時間:2023-04-06 18:52:11
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化學工程是以物理學、化學和數學為基礎,并結合工業經濟基本法則,研究化學工業中的物理變化和化學變化過程及其有關機理和設備的共性規律,并將之應用于化工裝置的開發、設計、操作、控制、管理、強化以及自動化等過程中,在化工工藝與化工設備之間起著承上啟下的橋梁和紐帶作用的一門工程技術學科。一般情況下,化學工程的對象的情況較為復雜,具體如下:首先,該過程自身具有一定的復雜特點,包括化學與物理,而且兩者經常發生,彼此影響。其次,物系方面較為復雜,流體與固體,或者兼而有之。流體特質變化較大,如有低粘度和高粘度、牛頓型和非牛頓型等。最后,物系流動時邊界復雜,由于設備的形狀較為多樣,而且其在填充物方面的形狀也不正常,如催化劑、填料等,使得設備在流動邊界方面的設置較為復雜而且在確定方面不準確。
3化工工業的現狀及發展
目前從形式上看,現代的化學工業經歷了單元操作和傳遞原理與化學反應這兩個發展階段,正準備走向一個新的階段。但種類多樣、制造過程復雜以及生產產品款式較多,造成排放物復雜、量多及危害大,因此,目前化工工業應重點關注污染問題。與此同時,在加工、貯存、運用或者處理化工產品時應防止操作對環境生態以及人類健康造成危害。在化工生產中應遵循國家可持續發展戰略,制定正確的方案。隨著我們國家科學技術的快速發展,各行各業進行生產都要接觸化學工藝,涉及制藥、石油、材料、能源等行業的發展和污染問題,這都是現代化學工業需要面對的問題。目前,我國的化學工業經過了半個世紀的發展,已經形成了門類比較齊全,品種大體配套并基本可以滿足國內需要的化學工業體系。2001年全國國有及規模以上非國有企業的石油加工工業和化學工業總產值達到10990.6億元人民幣,占全國工業總產值的9.8%,實現利稅747.8億元,石油和化學工業企業13765個,資產總額13344.2億元。我國化學工業獲得長足進步的同時,環境保護工作也不斷得到加強。但是化學工業在實施可持續發展戰略過程中,仍存在不少問題和障礙,嚴重制約著我國化學工業的發展。
2綠色化學反應技術的應用
綠色化學指用化學的技術和方法,再結合其他學科的知識來減少或者消除化學對于人類的危害、社會的危害以及環境的危害。從源頭的原材料開始,到生產過程中的試劑和介質還有催化劑,到最后的產物及副產物都要求綠色、環保、無毒害,還有就是“原子經濟性”的“零排放”。像在綠色無毒原料控制方面,石油化工原料就可以改變成生物原料的。制作尼龍可以不用含苯的石油化工原料,改成生物原料,生物原料的淀粉及纖維素等在酶催化反映下也能形成己二酸,這樣一樣可以制作尼龍,而且對人體和環境都危害極小。再比如在反應過程中對介質、溶劑等的控制,也要求無毒無害,在有機反應中水就是很好的溶劑,不僅對環境無害還能節省到有機反應中的官能團的保護還有去保護等環節,所以也省工藝省時間了。還有反應中用的綠色催化劑,綠色催化劑能更加正對性,更加高效地參與化學反應,并且得到的副產物少。在有機合成反應中,綠色催化劑的應用顯得尤為重要。像不對稱合成反應中,催化劑不僅為化學農藥和精細化工提供反應需要的中間體,有的還能為反應提供綠色的合成技術。比如酶催化反應、氫酯化反應、還有不對稱酮反應等。
3化學工程中的傳熱研究
化學反應中傳熱的研究是化學工程的重要內容,因為它嚴重影響著一個反應的能耗,反應的進程等。在微細尺度傳熱研究中,由于尺度微細,原有的傳熱假設及會發生變化,其流動還有傳入的規律也會發生變化。目前在納米、微米、集成電子設備還有微型熱管領域中該傳熱研究交深入,取得了較不錯的成果。而我們在改進傳熱工藝和設備上也做足了研究,為了提高傳熱效率,我們可以改進設備的性能,使其持續對外傳熱的能力提高,改變里面的傳熱材料和工藝的設計來實現傳熱的效率。然而我們現在投入很多精力的滴狀冷凝技術的研究還沒能取得很好的成果。由于我們不能在維持物質在滴狀的時候冷凝,同時冷凝表面壽命延長,所以目前這個難題還很難突破。還有就是我們在計算沸騰時的傳熱存在很多弊端,復雜的沸騰狀態不適用目前所有的傳熱計算方式,就研究沸騰傳熱的計算方法也是一大塊難題的,所以就滴狀傳熱技術的研究也將會是我們傳熱研究領域的一個重要課題,如果該研究獲得進展必將改變現在很多的化學生產工藝形式,將會帶領化學生產進入一個新的時代。
2教學模式的改革
傳統的教學組織是由學校的一位專職教師擔任,在教室對學生進行講授、答疑、解惑。理論課和實踐課分開,在教室上一章節的理論課,然后再到實驗室做一次驗證性的實驗,在理論課上以教師為主體學習理論知識,在實驗課上以學生為主體做驗證性的實驗,理論和實踐相分離,導致學生在理論課上覺得枯燥無味,在實驗課上常常又忘了實驗的原理,老師還要再次重復理論課上的內容。學生對單一的聽和單一的做感到枯燥無味,教師也很難根據學生的差異對進度進行調整,導致教學的效率太低。隨著科技的發展,這種單一的教學模式受到很多因素的制約,已經跟不上高職教育的腳步,我們采取了多元化的教學模式。1)校企合作:由于高職教育的知識跟隨企業更替得非常快,而我們老師在實踐方面又很難與企業同步,所以我們可以從校外邀請一些優秀的工程師,為我們學生講解工程方面的新知識,彌補我們在校教師的不足。我們這門課的第六章就由兼職教師來講,工程師嫻熟的組裝技術對學生的觸動很深,對以后的工作更有自信。