时间:2022-10-31 07:54:32
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篇化学工程论文,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。
校企联合培养模式将高校的教育科研优势与企业的工程实践优势结合起来,兼顾了化学工程专业硕士在基础知识水平及应用能力上的培养要求,并已在专业硕士培养中起到了突出作用。但不可否认的是,目前校企联合培养仍存在一些问题。
(一)校企合作形式与内容
校企合作形式是影响联合培养的最重要因素。重点大学及行业特色型大学由于其品牌和行业影响力而在校企合作培养研究生方面有显著的优势。以中国石油大学为例,该校立足于石油石化行业和领域,面向东营胜利油田和青岛近海油气田及两地相关产业开展人才培养,是国内化学工程专业硕士校企合作效果最好的高校之一。然而,国内大部分地方高校与企业之间的合作形式仍较为初级,特别是地方高校受到学校科研实力、学校办学层次和软硬件条件等因素的制约,校企之间的相互联系多建立在项目合作和个人感情联系的基础上,未形成长效机制。如果企业负责人离职或合作项目中断,则联合培养将大受影响甚至停滞。此外,部分地方企业创新意识不强或过分追求“短平快”的项目,都将影响人才持续培养机制,无法实现良性循环。从人才需求角度来看,地方经济状况的优劣也会明显影响企业的人才需求,进而直接影响校企合作的基础。
(二)导师
很多高校的校内导师过度倚重发表学术论文,或者一直从事基础理论研究,缺乏应用研究项目和研究经验。该类导师在指导专业学位研究生时往往延续过去的研究思路和方向,以学术型研究生模式培养专业学位研究生,最终导致毕业生与企业要求相差甚远。此外,很多校外导师是企业的高管或主要负责人,日常事务繁忙,对自己负责的学生疏于管理和指导。学生在企业或沦为廉价劳动力,或实践流于形式,达不到应有的效果。
(三)培养过程
国内各高校的化学工程专业硕士的主要管理和培养政策已经基本齐备,但仍有部分政策还在修改和制订过程中。很多高校在课程体系构建、考核方式、实践内容等方面没有将专业学位研究生与学术型研究生加以区别,未能体现出专业学位职业性、应用性的特点。与企业生产实际密切相关的课程开设不足也是目前国内高校化学工程专业硕士培养普遍存在的问题。
(四)生源
对于重点高校,无论是学术型硕士或专业学位硕士均呈现“供大于求”的局面,学校可以从容择优录取。而地方高校的专业学位认可度普遍较低,直接导致部分优秀生源流失,毕业生质量也因此受到影响。
(五)其他问题
部分地方高校在导师激励政策、学生奖励机制等方面不够完善,由此产生了导师因专业学位学生花费多、产出少而不愿意接受专业学位学生的情况;学生也因在奖学金等方面无法与学术型研究生竞争而影响了科研积极性。
二、方针与措施
鉴于以上问题,我们以山西大学与三维集团合作构建的“山西省催化技术研究生教育创新中心”为平台,通过深入探索山西煤化工转型对化学工程专业研究生教育的影响,从合作模式、导师管理、课程体系构建、健全和完善各项制度等方面进行改革,并力图构建一种符合山西省化工行业需求的化学工程专业学位研究生培养模式。
(一)校企合作平台的构建
构建校企合作平台是稳定专业学位硕士培养质量的根本措施。2002年,化学化工学院的研究生就因项目需要而在三维集团进行数月至一年的工业侧线实验。随着双方项目合作的深入,进入企业实践的学生人数不断增多,而企业的技术人员也积极参加山西大学的博士或在职工程硕士考试,双方实现了人才培养上的互动。在此基础上,2004年双方共建了“精细化工催化与反应工艺共建实验室”,实现了校企层面的科研平台构建。2007年底,经山西省经委、山西省教育厅、山西省产学研工程领导组批准,校企双方通过政府层面建立了“山西省催化技术研究生教育创新中心”。随着相关管理制度逐步完善,该中心不但成为研究生培养的创新实践平台,也逐渐成为高校和企业间的技术、人才交流平台,并为企业技术带头人的知识更新和产业技术升级提供了支撑。近年来,山西大学积极开展“煤基资源高值循环利用协同创新中心”的建设,拓展多方合作关系。目前研究生教育创新中心的企业平台已包括阳煤集团、潞安集团、河南煤业集团等大型煤化工企业,未来还将探索与中科院山西煤化所、中科院大连化物所、中科院过程所等研究所合作培养研究生的可能性。综上所述,山西大学化学工程领域的校企合作经历了如下发展历程:校企合作项目牵引建立校企层面的科研合作平台建立政府层面的研究生教育创新中心建立多方参与的校企科研教育合作平台。其中,多方平台的建立不但解决了科研项目延续性、科学性的问题,更有利于实现校企联合培养的长效性和持续性。
(二)管理体制创新
为进一步提高专业学位研究生教育水平,我们就专业学位研究生的管理体制方面开展了改革创新。研究生院成立了“专业学位管理办公室”,负责与专业学位相关的政策制订、学科建设、品牌建设,以及对各培养单位进行管理、督导和服务等工作。学院成立了相关的“专业学位教育中心”,负责相关专业学位研究生的招生、培养、师资队伍建设、实践基地建设等工作。化学化工学院以“山西省催化技术研究生教育创新中心”为基础,吸纳了相关学科负责人和校外导师,共同承担化学工程专业学位教育中心的职责。上述举措有利于各培养单位积极发挥主观能动性,形成符合各自专业实践特点的培养模式。
(三)导师遴选及评聘制度改革
山西大学研究生院根据各专业学位培养单位的具体情况,制订了详细的校内导师、企业导师评聘制度。特别是对企业导师实行“一年一考核,三年一聘”的管理办法。在学院教育中心层次上,化学化工学院成立了化学工程硕士指导小组,以“山西省催化技术研究生教育创新中心”为核心,吸纳其他理科或相关学科导师,实现导师之间的理工优势互补,在一定程度上解决了理科环境中开展应用实践的问题。此外,学院教育中心强化了企业导师的归属感和责任感,通过让企业导师参与课程设计及研究生选课、确定科研课题、开设学术讲座和专业特色选修课程等方式,进一步让企业导师融入学生培养过程。
(四)课程体系构建
2013年,山西大学根据教育部相关文件,结合各专业具体情况,对硕士研究生培养方案进行了详细的修订。在课程设置中,我们将课程分为公共基础课、专业基础课、专业应用课、选修课4类,各类课程均采用了教授授课、双语教学等模式,特别突出工程应用类型的课程。由于化学工程专业硕士的导师的知识存在多学科、多研究方向的交叉,因此,我们在课程设置上采取丰富选修课的方法解决这一问题。为了避免重复设课或课程内容重叠,各专业领域均可选择化学学科或其他专业领域的课程作为选修课。师资力量和师资水平方面,由于山西大学工科师资力量不足,我们采用“外校聘请+本校培养”的模式逐步提高师资水平。此外,学校还通过请企业导师或行业知名专家开设学术讲座、特色专业选修课等方式,使学生获悉国内外化工行业发展的最新动向。
(五)奖学金制度
现阶段山西大学研究生奖学金主要为国家奖学金和学业奖学金,原有奖学金评价主要基于学生学习成绩和科研成果的考量。化学化工学院将专业学位研究生与学术型研究生分开评比。专业学位研究生的科研成果可以是学术论文、专利、负责项目、实践报告、调查报告等多种形式,特别强调学术论文、专利、项目等必须具有应用背景。此外,针对专业学位研究生科研结果无法量化的问题,我们采用“预审+集中答辩”的方式,由答辩委员会评出获奖等级。上述评审制度的实施明显调动了专业学位研究生的科研积极性。
三、发展与方向
尽管我们在化学工程专业研究生培养方面进
行了许多改革,但仍有很多方面需要高校、企业及地方政府进一步协调改进。我们将目前改革探索的方向归纳如下,这既是我们的努力目标,也希望能够给予其他高校一些启发。
(一)提高学科认可度,创出专业品牌效应
优质的生源是研究生培养和学科发展的大前提,没有良好的生源,校企联合培养将成为无本之木、无源之水。近年来,山西大学通过增加推免生名额比例,明显提升了专业学位研究生的生源素质;与此同时,山西大学通过鼓励校企合作科研,建立多方参与的协同创新中心,进一步扩大了学校、学科的业内影响力。未来,山西大学将以校企协同创新中心为发展核心,以高水平人才队伍建设为发展动力,通过科研成果和科研团队创出专业品牌效应。
(二)深化校企人才技术交流平台建设,实现人才培养的良性循环
校企双方只有真正实现技术流、人才流的双向流动才能培养出真正的应用型人才。因此,我们需要建立完善的涉及项目合作、利益分配、人才交流等体制机制,进一步强化企业研究生实践中心的构建,通过校企合作项目引领、扩大平台的影响力,提升平台自我“造血”能力,逐步引导校企合作由“项目带动”发展到“人才+技术混合带动”,最终实现人才培养的良性循环。
(三)改革奖励制度,激励学科发展
