时间:2023-08-17 18:04:27
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇化学工程的研究内容,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
关键词:化学工程;可持续发展;科技创新;挑战
化学工程是研究化学工业及其相关产业生产过程中所进行的化学过程、物理过程及其所用设备的设计与操作和优化的共同规律的一门工程学科。化学工程领域涉及工艺开发、产品研制、过程设计、装备强化、系统模拟、环境保护、生产管理、操作控制等内容。该领域包含无机与有机化工、精细化工、石油化工与煤炭化工、冶金化工、生物化工、环境化工、材料化工等行业。在社会发展与国民经济建设中,化学工程领域具有重要作用,且化学工程与信息、材料、生物、能源、资源、航天、海洋等高新技术领域相互渗透,共同推动高新科技的发展。
1我国化学工程的发展历程
化学工程在发展的过程中经历了三个阶段。第一个发展阶段称为“单元操作”[1],该阶段的化学工程是一门共性化学工程学科,以各工业种类所需的单元设备或操作的共性规律为基础;第二个发展阶段称为“传递原理和反应工程”[2],该阶段总结出了不同的单元设备和操作中的共性现象———流动、传热、传递和反应,即“三传一反”,第二阶段是在第一阶段基础上进一步的知识深化;第二阶段中,化学工程吸收了当时相关科学技术发展的新成果,强化了解决工业问题的能力,形成了模型化的方法论,进一步推动了化学工程在其他工业领域中的应用,第二阶段“三传一反”的相关研究引领了化学工程近半个世纪的发展。伴随社会经济的持续发展和工业技术的高速发展,化学工程的需求也在快速增长,特别是资源、能源利用与环境破坏问题的挑战,使得化学工程的重要性进一步凸显。然而,一方面化学工程的现有理论与方法已经愈发无法满足当前工业工程应用与发展的需求;另一方面,一些高新技术的发展如纳米科学、生命科学技术等也为化学工程未来深层次的发展创造了新的机遇。在此状况下,化工界关于化学工程新的发展阶段的讨论越来越多。我国化工学者郭慕孙提出“三传一反+X”[3],认为传递过程与反应工程的研究必须扩展到介观尺度、微观尺度范畴,并在探索多尺度转变规律过程中不断发展与更新(汪家鼎)[4]。复杂性科学的进步将有力推动化学工程的发展。为了满足社会经济发展对化学工程的需要,我们首先应当关注化学工程当前面临的挑战是什么?然后面对这些挑战怎样将其转变为机遇。
2化工发展中面临的挑战
目前,在我国化学工程的发展中,第二阶段的“三传一反”依然是化学工程研究的主要内容,但化学工程的研究内容只有产生适应学科交叉融合和经济需求的变革,才能继续在社会发展中发挥重要作用。而在此变革过程中,我们面临着多方位的挑战。
2.1化学工程与环境的可持续发展
近二三百年来,随着工业的飞速发展,资源的急剧消耗,环境也日趋恶化,在人口、资源、环境与社会经济的发展上,出现了一系列矛盾。人类面临着资源短缺、生存环境质量下降等现象,迫使人们在改造自然的同时要进行深刻的反思。人们不得不面对现实,努力建立与自然新型合作关系,走可持续发展道路,建立和谐的社会经济发展的大环境。我国政府也制定了可持续发展战略,采取了积极的措施来促进经济的全面发展和生态环境的平衡。而化学工程是对环境中的各种资源进行化学处理和加工的生产过程,该生产过程产生的废弃物部分有害、有毒,进入环境会造成污染。并且有的化工产品在使用过程中也会造成对环境的污染。因此化学工业对环境影响巨大,所以实施可持续发展对化工生产尤为重要。化学工程领域要积极探索新的方法减少化工生产过程中或产品对环境的危害。这是化学工程今年来面临的一大挑战。目前我国环境保护问题面临着严峻挑战,同时资源、能源的高效清洁利用问题也面临着突出挑战,因此,化学工程的研究对象将由以煤、石油、天然气为代表的传统不可再生能源向生物质能等新兴可再生能源进行实质性的扩展。新兴可再生能源应当具有环保性、成本低和宜于大规模利用等优点。随着环境保护、气候变化、能源清洁利用等问题越来越受到重视,各种资源的循环利用也将成为化学工程面临的重要难题,化学工程必须重视并解决这一难题。今后,化工必须以重大需求作为牵引力,以解决能源、资源利用与环境保护的重大问题为目标(李成岳)[5]。
2.2化学工程与科技创新
传统的化学工程对于“三传一反”的研究难以突破常规化工过程的量化放大和调控这一瓶颈问题,更需面对高新技术,尤其是生物技术、纳米技术和材料科学发展过程中遇到的新问题,因此其时空内涵和范围必须深化和扩展。化学工程需要解决的大多数难题都具有多尺度结构特征,空间上跨越从原子、分子到设备、系统,甚至自然生态的尺度,时间上跨越秒、月到年甚至更大的尺度,之前的计算方法并不能在这样的时空尺度中运算,更无法建立不同尺度之间的关系,因此认识不同层次结构与宏观性能的关系十分困难,这是解决很多化学工程问题的瓶颈。我国目前的可持续发展战略要求对化工产品进行全生命周期的设计,从产品研发开始就必须提前考虑以后整个周期中可能产生的生态环境效应和如何回收资源,这就需要大大扩展化学工程研究的时空范围。化学工程必须树立复杂性的观念,进入复杂性科学[6]。由于当今很多新兴领域在持续高速发展,而目前的化学工程理论与技术并不能满足这些领域发展对于化工技术的需求,因此很多化工行业的企业在市场需求和经济利益的推动下,采用了高能耗、高污染、高排放的生产模式。但如果长期忽视了化学工程相关知识的扩展和应用,忽视了化学工程学科自身的发展,长此以往,化学工程会失去发展的机遇,甚至可能在学科交叉与融合的进程中落伍。
3结论
关键词:发展;化学工程技术;优化方案
化工行业的发展,给人们的生产和生活带来了翻天覆地的变化,而且在在科技时代下我国化工行业的发展态势良好,化工行业的发展现状,为化学工程技术的更新换代提供了坚实的基础,同时为化工生产设备及实验仪器的改进创造了技术条件。那么如何使化学工程技术在传统技术的基础上有所突破,需要将化学工程技术与计算机技术等先进的科学技术相结合。
一、化学工程技术的发展概述
(一)化学分离技术。化学分离技术先要对仪器进行分离强化,然后对生产技术进行分离强化。按照化学分离原理,经强化的仪器和技术会变得更加精细,效率也会更高,而且进行化学分离后的生产原料可以将自身的化学能转化成动能或热能,同时还具有较高的能量转化效率。然而,科学家将化学分离技术与现代信息技术有机结合,并研究信息技术与化学工程的应用原理,将现代信息技术运用到热感技术的开发中,提升热感设备的精密度。比如讲新的控制方法加入传统半透膜分离技术形成新型分离技术,该技术地应用极大地提高了分离速度和效率。
(二)绿色节能技术。在工业化程度日益加深的今天,人们对资源的需求量越来越大,对于不可再生资源而言,其面临着能源枯竭的威胁,在该现状下,绿色节能化学工程技术的研究和应用从根本上提高了能源的利用率。绿色节能化学技术是指采用高新技术使化学反应在进行的过程中不会对环境造成污染,并且有利于环境保护的绿色节能技术,其理念是在化学反应的过程中,采用化学技术减少或消除化学原料及溶剂对人类健康、生态环境产生的不良影响。
(三)超临界技术。化学反应技术中的超临界反应指当压力和温度都在临界点以上,物质处于气态和液态之间。这种超临界状态的液体在化学工业、生物工业、食品工业等有着广泛的应用,尤其是在医药工业领域的应用更加广阔。目前超临界液体的诸多优势已经给人们带来了很多便利,其发展前景十分诱人,而超临界化学技术是与超临界液体相关的化学技术,化学界已经将超临界水氧化法成功应用到环境保护领域,但当前该技术还有待进一步完善和改进。
二、化学工程技术优化的重要意义
(一)优化产品结构。基于市场经济不稳定的特征,化工企业需要深刻剖析市场实际需求,对自身的产业结构进行调整和优化,从而实现科学、合理的管理目标,为企业发展注入积极因素。通过运用全新的化学工程技术,使资源得到了优化配置及合理应用,促进了产业结构的优化调整,为社会提供了更多就业机会,推动社会经济的发展[1]。
(二)有利于提高企业的竞争力。科技时代的大背景下,化工行业的市场竞争逐渐白热化,为提高化工企业的竞争力及经济效益,需要提高员工的工作效率,因此需要借助于先进的化学工程技术,并结合化工企业的发展现状,从而制定出科学、合理的发展策略,这是化工企业提升自身综合竞争力的有效途径。
三、对化学工程技术的优化