2)網絡教學:由于上課的時間有限,我們教師面對的又是一個班級的同學,所以對于一些比較優秀的同學增加擴展內容的互動和答疑就比較緊張,所以我們充分利用網絡,把一些擴展的內容到網上,學生可以不受時間和空間的限制,隨時隨地學習,還可以在網絡平臺上和老師進行互動,真正做到“因材施教”。3)項目化教學:“項目化教學”把整個學習過程分解為幾個具體的項目,再按照每次教學的時間把每個項目又分解為幾個任務設計出項目教學方案,把整個知識和技能的學習都貫穿于項目的執行過程中。在項目的執行過程中融入了一些新的教學手段,比如啟發式教學、分組式教學、討論式教學、提問式教學、演講式教學等多種教學手段,充分調動學生的積極性,加強了師生之間的互動,培養了學生的團體協作能力。充分體現了以學生為主體,教師為引導的作用,改變了以往“教師講,學生聽”被動的教學模式,創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。
3教學考核的改革
傳統的考核方式基本都是終結性考核,對學生的評價單一,僅僅是考核學生對知識的掌握情況。但隨著一大批“90后”畢業生走向社會,很多企業都抱怨連連,留不住人,感覺“用工荒”來了。而另一邊是畢業生不斷地換工作,抱怨待遇低。究其原因很大程度上是我們的畢業生對自己的職業定位不準確,缺乏職業素養造成的。所以我們專業課的老師不單單要注重學生知識的培養,還要注重職業素質的培養,使學生畢業的時候能夠以積極、慎重的態度對待自己的工作,以長遠的眼光看待自己的職業。基于以上原因我們改用“過程性考核”。不再把終結性考核作為評價學生的唯一標準,而是把學生在整個項目執行過程當中的職業素質和職業能力也納入到考核評價體系當中。
1.化學工程與工藝專業的性質及培養模式
化學工程與工藝專業屬于工科專業,授予工學學士學位。由于化學工業的相關領域極為廣泛,化學工程與工藝專業涉及的專業方向也就非常多樣化,各高校的化學工程與工藝專業特點亦不盡相同。我校近年來根據社會經濟、工業發展的需求趨勢,兄弟院校化學工程與工藝專業方向的設置,以及我校原有的相近專業優勢,設置了能夠體現我校特色的化學工程與工藝專業方向,逐步建立了適合我校化學工程與工藝專業的教育培養模式。2008年,我校化學工程與工藝專業已有7屆本科畢業生,其學生就業形勢良好,社會反饋積極.在制定教學計劃的工作中加強教學內容和課程體系的改革,加強實踐教學環節,目的在于進一步提高教學質量,培養適應能力更強的化學工程與工藝人才。
2.化學工程與工藝專業的任務
根據化學工程與工藝專業的性質,化學工程與工藝專業的任務是培養學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識,受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練.具有對現有企業的生產過程進行模擬優化、革新改造,對新過程進行開發設計和對新產品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領域很多,化學工程與工藝專業除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外,還應該結合本地區、本行業及本校的實際情況,重點學習化工在某個或某幾個領域中的具體應用,以便形成不同高校應用化工專業的特色專業方向.
3.化學工程與工藝專業的業務培養目標
本專業培養具備化學工程與化學工藝方面的知識,能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫藥、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作的工程技術人才。
4.化學工程與工藝專業的課程設置
為了使不同高校既有統一的規范,又有不同的專業特色,根據應化學工程與工藝專業的任務和業務培養目標,化學工程與工藝專業的畢業生應該具有較扎實的化工理論基礎,較寬的化工應用知識以及一定的工程技術基礎,從而該專業的課程設置(公共課、基礎課除外)應由基礎化學課、工程基礎課和專業方向課3部分組成。基礎化學課包括:無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等。工程基礎課主要包括:化工儀表與自動化、化學工程基礎、電工電子學等。專業方向課:可根據具體方向選擇專業化學課,如電化學工程方向可選理論電化學、化學電源工藝學、電解工程和電鍍工程等。精細化工方向可選擇化工工藝學、化工分離工程、化學反應工程等。另外實踐性環節包括基礎實驗、綜合實驗、提高實驗、生產實習、畢業實習和畢業論文等。
我校化學工程與工藝專業方向
構建具有地域特色的化學工程人才培養方案
人才培養方案是實施人才培養工作的根本性指導文件,是開展各項教學活動的基礎,是組織實施教育教學活動的依據,反映了學校人才培養的思想方針和教育理念,對提高人才培養質量具有重要的導向作用。石河子大學化學與化工學院化學工程專業是依托化工原理、傳質與分離工程和化學反應工程等重點學科設立的工程類專業,專業人才培養方案分為第一課堂和第二課堂,第一課堂作為培養學生的主渠道,主要培養學生的基本素質,使學生掌握基本知識、基本技能和學習方法,保證培養的基本規格;第二課堂教學作為第一課堂的延伸和拓展,二者相互作用,構成培養體系。方案具有如下特點:
第一,體現國家教育方針,實現工科專業培養目標;
第二,遵循人才培養和學科發展規律,體現學院重點專業的辦學特色;
第三,拓寬專業口徑,加強基礎教育和通識教育;