为了能更好的进行做好化学工程与工艺专业人才培养模式的改革,我们对现行化学工程与工艺专业培养方案的进行了修订工作。根据本专业特色和学生的具体情况,我们先后选择到本专业办学经验丰富、学科排名靠前的重点院校,如天津大学、北京化工大学、中国石油大学(华东)、合肥工业大学等高校和同一地域的兰州理工大学和宁夏大学等高校进行调研。并在征求了部分在校生、毕业生和化工企业对现行培养方案修订的意见的基础上,我们对调研的信息和反馈的意见和建议进行认真的分析、梳理和总结。从总体上来看,现行培养方案的的培养目标及基本要求符合专业特点及专业发展的需要,课程设置及课时安排也基本符合专业的要求。但是现行培养方案也存在着一些问题:(1)理论课的学时较多,容易形成以教师为主导的教学模式,学生自主学习和从事创新性实验项目的时间不足,而且所学习的理论知识难以应用于实践,在毕业实习、毕业设计中表现尤为突出。(2)由于公共课程较多的原因,学生在前三个学期的学习过程中难以接触到真正的专业课程,真正学习专业理论知识的时间非常有限,也造成了安排在大一下半学期的认知实习难以对学生产生相应的专业影响。(3)核心课程的核心地位不突出,既没有从课时上保证,也没有从考核方式上来要求。(4)没有专业概论课程,学生到了三、四年级,对专业的认识还不够清晰,对课程之间的承接关系没有概念,综合运用专业知识来解决实际问题的能力不足。(5)部分课程内容重复,难以形成教学上的高效率。(6)课程体系中没有能很好地跟上现代化学工业中信息化的脚步,已经广泛应用的设计软件,如Aspenplus、ProE等还没有进入课程体系。(7)毕业实习还有待加强,目前安排的毕业实习时间较短,难以达到实习的目的。
二化学工程与工艺专业人才培养模式改革的思路
美国、德国等发达工业国家的统计资料表明,高级工程人才的需求比例为:从事工程科学研究的人才为5%,这部分人才主要以研究和发现工程过程中的基本理论为主,偏重于工程学术研究;从事设计、开发的工程人才约占35%,主要工作是将科学原理和学科体系知识转化为设计方案或设计图纸;从事生产工艺、运行维护、管理销售等工作的工程技术人员约占65%,将设计方案与图纸转化为产品。后两者可以统称为工程应用人才。化工学院在建院之初,就确定了以培养工程应用型人才为主要目标。根据几年来在人才培养的探索与实践过程中,我们认为,确切地说,我们应该以打造工程生产一线工程师、工程技术人员为人才培养的主要目标,也就是说,以培养工程技术人员为主,对于一些学有余力的学生,可以通过进一步的深造和在实践工作岗位上的锻炼,成为工程人才。培养化工类工程应用型人才,就是要强调本科教育的专业性,通过本科教育这一相对完整的人才培养周期,是学生接受相对完整的、作为一线工程师所需要的基本教育,具有一线工程师应有的基本知识、基本能力、基本素质。学生通过这样的教育,应该具有系统的专业基础知识、较强的实践动手能力、主动的自主学习能力、灵活的岗位适应能力,在现有成熟的化工技术和规范的基础上,能够应用理论知识和技术,解决生产实际中的具体技术问题,特别是应用所学专业知识进行集成创新和引进吸收再创新。同时,一线工程师还应具有一定的人文精神和环境意识。现代化学工业,不仅融化学科学、化工技术、艺术于一体,还与自然资源、生态环境、伦理道德等重大社会问题息息相关,在“十”提出“建设美丽中国”的历史背景下,在培养的学生多数服务于生态环境脆弱的西部地区的前提下,更应该注重培养学生的人文精神和环保意识。经过四年的执行,现行培养方案在培养应用型化工技术人才方面起到了重要的作用,也积累了丰富的经验。在新方案修订过程中,要在保持原方案优点,尤其是突出实践教学的基础上,针对原方案的不足,结合现代化学工业新的发展现状以及地区经济,来综合考虑,完成修订工作。基于这样的认识,对于新的培养方案,需要遵循“理论系统够用,突出实践动手,营造工程背景,重视过程培养与评价,提倡自主学习,强化创新训练”的原则。化学工程与工艺专业人才培养方案修订工作的指导思想:以复合型、创新性人才培养为核心,以教学改革、科学研究和服务社会为宗旨,以高素质、重能力、求创新为根本,以学生为主体、教师为主导,培养学生理论知识、综合能力、实践技能和科学素养全面协调健康发展。力求达到理论与实践、基础与提高、传承与创新、教学与科研、素质教育与技术训练的统一。
三化学工程与工艺专业人才培养模式改革的内容
明确提出以转变教育思想和更新教育观念为先导,以完善和落实本科综合培养方案为主线,深化教学改革;优化课程体系,更新教学内容,加强实践环节,改进教学方法和教学手段;加强师资队伍建设,提高教师整体综合素质,形成一支教学科研相结合、教学思想活跃、知识结构、年龄结构优化的教学梯队;注重学生知识、能力、素质、个性的协调发展,强化创新意识,进一步提高人才培养质量,走改革和创新之路,探索教学管理的新机制、新模式,开创教学工作的新局面。
1理论课的教育改革
(1)深化课程体系改革,构建创新能力和全面发展的化工专业人才培养计划调整知识结构,本着“理论系统够用”的原则,认真梳理现行培养方案中的理论课程体系,根据专业方向,确定4~5门核心课程,凸显核心课的核心地位,以核心课程为中心,构建理论课程体系。将理论课程按课程的特点、内容和相关性进行进一步整合,划分为课程群,即将部分前后有衔接的课程,进行内容整合,减少重叠内容,突出重点,通过课程群的建设,使学生在学习时可以更加连贯,便于融会贯通。(2)改革和更新教学内容,积极吸收本专业科学技术发展的新成果,将化工及相关领域新技术、新成果纳入课堂教学;(3)深化教学方法改革,尊重学生个性发展,推进启发式和讨论式教学方法,提倡案例教学;主要课程注重引进和选用国内外优秀教材,不断促进本科教学质量的提升。(4)改革教学技术,推行现代化教学手段。包括:多媒体、网络、仿真等。尽可能采用双外语教学。(5)改进教学和管理机制,在理论教学过程中,重视过程培养和评价,并以此为契机,提倡学生自主学习,在教学大纲上和教学内容上引导学生自学。
2实践性教学环节的教育改革
工程技术人才的创新能力集中体现在工程实践活动中创造新的技术成果的能力,包括新产品和新技术的研发,新流程和新装置的设计,新的工厂生产过程操作运行方案等。反映在教学过程中就是工程实践能力的训练和培养。因此在改革中高度重视和加强实践类教学环节,继续保证实践教学的突出地位。在实践性教学环节中,构建由易到难,贯穿全程,逐步贴近工程实际的实践教学体系,保证实践教学环节比重在整个培养方案的比重不低于25%,适当调整理论教学课程,使教学前移,为学生创造更多地时间参与工程实践,并积极创造条件推进“3+1”培养模式的改革。对教学计划内要求的实践性教学,结合工程实际,以实验与工艺基本操作技能训练为基础,积极开展教学改革和建设。具体方案:在基础实验方面,重视对学生实际动手能力、规范操作和严谨务实的作风的培养。在专业基础实验方面,结合地区经济的发展和教师的科研方向开发大综合专业实验项目,逐步引入具有工程意义的实验项目,增加综合性、设计性和研究型实验的比例。为后续实践教学、创新性实验项目、学科竞赛、毕业设计等环节奠定基础。在校内实训平台建设中,基于工程背景及地方产业特点,以培养学生动手及实践能力和工程意识为出发点,形成满足培养化工类专业和相关专业的实践综合能力训练及培养的实训课程体系。以学校建设化工实训中心为契机,加强工程实训,弥补毕业实习过程中只能看不能动的缺憾,是学生真正了解化工厂。在毕业实习和毕业设计(论文)环节,贯彻卓越工程师计划,建立学生到企业和社会开展实践实习的有效机制。精选认识实习单位,加强基地建设,继续为学生在毕业实习过程中提供“顶岗实习”机会,结合就业,让学生能够在就业后缩短适应期。提高学生对专业的认同度和优越感,提高学习本专业的兴趣。毕业设计以工厂实际设计为题,毕业论文以教师科研为题。落实理论联系实际,结合工程与科研实际,一人一题,真题真做。实施双向选择和规范化管理。使学生的分析问题、解决问题、协作精神、创新意识和能力等得到充分锻炼。
3课堂外教学环节的教育改革
无机及分析化学不是无机化学、分析化学两门课程的叠加,教学内容丰富,概念和理论知识较多,各章节之间的独立性较强。因此合理安排教学内容,帮助学生转变学习方法及思维方式无疑是大一第一学期开设这门课的关键。在内容的安排上,前两章首先回顾高中的一些化学基础知识,并介绍了误差及数据处理,稀溶液的依数性和胶体溶液。然后,第三和四章主要介绍化学热力学、化学动力学及化学平衡,让学生掌握反应三要素:反应方向即吉布斯函数变,反应快慢即反应速率常数,反应限度即反应平衡常数。第五章主要介绍物质的结构,离子键及共价键理论和晶体结构。第六、七、八和九章分别介绍酸碱平衡、溶解沉淀平衡、氧化还原平衡和配位平衡及其对应滴定分析法,让学生掌握测试固体或溶液中某种元素含量的分析测定方法。最后,第十、十一和十二章主要介绍一些简单仪器分析法及原理,例如:第十章吸光光度法,不仅要介绍该方法的原理朗伯-比尔定律,还要介绍目视比色法、示差法和标准曲线法三种常用的吸光光度法分析法。内容上总体上是先讲理论原理,再介绍知识点,将理论原理融入生产实践中,使学生较快地掌握化学理论,再通过课堂上的一些练习题,使学生加深教学内容的记忆,知识更加系统。这样不仅可以将无机和分析化学知识点有机的融合,还可以将理论应用到生活实践中。在一学年的学习中,总共80学时,第一学期学习前六章共计48课时,第二学期学习后六章共计32课时。在教学过程中,应该精选教学内容,使学生掌握化学基础理论知识并具备较宽的知识面,为后续课程学习打下了扎实的基础。与此同时,教师要熟悉该课程的教材,根据学生的专业,合理制定教学大纲和教学培养方案,精炼教材的内容,对于中学已经学过的化学知识或者与专业联系较少的理论知识可以简略讲解。比如:第四章的化学反应速率和反应平衡,化学反应速率的定义,影响化学反应速率的因素以及化学平衡的移动;第八章氧化还原反应的定义,配平,得失电子,氧化剂和还原剂等概念知识。这些知识点中学都已经涉及过,教师在授课时只要简单介绍即可。对于能源化学工程专业而言,水煤浆的开发和利用是近年来的一个热点,也是煤炭清洁利用的重点。因此,对于第二章分散系的内容应该详细讲授,再介绍水煤浆分散系。