(一)与信息技术的结合。信息技术的快速发展和广泛应用,使得我国整体技术水平有了重大突破。就化学工程技术的研究未来而言,化学工程技术信息化程度会越来越高,化学工程技术要想实现优化升级,就要与信息技术进行完美结合。化学工程技术的研究需要计算机信息技术作为支撑,化学工程与信息技术相结合可以提升技g的精确性,同时也能够实现智能化的生产应用。比如在CO2传感器、温度传感器以及湿度传感器技术方面,将化学工程技术与计算机信息技术结合起来,使控制系统的反应更加灵敏。
(二)与系统工程的结合。因为物质本身的复杂性,导致化学变化也相对复杂,因此,化学研究不能只停留在对一般物理、化学特性上,要深入物质结构,探究其构成和变化原理。化学工程技术的研究方向不断拓宽,需要从根本上简化化学工程技术研究过程,与系统结构工程结合能够将实验操作和化学理论知识相结合,通过计算机系统进行数据分析,简化物质结构研究内容,为化工研究提供更加成熟的分析条件。
(三)加大对绿色化学技术的研究力度。环境是国际性问题,目前,我国投资于环境保护和改善的资金越来越多,而且更多的群体也参与到环境保护的工作中,此时绿色化学技术应运而生,由于绿色化学技术既能够降低能源的消耗量,又能提高能源的利用率,还能减少污染物的排放,该技术具有经济、社会、环境三重效益,因此未来的发展前景会更加广阔。
(四)强化化学工程基础的应用研究。在发展化学工程技术时,除了要紧跟科技发展的前沿外,还要对必要的基础应用展开研究。基础应用研究投资大、研发时间长,短期内很难看到经济效益,但是从长远利益出发,为了化学工程技术的可持续发展,必须加强基础应用研究。另外,在引进外来先进技术时,要注意消化吸收其中的基础技术,做好技术储备工作。
四、结语
总而言之,化学工程技术的研究是现代化学工程研究体系中的关键部分,在新型化学分离技术及绿色技能技术被人们接受及应用的同时,工业信息化发展的现状对化学工程技术提出了新要求和新标准,所以,在未来化学工程技术的发展和应用中,要结合现代科学技术,实现化学工程技术的升级和革新。
关键词:能源化学工程;培养目标;课程体系;人才培养模式
1能源化学工程专业的产生
随着世界经济的不断发展,人类社会对能源的需求越来越多。能源问题成为21世纪人类面临的最基本问题。长远来看,在全世界范围内,一次能源仍将占主要地位。但随着时间的推移,一次能源逐渐消耗殆尽,煤、石油和天然气等含碳能源的洁净、高效利用,太阳能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等具有清洁、低碳、可再生等优势的新能源的开发利用将成为未来世界经济可持续发展的关键[1]。能源化学工程(EnergyChemicalEngineering)作为一个全新的专业应运而生。安徽理工大学化学工程学院化学工程系根据自身化学工程与工艺(煤化工方向)专业优势,仅仅依托煤化工,但又不局限于煤化工,涵盖燃料电池、生物质能、电化学、生物柴油、环境化工等丰富内容,于2011年新增加能源化学工程专业。关于能源化学工程专业本科生课程体系建构、人才培养模式正处于不断探索和完善中。
2能源化学工程专业的培养目标
能源化学作为化学的一门重要分支学科,是掌握煤炭综合利用,了解非煤矿物能源,普及新能源和可再生能源知识、实现能源科学利用和可持续发展的重要科学技术基础。它利用化学与化工的理论与技术来解决能量转换、能量储存及能量传输问题,以更好地为人类经济和社会生活服务。化学变化都伴随着能量的变化,而能源的使用实质就是能量形式发生转化的过程。能源化学因其化学反应直接或者通过化学制备材料技术间接实现能量的转换与储存[2-8]。能源化学工程属于一个全新的专业,之前仅在化学工程与工艺专业里涵盖过一点,主要关注怎么利用能源、对大自然造成较少的伤害。主要研究方向:能源清洁转化、煤化工、环境催化、绿色合成、新能源利用与化学转化环境化工。如今上升到一个全新的专业独立出来,可见其重要程度。专业人才培养目标的制定应建立在对专业深入分析和了解的基础上并结合国情、校情,能源化学工程专业人才培养目标也不例外[9-10]。考虑到安徽省淮南市是历史悠久的煤炭城市,再结合安徽理工大学化学工程学院化学工程系专业的办学特色,考虑专业发展与社会进步对人才的客观、合理的要求。我们在制定本专业的培养目标时,强调“厚基础、宽专业、高素质”,力求培养出具有良好科学素养、基础扎实、知识面宽,同时具有创新精神和国际视野的高级专门应用型人才[11-12]。学生具有了扎实的化学化工基础知识和能源化学工程专业知识就能够快速适应涉及化学、化工、传统和新能源加工等领域的相关工作。具备在煤炭行业、电力行业、石油石化行业、生物质转化利用行业从事低碳能源清洁化、可再生能源利用以及能源高效转化、化工用能评价等领域进行科学研究、生产设计和技术管理等工作。我们培养的毕业生工作领域包括:煤化工行业、天然气化工行业、电厂化工综合利用行业、生物质能源化工行业、固体废物综合处理行业、石油加工行业、石油化工行业、催化剂生产和研发行业。可以在这些行业从事设计、科学研究、技术管理等工作或继续深造[13-16]。
3能源化学工程专业课程体系
除了公共基础课程、学科专业必修课程,立足能源城淮南市,依托安徽理工大学化学工程学院化学工程系的特色开设特色专业核心课程(如,能源化工导论、化学反应工程、化工热力学、化工分离工程、煤化学、工业催化I、能源化工工艺学、化工过程分析与合成、化工过程控制、化工设计基础)以及特色专业任选课(如,煤气化工艺学、煤基合成燃料、生物质能源及化工、燃烧工程、燃料电池、现代仪器分析、电化学工程、膜科学技术过程与原理、基本有机化工工艺、废弃物处理与资源化、环境化工、化工专业英语)。此外专业实践模块本系能源化学工程专业开设的专业基础实验-《煤化学及工艺学实验》,包含实验项目:煤样的制备、煤样的粒度分析、煤样堆积密度的测定;煤中水分、灰分、挥发分产率的测定及固定碳的计算;煤中硫元素的测定;煤的发热量测定;煤中碳氢元素的分析;煤气成分分析;烟煤坩埚膨胀序数的测定;烟煤奥亚膨胀度的测定;煤的粘结性指数的测定;煤灰熔融性的测定。这些实验项目以煤化工为特色,厚基础理论,意在培养学生扎实的理论基础。开设的专业实验-《能源化工专业实验》,包含实验项目:煤样的XRD分析;煤的热重分析;水煤浆的制备和性能评价;油品的常压蒸馏;生物柴油制备及性能评价;石油产品的性能测定1;石油产品的性能测定2;电化学-燃料电池电化学性质的测定;电化学-质子交换膜电化学性质的测定。这些实验项目不限于煤化工,设计生物柴油,电化学,燃料电池等,重在拓展知识面,培养宽专业,高素质人才。
4能源化学工程专业建设中存在的问题
安徽理工大学化学工程学院化学工程系根据自身化学工程与工艺(煤化工方向)专业优势,开设能源化学工程专业,经过这些年的不断摸索,至今已有一届毕业生,通过学生反馈,在专业建设上仍有一些不足:
(1)专业实践教学条件有待改善。就当前现状来看,本专业实验条件还相对落后,缺少大型分析仪器和设备,实验室建设相对滞后,现有实验器材台数还不能很好满足学生分组实验要求。
(2)师资队伍建设还需进一步加强。由于本专业办学历史较短,师资力量相对不足,专业结构也不近合理,一批青年教师还需逐渐成长,缺乏高水平科研项目和教学研究成果。
(3)部分课程设置不尽合理,同时,专业基础课、专业课开课的先后顺序还需进一步调整和完善。对于新开设的课程,有的授课教师对内容不太熟练,有必要加强教师的授课水平,有条件的话可以走出去,加强与兄弟院校和科研院所的交流合作。
(4)校外实习基地建设有待加强。现有实习基地以煤化工企业为主,与能源化学工程专业培养目标中强调的“宽专业”背景还有一定差距[17]。以煤化工行业为背景的院校能源化学工程专业建设是一个不断发展的过程。在开设该专业时仍需明确方向,吸收、借鉴相关院校办学经验,不断摸索、改进、完善专业建设。不仅要办出自身专业特色,还要进一步解放思想,紧跟经济社会发展需要,培养出适应经济社会发展的高素质应用型人才。截止到目前为止,安徽理工大学能源化学工程专业建设经费陆续到位,新进大型设备招投标已完成,等待供货、安装调试。专业教师也正忙于实验室和实训基地的规划设计。结合应用型人才培养目标,学院领导带领专业教师通过广泛调研,集众家之长,具有专业特色的实践教学基地也逐步落实到位。相信安徽理工大学能源化学工程专业的明天会更加光辉灿烂。
参考文献
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1.1应用型本科人才要求