第四,堅持化學工程科學教育與工程實踐訓練并重,突出創新意識和實踐能力;
第五,培養能把握化工技術發展方向和前沿目標,具有地域特色的化學工程應用型高級專門人才。
凸顯化工和生物基礎融合的課程體系
課程體系是實現專業培養目標,構建學生知識結構的中心環節,建立適應社會主義市場經濟發展需要,體現化工學科內在規律和學校學科特色,科學合理的課程體系極為重要。我校化學工程專業的課程體系分為公共基礎課、學科基礎課、專業必修課、專業選修課、實踐性教學、全校任選課等六大模塊。課程體系凸顯出化工與生物基礎課程的融合。
第一,公共基礎課重視人文、法律基礎和外語、計算機綜合素質培養,以適應現代社會對人才素質的要求。公共基礎課包括數學、物理、外語、計算機、法律等。其中計算機、外語教學貫穿人才培養全過程。公共基礎課共3分,816學時。
第二,學科基礎課以基礎化學為平臺,凸顯化工和生物基礎,實現化工理論與地方特色化工生產的有機結合。學科基礎課包括數理基礎板塊、工程技術基礎板塊、化工基礎板塊。數理基礎板塊包括概率論與數理統計、工程力學;工程技術基礎板塊包括工程制圖、機械設計基礎、電工與電子基礎等;化工基礎板塊包括無機與分析化學、有機化學、物理化學、化工原理、化學反應工程、分離工程、化工過程模擬等;地方特色的化工板塊包括石油加工工藝學、天然氣加工工藝技術、煤化工、酶工程、生物反應工程等基礎學科。學科基礎課共38.5學分,846學時。
第三,專業必修課把握地區特色化工行業科學的發展方向與前沿,強化學生化工工程專業的背景與特色。專業必修課包括微生物工程、催化作用原理、綠色化學、分子生物學,化工分離過程等。專業必修課共38學分,720學時。
第四,專業選修課以地區優勢化工產業為依托,形成化學工程與工藝和生物工程兩個專業方向,專業選修課包括環境生物技術、高分子化工、聚氯乙烯工藝學、精細化工工藝學、材料化學導論、現代生物技術、環境工程等。專業方向選修課共41.5學分,756學時。
第五,實踐性教學強化學生化工學科實驗動手能力、實踐能力和創新能力。實踐性教學共35學分,計劃35周完成。
第六,全院任選課要求學生至少選修4個學分72個學時的化學工程專業以外的其他學科課程,以培養綜合素質。
完善化工雙基礎的實踐教學和以實習基地為平臺的實踐環節教學體系
實踐教學是鞏固理論知識的有效途徑,是培養具有創新意識、創新能力的高素質人才的重要環節。現代素質教育要求高等教育通過各種教育實踐活動,大力加強學生動手能力、實踐能力和創新能力的培養。化學工程是一門實踐性極強的科學,實踐環節教學體系由實驗課程、實習課程、畢業論文(設計)組成。
1.實驗課程教學體系
實驗課程立足兩個方面,即強化化工基礎和專業實驗學生綜合動手能力培養。在化工基礎實驗方面,以基礎化學為平臺,強化基礎化學實驗課程建設,同時,開設化工原理課程設計,加強對學生工程實踐能力的訓練,使學生具有明顯化工知識優勢。在化工專業實驗方面,增加設計型、綜合型及自主實驗型教學內容,以加強培養學生的實踐能力。通過實驗教學對學生進行實驗思路、實驗技術、實驗設計、數據處理、觀察能力、分析能力、表達能力的全面訓練。
2.實習課程教學體系
實習課程包括化工過程狀態仿真模擬實習、CAD上機實習、認識實習、生產實習和畢業實習。由于受條件和經費限制,校內實驗室不可能完全滿足學生的實習要求,因此必須以校內實踐教學基地建設為核心,穩定和擴展校外實踐基地,全面提升實習教學質量,提高學生的實踐能力和創新能力。現在專業院系已經和新疆天業集團公司、新疆化肥廠、獨山子煉油廠等疆內8家化工企業簽訂了定期實習合約,能夠滿足學生實踐教學的需要。
3.畢業論文(設計)教學體系
根據現代化學工業的特征及社會對化工人才需求的趨勢,應用型高校化學工程與工藝專業的目標是培養化學化工理論基礎扎實,實踐動手能力、自主學習能力、創新能力及外語與計算機應用能力較強,適應化工、冶金、能源、輕工、醫藥、環保等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理等方面工作的應用型高級工程技術人才[2]。為了實現上述目標,化學工程與工藝專業應用型本科人才應具備的基本素質與專業能力包括7個方面:①樹立正確的世界觀,具有良好的人文精神、科學素養,能處理好人與環境、人與社會的關系;②掌握化學工程與工藝的基本理論和基本知識;③掌握化學裝置工藝與設備設計方法,掌握化工過程模擬優化方法;④具有對新工藝、新產品、新技術和新設備進行研究、開發和設計的初步能力;⑤了解化學工程的理論前沿,了解新工藝、新技術與新設備的發展動態;⑥掌握文獻檢索的基本方法,具有一定的科學研究和實際工作能力;⑦具有創新意識和獨立獲取新知識的能力[2]。因此,根據現代科技和生產的發展需要,以服務地方經濟社會發展為目標,把握高等教育規律和化學工程與工藝專業特征,制定化學工程與工藝專業應用型人才培養方案,具體如圖1所示。在人才培養方案制定的過程中,合肥學院借鑒德國應用科學大學培養應用型人才成功經驗,非常重視企業的作用,將企業要求與學生的培養相結合,構建理論教學與實踐教學相學體系,確定了以“面向企業、立足崗位、注重素質、強化應用、突出能力”為指導思想的“應用型”人才培養模式。理論教學體系體現“三個服務”原則:基礎理論教學要為專業技術課教學服務,理論教學為提高學生綜合素質服務,把素質教育貫穿于教學全程,為培養學生具有獨立分析和解決實際問題的能力服務,注重培養學生對技術成果的吸納和綜合應用能力。建立與培養目標相適應的實踐教學體系,形成基礎實訓、專業實訓及校內、外實訓教學相結合的綜合實訓教學一體化,完成實訓教學。促進學生掌握專業技能,實施“四年九學期制”,提高學生就業競爭能力。