2激发学生兴趣
兴趣是最好的老师,要学好无机及分析化学,首先要激发学生的兴趣。第一,在无机及分析化学这门课的绪论课上,主要介绍化学的作用及学习方法。第二,阐明化学与人类生活之间密切联系,激发学生的学习。第三,无机及分析化学是化学、化工类相关专业的基础课,其作用无论是对以后的专业课学习还是将来从事工作都具有重要的意义。第四,在平时的课堂教学中,可以多讲一些贴近生活的例子,激发学生学习的兴趣。例如,在介绍影响化学反应速率的因素时,举例说明,夏天食物容易变质,我们可以将食物放进冰箱中保存,以防止变质。这是通过降低温度,达到降低食物变质的速率。汽车尾气CO和NO是严重的环境污染物,从热力学的角度讲,CO+NON2+CO2可以发生,但是遗憾的是,在通常状况下,该反应进行的非常之慢,以致不能有效地去除车道内的CO和NO。因此,有必要对化学反应的速率问题进行研究,必须考虑外界因素对反应速率的影响,由此可引出本节课要学习的内容。第五,在教学过程中,穿插介绍一些与知识点相关的科技发展新动态及前沿知识,以此调动学生学习的积极性。
3综合利用各种教学方法
现阶段的教学方法多种多样,而在实际教学中,各种教学方式应该相互结合、取长补短。根据我校无机及分析化学教学团队多年来教学中的经验,可以概括为以下几点:第一,增加课堂讨论。针对一些在学习过程中遇到的问题,教师应该指导学生搜集资料,进行课堂讨论。在讨论的过程中培养学生分析和解决问题的能力;第二,让学生走上讲台。让学生走上讲台不仅可以体验教师备课的准备过程,还可以锻炼学生的能力;第三,运用多媒体教学,可以使微观概念及理论形象化。例如,在物质结构基础这一章,学生一般较难理解,如果用多媒体课件和化学软件以动画的形式去展现,课程内容会更加形象、生动。这样的教学不仅有利于学生理解、记忆,还可以活跃课堂气氛。第四,对于公式推导,应该板书推理过程引导学生理解。在教学中应避免盲目使用多媒体教学,要将多媒体与其他教学手段结合起来,才会使学生理解公式的推导过程,并能较好的应用公式。
4培养学生能力
为了调动能源化学工程专业学生对无机及分析化学基础课程的兴趣,可以积极组织各类化学竞赛活动。我省有各类化学竞赛,例如:化学视频大赛,化学实验竞赛和趣味化学竞赛等。近年来,教育部门坚持开展国家级、省部级大学生创新实验项目,有望培养大学生的创新能力,推动全民创新。此外,为了鼓励和培养大学生创新激情及能力,我们学校也开展了大学生创新实验项目。该项目均是由学生亲自撰写项目申请书,申请答辩ppt,中期考核表,结题报告和结题答辩ppt等资料。这不仅培养了学生创新能力,还为学生日后工作和学习培养科学合理的方法和实践能力提供了基础。
5适应专业要求
能源化学工程专业的技术性和实践性较强,在无机及分析化学的教学中,要把握专业的特殊要求,认真学习我校能源化学工程专业人才培养方案,深入研究教学大纲,充分了解无机及分析化学在整个专业课程体系中的作用,明确教学过程中的内容和重难点。例如,化学热力学和化学动力学章节的内容应该详细讲解。这部分内容对于能源化学工程专业的学生而言,可以更好地理解能源转化及利用过程中的一般规律,为高效、低碳环保使用能源奠定基础。
6结论
1强化化学工程课堂演示实验
在当今多媒体教学盛兴的时代,课堂演示实验仍然是一种不可缺少的教学手段。其根本原因,是它具有较强的真实感。这种特性对于科学实验尤为重要。多媒体教学手段虽有很多优点,但屏幕上显示的形象,毕竟与现实的事物或现象有差异,如果不与生活中已经熟悉的对象相比较,就难以感知事物的真实形象。因此,学生还要进一步开动脑筋,去再现视频形象与真实事物或现象之间那些缺少了的环节。课堂演示实验可以直接感知真实的形象,这正是它同多媒体教学手段相比,所具有的突出特点之一。但实验装置或模拟实验设备与工业规模的化工设备相比毕竟有所不同,还需要实物教具、幻灯片、电视录像或是电影等手段来补充。这正好说明,不可能存在一种在任何条件下都适用的,尽善尽美阅读教学的教学手段和教学方法,而是根据学科性质、教学内容和教学环境等具体条件,选择采用,或者多种手段配合使用,以各展其长。课堂演示实验与实验室教学实验,各有其不同的目的。如上所述,课堂演示实验是课堂教学的一种手段,旨在提高课堂教学的效率。实验室的实验教学则是教学过程的一个重要环节,或可作为一门独立开设的课程,其主要目的是让学生初步掌握一些有关化学工程的实验研究方法和实验技术,培养学生从事科学实验的实践能力。因此,两者对于实验装置的要求,以及实验的能容和方法都有所不同。对于学生来讲,某些实验训练价值不大的项目,例如雷诺实验、流体阻力测定、流体机械能转换实验等这一类实验,作为课堂演示实验是必要的,而作为实验室教学的意义就不是很大。对于既有作为演示实验的必要,又有实验训练价值的某些实验项目,在实验内容和方法上,应尽可能使两者在小型化的基础上结合起来。在设计时,尽量考虑到教学实验的需要,以提高实验设备的利用率。自然,课堂演示实验与实验室教学实验的目的要求不同,期望所有装置都能通用也是不现实的。
2化学工程演示实验需要注意的几个问题
化学工程演示实验最大的特点是工程实践性。它不同于化学类实验课程,实验对象从烧瓶、酒精灯、玻璃棒变为实际生产的模型设备,具有显著地工程实践性,而学生的实践经验往往非常匮乏,这就要求教师把握化工实验的特点,注重研究性教学模式,在课堂演示实验中采取教师为主导,学生为主体的形式,尽量让所有学生都参与演示课程,并且尽可能的引用一些与实际生产紧密联系的工程问题进行演示。在演示过程中,教师要鼓励学生积极主动思考,勇于提出自己观点,敢于创新。课堂演示实验是一种很好的教学手段,这种手段的合理运用,则是一种教学艺术。如果运用得法,与教学内容配合紧密,视听结合得巧妙,就一定能发挥它应有的效能,否则就会事倍功半。化学工程的课堂演示实验,能否达到提高课堂教学效率的目的,演示实验装置的性能也尤为重要。为此,在实验装置方面至少要达到如下一些基本要求:①实验装置应尽可能做到小型化和仪器化;②演示实验装置尽可能做到直观、生动、形象;③演示实验装置应做到稳定、快速、准确、合乎科学;④演示装置需尽最大努力消除噪音和其他污染。此外,在实验物系的选择上,也需综合考虑原料价格、气味、毒性等要求,一般以空气、水等价廉易得且环保原料为佳。课堂教学中演示实验侧重点不同,大致可分为:①展示现象,该类演示实验通过学生观察实验,了解现象,进而验证并巩固所学知识;②展现概念,该类演示实验通过化抽象为具体,从而实现抽象概念直观化、具体化;③获得规律,该类演示实验通过显现的结果,通过观察分析并进一步归纳演绎从而得出其中的规律。这就需要教师准备多套课堂演示实验,从而根据情况有选择的开展相应课堂演示实验工作。
3结语
通过初步的教学实践,所采取的措施较好的实现了课程的教学目的,显著提高了绝大多数学生的学习兴趣与热情,调动了学生学习积极性,同时培养了学生观察能力与思维能力,有效提高了本课程的教学质量。化学工程理论课与课堂演示实验相结合是一项长期而艰巨的任务,教师只有通过长期不懈的钻研,针对课程的特点,在教学实践中不断积累和总结经验,才能真正充分提高课堂教学的水平与质量。
作者:许立信叶明富伊廷锋陈启厚雷智平万梅秀单位:安徽工业大学湖南人文科技学院
以化工原理为代表的化工原理系列课程是化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课中最重要的课程,起着由“理”及“工”承上启下的桥梁作用,其教学目的就是培养学生运用所学知识分析和解决化工单元操作中实际工程问题的能力。化工原理系列课程包括:理论课、实验课、生产或仿真实习和课程设计四个环节。其中化工单元操作过程设计方法、操作原理及其计算是理论课程教学的重要内容,而迅速准确地进行工程计算是课程设计的基础,所以组织好化工原理理论课程教学是落实化工原理整体教学的关键。目前,化工原理主要授课内容:流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离和固体流态化、传热、精馏、吸收、萃取、干燥等单元的基本概念、原理和工程计算方法,而通用过程模拟软件中几乎包括所有常见的化工单元基本模块,在讲课过程中,教师可以在讲授基本原理后,使用软件中的相关计算模块对其工作特性进行模拟展示。