根据现代化学工业的特征及社会对化工人才需求的趋势,应用型高校化学工程与工艺专业的目标是培养化学化工理论基础扎实,实践动手能力、自主学习能力、创新能力及外语与计算机应用能力较强,适应化工、冶金、能源、轻工、医药、环保等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理等方面工作的应用型高级工程技术人才[2]。为了实现上述目标,化学工程与工艺专业应用型本科人才应具备的基本素质与专业能力包括7个方面:①树立正确的世界观,具有良好的人文精神、科学素养,能处理好人与环境、人与社会的关系;②掌握化学工程与工艺的基本理论和基本知识;③掌握化学装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法;④具有对新工艺、新产品、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力;⑤了解化学工程的理论前沿,了解新工艺、新技术与新设备的发展动态;⑥掌握文献检索的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力;⑦具有创新意识和独立获取新知识的能力[2]。因此,根据现代科技和生产的发展需要,以服务地方经济社会发展为目标,把握高等教育规律和化学工程与工艺专业特征,制定化学工程与工艺专业应用型人才培养方案。在人才培养方案制定的过程中,合肥学院借鉴德国应用科学大学培养应用型人才成功经验,非常重视企业的作用,将企业要求与学生的培养相结合,构建理论教学与实践教学相学体系,确定了以“面向企业、立足岗位、注重素质、强化应用、突出能力”为指导思想的“应用型”人才培养模式。理论教学体系体现“三个服务”原则:基础理论教学要为专业技术课教学服务,理论教学为提高学生综合素质服务,把素质教育贯穿于教学全程,为培养学生具有独立分析和解决实际问题的能力服务,注重培养学生对技术成果的吸纳和综合应用能力。建立与培养目标相适应的实践教学体系,形成基础实训、专业实训及校内、外实训教学相结合的综合实训教学一体化,完成实训教学。促进学生掌握专业技能,实施“四年九学期制”,提高学生就业竞争能力。
1.2化学工程与工艺专业人才要求
化学工程与工艺专业是为了适应新世纪化学工业的发展而设置的,是由原来的化学工程、有机化工、无机化工、高分子化工、精细化工、煤化工、工业催化等专业合并而成的宽口径专业,覆盖面宽、涉及领域广[3]。该专业具有两大特色:一是覆盖面广。研究领域涉及无机化工、有机化工、精细化工、材料化工、能源化工、生物化工、医药化工、微电子化工等诸多领域;二是工程特色显着。该专业以化学工程与化学工艺为两大支撑点,化学工程主要研究化工过程及设备的开发、设计、优化和管理。化学工艺则研究以石油、煤、天然气、矿物、动植物等自然资源为原料,通过化学反应和分离加工技术制取各种化工产品。化学工程与工艺专业涉及的工程放大技术、系统优化技术和产品开发技术,不仅在化工领域,而且在医药、材料、食品、生工等众多相关领域均大有用武之地。因此,化学工程与工艺专业培养的学生应有较强的工程能力和工作适应性,需掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法,具有从事化工生产控制、化工产品和过程的研究开发、化工装置设计与放大的初步能力[4]。
1.3应用型化工人才实践教学体系构建
高等工程教育强调综合素质的基础作用和工程素质的定型作用。培养应用型化工特色人才,核心就是培养实践能力强的应用型人才。以培养应用型人才为目标,以科学发展观为指导,遵循教育教学基本规律,坚持育人为本,教学为纲,根据学生需要,围绕学生能力拓展和知识结构构建实践教学体系。该体系由基本技能、专业能力、综合能力三层次训练组成,将课外创新活动和社会实践有机融合。借鉴德国成功的经验,培养学生工程设计能力、项目实现能力及创新能力。实践教学根据能力要求可分为3个层次:基础实践层、专业实践层、综合和创新实践层。基础实践层以强化“三基”,培养基础能力为目的,将基础化学实验分为3个层次和5个模块,构成一个彼此相连,逐层提高的体系[5]。通过化学专题研究训练,强化了知识和技能的综合性;认知实习在实践教学体系中处于承上启下阶段。学生在与自己相近或相关的岗位上经过认知实习,了解专业所需要的专业知识、能力、素质,有利于他们结合自己的兴趣,规划未来发展,在专业方向的选择、课程模块的选择上会更加理性。2周金工实习和1周电工电子实习,实现基础能力培养目标;专业实践层是在理论教学和基础能力培养的基础上,通过专业基础实验、课程设计、工程实训等实践教学的环节实现专业能力培养;综合和创新能力是对技术基础知识、运用专业知识解决实际问题能力和知识迁移能力的综合体现,反映学生整体素质。通过毕业实习、毕业设计(论文)等实践教学环节,配合第二课堂科技活动,达到培养专业技术应用能力的目的。总之,各层实践教学活动层层递进、相互渗透,达到培养目标规定的专业技术应用能力的要求。
2围绕工程能力培养,实施实践教学改革
2.1突出强化实践锻炼,提高教师实践教学水平
教师是实践教学体系的主导者,也是实践教学体系的实践者。要培养高质量应用型人才,必须要有高水平的教师队伍。按照这一思路,为所有的实验室配备了具有硕士学位的专职实验教师,采取走出去、请进来的办法培养教师的实践能力,派合肥学院高学位高职称的教师到企业去锻炼6~12个月,增加教师的工程意识和实践能力。根据学院要求成立了实验技术教研室,这不仅是名称和内涵的改变,更重要的是教育理念的转变,建立实验技术教研室,由教授、博士担任主任,具有研究生学历的教师为成员,研究实践教学内容、方法和手段,进行实验教学、实验课程内容和方法改革等工作。目前,和化学工程与工艺专业实验实践教学有关的合肥学院院级教研立项6项,安徽省教育厅立项3项,获得教学成果奖合肥学院二等奖一项、三等奖一项;安徽省三等奖一项。聘请企业和设计院等单位人员担任教师,让学生参与解决实际工作问题,提高实践能力。
2.2加强实践教学条件建设,提供实践教学载体
实验室和实习基地是完成实践教学内容所必需的保障平台。在实验室建设方面,加强以无机化学、有机化学、物理化学、分析化学课程为支撑的基础化学实验室建设,和以化工原理为支撑的化工基础实验室。专业实验作为一门最能反映专业特色,与专业科学技术发展关系最为密切的实践性课程,必须跳出原有的框架,重新构建一个能够全面反映化学工程学科发展方向、适合按专业大类组织实验教学、有利于培养学生工程实践能力和创新能力的新框架。根据化学工程与工艺核心课程化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程和技术化工工艺学作为构架,遵循以下原则:紧扣化工过程研究与开发的方法论;充分考虑工程学与工艺学实验的适当平衡;具有典型性、力求先进性、增加综合性;实验内容既符合化学工程与工艺学科发展规律,又具有鲜明的先进性和特色,建立了化工热力学实验室等专业实验室。根据专业和学生发展需要,在专业方向上设立分离工程和精细化工2个化工专业方向,并建立精细化工和分离技术2个实验室,建立膜材料和膜过程院级重点实验室1个。校外实习是强化专业知识、增加学生的感性认识和创新能力的重要综合性教学环节,校外实习基地是培养学生实践能力和创新精神的重要场所,是学生接触社会、了解社会的纽带[6]。以校企互利双赢为机制,开展产学合作,和中盐四方集团等14家企业建立良好的合作关系,与企业合作共建实验室2个。每年由校内和企业教师共同指导学生进行实习,并在毕业论文(设计)环节,由企业提出课题,真题真做,学生将所学知识和生产实际相结合,取得在书本上得不到的收获。中盐四方集团、东华集团工程技术人员指导学生设计多次获合肥学院优秀毕业设计(论文)奖。
2.3第一课堂与第二课堂相结合,着力培养学生创新能力