1.2化學工程與工藝專業人才要求
化學工程與工藝專業是為了適應新世紀化學工業的發展而設置的,是由原來的化學工程、有機化工、無機化工、高分子化工、精細化工、煤化工、工業催化等專業合并而成的寬口徑專業,覆蓋面寬、涉及領域廣[3]。該專業具有兩大特色:一是覆蓋面廣。研究領域涉及無機化工、有機化工、精細化工、材料化工、能源化工、生物化工、醫藥化工、微電子化工等諸多領域;二是工程特色顯著。該專業以化學工程與化學工藝為兩大支撐點,化學工程主要研究化工過程及設備的開發、設計、優化和管理。化學工藝則研究以石油、煤、天然氣、礦物、動植物等自然資源為原料,通過化學反應和分離加工技術制取各種化工產品。化學工程與工藝專業涉及的工程放大技術、系統優化技術和產品開發技術,不僅在化工領域,而且在醫藥、材料、食品、生工等眾多相關領域均大有用武之地。因此,化學工程與工藝專業培養的學生應有較強的工程能力和工作適應性,需掌握化工生產技術的基本原理、專業技能與研究方法,具有從事化工生產控制、化工產品和過程的研究開發、化工裝置設計與放大的初步能力[4]。
1.3應用型化工人才實踐教學體系構建
高等工程教育強調綜合素質的基礎作用和工程素質的定型作用。培養應用型化工特色人才,核心就是培養實踐能力強的應用型人才。以培養應用型人才為目標,以科學發展觀為指導,遵循教育教學基本規律,堅持育人為本,教學為綱,根據學生需要,圍繞學生能力拓展和知識結構構建實踐教學體系。該體系由基本技能、專業能力、綜合能力三層次訓練組成,將課外創新活動和社會實踐有機融合。借鑒德國成功的經驗,培養學生工程設計能力、項目實現能力及創新能力,構建工程化的實踐教學體系如圖2所示。實踐教學根據能力要求可分為3個層次:基礎實踐層、專業實踐層、綜合和創新實踐層。基礎實踐層以強化“三基”,培養基礎能力為目的,將基礎化學實驗分為3個層次和5個模塊,構成一個彼此相連,逐層提高的體系[5]。通過化學專題研究訓練,強化了知識和技能的綜合性;認知實習在實踐教學體系中處于承上啟下階段。學生在與自己相近或相關的崗位上經過認知實習,了解專業所需要的專業知識、能力、素質,有利于他們結合自己的興趣,規劃未來發展,在專業方向的選擇、課程模塊的選擇上會更加理性。2周金工實習和1周電工電子實習,實現基礎能力培養目標;專業實踐層是在理論教學和基礎能力培養的基礎上,通過專業基礎實驗、課程設計、工程實訓等實踐教學的環節實現專業能力培養;綜合和創新能力是對技術基礎知識、運用專業知識解決實際問題能力和知識遷移能力的綜合體現,反映學生整體素質。通過畢業實習、畢業設計(論文)等實踐教學環節,配合第二課堂科技活動,達到培養專業技術應用能力的目的。總之,各層實踐教學活動層層遞進、相互滲透,達到培養目標規定的專業技術應用能力的要求。
2圍繞工程能力培養,實施實踐教學改革
2.1突出強化實踐鍛煉,提高教師實踐教學水平
教師是實踐教學體系的主導者,也是實踐教學體系的實踐者。要培養高質量應用型人才,必須要有高水平的教師隊伍。按照這一思路,為所有的實驗室配備了具有碩士學位的專職實驗教師,采取走出去、請進來的辦法培養教師的實踐能力,派合肥學院高學位高職稱的教師到企業去鍛煉6~12個月,增加教師的工程意識和實踐能力。根據學院要求成立了實驗技術教研室,這不僅是名稱和內涵的改變,更重要的是教育理念的轉變,建立實驗技術教研室,由教授、博士擔任主任,具有研究生學歷的教師為成員,研究實踐教學內容、方法和手段,進行實驗教學、實驗課程內容和方法改革等工作。目前,和化學工程與工藝專業實驗實踐教學有關的合肥學院院級教研立項6項,安徽省教育廳立項3項,獲得教學成果獎合肥學院二等獎一項、三等獎一項;安徽省三等獎一項。聘請企業和設計院等單位人員擔任教師,讓學生參與解決實際工作問題,提高實踐能力。
2.2加強實踐教學條件建設,提供實踐教學載體
實驗室和實習基地是完成實踐教學內容所必需的保障平臺。在實驗室建設方面,加強以無機化學、有機化學、物理化學、分析化學課程為支撐的基礎化學實驗室建設,和以化工原理為支撐的化工基礎實驗室。專業實驗作為一門最能反映專業特色,與專業科學技術發展關系最為密切的實踐性課程,必須跳出原有的框架,重新構建一個能夠全面反映化學工程學科發展方向、適合按專業大類組織實驗教學、有利于培養學生工程實踐能力和創新能力的新框架。根據化學工程與工藝核心課程化工熱力學、傳遞過程原理、化學反應工程、分離工程和技術化工工藝學作為構架,遵循以下原則:緊扣化工過程研究與開發的方法論;充分考慮工程學與工藝學實驗的適當平衡;具有典型性、力求先進性、增加綜合性;實驗內容既符合化學工程與工藝學科發展規律,又具有鮮明的先進性和特色,建立了化工熱力學實驗室等專業實驗室。根據專業和學生發展需要,在專業方向上設立分離工程和精細化工2個化工專業方向,并建立精細化工和分離技術2個實驗室,建立膜材料和膜過程院級重點實驗室1個。校外實習是強化專業知識、增加學生的感性認識和創新能力的重要綜合性教學環節,校外實習基地是培養學生實踐能力和創新精神的重要場所,是學生接觸社會、了解社會的紐帶[6]。以校企互利雙贏為機制,開展產學合作,和中鹽四方集團等14家企業建立良好的合作關系,與企業合作共建實驗室2個。每年由校內和企業教師共同指導學生進行實習,并在畢業論文(設計)環節,由企業提出課題,真題真做,學生將所學知識和生產實際相結合,取得在書本上得不到的收獲。中鹽四方集團、東華集團工程技術人員指導學生設計多次獲合肥學院優秀畢業設計(論文)獎。