东南大学化学化工学院肖国民、李浩扬[3]等,利用Fluent、Aspenplus软件应用于讲授和解决“三传”问题。其中利用Fluent软件,对固定床反应器进行动量模拟,结合反应动力学模型和对流传热模型等,研究反应器内一氧化碳与硝酸二乙酯偶联反应,从而获得反应器内速度、温度和各物质浓度的分布情况,模拟结果与实验数据吻合良好。这一过程给学生清晰的展示了:不仅固定床反应器内部的“三传”均和反应的进行程度相辅相成,而且若想准确计算、设计或优化一个单元操作过程,实验情况与计算模拟必须相互反馈,相得益彰。利用Aspenplus软件对二苯基甲烷二异氰酸酯换热器进行设计和工程开发,与传统的换热器设计计算方法相比,结果具有可靠性高、计算用时少、绘图快、和各专业集成效应强等优势。通过对甲醇—水精馏过程模拟,说明该软件可用于质量传递方面的计算。教学实践证明,该方法不仅可以全面反映塔内物料组成、质量分布状况等工艺计算结果,而且还可通过系统内置板式塔或填料塔的各种塔内件参数,得到塔结构详细设计,另外学生还可以通过改变模拟计算条件,综合考察各因素对分离效果的影响,便于教学。
中国石油大学(华东)化学工程学院刘相、王兰娟[16]利用软件:Mathcad、Aspenplus和AutoCAD与传统的课程设计相结合的教学方式,简化繁琐的计算过程,强化学生的工程意识和制图规范,使化工原理课程设计逐步走入规范化轨道。中国石油大学(华东)化学工程学院孙兰义,张月明[17,18]等,选择烯烃分离装置作为研究对象应用于化工原理课程设计教学之中,利用Aspenplus、ProII获得了最佳回流比、理论板数等重要数据,计算机教学的引入为化工原理课程设计教学注入了新的活力。江苏技术师范学院化学与环境工程学院张春勇,郑纯智[19]等利用Aspenplus软件在流体流动和输送机械、传热、精馏、吸收与脱吸中应用,在教学过程中使学生看到的都是工程实例,充分践行了理论联系实际这一教学原则。嘉兴学院生物与化学工程学院韦晓燕,谭军[20]等,山东科技大学化学与环境工程学院张治山、高军[21]等将Aspenplus过程模拟系统有目、有步骤地应用于化工原理系列课程教学,通过单元模型操作型问题、实际案例分析和课程设计三个阶段的训练,使学生加深对化工单元设计的理解,达到培养“知识”+“能力”型人才的目的。另外,北京石油化工学院化学工程系葛明兰,李翠清[22]等和安阳大学化工系李安林,张换平[23]等将ChemCAD软件应用与化工课程设计和简捷精馏模型,青海大学化工学院李晓昆,张宏[24]等将ECSS软件应用在板式精馏塔工艺计算中。华南理工大学化学与化工学院郑秀玉,李琼[25]还将过程模拟系统应用于化工仿真实习教学的改革与实践当中,取得了宝贵的教学经验。实际工程问题的解决方案通常是多方面因素综合,且呈非线性关系作用的结果,解答需要经过多次运算与讨论分析。如操作型计算,尽管与设计型应用的原理是一样的,但是因为思考问题的角度不同,使得此类问题复杂、灵活,综合条件的选择计算不是一次完成,而是需要多次试算,反复迭代,加之公式复杂,计算步骤繁多,计算量很大。模拟软件的应用是解决这类问题行之有效的捷径,既帮助学生加深了对各化工单元的认识与理解,又培养了他们解决实际工程问题的能力。
2在化学反应工程、分离工程教学中的应用
化学反应工程和化工分离工程皆为化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课程。其主要研究内容的共性为过程开发、工艺设计以及实际生产操作过程中遇到的工程问题。在化工生产过程中,化学反应是生产的核心,而分离过程则是其前的原料净化和其后的产品精制,一般来说分离装置的费用占总投资的70%以上。过程模拟系统中,基本上包含了教学过程中所包含的各式反应器模型,另外系统还集成了用户自定义模块,用户可根据实际需求二次开发反应器模块子程序。而对于化工分离过程的模拟无论是从可模拟介质的种类和塔器的形式上,还是从模拟结果的精度上,都堪称化工模拟技术发展的代表。如:在AspenPlus中用于模拟所有类型的多级汽-液、液-液平衡为例,其计算分为简捷、严格法两种。简捷法计算单元模块库有三类:简捷法精馏设计、简捷法精馏核算和石油简捷蒸馏。
严格法计算单元模块库有六类:严格精馏、复杂塔严格精馏、石油严格蒸馏、基于质量传递速率蒸馏、严格间歇蒸馏和严格液-液萃取,每一类单元模块库中又有多个以进料、加热器(冷凝器)和侧线物流等不同组合形式,如:严格精馏不仅可用于两相(汽-液)计算,还可用于三相(汽-液-液)计算,即可模拟:普通蒸馏、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精馏、平衡和反应比例控制蒸馏等工艺过程,而石油严格蒸馏库中就有近50种形式可选,所以过程模拟系统不仅可以满足化工分离工程课程主要内容的需要,而且对其后继石化、炼化等工艺课程,也有较大的帮助。天津科技大学王彦飞,朱亮等采用教学内容与AspenPlus软件相结合以提高教学质量,讨论环氧丙烷水解绝热连续搅拌釜式反应器模型的多解性,在课堂上非常快速直观的让学生清楚了解多定态现象以及产生的原因,有助于学生对反应过程的理解,并通过软件使用可以回答,“如果改变某些条件,那么对于结果有哪些影响?”这样的问题。南京化工职业技术学院化工系戴斌,徐宏利用化工过程模拟系统ChemCAD二次开发工具,在SO2转化反应器的工艺设计上,通过使用VBA语言编程,实现有复杂反应动力学方程的反应器工艺设计。变换不同的SO2转化工艺条件,计算得到与之对应的反应器体积,从而为装置技改、去瓶颈和优化提供依据。上海应用技术学院吴锡慧,郁平等对化学反应工程教学改革和实践,在实验中引入AspenPlus软件强化计算机应用,提高了学生们的设计和综合分析能力。该软件也正被学生用在大学生化工设计竞赛、毕业设计和科技创新等环节。
天津大学化工学院李士雨,齐向娟给出了应用ChemCAD模拟软件更新分离过程教学内容的初步方案包括:分离过程热力学、自由度分析的原理和方法、单级平衡和多级平衡模拟计算等。得出:无论从国内外化工分离过程教学内容的更新趋势上看,还是从工业界对分离过程教学内容需求的变化上看,在分离过程教学内容中增加计算机模拟分析方法是大势所趋。华东理工大学化工学院李伟,朱家文等采用模拟软件ProII在化工分离习题课上,同时改变热力学方法、闪蒸条件、压力等,完成不同条件下的多种闪蒸计算。进行丙烯精制塔精确计算可对塔操作参数进行多方案计算和比较,实现整体优化;通过调节操作参数实现产品的纯度和塔的能耗比较,在其之间建立量化概念,这对于思考许多分离基本问题是十分有益的。江苏石油化工学院朱建军、林西平等利用AspenPlus软件对醋酸与乙醇催化反应精馏塔进行模拟,回流比、进料组成、进料位置等对醋酸与乙醇收率的影响进行了分析,结果表明:运用AspenPlus软件可以有效、快捷、方便地模拟脂化反应精馏过程,结果可靠,精度高。江汉大学化学与环境工程学院吴宇琼将AspenPlus软件引入分离工程课程及实验教学中。通过演示软件操作录像、学习模拟经典实例等方法,使学生迅速掌握并使用软件,借此求解泡、露点及塔板数等。
广西大学化学化工学院秦祖赠,葛利等利用ProII对膨胀器的气体加工装置进行模拟,福建农林大学材料工程学院卢泽湘,范立维等利用AspenPlus对甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反应精馏工艺进行模拟,并进行教学演示和讲解。着重在混合物热力学性质的计算、多组分平衡分离过程计算上,真正做到了“严格计算”。同时指出软件对化工热力学、化工设计等课程的学习也会有较大的帮助,连续三年化工专业本科生对过程模拟系统的学习兴趣调查中“,学习兴趣强烈”的分别占到总人数:72.8%、83.2%、86.8%。将过程模拟系统应用于化学反应工程教学,避免了大量计算公式推导、复杂数值计算等问题,可以在少用课时的情况下,尽量全面地展示化学反应工程的核心内容。多组分多平衡级分离的严格计算,是设计分离设备和优化操作过程的必要计算手段,也是化工分离工程教学的主要内容。使用过程模拟系统,在进行MESH方程推导及基本算法介绍的同时,使得塔的精确计算和将热力学中相对独立的知识运用到具体的分离过程中,解决其工程实际问题成为可能,并且可以对塔的操作参数、分离要求和设备投资、运行费用等问题进行分析计算,极大地提高了学习的深度与广度,使学生更加主动积极,综合分析和解决实际工程问题的能力明显提高。
3结语