为了达到实验课培养学生应用所学知识解决问题的更高目标,以培养学生实践创新能力为出发点,以学生个性化能力培养为重点,学院制定了《合肥学院学生第二课堂活动学分管理暂行办法》,将第一课堂与第二课堂结合起来,收到明显的效果。化学工程与工艺专业,以化学工程师之家和学生参与教师科研为主要内容开展第二课堂科技活动。化工工程师之家于2007年11月建成运行。以培养“未来的工程师”为目标、以工程设计为核心、以模型制作为基础,通过形式多样的活动培养学生的工程意识;通过加强合作促进团队精神;通过模型制作提高工程应用能力;通过工程设计提高工程素养;通过企业化运作模式培养学生效率意识、责任意识和管理能力。作为第二课堂的重要平台,重点培养学生的工程设计能力、管理能力、协调组织的领导能力和团队精神。通过借鉴企业化管理模式,营造企业氛围,培养学生效率意识、责任意识和管理能力,增强学生对社会的适应能力,提高学生的综合素质。目前,累计培训学生500人以上。化学工程与工艺学生在各种全国性竞赛中取得了一系列好成绩。2010年,在科技部等单位举办的青年科技创新竞赛获得二等奖,“三井化学”杯第四届大学生化工设计竞赛二等奖和华南地区第四届大学生化工设计创业大赛二等奖。近3年来,学生34篇,其中被SCI、EI收录的9篇。
【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。
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关键词: 全日制 专业学位 入学考试 初试科目 化学工程
研究生入学考试初试科目改革,一直受到广泛关注,特别是从2003至今教育部没有停止过调整和完善。我国开展全日制专业学位研究生教育时间还较短,还没有充分把握全日制专业学位教育的培养规律。我国现行的全日制专业学位硕士研究生入学考试,基本上可以说是对学术型硕士研究生入学考试的移植[1],令人担忧的是学术型硕士研究生入学考试中显现的弊端也一并移植,如“考试科目设置不合理不科学、考试内容僵化、复试流于形式”等方面的问题受到社会各方面的批评,近年来关于“改革招考制度,提高生源质量”的呼声越来越高。硕士研究生入学考试作为把握生源质量的第一个关键环节,是选拔优秀人才的重要关口。招生考试不仅关系到人才选拔的质量,而且是影响本科教学质量的方向标。只有拥有了优质生源,才能进一步保证其培养质量。
全日制专业学位硕士研究生招生已进入第六个年头,报考专业学位的考生逐渐增多。2014年硕士研究生报名人数达到172万,比2013年减少4万,为五年来首次下降,不过相比学术硕士报名人数的减少,专业学位硕士报名人数逆势上升,报名人数较前一年增加9万人,达到68万人,占报考总人数的39.5%,比前一年的33.5%增长了6%[2]。但39类专业学位专业报考热度不均衡,人数两极分化,从2013年报考与录取的数据对比来看,有些专业领域报录比不太乐观,调剂考生比重过大。化学工程领域专业硕士招生就是如此。专业学位招生初期没有获得社会认可生源不足情有可原,但如果不及时发现和分析问题,打通生源通道,改革招生选拔方式,则会阻碍专业学位的发展。以我校化学工程专业学位报考为例,由于招生起步晚了两年,我校招生四年,在招生人数逐年递增的情况下,报考人数并不乐观,每年还需调剂相当数量的生源。基于此以初试科目调查为切入口,分析其他培养单位之间初试科目设置的一致与区别,从中找到我校报考受冷的原因。我们认为充分认识专业学位硕士研究生入学考试的重要性,结合高校素质教育与创新人才培养的要求,科学合理地探讨改进和完善专业学位硕士研究生入学考试,是新时期高等教育领域不得不关注的重大问题。
一、2014年我国化学工程领域专业硕士研究生入学考试初试科目设置概况
从专业学位的招生单位来说,我国参与专业学位教育的院校有400多个,占我国博、硕士学位授权单位总数的60%。通过调查中国研究生招生信息网(教育部主管)公布的高校硕士研究生招生简章,对2014年化学工程领域专业学位硕士研究生招生专业目录进行查询并统计,全国共有31个省、直辖市的172所高校中的196个(同一高校不同二级学院及科研院所按不同培养单位计算)培养单位招收化学工程领域全日制专业学位硕士研究生,招生单位占全国专业学位硕士研招单位的40%。
表1 第四单元初试科目名称列表及设置单位分布
从上表可以看出,设置化工原理类考试的培养单位最多,其次是物理化学,考试科目名称最多的属于工科类,大学四大化学基础类科目占51.9%。如果按化学和化工类课程划分,则考化学类课程为62.2%,化工类课程为37.8%。
二、2014年我国化学工程专业硕士研究生入学考试初试科目设置分析
1.专业硕士与工学硕士、理学硕士初试科目比较
由于我国全日制专业学位教育的发展时间较短,还没有形成其明显特点,因此现阶段我国实行的全日制专业学位硕士研究生入学考试很大程度上是在参照学术型硕士研究生入学考试形成的[1],化学工程专业硕士研究生入学考试初试科目是参照工学硕士研究生入学考试初试科目设置的,学术型硕士和专业硕士第一单元考试科目相同,不同的是第二单元,学术型硕士初试科目为英语一,专业硕士只有31个招生单位考英语一,占18%,大部分招生单位初试科目是英语二,另外有20个单位设置了选考俄语、日语、德语科目,也就是说专业硕士的外语水平相对于学术型硕士要求、考试难度相对低一些。全日制工程硕士研究生选拔初试加强了对考生一般能力的考查,统考科目与工学硕士研究生相同,主要测试学生的基本能力和基本知识。第三单元没有放低要求,初试科目与学硕相同都是数学二;第四单元对于化学工程领域专业硕士来说考试难度也与学术型硕士不相上下(见表4)。总的来说专业硕士入学考试除外语初试科目为英语二整体难度较学术硕士稍低一点,其他科目基本上没有放低要求。
表4 硕士研究生入学考试初试科目对比
2.初试业务课科目分析
上文已提到化学工程专业学位硕士研究生入学考试初试业务课一为数学二,是全国统考科目,相比化学理学硕士的自主命题科目似乎难以吸引考生报考;业务课二的初试科目是表三的86种科目之一,可以分成以下几类:一类为化学学科四门大学基础课,占48.9%,一类为化工基础课,其中化工原理占31%,还有42个科目不属于大学基础课程,占11.6%;初试科目中以单一课程考查为主,占90.9%,至少包括两门大学本科基础课程的综合科目只占9.1%。表5列出了四所高校在化学化工专硕、工学、理学硕士研究生入学考试中设置的初试科目,从中可以看出初试科目的一致与区别。
表5 四所高校的第四单元初试科目比较
从上表可以看出,部分高校已经对专硕的选拔与学硕区别开来,有些院校在设置初试科目时分了等级,但还远远没有引起大部分高校的重视。专硕应该更注重考查学生的工程教育潜能、学科特定能力、实践能力和创新能力等,如果考生没有对所欲攻读专业基础知识、基本理论和基本方法的了解和掌握,就很难进行研究生阶段的学习,测查的重点应是大学本科阶段前三年专业基础课的内容,但一定要与工学硕士区别对待。
3.初试科目对生源的影响
对于一些招生单位来说,一级学科化学工程与技术的工学硕士一般招不满,更何况化学工程专业学位第四单位考试31%的招生单位考“化工原理”,业内人士分析评价这比考本科四大主干课程“分析化学、无机化学、有机化学、物理化学”更难。
业务课一都与工学硕士相同,业务课二有四种情况,专业硕士初试科目有些招生单位与工学硕士相同,有些与理学硕士相同,有些自成一体,既不与工学硕士相同,更不与理学硕士相同,有些与理学工学硕士相同但分了等级。总的来说,化学工程领域专硕研究生入学考试整体难度与学术型硕士的初试要求差不多,与工学硕士相比外语方面稍有降低。但业务科是一样的,甚至要求高一些。
初试科目设置应以考生来源为重要参考依据,或者以专硕培养要求为依据,由于工科生源不足,学术型研究生报考的人都少,专业硕士就更少,调剂考生大都来自理科生源,要吸引生源就要调整考试科目,可以适当增加选考科目,调查显示有38个培养单位只设置了一门化工原理,只设置一门科目的有94个单位,差不多有半数的单位只设置1门科目,这种单一科目的选择性太差,势必影响生源数量和质量。从硕士研究生就业趋势来看,更大量的是走向社会实际领域。同时,随着我国经济社会的发展,对高层次、应用型专门人才的需求,无论是规模,还是质量都有更大需求,有更迫切的愿望。考生考研时要搞清楚考研的目的,不要盲目服从,学术型硕士毕业后从事学术的比例很小,读博士的比例不足10%,尽早确立职业生涯,能有的放矢地培养人才。
三、结论与思考
专业硕士初试科目的确定一般在每年的6月―7月份由培养单位的二级学院根据教育部的指导性文件自主确定,有些培养单位会认真研究,不断优化招生各环节,但部分培养单位一成不变,对生源数量和质量没有引起高度重视。不重视招生研究的原因很多,其中最主要的原因是报考学术硕士没有录取可以校内调剂到专业硕士,考生可以避开数学考试的软肋,培养单位有生源补充。但长此以往对专硕的培养不利,大多数专硕调剂考生实际上都有低人一等的想法,应该从报考开始就要明确目标,尽量减少调剂。另外,专硕的初试科目比起学硕来说太杂应该统一,考试内容应该综合,培养单位应建立健全科学公正的招生选拔机制,按照强化基础、突出综合能力考查的原则,加强对自命题业务课考试科目和内容设置的研究探讨,进一步优化初试。