2.3第一課堂與第二課堂相結合,著力培養學生創新能力
作者簡介:劉峙嶸(1969-),男,江西蓮花人,東華理工大學化學生物與材料科學學院,教授;樂長高(1967-),男,江西撫州人,東華理工大學化學生物與材料科學學院,教授。(江西 撫州 344000)
作者簡介:本文系江西省學位與研究生教育教學改革研究課題(課題編號:JXYJG-2011-028)、江西省學位與研究生教育教學改革研究課題(課題編號:JXYJG-2012-057)、江西省高等學校教育教學改革研究課題(課題編號:JXJG-11-8-14)的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)35-0034-02
專業型碩士是我國研究生教育的一種形式,與學術型碩士處于同一培養水平。國務院學位委員會將專業學位定位為具有特定職業背景的學位,主要培養特定職業背景的高層次專門應用型人才。2009年首次招生以來,專業碩士發展迅速,專業類型、招生比例和招生專業都有大幅度的增加。預計到2015年,專業碩士招生將占研究生總招生的50%以上,我國將形成學術型研究生和專業型研究生均衡發展的總體格局。[1-3]
化學工程領域是一種工程碩士專業學位。化學工程是研究化學工業和其他工業過程中所進行的化學過程與物理過程共同規律的一門工程學科,涉及在化工、煉油、輕工、冶金、能源、醫藥、環保、軍工等部門從事產品研制、工藝開發、過程設計、系統模擬、裝備強化、操作控制、環境保護、生產管理等內容。
東華理工大學化學生物與材料科學學院2002年獲得“應用化學”二級學科工學碩士點授予權,2005年獲得“化學工藝”二級學科工學碩士點授予權,2008年獲得化學工程領域工程碩士授予權,2010年獲得“化學工程與技術”一級學科工學碩士點授予權。該學科擁有先進的實驗平臺,雄厚的科研開發實力。“化學工程與技術”碩士點擁有一支知識和年齡結構均較合理的師資隊伍。
產學合作是一種學校理論學習與企業工程實踐相結合的教育模式,相對于其他類型的人才培養,產學合作對化學工程領域人才的培養更為重要,豐富的實習實踐訓練、扎實的研究訓練對提高研究生就業競爭力有很大幫助。與19世紀研究生教育產生時所處的社會環境不同,現代社會更加強調產、學、研的一體化。我校“化學工程”領域一直高度重視產學合作教育對化工人才培養的重要作用,對“產學研”與“創新創業創意”結合培養化學工程領域高級人才進行了一些探索和實踐,取得了成效。
一、“產”為先、引導創業意識
東華理工大學(原華東地質學院)是江西省人民政府與工業和信息化部國防科技工業局(原國防科工委)共建的一所具有地學優勢和核科學特色的高等院校,我校“化學工程”領域長期以來一直為核化學化工行業培養高級人才,一直與核化工企業保持良好的合作關系。
我校建校以來,長期受部委管轄,與當地化工企業聯系很少。自從學校下放江西省人民政府管理以來,經過多方努力,積極與地方企業聯系,義務為地方企業提供技術咨詢和服務,增進了雙方的了解和相互信任,局部彌補了企業領軍人物和專業人才比例偏低的不足。目前已與江西省內十多家化工企業建立了廣泛的產學研合作,如江西撫州添光化工有限公司、江西撫州三和醫藥化工有限公司、江西贛亮醫藥原料有限公司、江西撫州蒼源生物科技有限公司、江西撫州市臨川之信生物科技有限公司、江西省永方電源有限公司。通過不同層次層面的合作,形成了校企長期穩定的產學研關系,促進了企業通過加快引進高校技術成果來提升企業的科技競爭力,形成了產學相結合的化工初中高級人才培養基地和產學研結合的教學科研創新基地,又是企業破解行業技術問題和研究生培養的共同體。
產學研合作是指企業、科研院所和高等學校之間的合作方式,產學研合作是一個系統工程,其功能和作用都是雙向的。導師鼓勵研究生走出“象牙塔”,向社會學習,向基層學習,向實踐學習,注重就業創業引導,努力使專業學習與創業教育緊密結合,專業實踐與創業實踐有效銜接,讓研究生在“做中學”,進一步增強研究生創業理念,促進研究生創新創業能力,提高就業率和就業質量。企業的收獲在于教學培養的人才和科研成果最終流向企業,通過一年實踐學習,對實習企業有一定了解的化學工程領域研究生畢業后選擇回實習企業就業,這些研究生對企業工藝流程有比較深刻的了解,不需要經過培訓,很容易上崗;企業的技術骨干也可以到我校通過攻讀化學工程碩士學位提高理論水平。
二、“學”為主、培養創新能力
學校不必建立一個比真實化工廠的工程實踐環境更好的化學工業實驗室,通過多層面、全方位的產學研合作,學校既可有效地解決化學工業實驗室建設所需要的經費不足和場地缺乏等問題,同時能夠解決實踐教學指導環節中化工專任教師“弱工程化”的問題,增加接觸化工企業的機會,增強工程實踐能力,以提高化工專業課程教師工程素質和培養“雙師型”教師。
另外我校“化學工程與技術”學科教師在承擔各級縱向科研課題的同時,也通過與化工企業廣泛合作,承擔大小橫向研發項目,在促進自身科研水平提升的同時,也為教學質量的提高奠定了基礎。所有這些縱向橫向項目的開展都為研究生的畢業論文和畢業設計環節提供了充足的題目來源和經費支撐,為研究生工程實踐能力和創新能力的培養奠定了必備基礎。