随着实验室的数目增加,一个实验室管理员通常要兼管多个实验室,在实验室安全管理上容易产生漏洞。建立视频监控系统,能有效弥补实验室安全漏洞,提高安全管理有效性。化工实验教学中心投入大量资金,在每个实验室都安装了高清晰视频监控设备,监控录像实时传送到中心的监控室,并自动存储。实验室管理人员随时监控实验室的情况,大大加强了中心实验室的安全防范措施。同时,通过监控系统,管理员一旦发现违规操作仪器、违反实验室规章制度的行为可以及时进行纠正,有利于维护实验室安全良好的秩序,促进师生中间形成一种积极向上的实验室氛围。
2化工实验教学信息化平台软件环境建设
(1)网络化实验教学平台
化工实验教学中心在传统的课堂讲授的基础上,充分运用信息技术、虚拟现实技术、计算机网络技术,为学生构建了网络实验教学平台,实现了多元化的实验教学模式。通过整合实验教学资源,实现了对教学队伍、教学内容、实验项目、大纲、讲义、仪器设备、习题、多媒体课件、实验录像、仿真实验、虚拟实验等教学资源的上网开放,学生通过网络实验平台还可以进行实验准入测试、提交实验报告、在线交流答疑等。
(2)开放式实验预约系统
中心开发了开放式实验预约系统,该预约系统采用网上预约实验的方式,即学生可以网上选定实验项目、实验时间、查询实验成绩。预约系统分为三个角色:学生、老师、管理员,按照不同角色进行登录认证。通过登录该系统,学生可以预约实验,查看、取消已经预约的实验批次,查看以往实验成绩,查看下载实验课表;老师可以进行实验批次信息的确认、查看选课人数、学生信息,查看并导出实验课表以及进行实验评价打分;管理员负责对整个系统的基础数据维护,包括学期管理、实验项目和实验批次安排、实验室管理和老师信息管理职能。同时利用设计、搭建的短信平台,实现了实验预约的短信提醒功能,即在实验开始前三天左右,通过公共短信平台向学生发送短信,提醒学生实验具体时间和地点,进一步加强和完善了实验预约系统的功能。实验预约系统打破了班级的界限,改变了过去按同一模式进行教学的方式,有利于因材施教,提高学生的主动性和积极性,培养探索和创新精神。
(3)虚拟实验室
我校化工实验教学中心以化学工程实验装置为原形,开发了集3D高仿真展示、多媒体授课、预习、复习、数据处理为一体的化学工程实景虚拟实验室。虚拟实验室将平面流程立体化,将单元操作的流程、实验操作视频和实验原理动画等信息生动逼真地呈现在学生面前,学生可在虚拟场景中自由漫游和穿行,实现了人机互动,大大丰富了实验教学内容,有效扩展和延伸了现场实验教学。中心还设计了配套的网络预习系统,进一步强化了实验教学的预习环节,提高了实验教学的效率。目前中心开发的虚拟实验有“原油实沸点实验”、“泵送装置综合操控系统”、“板式精馏塔传热实验”、“吸收”、“精馏”等。
(4)远程控制实验
远程控制实验是一种崭新的实验方法和技术,学生通过对虚拟仪器面板的操作,实时操作控制远程的硬件设备实体,并通过视频把实际实验场景反馈给学生,从而得到真实的实验数据,加强了实验操作的真实性。远程控制实验弥补了仿真实验和虚拟实验的不足,在实现软件共享的同时,更重要的是做到了实验硬件资源共享。目前我校化工实验教学中心正在筹建远程控制实验,将远程控制实验作为仿真、虚拟实验的延伸和扩展,为学生提供一种全新的实验模型。
3加强实验技术人员的信息化知识培训
要提高实验教学信息化水平,实验技术人员必须具备一定的网络信息技术知识与操作能力,加强实验技术人员队伍的信息化素养成为一个重点。中心多次组织实验技术人员进行信息化方面的知识培训并进行考核,派出实验技术骨干到实验教学信息化建设开展得较好的同类院校进行学习交流,通过实地考察和交流,吸取各高校在信息化建设方面的新理念和新经验,不断提高实验技术人员的信息化素养和管理经验。
4结语
“十一五”期间,中央作出了“稳疆兴疆、富民固边”的重大战略部署,明确新疆是西部大开发的重点,特别明确进一步加大对兵团的投入,支持兵团参与新疆油、气、煤炭等优势资源的开发,发挥兵团维稳戍边作用,为加快兵团发展提供了有力的政策支持和动力保障。利用新疆丰富的煤炭、盐和石灰石等资源,在石河子等地建设80至120万吨聚氯乙烯及系列产品基地,在大黄山等地建设120万吨煤焦化生产基地。依托新疆石油化工基地,创造条件参与上游、积极发展中游、大力开发下游石化产品。利用南疆天然气资源,建设以甲醇及下游产品为重点的天然气化工基地。发展精细化工、生物化工,延伸产业链,提高附加值。加大对铜镍等有色金属矿产资源的勘探开发力度,初步形成采、选、冶配套的生产体系。提高钾盐、膨润土和石棉等矿产资源开发利用水平,形成系列产品加工能力。为了跟进本地区化工行业的快速发展,大力培养具有地方特色的化工专业人才具有十分重要的意义。石河子大学化学工程专业是2005年经自治区教育厅批准开设的新专业,该专业依托地区产业煤化工、石油化工、天然气化工等迅猛发展优势,对具有地区特色的化学工程人才培养模式进行了探索与实践,构建了符合地方工科院校实际的、具有地域化工特色的人才培养方案和课程体系,基本形成了“地区优势产业+化工”的专业人才培养模式。
构建具有地域特色的化学工程人才培养方案
人才培养方案是实施人才培养工作的根本性指导文件,是开展各项教学活动的基础,是组织实施教育教学活动的依据,反映了学校人才培养的思想方针和教育理念,对提高人才培养质量具有重要的导向作用。石河子大学化学与化工学院化学工程专业是依托化工原理、传质与分离工程和化学反应工程等重点学科设立的工程类专业,专业人才培养方案分为第一课堂和第二课堂,第一课堂作为培养学生的主渠道,主要培养学生的基本素质,使学生掌握基本知识、基本技能和学习方法,保证培养的基本规格;第二课堂教学作为第一课堂的延伸和拓展,二者相互作用,构成培养体系。方案具有如下特点:
第一,体现国家教育方针,实现工科专业培养目标;
第二,遵循人才培养和学科发展规律,体现学院重点专业的办学特色;
第三,拓宽专业口径,加强基础教育和通识教育;
第四,坚持化学工程科学教育与工程实践训练并重,突出创新意识和实践能力;
第五,培养能把握化工技术发展方向和前沿目标,具有地域特色的化学工程应用型高级专门人才。
凸显化工和生物基础融合的课程体系
课程体系是实现专业培养目标,构建学生知识结构的中心环节,建立适应社会主义市场经济发展需要,体现化工学科内在规律和学校学科特色,科学合理的课程体系极为重要。我校化学工程专业的课程体系分为公共基础课、学科基础课、专业必修课、专业选修课、实践性教学、全校任选课等六大模块。课程体系凸显出化工与生物基础课程的融合。
第一,公共基础课重视人文、法律基础和外语、计算机综合素质培养,以适应现代社会对人才素质的要求。公共基础课包括数学、物理、外语、计算机、法律等。其中计算机、外语教学贯穿人才培养全过程。公共基础课共3分,816学时。
第二,学科基础课以基础化学为平台,凸显化工和生物基础,实现化工理论与地方特色化工生产的有机结合。学科基础课包括数理基础板块、工程技术基础板块、化工基础板块。数理基础板块包括概率论与数理统计、工程力学;工程技术基础板块包括工程制图、机械设计基础、电工与电子基础等;化工基础板块包括无机与分析化学、有机化学、物理化学、化工原理、化学反应工程、分离工程、化工过程模拟等;地方特色的化工板块包括石油加工工艺学、天然气加工工艺技术、煤化工、酶工程、生物反应工程等基础学科。学科基础课共38.5学分,846学时。
第三,专业必修课把握地区特色化工行业科学的发展方向与前沿,强化学生化工工程专业的背景与特色。专业必修课包括微生物工程、催化作用原理、绿色化学、分子生物学,化工分离过程等。专业必修课共38学分,720学时。
第四,专业选修课以地区优势化工产业为依托,形成化学工程与工艺和生物工程两个专业方向,专业选修课包括环境生物技术、高分子化工、聚氯乙烯工艺学、精细化工工艺学、材料化学导论、现代生物技术、环境工程等。专业方向选修课共41.5学分,756学时。
第五,实践性教学强化学生化工学科实验动手能力、实践能力和创新能力。实践性教学共35学分,计划35周完成。
第六,全院任选课要求学生至少选修4个学分72个学时的化学工程专业以外的其他学科课程,以培养综合素质。
完善化工双基础的实践教学和以实习基地为平台的实践环节教学体系
实践教学是巩固理论知识的有效途径,是培养具有创新意识、创新能力的高素质人才的重要环节。现代素质教育要求高等教育通过各种教育实践活动,大力加强学生动手能力、实践能力和创新能力的培养。化学工程是一门实践性极强的科学,实践环节教学体系由实验课程、实习课程、毕业论文(设计)组成。
1.实验课程教学体系
实验课程立足两个方面,即强化化工基础和专业实验学生综合动手能力培养。在化工基础实验方面,以基础化学为平台,强化基础化学实验课程建设,同时,开设化工原理课程设计,加强对学生工程实践能力的训练,使学生具有明显化工知识优势。在化工专业实验方面,增加设计型、综合型及自主实验型教学内容,以加强培养学生的实践能力。通过实验教学对学生进行实验思路、实验技术、实验设计、数据处理、观察能力、分析能力、表达能力的全面训练。
2.实习课程教学体系
