Aspen Plus軟件[3]、Excel軟件的擬合計算功能和Visual Basic編程計算，不僅節省了課堂上繁雜的計算過程，將學生從計算中解放出來，還提高了學生運用工程軟件解決實際問題的能力，也節省了大量的課堂時間。把熱力學當前研究熱點引入課程，例如在講授基團貢獻法時，介紹丹麥工業大學開發的虛擬生產過程設計實驗室軟件，把基于計算機輔助計算和設計的分子熱力學方法引入課堂[4]。學生對當前研究熱點內容興趣濃厚，學習熱情高，也使得學生對化工熱力學的普遍性、重要性、旺盛的生命力和發展前景有了更深刻的了解。增加了16課時的化工熱力學實驗，引入了“超臨界CO2的特性、現象觀察及P-V-T關系的測定”、“復雜體系相圖的測定與繪制”和“壓縮制冷性能測定”等與工業結合緊密的實驗項目，引導學生自主分析實驗過程中產生的復雜現象，尋找實驗過程中存在硬件問題與主觀誤差，提出設備改進的建議。學生熱情高，能主動積極投入實驗，分析結果、改進設備，效果良好。另外，我院正積極按照專業認證的標準改造課程內容，并計劃近兩年將改造后的化工核心課程全部實現網絡化，打造多門線下線上“金課”。

2.4 基于OBE和“大工程觀”理念，注重學生工程實踐能力培養

工程改變世界，注重學生工程實踐能力培養對于實現民族復興、科技強國具有重要意義。Ronald E.Graham認為“工程是運用科學最佳地轉化自然資源以造福人類的藝術”，科學一般不可能直接轉化成技術，技術是工程的產物[5]，因此，工程活動在科學轉化為技術，進而形成生產力的過程中扮演了舉足輕重的作用。高素質工程人才是工程活動的主體，是產業革命的主角，深刻影響著世界經濟結構的變革。英國，德國和日本，美國分別在第一，第二，第三產業革命的推動下先后崛起為世界性強國，第四次產業革命方興未艾，美國和中國兩大世界經濟體都在積極改革高等工程教育，以培養適合時代發展的高素質工程人才。麻省理工學院三次工程教育變革(工程經驗、工程科學、工程實踐)舉世矚目，提出了“大工程觀”理念，深刻影響著世界工程教育的變革，2017年8月，該校又啟動了新一輪工程教育改革(新工程教育轉型計劃，NEET)，嘗試培養引領“未來產業”發展的領導型工科人才[6]。我國擁有世界上規模最大的高等工程教育和工程師數量，但存在工科人才理科化、工程倫理教育缺失、投入導向、教育與工業脫節、工程實踐能力和創新能力不足等問題。國家和教育部等有關部門聯合發力，深化高等工程教育改革，提高工程人才培養質量，2010年6月啟動“卓越工程師計劃”，2011年啟動“大學生創新創業訓練計劃”，2016年3月李克強在政府工作報告中提出“工匠精神”，2016年6月，中國正式加入《華盛頓協議》成為第18個成員國，2017年2月提出“新工科”計劃，使中國高等工程教育改革逐步走向深水區。學生為中心、結果導向教育(OBE)、持續改進、終身學習、工程意識、工程倫理、工匠精神和回歸工程實踐等理念的提出及在工程人才培養過程中的貫徹實施，使得中國正在從工程教育大國邁向工程教育強國。

優秀的化學工程師隊伍是化學工業健康發展的根本保障，如何將OBE和回歸實踐理念引入課堂對于培養具有卓越工程實踐能力和創新能力的化學工程師至關重要。OBE將“反向設計”與“正向實施”相結合，即由社會、企業等各方面需求確定培養目標，進而確定課程體系、教學內容與各教學環節的設計[7]，是培養符合社會、企業需求人才的最有效方法。在化學工程取得巨大成就的同時，對自然單向、過渡地索取帶來了嚴重的生態和環境破壞，麻痹大意、安全意識薄弱造成了嚴重的事故，說明提高化學工程師的“大工程觀理念”(工程意識、工程倫理、工匠精神[8])刻不容緩。