創新是在一定范圍內、時間內做別人沒有做過的事,提出別人沒有提出過的東西的一種活動過程及其結果。進入化工企業的專業型研究生,采取1+2或2+1模式,每位學生分配學校和企業雙重導師,共同負責整個培養過程。學生在校遵守學校的各項管理制度,進入企業則必須遵守企業的員工管理制度。使研究生“真刀真槍”作畢業設計(論文),在企業導師的指導下,能夠在理論知識學習扎實的基礎上獲得足夠的實際工程技術鍛煉,獲得較強的化學工程專業技術核心能力,為研究生創新意識的培養和創新能力的開發創造了條件。該學科及時與化工企業交流合作,了解化工企業對化學工程領域高級人才知識結構的需要,不斷調整專業型化學工程領域培養方案/培養計劃,制定出符合化工市場需求的應用型高級人才培養的課程體系和課程內容;聘請多名企業工程技術人員作為企業導師或工程實踐指導教師,形成了化工專業理論教師與化工企業工程人員相結合、學校與企業緊密結合的實踐教學體系;突出研究生工程實踐能力和創新能力的培養。[4-5]
三、“研”為線、點燃創意火花
化工企業所取得的科研成果由校企雙方共享,校企雙方以互惠互利、共同可持續發展為原則。通過產學研用結合,可進一步提高我校化學工程領域研究生群體的社會貢獻率,優化研究生的知識結構和能力骨架,增強研究生分析問題及解決實際問題的能力,同時促進合作單位研究開發能力、科技創新能力和綜合競爭實力的不斷提高。[6]
高校應充分發揮教書育人、科學研究及服務社會三大職能。“化學工程與技術”學科教師穿梭于學校和生產企業之間,能及時了解什么是社會急需的技術和適用的技術,密切關注科技成果應用價值來提高科技成果轉化率,根本上解決經濟科技“兩張皮”,擺脫長期以來科研成果在實驗室“睡大覺”現象,切實充當產、學、研的紐帶和橋梁,讓彼此從原來的松散聯盟變成緊密合作體。目前“化學工程與技術”學科多名知名教授被化工企業聘請為省級科技特派員或承擔省級產學研課題。2010年撫州三和醫藥化工有限公司科研項目“雷貝拉唑羥基物鹽酸鹽”先后獲得撫州市科學技術獎一等獎和江西省科技進步獎三等獎,2011年撫州三和醫藥化工有限公司科研項目“奧美拉唑氯化物”又先后獲得撫州市科學技術獎一等獎和江西省科技進步獎三等獎,2012年撫州三和醫藥化工有限公司“醫藥中間體技術創新團隊”被認定省級技術創新團隊,這些科研成果里也凝聚了我校“化學工程與技術”學科教師和研究生的心血和汗水。研究生在企業實踐期間體會到比別人擁有更多的信息就會有更多的創意,也觀察到如何將好創意應用到商業,從而實現自己的創業夢想。
大力開展產學研深度合作,大力倡導創新創業創意理念,培養高素質的化學工程領域研究生,是我們今后將繼續探索和實踐的目標。
參考文獻:
[1]吳啟迪.抓住機遇 深化改革 提高質量 積極促進專業學位教育較快發展[J].學位與研究生教育,2006,(5):1-4.
[2]謝發勤,吳向清,田薇.工程碩士教育可持續發展的幾個問題[J].學位與研究生教育,2007,(2):34-37.
[3]陳皓明.樹立科學的質量觀和發展觀全面推進工程碩士教育發展[J].學位與研究生教育,2006,(11):15-17.
2應用型化學工程人才的培養目標
應用型研究生主要是把已發現的科學原理應用于社會實踐,為社會創造直接的經濟效益和物質財富的高端人才。應用型研究生既要有較寬廣的基礎知識,又要具有較強的科研與技術開發能力,能夠有效地把知識轉化為生產力。因此,應用型研究生化學工程人才培養的主要目標是:培養研究生具有化工學科方面的基礎理論、系統的專門知識,掌握化工學科的現代實驗方法和技能,具備從事科學研究或獨立擔負專門技術工作的能力;有嚴謹的科研作風,良好的合作精神和較強的交流能力。同時,從產品生產過程是學科集成的結果角度看,應用型研究生要具有較強的知識集成能力,同時,在科學研究或專門工程技術工作中具有一定的組織和管理能力[1]。
3應用型化學工程人才培養教學改革的探索
3.1理論教學改革
(1)優化教學內容。教學內容是隨著科學技術的進步和社會的發展而不斷變化的,因此應不斷更新完善,以符合不斷變化的人才培養模式的要求。而構建有利于增強研究生適應能力和創新能力,提高研究生培養質量的研究生課程體系,是深化研究生教育改革的必然要求,也是擺在廣大研究生教育工作者面前的重要課題和任務[2]。根據本校的實際情況以及學校的培養理念、培養目標,與時俱進,及時更新和補充教學內容,建立富有化學、化工特色的化學工程專業課程體系是非常必要的。具體實施遵循以下四個方面:首先,整合已有的知識體系和教學內容,刪掉重復或內容陳舊的課程,合并相近課程。其次,增設跨學科課程和符合社會需求的課程,發揮多學科交叉的綜合優勢,以適應科技發展的綜合化和人才培養復合化的趨勢。第三,增設一些前沿性、前瞻性的教學內容,引領研究生了解本學科的前沿動態,開闊思路,使學生在汲取知識的同時得到創新能力的培養。最后,針對跨專業入學的研究生,增設最基本、最必要的專業修補課程,以加強跨專業研究生的專業基礎,以利于后繼學習和研究的深入。
(2)改變傳統教學方式,多種教學手段相結合。傳統教學方式的課堂上以教師為中心進行教學活動,忽略了學生的主體作用,忽略了教與學的相互聯系和影響,從而減弱了整體效能。研究生與本科生相比已經具有了較扎實的理論知識基礎,因此,研究生的教學應采用廣內容和多方法相融合的課內教學手段。即從理論知識和工程實踐知識兩個方面著手,改變目前靜態、呆板的教學方法,采取更為有效的新方法,如互動式教學、探討式學習、探索性研究,探討傳授知識與探索研究相結合的多層次教學新模式,可以充分調動學生的學習積極性,并培養學生獨立思考的能力。同時,教師可在教學內容上增加探索性內容,努力把課題研究融入理論教學中,鼓勵學生查閱各類文獻,讓學生有機會進行探究性學習,給學生營造出自由的學術氛圍,開拓學生思維,提高教學水平[3]。