实习课程包括化工过程状态仿真模拟实习、CAD上机实习、认识实习、生产实习和毕业实习。由于受条件和经费限制,校内实验室不可能完全满足学生的实习要求,因此必须以校内实践教学基地建设为核心,稳定和扩展校外实践基地,全面提升实习教学质量,提高学生的实践能力和创新能力。现在专业院系已经和新疆天业集团公司、新疆化肥厂、独山子炼油厂等疆内8家化工企业签订了定期实习合约,能够满足学生实践教学的需要。
3.毕业论文(设计)教学体系
毕业论文(设计)是实践性教学环节的重要组成部分,是对学生大学期间学习知识的总结和应用,因此组织好毕业论文(设计)环节对提高学生综合应用所学知识的能力有重要意义。提高大部分学生在校内进行毕业论文(设计)质量的基础上,开展校企共同培养毕业生进行毕业论文(设计)的工作,由校企根据企业生产科研实际选题,进行共同指导。
关键词:能源化学工程专业;应用型本科人才;培养模式
能源化学工程专业是研究利用化学与化工的理论和技术来解决能量转换、能量储存及能量传输问题的战略性专业。能源的高效、清洁利用将是21世纪化学科学与工程的前沿性课题,也是当前社会急需的具有广泛发展前景的新兴产业。我国于2010年开始设置了能源化学工程战略新型专业,并于2011年进行试点招生。目前针对能源化学工程专业并结合学校实际情况,对能源化学工程专业的培养模式进行了有益的探索。例如:
(1)东北石油大学对能源化学工程专业课程体系进行了构建,专业按照“通识教育+学科专业基础+专业教育+实践教学”四个层面对课程体系进行了设置[1];
(2)沈阳工程学院对能源化学工程专业学生的实践能力的培养进行了教学探讨,制定了一系列实践教学的相关规章制度,如《实验室开放制度》《实验室守则》《校内外实习管理办法》《课程设计、毕业设计管理办法》等实践教学的规章制度[2];
(3)北京化工大学对能源化学工程专业人才的培养注重学科发展的国际化交流与合作。每年邀请国际上著名的学者到能源化学工程实验室进行访问和交流,通过学术报告和互动交流,拓宽学生的国际化视野。并与多所国际著名大学建立了密切的科研合作关系和联合培养学生机制,为学生搭建了国际交流平台[3];
(4)哈尔滨工业大学能源化学工程专业教学主要侧重于学科研究方向的改革,主要包括太阳能电池材料的制备及性能研究,功能晶体材料的制备,生物质能源的开发,生物质能源与化工原料的转化研究,多晶硅高效回收新技术,发光二极管(LED)用荧光粉的研制,LED新型散热器材料的合成及LED封装材料等研究方向[4]。菏泽学院是一个应用型的地方本科院校,2012年菏泽学院化学化工系紧扣菏泽市煤炭石油资源丰富和能源化工基地建设的需要,成功地申请了能源化学工程专业,并于2013年开始招生。构建一个适应社会发展需求、具有地方特色的人才培养模式,是能源化学工程专业健康发展的基础。在高等教育大众化的背景下,应用型本科人才成为高等教育的重要对象,并占据了主导地位[5]。近年来,菏泽学院根据地方资源特点、经济发展需求和学校的师资结构特点对应用型本科能源化工专业的人才培养模式进行了构建。主要从人才培养规格、理论课程体系构建、教学方式方法革新、实践教学和学生科技创新体系的完善、考核评价方式的改进、师资队伍建设等方面进行了探索。
1人才培养规格的建构
人才培养规格是教学的前提和基础。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》明确提出:要遵循教育规律和人才成长规律,深化教育教学改革,创新教育教学方法,探索多种培养方式,形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面[6]。为此应构建以学生为主体、以创新应用人才为核心,以学生全面发展为中心的多规格本科人才培养模式。为制定切合实际的应用型人才培养规格,我系深入菏泽市及周边地市各个能源化工企业进行调研,与人力资源招聘部门进行接触、对已毕业的学生进行调查反馈等,多方收集相关信息,并结合菏泽学院化学化工系师资结构特点,对我们的人才培养规格进行了定位。在调查过程中,我们发现:社会对能源化工专业的人才需求有三种类型:科研创新性,动手操作技术性和管理经营性人才。考虑到我系师资力量和学校发展目标,我们把能源化学工程的人才培养目标定为培养动手操作技术性和能源化工企业管理经营性人才。采用“一个专业两个方向”进行培养,实行“5+3”分流培养方式,即前5个学期在一起上通识课和专业基础课,后3个学期按照学生的意愿进行分开培养,主要开设专业课。同时对经营管理型的学生聘请经济系的老师开设经济管理型方面的课程。
2课程培养体系的构建
课程体系直接关系到培养人才的质量。能源化学工程是一门内容丰富而又广泛的科学,是涵盖能源、化工、环境和材料的交叉学科。课程体系按照“通识教育+学科专业基础+专业教育+实践课”四个模块设置,注意学科前沿和知识体系的完整性,构建具有地方特色的厚基础、宽口径、重视学科交叉的课程体系。应用型人才培养必须重视实践课的建设。在课程体系构建中,我们十分重视实践课的比例,规定不少于总课时的20%。课程除了基础课程实验、专业课程实验、暑假实习、毕业实习、生产实习,毕业论文设计外,还应增加大学生挑战杯竞赛、大学生科研基金项目、大学生创业计划项目、开放实验室等项目。教学是基础,是传授知识;科研是创造知识,是教学的延伸和发展[7]。组织学生积极参加全国大学生化工设计竞赛、数学建模竞赛、机械设计竞赛、结构设计竞赛、大学生挑战杯赛等竞赛项目。其目的是以竞赛为载体,把探索精神、创新技能、动手能力、合作能力、针对具体实际问题提出解决方案的能力作为培养目标。这些竞赛对于培养我国本科生的科研实践能力和创新精神起到了积极作用[18],加强了学生应用型能力的培养。
3教学方式方法的革新
紧密结合人才培养目标,构建全方位的教学改革模式。在教学方法上,根据“多元智力理论”和应用创新型人才成长规律,进行教学方式的改革,结合企业生产实例,采用范例教学改革模式,使学生在实践体验中感受应用创新型人才成长的过程,倡导“做中学”,使学生在小组合作比赛中体会自己的成长。在教学实践中可采用“项目活动法”,在项目设计过程中,教师仅起指导作用,学生可以自主查阅资料并开展与项目有关的研究性活动和合作学习。
4实践教学和科技创新体系的完善
实践教学和学生科技创新是培养应用创新型人才的重要环节。构建多层次的包括校内实验、实训、课程设计、参加科技创新竞赛、毕业设计,校外工厂见习、项目合作导师制、校外实习的“双导师”制以及校企合作协同培养制度,切实加强学生实践能力和科技创新能力的培养[9]。“双导师”制是指学生的实习过程中,由学校教师和企业老师共同指导,使学生对工厂实际生产的流程和工艺有一个全面清楚的认识,培养学生运用所学知识分析工程问题和工程实践应用能力。现在我们已与菏泽市的玉皇化工集团、洪业化工集团、多友科技等企业合作建立了10多处校外实习基地。双导师制的实行,加强了校企结合,有力地培养了学生解决工程问题的能力,避免了学生“所学”和企业“所需”脱节的问题,实现了学校培养和企业所需人才的对接。
5考核评价方式的改进
评价是学科教学的指挥棒。在能源化学工程专业课程评价过程中,采用过程评价与终结性评价相结合的评价方式[8]。对于通识课和专业基础课程,采取以闭卷考试(70%)和平时成绩(作业、小论文、实践报告)相结合为主;对于专业课,可采用闭卷考试、开卷考试和设计(论文)相结合的方式进行考核;对于选修课,采取教师自主考核与院系抽查相结合的方式;对于实习和实践课程,结合“双导师制”,采用化学化工系与企业共同考核的方式;对于实践课程,采取小组提交实践报告并答辩的方式进行评价。变单一评价为多元评价,从而调动学生的学习积极性。
6“双师型”师资队伍的建设
教师的“复合”能力(高深的专业理论和丰富的工业实践操作技能)是培养学生应用创新能力的前提和基础。为培养学生的实践创新能力,结合专业发展实际,构建“外引+内培+实践锻炼”相结合多渠道的“双师型”教师的培养方式,加强与高校、科研院所和企业的联系,切实提高教师的业务水平。近三年来,我系派出4位教师到能源化工企业进行业界锻炼,培养教师的工程实践能力,使教师明确企业对人才规格的需求,同时加强与企业之间的科研合作。我们还聘请企业的业务骨干为我们的兼职教师,不定期地给学生开设讲座和实践课。同时,我们鼓励年轻教师考取化工安全评价师、化工工程师、设备设计工程师等相关专业的职业资格证书。这些措施有力地培养了教师的工程实践应用能力,加强了“双师型”师资队伍的建设。总之,根据社会发展对能源化学工程人才的需求和菏泽学院建设应用型地方特色明显建设的目标,化学化工系根据师资结构特点,对能源化工人才培养模式进行了探索和改革,目前取得了一定的经验。而对如何更高效的进行校企合作,建设产学研联合协同创新体系,打造有能源化学工程专业特色的培养模式和体系,是我们继续努力和探索的目标。
参考文献
[1]刘淑芝,王宝辉,陈彦广,等.能源化学工程专业建设探索与实践[J].教育教学论坛,2014(6):209-210.