化工高等教育回歸化工實踐是培養具有卓越工程實踐能力的高素質化學工程師的重要方法。為此，開展了形式多樣的實踐教學環節，如專業實驗教學(包括化工熱力學實驗、化學反應工程實驗和分離工程實驗等)、企業現場教學，虛擬仿真、工程實訓，產業教授專題講座等，并鼓勵學生積極參加各種競賽、SRT項目等。

借助認識實習、生產實習和畢業實習，指導教師陪同學生深入企業，積極開展企業現場教學，講解化工熱力學理論知識在化工企業中的重要應用。企業現場教學后，學生撰寫實習報告，并對工廠中的部分重要工段進行設計計算，分析結果、指出問題，提出改進措施，顯著提高了學生的工程實踐能力。對于實驗室和化工企業無法滿足的教學環節，如開車、停車，突發產品質量不穩定，緊急事故等，采用虛擬仿真、工程實訓和產業教授專題講座的形式進行教學。目前我院建有2D和3D仿真實驗室，工程實訓裝置和中試基地供學生開展情景模擬教學，有效彌補了實踐教學環節的不足。以全國化工設計大賽、互聯網+、“創青春”創新創業大賽等競賽為抓手，指導學生將所學的知識快速地應用于解決實際化工問題，以驗證課堂授課、教學手段與教學設計是否符合OBE理念，對發現的問題和不足反饋到教學過程中，持續改進教學過程。由于學校設置"課外拓展活動"課程，須由學生自主完成課外活動任務，獲得學分，另外通過大賽的訓練學生往往受益匪淺，因此，學生積極性很高，近年來獲國家級、省級大賽獎勵30余項，提高了學生解決實際化學工程問題的能力。

結合課程特點，鼓勵教師引入大工程觀理念。人類是自然的一部分，對自然的過渡索取會帶來適得其反的效果，樹立正確的大工程觀理念，對于社會的健康、和諧、可持續發展意義重大。因此，鼓勵化工專業的所有教師將大工程觀理念融于課堂。以化工熱力學為例，節能是化工熱力學的一條重要理念。在講述能量的高級分析(有效能分析)、吸收式制冷時，將資源短缺、節能減排意識帶入課堂。在講解壓縮制冷循環的制冷劑時，把制冷劑的歷史沿革，氟利昂對臭氧層的破壞進行簡要分享，把環保意識引入課堂；工業上的大型冷庫常常采用氨制冷劑，氨泄漏往往會造成嚴重事故，此時，便重點強調化工安全意識。在講解分離計算時，如何提高產品質量時，把精益求精、追求卓越的化學工程師精神引入課堂，同時注重經濟意識和責任意識。培養化學工程師的工程意識和工匠精神融入課堂，助推他們逐步形成"大工程觀"理念，以更好的造福人類。

3 結論

培養符合高端化工發展，具有扎實的化學工程基礎知識、卓越的工程實踐能力、強烈的工程意識和精益求精的工匠精神的高素質化學工程師是化工高等教育的重要使命，也是實現化工產業創新驅動發展和新舊動能轉換重大工程的關鍵。本文分析了地方本科院校化工專業人才培養過程中存在的問題，分享了我校在化工人才培養模式、課程體系和課程內容的改革經驗，指出注重OBE和“大工程觀”，企業深度參與教學的整個過程是培養卓越化學工程師的重要方法，提出了校企雙主體辦學

模式，實現校企融合融通，共建共享。討論了化工專業實驗、企業現場教學、產業教授進課堂、化工競賽、工程實訓、虛擬仿真和“大工程觀”等教學方法與理念對于培養具有時代創新精神與工程倫理的卓越化學工程師的積極作用。

備注：部分內容在2019年“工程教育變革與國際化”國際學術研討會上做過會議報告