(3)改革考核方式。考核是教學工作中檢查教學效果、鞏固學生知識、改進教學工作、保證教學質量和督促教育目標實現的重要手段。建立符合研究生課程體系的多元化考核方式有助于更好地評價學生的綜合水平。比如基礎理論和基礎原理考核可采用試卷形式;專業課程可通過分析文獻、提煉思路、歸納總結、撰寫學術小論文等形式進行評定;實踐課程則可通過任務設定、實驗操作、實踐等進行考核。總之,要立足于以強調實踐能力的多樣化標準取代單一的學術性標準,通過考核促進研究生思維能力、創造能力的發展[4]。
3.2實踐教學改革
化學工程作為一門實驗性和應用性很強的專業,對實踐教學有很高的要求。實踐教學相對于理論教學具有直觀性、實踐性、綜合性與創新性的特點,在加強對學生的素質教育與培養創新能力方面有著不可替代的作用[5]。
3.3實驗體系的設置
化工類碩士學位研究生應該具備的最直接的實踐技能就是實驗操作技能。在本專業的實踐實驗體系設計中,可增加一項實驗技能訓練,此項訓練可以開放選修實驗或創新實驗的形式開展,內容不同于研究生的畢業論文,主要集中于本專業的熱點實驗,增強本專業特色實驗技能,也可開拓學生的專業接觸面和眼界。另外,在實驗過程中,應實行以學生為主體,教師輔導相結合的模式,留給學生足夠的思考空間,使學生處于積極主動的地位[6]。
3.4產學合作與校企合作的開展與建立
利用各種條件(如教師科研合作企業、校友主管的企業等)建設各類實踐基地,研究生可在實踐教學基地進行短期實習,目的是使學生熟悉企業文化,了解企業生產和研發流程。此外,要求研究生選定一個或幾個相關企業或研究機構進行實地調研或實習,重點了解與本人碩士學位論文內容相關的企業技術需求,主要生產或研制流程、工藝等,并要求研究生須撰寫調研實習報告,加強認識。
培養目標:使畢業生適應國家經濟與科技發展的需求,成為具備寬厚的理論基礎知識,通曉化工生產技術的專業原理、專業技能與研究方法,能夠從事過程工業領域的產品研制與開發、裝置設計、生產過程的控制以及企業經營管理等方面工作的高素質科技人才。
主干學科:有機化學、物理化學、化工原理、化學反應工程、化工機械、精細有機合成原理等。
主要課程:無機化學、分析化學、大學物理、有機化學、物理化學、化工原理、化學反應工程和一門必選的專業方向課程。 另外輔修化工經濟技術分析、電工電子等。
主要專業實驗:有機化學實驗、無機化學實驗、化工熱力學、化工傳遞過程、化學反應工程、化工過程系統工程、工業催化和應用化學等。
主要實踐性教學環節:包括化學與化工基礎實驗、認識實習、生產實習、計算機應用及上機實踐、課程設計、畢業設計(論文)(計算機應用要求較高)等。
專業發展方向:化學工程、化學工藝、精細化工。
1.華東理工大學 2.天津大學 3.北京化工大學 4.南京工業大學 5.大連理工大學
6.浙江大學 7.中國石油大學 8.華南理工大學 9.太原理工大學 10.四川大學
11.鄭州大學 12.湖南大學 13.哈爾濱工業大學 14.西安交通大學 15.上海交通大學
16.江南大學 17.中南大學 18.南京理工大學 19.中國礦業大學 20.湘潭大學
大連理工大學化工系創辦于1949年,1952年高等學校院系調整時,一批著名化學家匯集大工,形成了具有雄厚實力的化工學科。改革開放后,化工各學科發展很快,師資隊伍和招生規模不斷擴大,1984年發展為化工學院,學院設有化學、化學工程、生物工程、材料化工、化學工藝、工業催化、精細化工、高分子材料和化工機械等9個系,24個教研室。現有本科生2410人,碩士生494人,博士生241人,博士后科研人員7人。教職工370人,其中中國工程院院士1人,雙聘院士3人,“長江學者獎勵計劃”特聘教授2人,博士生導師37人,教授53人,副教授80人,高級工程師17人。
化工學院現有化學工程與技術一級學科博士學位授予權,覆蓋了其全部五個二級學科――化學工程、化學工藝、應用化學、工業催化和生物化工,并設有化學工程與技術博士后科研流動站。此外還有高分子材料、無機非金屬材料及化工過程機械博士點和3個理科化學碩士點。生物化工、應用化學、環境學科設有“長江學者獎勵計劃”特聘教授崗位。學院擁有應用化學國家重點學科,化學工程、工業催化和生物化工三個遼寧省重點學科,精細化工國家重點實驗室,分析中心及15個研究所,擁有400兆核磁共振,氣/液質譜、飛行時間質譜、X射線衍射儀等大型分析儀器40余臺,成為我國培養化工高層次人才和科學研究的基地。
化工學院作為大連理工大學的重要學院,50年來為國家培養了2萬名畢業生,其中許多人成為國家各部委和省市領導,中科院院士,國家有突出貢獻的專家以及大專院校、科研院所和廠礦企業的廠長、經理、總工及業務骨干,為適應社會需求培養了復合型、外向型高技術人才。
化工學院廣泛開展國際學術交流和技術合作,已經與日本、韓國、美國、加拿大、澳大利亞、德國、奧地利、英國等國家的大學、研究機構或公司建立科技合作和學術交流。
化工學院辦學宗旨是以人才為本、創新為先,辦學思路是以貢獻求支持,以改革促發展。重視面向社會經濟建設的重大關鍵技術的基礎研究和應用基礎研究,每年都承擔一批國家、省市級科學基金和“973”“863”及“九五”重點攻關項目,同時與企業建立產、學、研三結合緊密型協作關系,解決技術難題及高新技術和新產品的開發工作,化工學院每年科學研究經費達3000萬元以上,近兩年科技成果顯著,獲國家科技進步獎二等獎一項,省部級科技進步獎一等獎三項、二等獎三項。
問題1:化學工程與工藝專業的學生應掌握怎樣的知識和能力?