专业学位的性质和特点决定了入学考试改革的方向是应用型、能力型考试。考试科目、内容等都应朝实用性、能力型方面靠拢,尽量在专业学位的应用性特点方面突出选拔性目标。从考试科目和内容方面来说,应先适当调研,研究清楚目前专业学位硕士研究生必备基本素质与条件,以此作为考试试题命制的基本依据[4]。
研究生招生工作,承担着为国家选拔高层次学术型和应用型专门人才的重任,招生工作的顺利实施,涉及广大考生的切身利益,不仅直接关系到研究生招生考试的公信力和新生入学质量,还关系到社会公平公正和构建和谐社会的大局[5]。因此,一定要充分认识做好研究生招生工作的积极意义,进一步增强优化国家教育考试的责任感和使命感,加强研究生招生管理工作,完善管理制度和岗位责任制,努力提高招生工作科学化、现代化水平,提高工作效率。切实做到尊重考生,服务考生,维护考生合法权益,建立有利于拔尖创新人才和高层次应用型人才脱颖而出的研究生招生考试制度。
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化学的学科发展,可以提到许多方面,如飞秒化学。化学向生物学和医学、材料设计、能源、大气和环境化学、国家安全与个人安全等领域的拓展等。在本文中,要着重说的是:化学与化学工程的重新融合。
20世纪初,化学工程从应用化学中脱胎而出,经历了单元操作和三传一反,形成了化学工程学,从以经验为主过渡到有一定预测功能的较完整的理论,从而导致化学与化学工程的分离。这种情况在20世纪90年生了变化,基础化学研究与化学工程之间发生了空前的交叠和渗透。化学家越来越多地介入复杂系统的构造、分析和使用中,这些自然而然与工程学中的系统方法有关。化学工程师正日益进入越来越多的化学基础领域,在一些情况下甚至处于领导地位。在2003年美国出版的《超越分子前沿――化学与化学工程面临的挑战》一书中,开始使用化学科学来代表所有化学家和化学工程师的工作范围。
化学是一个多尺度的科学。微观尺度是从电子和原子核到分子,例如分子设计。宏观尺度,例如实验室合成、生产装置、化学和物理操作、产品包装和运输。现在大家更关注介观尺度。从化学方面来说,人们关注超越分子的层次,进入超分子、分子集团、大分子、活性中心、器件的作用域,可以说从微观跨越到介观以至宏观层次。从化学工程来说。人们也不再满足于宏观的三传一反,而是逐步深入到颗粒、液滴、气泡、微孔、界面等介观行为,并对微观的机理也表现了浓厚的兴趣。化学由底向上,化学工程由顶向下,在介观层次相遇,互相借鉴,对于化学科学及其理论的发展,形成了巨大的推动。
二、介观尺度的研究
通常化学以量子力学或量子化学为理论基础,用以研究物质的微观结构、化学键和对称等,现在正逐步重视随时间发展的动态演变。在唯象地说明宏观现象时,则应用热力学。进入介观层次后,要采用平衡态和非平衡态的统计力学,后者需要综合应用流体力学的原理。
化学工程通常以流体力学和热力学为理论基础,特别重视湍流理论、多相流和不可逆过程的热力学。计算流体力学有很大的发展。在研究湍流的强相关机理以及涉及介观层次时,统计力学原理起着重要的作用。而在为特征参数找出规律时,则需要量子力学的帮助。
化学科学理论的发展,进入到综合运用量子力学、统计力学、热力学和流体力学的时代,目标是解决多尺度时空结构与宏观平衡和速率的关系。
进行多尺度时空结构研究,有两个重要方面:一是由下向上的预测。从分子结构逐级预测介观层次的各种结构及其随时间的演变,并进而预测宏观层次的结构、反应和分离的特性,以至在反应器和分离装置中的行为,目标是形成无缝的从微观到宏观的链接。要做到这一点,先要搞清楚各个相邻层次的时空结构是如何相互关联的。研究这种关联,首先要有实验的观察,总结经验的规律,然后是理论的建立和推导,作为过渡步骤,也常常是采用模型的半经验方法。二是由上向下的控制。用宏观的手段,逐级控制各级时空结构的形成。这两个方面有着紧密的联系,有相辅相成的关系。
三、对化学教学的启示
为了适应不断变化的新形势,化学教学要做好以下几点:
第一要打好基础。最重要的是,对于本学科的框架结构,通过教学,应使学生有一个系统的完整的初步认识。新的现象、规律和方法不断出现,要善于在学科的框架结构中找到它的位置。
对于物理化学,我们认识到的学科框架包括:
两大类研究对象:平衡和速率。
三个层次:宏观层次,由微观到宏观的过渡层次,微观层次。
两个方面:普遍规律和物质特性。两者结合,可以解决实际问题。
三种方法:研究物质特性,有实验方法、半经验方法和理论方法。从理论上研究物质特性,将进入下一个更深的层次。
例如生物膜中的促进传递和耦合传递。属于宏观层次的速率过程,具体来说是界面中的速率过程。对于普遍规律,要学教材中“传递过程”的内容(当然还有些特殊的地方)。为得到某一个生物膜的传递特性,要采用实验测定,或半经验方法。而要从理论上得到这种特性,必须应用统计力学。
又如耗散颗粒动态学DPD,它是一种介观层次的模拟,实质上它就是分子动态学模拟MD,属于从微观到宏观的过渡层次的普遍规律范畴。特殊之处是应用了粗粒化,引入更低的介观层次,相应还采用了耗散力和随机力。
第二要强调开放。框架是开放的,可以不断更新和充实。内容是开放的,可以经常介绍新的进展。
对于如此丰富的介观层次,上述框架的精神依旧。微观和宏观之间,可以加入各种由低到高的介观层次之间的过渡层次。研究某一介观层次的特性,仍然有实验、半经验、理论这三种方法。理论方法主要采用平衡态和非平衡态的统计力学,相应进入了下一个层次,即从更低的介观层次到该介观层次的过渡层次。
第三要善用类比。类比永远不会完美,却几乎常常有用。物理学是一个由于类比而兴旺的领域,例如,基于借自超导的概念,我们可以至少部分理解超流的氦。物理化学中类比于由理想气体到实际气体,在研究混合物时,我们由理想混合物到实际混合物。
上面提到的耦合传递,可以和耦合反应进行类比。又如密度泛函理论DFT,则是以密度分布p(r)代替传统的位能函数ε(r)为基本变量构筑泛函。变分原理则等价于最概然分布原理或熵最大原理。
当前的薄弱环节是:从微观到宏观的过渡层次;传递速率;进展。
要加强教学资源建设,包括教材、系列参考书、电子教材、网站建设等。
四、教学方法
1优化专业实验教学内容
化学工程专业实验教学内容是专业基本知识、理论及其运用的具体体现,开设综合性、设计性、可操作性的实验内容,能够更好地培养学生应用理论知识分析解决实际问题的创造能力,提高学生的动手操作能力,体现了专业人才培养服务于社会的要求[4-5].随着社会对人才培养提出的新要求和教学改革的深入,专业实验教学内容需要不断更新和完善,调整实验学时,优化实验项目.结合多年来化学工程专业实验教学实践积累的一些经验,对实验项目设置及项目内容、目的与要求,学时分配等进行了细致研究,制定了科学、系统、合理的实验教学大纲及教学文件,保证实验教学质量.实验项目设置具有较强的典型性和系统性特点,具体实验项目包括固定床乙醇脱水制乙烯、流化床基本特性的测定、内循环无梯度反应装置乙醇脱水制乙烯反应动力学的测定、连续反应精馏法制乙酸乙酯、共沸精馏、中空纤维超滤膜分离实验、串联流动反应停留时间分布的测定、二元汽液平衡数据的测定、四氯化碳法测定催化剂的孔容积、分子筛催化剂的制备、固体酸催化剂的制备、酯化反应评价催化剂等.实验内容所涉及的专业知识覆盖面广,包括化学反应工程、化工热力学、化学反应动力学、分离工程、催化反应及原理、催化剂研究方法等有关专业理论知识的实际运用;实验项目类型有基础理论型、综合实践型和设计实践型,既能够使学生掌握专业基本理论知识、实验基本操作技能,又能够培养学生系统综合运用专业理论分析问题及解决问题的能力,强化学生独立进行实验过程的设计和操作,培养和提高学生的创新能力.结合化学工程专业实验内容教学大纲以及实验目的、任务与要求,针对本专业具体实际情况组织编写了化学工程与工艺专业实验讲义与教材,设计的思考题不仅反映实验的主要过程和原理,而且重在培养和强化学生动手操作能力、综合分析解决问题的能力,有利于学生在有限的实验学时内更好地完成实验教学各个环节,提高了实验教学的效果与质量.