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[3]北京化工大学能源化学工程[EB/OL].
[4]哈尔滨工业大学能源化学工程专业介绍[EB/OL].
[5]邵波.论应用型本科人才[J].中国大学教学,2014(5):30-34.
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[7]任成龙.论科研实践与大学生创新能力的提高[J].南京工程学院学报(社会科学版),2010,10(1):48-51.
[8]陈彦广,韩洪晶,陈颖,等,基于国际化、工程化能源化工工程创新人才培养模式的评价及效果[J].教育教学论坛,2013(13):224-227.
应用型人才就是把成熟的技术和理论直接应用到实际的生产过程中去,工程实践能力是应用型高级技术人才的一项重要素质,是学生能否适应社会需要的一项重要能力。实践技能是工程实践能力和创新能力的基础。特别是生物工程学科,作为一门实践性很强的学科,与企业结合紧密的实践教学在应用型人才培养过程中显得尤为重要。
一、现状分析
生物工程专业于1998年经教育部批准在高校开设,在本科专业目录中明确隶属于工学的生物工程类,包括了原来的生物化工(部分)、微生物制药、生物化学工程(部分)、发酵工程等4个专业,从而大大拓宽了专业口径。郑州大学于2008年开办生物工程本科专业。此前该校开设有生物技术、制药工程2个相近专业,分别归口于生物工程系和化工与能源学院。两专业办学规模稳定,已经形成较完善的教学和实践(实验)体系。而生物工程专业在实验体系(实验课程、实验教学内容、实验室建设)、实习环节(实习类型、实习方式和实习基地建设)等方面则面临着软硬条件不够、办学经验不足等重大挑战。这些因素严重制约着学生实践技能的提高和专业人才培养质量的提升。办学近4年来,我们发现在学生工程素质和实验技能培养方面存在以下几个主要问题:
1.生物工程实验模块体系尚未完全建立,部分课程缺少实验,不但影响教学效果,还易导致学生产生“重理论,轻实验”倾向,这对培养高级应用型人才极为不利。
根据教育部教学指导委员会“生物工程专业规范”,为提高学生的实践能力和创新精神,生物工程专业必须加强实性践环节的教学,构建实践性环节教学体系,着重培养以下能力:实验技能、工艺操作能力、工程设计能力、科学研究能力、社会实践能力等。实践教学应包括独立设置的实验课程、课程设计、教学实习、社会实践、科技训练、综合论文训练等多种形式。此外,也明确规定了该专业的主干学科应该包括生物学、化学、工程技术学三个领域。相应的实验课程也应该在这些方面得到体现。然而在实际办学过程中,涉及到生物学领域的生物分离工程、发酵工程、生物工艺学的相关实验,以及涉及工程技术领域的工程制图和生物工程设备的相关实验,却因受限于实验室设备、师资队伍条件等原因未能正常开设、或开设课程内容简单肤浅,没能达到提高培养应用型人才的实践创新能力的要求。因此,现有的专业实验构成现状,难以给学生提供独立思考、探索与发挥的空间,难以发挥专业基础实验对学生实验技能和操作技能培养的作用,难以适应企业用人单位的需要。
2.专业涉及到的三个主干学科的实验课程模块,缺少相互衔接和重要知识点的相互补充。作为主干学科之一的“生物学”课程模块,没有脱离原有“生物技术”专业的影子,多数实验课程在实验项目、教学内容上与之没有区别,更没有体现“生物工程”的“工程”教育特点。生物学基础实验、验证实验开设比例过大。阻碍了三大学科之间的渗透,特别是未能强调“工程创新能力”的培养。
3.实践实习体系没有真正建立,缺少稳定、有效的专业实习基地,“双师型”、“复合型”师资缺乏,严重制约了学生专业实践能力的培养。首先,缺乏稳定、针对性强的实习基地。由于专业方向及特色不明显,实习单位选择盲目,实习地点不固定,实习内容变化快、深入不够;其次,现有的专业师资队伍主要是以生物学背景的教师为骨干,而双师型教师、不同学科交叉融合的复合型师资严重缺乏,这种状况根本不利于生物工程专业的发展与工程类人才培养的要求。
4.办学就业导向教育不够,学生考研“趋向”严重影响实验教学效果。一般来说,学生考研对于改善学风、为国家培养更高层次人才非常重要。受“生物技术”专业影响,我校“生物工程”专业2012届毕业生中有60%以上的学生参加考研。但这种现象在一定程度上放松了课程学习,特别是实验、实习环节。同时,多数学生以考研为主要追求目标,实践、实习环节重视程度不够、投入时间不足,使得实践教学效果大打折扣。
二、改革内容与目标
1.对实验体系进行模块划分,明确各模块的教学内容和侧重点。建立“化学工程实验”和“生物分离工程与工艺实验”模块课程组,加强课程建设。
将实验课程体系划分为“生物学实验”、“化学工程实验”和“生物分离工程与工艺实验”三个模块,三个模块的教学内容和侧重点各不相同,修改实验课大纲,整合实验项目与教学内容,重视三类课程相互之间的衔接、重要知识点的互补。
在模块建设中注意对薄弱模块进行强化,特别是强化“化学工程实验”和“生物分离工程与工艺实验”模块教学,增设部分实验课程。同时,这些课程的教师分散到担任教学任务的专业系中,参加教研活动和专业建设工作,根据各个专业的特点和要求,适时地修改或调整实验教学内容和方式。
2.改革专业实验技能考核方式。重视毕业论文(设计)环节在提高学生的实验技能方面的重要性,建立较完善的毕业论文设计)质量保障与评价体系。
关键词:化学工程与工艺;工程实践;能力培养;体系构建
1化学工程与工艺专业现状分析
从发展历程来说,我国近代的化工产业远远落后于世界其他国家和地区,在人才培养方面存在很大的弊端。建国以后,为了改变这种现状,国内开办了很多职业化工教育院校以培养应用型人才。在所开设的专业中,化工工程与工艺专业是一门实践性强、动手能力要求高的学科,在教学目标中,强调学生的独立工作能力、独立自主能力和探索实验能力。从上世纪80年代以来,我国的化工类专业人才逐渐进入市场,在满足社会发展需求的同时,也逐渐反馈一些人才培养的改进信息。就现状而言,化学工程与工艺专业的教育体制依然需要改革,人才培养方式依旧需要深化,使之能够适应快节奏的现代化化学工业发展,满足市场经济体制下人才竞争的需求,提高企业在国际市场上的竞争力。
2加强工程实践能力培养的策略
(1)重视基础知识的掌握
化学工程与工艺专业具有较强实践性的特点,对于大部分学生而言,牢固的掌握基础知识,是日后提高自己的关键。从教学角度来说,从大学专业入门基础课程抓起,严格要求,特别是在基础实验动手能力方面要打好基础。结合专业特点而言,化学工程与工艺所涉及的基础学科包括化工原理、反应工程、化学工艺设备及化学物料基础管理等。如果忽视了基础知识的掌握,不但在真实工作中难以适应,也很难再有弥补的时间和精力。相对应地,基础知识掌握牢固,在安全、精细、稳定等操作层面会养成标准化的习惯,甚至不需要规章制度的约束就能够主动做好,促使工作效率大幅度提高。基于这一目标,要求教师在教学的过程中采取多样化的方式,让学生更多的接触到现实岗位环境。如借助多媒体手段,综合应用视频、动画、图片等,让现实中的具体形象呈现在学生眼前,比单纯地依赖课本去讲解、去想象要更有效果。例如,借助3D动画模拟的形式,对某一化工设备的工作原理展开讲解,通过不同角度、分解状态或透视功能,让学生了解工作状态中的机械设备状态;同时,也可以模拟不按照规章操作之后,可能发生的危险状况。而利用这种手段,可以举一反三,实现基础知识的强化。
(2)突出教学与实验结合
在校学习阶段,学生的动手能力主要依赖于实验,为了满足进入工作岗位之后具有更好的适应性,教学过程要与实验案例紧密的结合起来。一般来说,化学工程与工艺专业教材中,每一章节都存在典型的工程案例分析,而这些案例只是通过简单的讲解,是不能发挥实践能力锻炼的作用的。结合教学中所涉及的案例,教师设计相应的实验项目,将知识点和实际操作巧妙的结合起来,不仅可以提高学习的新鲜感,也能够激发学生的自豪感和学习主动性,培养浓厚的研究兴趣。