2改革实验教学方法,培养学生分析问题及解决问题能力
实验教学在培养和提高学生分析问题和解决问题的能力方面具有非常重要的作用,不仅要对学生进行实验基本技能训练和动手能力的培养,而且应该让学生学会运用科学的思维和研究方法,培养学生分析问题和解决问题的能力.在化学工程专业实验教学过程中,坚持突出学生的主体地位,学生不仅需要了解和掌握实验目的、原理、方法和操作过程,而且能够把专业理论和实际问题紧密结合,明确解决实际问题的理论基础,深刻理解和运用理论知识分析和解决实际问题,进而能够更有效、独立地进行实验过程的设计、操作、实验数据处理、结果分析与讨论.实验不仅是对理论知识的具体验证过程,更重要的是通过最直接、最有效的实验过程培养学生分析问题和解决问题的能力.实验过程的效果不是简单的而是要经过多次反复的不断改进和完善的过程才能实现,学生必然要经历从理论到实践,再理论再实践循序渐进的过程,并反复运用理论知识对实际问题进行深入思考和分析,最终才能较好地完成实验任务与目标.有效的实验教学方法对学生提高动手能力、分析问题和解决实际问题能力、创新能力具有十分重要的作用,能够激发和提高学生对实验的兴趣,活跃思维方式,树立工程实践思想,使学生真正成为实验教学过程的主体.由于化学工程专业实验装置套数有限,采用大循环的方式保证同时开出全部实验项目,每组学生不超过2人,学生同时在实验室进行实验并完成不同的实验项目,同组的学生根据指导教师的要求采用不同的实验参数与条件,在最大程度上要求学生熟练掌握实验过程的每一个环节,每名学生必须独立操作完成实验过程,调动学生的学习积极性,最大限度地发挥学生的主观能动性,培养和提高学生的实验操作技能.在实验操作过程中,采用启发引导、相互讨论式教学方法,教师以提出问题的形式对学生进行启发,学生进行思考回答,教师再进行必要的指导、答疑解惑及与学生进行相互讨论,引导学生注意对实验过程和现象等细节的记录、观察和理解,培养学生分析问题及解决问题的能力.
3改进考核方式,强化学生的应用能力
适宜的考核方式是化学工程专业实验教学改革的重要环节之一,是检查实验教学质量行之有效的手段.通过专业实验教学考核过程的信息反馈,能够及时发现实验过程中存在的一些问题,有利于更好地改进和完善实验教学工作.化学工程专业实验考核的重点包括学生对实验理论及仪器装置使用的掌握程度、实际动手能力、分析问题及解决问题的综合能力.实验教学的具体考核方式包括实验工作态度、实验预习情况、实验操作过程、分析问题和解决问题能力、实验报告和实验考试等6个方面,从而比较全面细致地反映实验教学各个环节的实际效果.实验工作态度能够培养学生严谨的科学态度和扎实的工作作风.实验预习能够使学生明确实验目的、原理及步骤,通过实验预习提出疑问,反映学生对实验教学内容及实验过程准备是否充分,为实验过程有序顺利的进行做好铺垫.实验操作过程能够客观地反映学生操作基本技能及体现学生实际动手能力,通过实验过程各步骤现象,巩固和加深对理论知识的理解,熟练实验操作过程.分析问题和解决问题能力是检验学生理论联系实际,运用有关专业理论分析和解决实际问题的能力.实验报告作为实验课程的成绩评定主要方面之一,能够加强学生综合总结、数据处理与分析、释疑解惑的能力.实验考试环节主要考核学生对基本知识、概念和理论的掌握和理解及其实际应用能力,考试的题目侧重于理解和应用,着重考核学生应用所学知识分析问题和解决问题的能力,力求实验考试的科学性、客观性和标准化,有效评价实验教学效果.改进、完善和细化化学工程专业实验课考核方式,学生的实验成绩比较客观、全面,能够较好地反映实验教学效果,强化了学生的实际应用能力.
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.
1合理安排教学内容
《化学工程基础》课程包括三部分内容:化工单元操作、基本反应器和典型化学工艺,浓缩了化工学科中化工原理、化学反应工程和化学工艺学3大课程的基本知识。内容繁多,涉及的知识面广,而教学学时数有限(50学时),内容与时间之间产生了矛盾。另外农业院校的学生学习工科课程有一定的难度[3],而且从学生考研究生角度来看,大多数学校相关专业的研究生入学考试不考化工基础而是考化工原理。为此我们对教学内容进行了一定的调整,达到少而精的目的,我们在教学中重点讲解化工单元操作内容:如流体流动与输送、传热、吸收、精馏等,而这些单元操作恰恰又是学生考研的主要内容。
同时,对于一些主要内容,我们还会安排专门的习题、例题讨论课,还会给学生布置一些课后作业,通过做习题可以使学生牢固地掌握基本概念、基本定理和基本计算,同时通过习题还可以了解和解决生产实际中可能遇到的一些问题,包括设计性和操作型问题。
2丰富教学手段
对于《化工基础》课程的课堂教学环节,考虑到这是一门实践性很强的课程,如果还采用“书本加黑板”的传统教学方法,就会导致教学效率不高,教学效果欠佳。为此,我们在课堂教学过程中,采用多媒体教学,大量引用图片、设备模型、投影、动画等直观教学方式,帮助学生深人理解单元操作过程的原理,形象直观地了解和掌握设备原理与结构,既培养学生的学习兴趣,又加深学生的理解和记忆。每一章内容在讲授前会先让学生了解本章的主要内容,让大家先做到心中有数,然后再展开具体的介绍,而在每一章内容讲解完以后,又会与学生一起共同讨论总结,引导同学们在理解的基础上活记,抓住事物的内在联系进行比较记忆。为了避免给学生造成这门课程知识离散、内容支离破碎、杂乱而不成体系的现象,在教学中加强各章、节内容之间的衔接,同时也指出其差异。
另外,我们在教学的过程中不忘联系生活实际,采用联想教学的手段。我们根据所学内容,巧取生活中的素材进行联想,把学生引入到实际生活中去,培养学生用化学的眼光来观察世界,用化学科学来实践生活,在生活实际中学习知识[4]。事实证明,在教学中联想生活常识,无形当中就拉近了课本知识与实践的距离,让学生真正认识到了知识的重要性。通过联想生活常识教学,不仅使学生掌握了理论知识,而且培养了学生运用知识的能力,同时也培养了学生的创新思维能力[5]。
3创新实习方式
对于化工生产企业来说,为了确保生产的正常运行,一般不允许学生在较短的实习期间内进行实际操作。在很多情况下学生是以参观与听课的形式学习,也就导致了很多学生会出现走马观花,应付了事的实习态度,实习效果不好。这样一来,学生感到乏味,缺乏积极性和主动性,实习质量不高。对此,我们在安排学生去工厂实习之前,先安排他们到一个中试基地(目前已经不再作为中试基地使用了,仅供学生实习使用)去体验,让学生亲自尝试一些简单的操作,这样学生就有了一定的感性认识,使其动手能力和应变能力得到一定程度的锻炼和提高。
另外,我们还利用一些仿真软件帮助学生在实习之前将理论知识和生产实际联系起来,学生一旦真正到了生产现场,就会很快适应生产环境,进入学习状态,学生对实习的积极性和主动性也就明显提高了。
生产实习是化学工程与工艺专业教学当中的必修内容,旨在培养学生对知识的实际运用能力,为以后的工作打下坚实的基础。就目前我国该专业的生产实习状况来看,主要存在着以下几点问题:
(1)实习方式单一,学生动手机会不多。在学生的实习过程当中,出于安全考虑,主要以参观为主,教学为辅,偶尔动手的方式。学生仅仅通过有限的时间来观察工厂中的工艺流程,初步了解生产单元操作,然后整理实习报告,却很少有自己动手操作,深入学习的机会。这样不仅削弱了学生的实习主动性,而且对于其实践能力的提高产生了阻碍。
(2)学生对于实习没有足够的重视。由于习惯于应试教育下的以成绩衡量科目的重要性,实习在大多数学生的眼里都不是重要课程,显得可有可无。很多学生甚至以分散实习的名义,仅仅找企业签字盖章,敷衍了事,却没有真正的投身到企业实习当中去。在这样一种大环境中,学生很难认识到实习对于化学工程与工艺这一学科的重要性。
(3)学校没有对学生的实习进行良好的规划。目前很多学校对于实习对提高学生实践能力重要性的认识也有待提高,没有真正的从各个方面进行规划,仅仅是为了完成教学任务走走过场。而且很多学校的实习时间都安排在大四上学期。那个时候课程负担仍然很重,而且很多学生还有考研的计划,所以很少有学生把精力真正放在实习上面。很多学生甚至将课本和考研材料带到实习单位,使实习的效果大打折扣。除此之外,学校将所有学生的实习均放在一个学期,这也造成了联系实习单位的实际困难。
(4)没有进行很好的校企联合。很多企业都认为学生实习无法给企业带来相应的市场价值和经济效益,反而因为要分心管理来企业实习的学生,会延误其正常的生产活动。同时也因为学校和学生本人对实习的不重视,造成企业接纳实习生的热情受到挫伤。而事实上,学校和企业如能充分利用学生实习的平台,校企紧密结合,既有利于提高高校毕业生的实践能力,又能帮助企业在用人方面避免“用工荒”这一尴尬现象。针对以上状况,建议对该专业的实习进行以下几点改进:
①加大实习改革,提高动手实践能力。在教学过程当中,注重实践环节,致力于培养学生的实践能力。在实验教学中,增加创新型实验,减少验证性内容,以此来培养学生的创新能力。针对我国现在各大高校化学工程与工艺实习的问题,应该从几个方面进行改革。首先,要为学生提供稳定的实习基地,让学生将集中实习和分散实习结合起来。其次,应当提高学生的动手能力。企业应该为学生配备相应的企业导师,让学生在导师的指导下,亲自动手实践,将书本中学到的理论知识真正的运用到实践当中来。在实习过程中,不能仅仅让学生当一个旁观者,更应该让其成为真正的实践者。最后也是最重要的一点,通过帮助企业解决生产过程中碰到的技术问题,让学生在实习中体会到攻克技术难题的乐趣,培养学生的兴趣点,让学生从起初的被动学习中走出来,真正积极主动的投身到化学工程与工艺实践中来。
②加强实习的组织管理。以往,无论是学生、学校还是企业都没有给予化学工程与工艺学生的实习以足够的重视,因此造成疏于管理,松懈怠慢等现象。现在,学校和企业作为组织者:a.应该从组织上着手,加强组织管理,制定相关的制度对学生加以约束。b.学校应该提高实习在考试当中的比例,以此来提高学生的重视程度。另一方面,也应该从学生的角度出发,为学生制定符合他们自身发展的实习制度。c.从规章制度上加强管理,杜绝离岗脱岗现象。而企业则可以通过一些和就业相关的激励政策对学生加以引导。
③做好课程与实习的规划工作。a.为了避免与其他课程的考试和实习相冲突,学校应该提前对学生在校学科学习的时间进行协调,为学生实习留下充足的时间。b.学校在实习时间上宜采取分批次、分不同类型企业来组织学生实习。避免所有的学生都在同一时间段、同一家企业进行实习的情况,实习效果大打折扣。
④加强校企联合。目前化学与工艺实习存在的最大问题就是实习地点的联系问题。因此来自于企业的社会保障必不可少。以往学校的实习环节当中,企业考虑学生安全的问题,往往存在着联系企业难这一问题。应当加强.校企联合,为学生提供充足的实习资源。在校企联合的模式当中,可以为学生提供双导师选择制度,校内导师和校外导师相结合,实现优势互补,合作共赢。企业可以配备相应的导师,对学生的实践进行指导,让学生不仅有理论知识,而且可以学以致用。其次,企业可以和学校签订合约,每年从学校选拔优秀的毕业生定点输送。这样做及解决了学生就业困难,又可以为企业招到熟悉其运营机制的劳动者,达到双赢的局面。除了企业,政府的支持也是必需的。政府应该从政策上对化学工程与工艺予以重视,并且帮助学校为学生的学习提供良好的条件和环境。
(5)改善实习考核制度。通过重建学生的实习考核制度,改变学生的被动实习状态。以往学生的实习最后都是由企业盖章,并不加入或者很少加入学生最终成绩的考核。现在,为了使学生更加积极主动的投身到化学实践当中,学生在实习中的动手能力,创新能力以及最终的实习效果等均应列入考核机制当中。
二、化学工程与工艺课程体系和教学内容的改革
随着知识信息时代的发展,以往的教育模式已经无法适应当前的形势。首先我们应该分析一下以往课程体系中存在的问题,然后有针对性的进行解决。
2.1课程体系支离破碎,整合度太低
现在化学工程与工艺的课程体系还很不完善。每门课程的联系性不高,以至于学生无法形成一个完整的知识框架和体系,不利于学生将学到的知识融会贯通,学以致用。该专业是一门结合度很高的专业,知识体系的不连贯也不利于和其他学科的有机结合。
2.2过分注重基础知识和书面知识,忽视学生的实践能力