(3)培养科研及工程设计能力
化工行业的人才培养与常规人才相比具有较大的差异,循规蹈矩或墨守陈规是不能促进生产效率提升的,科研能力和工程设计能力的培养是必须的,也是在未来的工作岗位中解决实际问题的重要训练。结合现实情况来说,我国在培养科研能力和工程设计能力方面还有很大的欠缺,突出表现是毕业考核中,化学工程和工艺人才重视论文写作,但不重视设计内容,导致能力的培养发生了偏离;而只会“纸上谈兵”的人才是不可能发挥实际的作用的。建议针对该专业的人才培养考核机制进行改革,增加更多的实践性内容。
(4)构建稳定的岗位实习基地
实习是从校园走上工作岗位的第一阶段,也是理论联系实际的重要时期。工科学生的实习周期较长,而化学工程与工艺专业学生在实习中,应该更多地接触到基层,了解真实工作环境的状态。但是,从安全性角度考虑,最好的方式是具有一个相对完善、监督严格的实习场所。通过学校与企业签订人才培养合同的方式,建设稳定的岗位实习基地,匹配一些技术成熟的工程技术人员,且具有较好表达能力,可以在实习中为学生讲解相关问题及解决措施,达到事半功倍的效果。
3结语
综上所述,随着我国现代化工业体系的不断发展和完善,化工工程与工艺专业作为一个实践性强、应用范围广的专业,应该从完善学校教育环境和人才培养体制入手,增加投入、严格要求,为我国的工业现代化发展贡献力量。
参考文献:
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[2]赵国庆,谢永,李晓玲,周丹红.化学工程与工艺专业学生实践能力培养模式的探究[J].广州化工,2015,19:174-176.
[3]李娟,王树立,郭泉辉.化学工程与工艺专业学生工程实践能力培养的思考[J].河南化工,2010,21:55-57.
【关键词】 地方高校;化学化工类专业;产学研协同育人;育人模式
【基金项目】 广西教育科学“十二五”规划课题(课题批准文号:桂教科学[2015]11号),广西高等教育本科教学改革工程立项项目(课题编号2015JGB2014)
2006 年 2 月,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006―2020 年)》中明确要求,“建立起以企业为主体、产学研三方结合的技术创新体系”. 2006年12月,科技部、财政部、教育部、国资委、全国总工会、国家开发行联合成立了推进产学研结合工作协调指导小组,致力于推动产学研结合的发展. 目前产学研协同育人能够极大提高高等学校教学质量已经得到教育界广泛的共识. 化学工程与工艺专业与其他专业相比较,专业口径宽、覆盖面广,培养的学生要具备从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面的能力. 桂林理工大学化学工程与工艺专业始于1986年,在长期的办学实践中,将产学研协同育人理念融入办学思想和人才培养中,逐步形成了产学研紧密结合、协同育人的办学模式,在2008年获得国家级特色专业称号,2012年入选教育部卓越工程师教育培养计划,2016年获得广西区创新创业教育改革示范专业,办学质量得到社会的广泛认可.
一、地方院高校化学化工类专业产学研协同育人的必要性
(一)协同育人是培养适应市场经济的化学化工人才的需要
在过去计划经济体制下,化学化工专业技术人才的培养是由高校培养期与企业实习期两个阶段共同完成的. 通常化工专业本科生在校4年完成基础课与专业课及部分实践教学内容并考核合格获得毕业证书,到分配工作的企业专业实习一年.
(二)协同育人是培养“双师型”师资队伍的需要
目前刚毕业的青年博士是国内高校工科师资队伍的主要来源,从学校到学校,决定了他们的知识背景是学术型的,擅长理论讲授,实践能力相对不足,这导致了目前高校工科师资队伍非工化趋势日益严重,直接导致了教师在教学内容和教学方法上缺乏工科教育的特点. 一支高素质“双师型”的工程教育师资队伍是确保工科学生实践创新能力的重要保障,而协同育人是提高高校教师工程教育能力的重要渠道.
二、地方院高校化学化工类专业产学研协同育人模式的构建
自2010年以来,在广西高等教育教改工程项目、化学工程与工艺专业国家教育部卓越工程师培养教育计划、广西高校协同创新中心支持下,以专业人才培养方案改革为抓手,针对地方院校面向区域经济社会发展培养人才的特点,专业开展了“产学研”全方位的深度合作,探索了一条“三个结合”(专业办学结合行业需求、校内培养结合校外培养、教学内容理论结合实际)、“三个共建”(共建实验室、共建实习基地、共建教研队伍)、“三个共同”(共同制定人才培养方案、共同完成教学任务、共同申报与完成科研或教改项目)的“三三三” 产学研协同育人新模式,构建了产学研三方资源共享、优势互补,共同发展的“双赢”协同育人机制,取得了丰富的成果.
(一)产学研协同,共建化学化工教学团队
本校化学化工教学团队早在2008年就成为广西区教学团队. 长期以来,团队注重与地方企业、科研院所合作,打造双师型师资队伍. 通过鼓励团队教师到地方企业挂职、与企业或科研院所合作申报课题和合作科研等形式,不断提升自己的创新实践能力,同时还在企业或研究所聘请工程师、科研人员近20人作为兼职教师充实到团队中,使化学化工教学团队在学生创新创业教育的能力和水平,有了极大的提升. (二)产学研协同,共建化学化工实习实训教学平台
本校化学化工类专业重视“协同育人”平台在学生实习实训教学中的作用. 在“中国石化北京燕山石油化工有限公司”“广西钦州泰兴石油化工有限公司”“广东猛狮电源科技股份有限公司”“苏州普瑞讯金属表面处理有限公司”等企业建有校外实习实训基地11个,这些基地为学生的实践教学提供了良好的条件. 同时本专业也高度重视校内实习实训平台的建设,通过与企业合作,共同打造具有“校中厂”特色的校内实习实训平台,缩小校内实习实训与实际生产的距离,提高学生实习实训教学质量.
三、产学研协同育人模式实践成效
近年来本专业产学研协同育人实践取得了良好的效果,学生在科技活动、学科竞赛、发表学术论文、申请专利等方面成果丰富. 本专业的学生近年来承担了挑战杯、各级大学生创新创业项目共计80余项,其中2015年承担国家级创新创业项目6项、广西创新创业项目22项、校级创新创业项目11项,专业有近三分之二的学生参加了各级创新创业项目;自2010年以来,专业学生在全国化工设计竞赛中获奖30余项(如2013年组织化学工程与工艺专业2010级17支队伍参加了第七届全国大学生化工设计竞赛,取得参赛历史的最好成绩,共获得全国总决赛一等奖1项、二等奖1项、三等奖4项;在全国“挑战杯”、广西区“挑战杯”、广西区高校化学实验技能竞赛、广西区高校大学生化学化工类优秀论文及设计竞赛、广西区“互联网+”大学生创新创业大赛获奖32项;2012年以来,本科生与导师合作发表中文核心期刊以上的学术论文近30篇;有的本科生还与导师共同申请国家发明专利,共获得7项国家发明专利.
【参考文献】
英文名称:Chemical Equipment Technology
主管单位:上海化工装备有限公司
主办单位:上海化工装备研究所
出版周期:双月刊
出版地址:上海市
语
种:中文
开
本:16开
国际刊号:1007-7251
国内刊号:31-1587/T
邮发代号:4-507
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1980
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