在应试教育的影响下,很多学生和老师把更多的关注放在了考试成绩上,我们经常看到成绩很好的毕业生来到企业,操作能力却非常差。这也是现在应届生就业困难的一个重要原因。
2.3弱化了单元工程与环境和系统的关联
课程中所学到的知识,其最终的目的还是要用来解决实际的需要。目前化学工程与工艺的开发重点主要在于环境保护方面。但是现在的课程却片面注重书面知识,忽略了这一最主要的功能的联系。新的课程体系改革的着力点应该主要放在对学生实践能力和综合素质的培养。关于该专业的高校课程设置,实践探索比理论探索更为复杂,是一项艰苦的工程,需要不断地进行磨合与调试。现在主要针对以上几点,提出相应的改进方案:
(1)扩充知识体系,培养学生的综合能力。建立逐层递进的知识系统。教学模块从基础知识到基础实践,再到实践操作,创新提高的层面。其中实践模块应该予以足够的重视。该模块可以使学生的专业学习和实际应用结合起来,为企业提供专业性人才。在学生的课程体系当中,除了对于必修课的注重,也应该扩大选修课的范围。在选修课的设置方面,要根据课程的发展性、创新性以及与本学科的联系性来进行选择。注重学科的技能强化,使学生根据自己的职业志愿进行选择。还可以通过讲座等方式,来激发学生的专业兴趣。另外,可以根据培养目标,增加化工管理等相关内容。在原有的课程体系中,扩大设计类课程的比重。这样既有利于学生知识面的拓展,又有利于完善学生的知识体系,最终为国家培养出适应社会需要的一专多能的人才。
(2)加强学生实践能力,增强社会责任感。一方面,学生应该积极主动的投身到化学工程和工艺的试验和实习当中来,另一方面,要有强烈的社会责任感。现在该专业的迅速发展,即为当代大学生提供了自身发展的契机,也带了压力和动力。当代大学生应该以保护环境为己任,投身到绿色化学的研究当中去。另外,应当增加课程中的实验内容,增加设计性实验和创新性实验,适当调整理论教学和实验教学时间分配。同时在课程设计等实践环节中,注意培养学生的工程观念和团队精神。
(3)强化课程与系统和环境的联系。通过整合课程结构,使该专业的知识之间的关联性得以加强,并能够更好地与系统和环境相关联。为绿色化学的发展提供有利的契机。
(4)为化学工程与工艺专门人才培养提供师资保障。良师在学生的学习生涯当中起到的作用是举足轻重的。因此,学校在老师的选拔与配置方面应该着重注意,为学生选择理论知识和实践能力双优的教师。另外,学校也要和企业积极交流,在企业中为学生选择适合学生发展的校外导师,对学生的实习和毕业设计进行指导。
三、总结
1.1突出实践能力的培养
研究生的培养是一个系统工程,研究生培养过程的各个环节必须紧密配合,才能培养出合格的、受社会热捧的人才。特别是对于全日制工程硕士的培养来说更是如此。根据全日制工程硕士的特点,把研究生关闭在校园里培养已不能满足社会对人才的要求,异地培养,多地培养成为必然。必须把实践能力的培养作为主线贯穿于全日制工程硕士“培养链”的各个环节。在招生环节,我们对全日制化学工程工程硕士的考生的面试采取了与科学学位考生不同的方式,把对考生的实践经验作为主要的面试内容,让考生感受到实践经验的重要性,许多考生面试后积极主动地到工厂企业锻炼,入学后带着在实践中遇到的问题来学习,增强了解决实际问题的能力。在课程培养环节,我们的课程设置体现理论与实践相结合的原则,分为公共课,专业核心课,专业拓展课,专业实践教学四个模块。我们加大了公共课的比重,利用我校的有效资源,合理整合了专业学位研究生的计算机与管理类课程。无论是公共课还是专业课,都把实践教学内容贯穿其中,理论课中包含实践知识,实践课中包含理论知识。在实践培养环节,我们建立了湖南化工研究院、湖南海利化工有限公司、国家农药创制工程技术研究中心、湖南四达试剂有限公司等多个培养基地,实践条件得到了有力的保证。另外,鼓励研究生在学校组织的集中实践之外增加自主分散实践。在学位论文环节,我们要求化学工程工程硕士研究生在开题前认真查阅文献,尽量了解国内外相关的最新研究成果,选择直接来源于具有实际应用价值的应用技术课题和现实问题的课题。同时,聘请企业的专家、学者参加开题报告会,对选题进行严格审定,多角度考虑选题的合理性、可行性及实用价值。学位论文形式采用产品开发、工程或工艺设计、工程放大及新技术工程应用报告、典型案例分析等多种形式。
1.2突出课程教师和导师的主导地位
应用型人才的培养首先要通过相关课程和案例的学习和研讨来提升其解决实际问题的能力,我们通过聘请企业专家来校担任课程教师,通过改进教学方式方法加强课程教学。如研究生自主参与教学、由多位教师担任一门课程的“拼盘式”教学模式等等。在课程建设方面,学院加大了研究生教师编写适合我院工程硕士实践的教材或讲义的支持力度,加强了研究生精品课程的建设。研究生的培养离不开导师的主导作用,特别是全日制工程硕士的导师最少两位,或多位导师,无论哪个培养环节都需要导师的指导与配合,校企导师分工配合,共同提高研究生的培养质量。在导师的选择上,我们把有横向课题,应用实践经验丰富的教师选作化学工程工程硕士的导师和授课教师,把与培养基地联系较密切的老师选为校内导师,有利地促进了校企导师之间的交流与沟通,也能及时准确掌握论文选题的进展情况等等。
1.3突出工程硕士研究生的主体地位
工程硕士的培养目标是培养具有宽广知识结构的复合型应用型专门技术人才或技术管理人才,能独立从事专业技术工作和技术管理工作。如何实现这个目标,除了学校为研究生营造合理的宽松的环境,搭建良好的学习实践平台外,只能靠研究生自己长期的积累和持续的训练,知识结构的改善,实践能力的提高,学位论文设计都需要独立完成,最终自我实现培养目标。
1.4重视工程硕士培养管理制度和管理机制
尽管化学工程工程硕士培养时间短,但我校研究生教育历史悠久,有完整的研究生管理文件,管理制度也较为健全。我校研究生处成立了专业学位培养科,负责工程硕士的宏观管理与控制,学位论文的质量标准由研究生处学位办负责管理与控制,化学化工学院成立了由科研副院长负责的化学工程领域工程硕士培养管理小组以及由院长、教授、领域带头人、企业专家组成的学位分委员会。
2全日制化学工程工程硕士培养的困境
2.1生源问题
就我们这两年的招生情况来看,生源问题非常严重,直接报考化学工程工程硕士的比例相当少,大多是其他专业调剂过来的,与我院同类专业学位教育硕士相比,化学工程工程硕士推免生只占其1/10。
2.2工程硕士学制问题
我校化学工程全日制工程硕士学制为两年至三年的弹性学制,我们目前先按两年的计划安排课程学习、实践和学位论文,然后根据学位论文的进展情况安排论文答辩或适当延长学位论文的时间。普遍存在的问题是,在国家的全日制工程硕士的学位标准还未广泛宣传执行之前,导师对工程硕士的学位论文还是沿用科学学位研究生的学位标准,而学校研究生处在办理各种证件时(如学生证、毕业证)都只体现两年学制,普遍反映两年的时间培养既要实践能力强保证充足的实践时间又按时完成高质量学位论文的人才导师压力相当大。为了保证全日制工程硕士的培养质量,以免出现矮化工程硕士的现象,现在大多数工科院校都把全日制工程硕士的学制确定到了三年。
2.3课程体系建设问题
课程体系建设是一个长期的开放的系统工程,需要持续不断的更新。课程建设是高校人才培养永恒的主题,目前我们在课程体系建设方面还主要借鉴科学学位的课程体系,需要政府、企业、高校、教师等多方面的热情参与。
3建议
3.1加强宣传力度,改变观念和教育理念
全日制工程硕士教育是为了适应社会经济发展对高水平应用型人才的迫切需要而开设的专业学位研究生教育类型,但无论是导师、研究生本人还是社会,对此都没有足够的认识,在我院关于“科学学位与专业学位的本质内涵与区别”的小型调查中,非常了解的导师只占9%,了解和比较了解的导师各占36%,不太了解的导师还占18%。由于工程硕士的生源大都是调剂生,研究生本人也是不自愿接受工程硕士教育的,重学术轻专业的倾向普遍存在。因此需要政府、高校,用人单位、宣传媒体等都要发挥其作用。
3.2推进职业资格认证
职业资格认证考试不仅是对从业人员接受职业教育和专业知识水平的考核,也是对行业发展趋势和职业技术要求的导向,是高校调整人才培养方案的依据。是课程体系建设的指挥棒,方向标。推进职业资格认证,是全日制专业学位教育持续发展的得力助手。在这方面,教育硕士就比较规范,工程硕士可以借鉴其他专业学位的经验。
3.3加强师资队伍建设
人才培养离不开教师、导师,要加强专门的工程硕士导师队伍建设,对新导师要及时培训,了解工程硕士的特点和培养目标。要改革教学方式,要大力研究完善与经济社会相适应的课程体系等等都离不开师资队伍建设。师资队伍建设是高校发展的关键。