1.掌握化學工程、化學工藝、應用化學等學科的基本理論、基本知識;
2.掌握化工裝置工藝與設備設計方法,掌握化工過程模擬優化方法;
3.具有對新產品、新工藝、新技術和新設備進行研究、開發和設計的初步能力;
4.熟悉國家對于化工生產、設計、研究與開發、環境保護等方面的方針、政策和法規;
5.了解化學工程學的理論前沿,了解新工藝、新技術與新設備的發展動態;
6.掌握文獻檢索、資料查詢的基本方法,具有一定的科學研究和實際工作能力。
問題2:化學工程與工藝專業的學生就業方向?
本專業畢業生知識面寬,可到工業部門從事化工類產品的設計、施工、生產管理、技術開發、應用研究以及貿易等方面的工作,也可到科研、商貿、行政等部門從事與化學工程相關的工作。
也可在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫藥、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面的工作。
還可以到化學工廠、大學、政府社團、保健服務、中學、醫院、工業實驗室、圖書館、醫藥公司、私人企業、實驗研究所等從事相關的工作。
問題3:化學工程與工藝專業方向的不同有差異么?
化學工藝包括能源化工、材料化工、有機化工、環境化工、高分子化工、無機化工等眾多領域,覆蓋面廣。它不僅涵蓋了傳統的基礎領域,同時與材料、能源、生物、醫藥、環境等學科滲透融合,不斷地培植出新的生長點。它既是一個歷史悠久、曾作出重大貢獻的學科,又是一個新世紀不可缺少的充滿了生機與活力的學科。
化學工程是以化學工業及相關生產過程中所進行的化學、物理過程為研究對象,探究其所用設備的設計原理與操作方法以及最終實現過程優化所應遵循的共性規律。本專業方向學生主要學習化工流體流動與傳熱、化工傳質與分離過程、化工熱力學、化學反應工程、化工傳遞過程基礎、化工數學、化工分離過程、化工工藝學、化工過程分析與合成、化工設計等課程。為拓寬專業面,增加適應性,還開設生化基礎、石油煉制工程、環境化工、化工機械基礎、ChemCAD等課程。
問題4:與化學工程與工藝專業相近的專業是什么?
制藥工程(主要是化學制藥)。
問題5:化學工程與工藝專業中的催化科學與工程具體是什么樣的學科?
它是催化化學、材料物理及化學工程之間的交叉學科,具有理工結合的特點。
一、化學工程專業全日制專業學位碩士研究生培養的課程設置
根據全國工程碩士專業學位教育指導委員會“關于制訂全日制工程碩士研究生培養方案的指導意見”的精神,要求所培養的學生掌握化學工程領域的基礎理論、先進技術方法和手段,在領域的某一方向具有獨立從事工程設計、工程實施、工程研究、工程開發、工程管理等能力。結合學院實際學科研究方向,確定了化學工程專業的培養方案。按照學校的統一要求,學制為2年,最長學習年限不超過4年,應修總學分不低于32學分,其中,必修課不低于17學分(公共必修課5學分,校級基礎課2學分,專業基礎課不少于8學分,專業技術課本文由收集整理不少于2學分);綜合環節12學分;專業選修課不少于3學分。專業基礎課主要包括高等化學工藝學、高等化學反應工程、新型分離技術、化工傳遞過程原理、化工過程建模仿真與優化、現代電化學、化學工程前沿講座、經典學術專著選讀、化工系統工程等課程。專業選修課包括合成化學、材料化學、高分子材料、高等有機化學、有機化合物的波譜解析、近代有機合成技術與方法、化學電源、精細化學品化學、液相色譜手性分離、應用腐蝕電化學、綠色化學與化工、化工網絡資源與化工軟件、現代實用電鍍技術、高性能樹脂合成方法的應用等課程。綜合實踐環節包括綜合實驗、科研實踐、文獻綜述報告、學術活動、知識產權基礎與實務、工程信息資源獲取與專題利用等內容。
二、培養模式的探索
實踐環節是全日制專業學位碩士研究生培養的重點和難點,是全日制專業學位碩士研究生教育質量的重要保證。實踐基地的建設,是進行實踐教學環節的根本保障,為了積極落實國家對全日制專業學位碩士研究生的培養要求,保證學生不少于半年的實踐教學要求,學校、學院把建設各種形式的實踐基地作為全日制專業學位碩士研究生培養的重點工作,積極利用各種社會資源,多層次、多角度建立符合全日制專業學位碩士研究生培養的實踐基地。如學校層面上建立的大型實踐基地,學院層面建立的中型實踐基地,以及指導教師通過科研合作等方式建立的小型實踐基地,都可以納入到學生的實踐教學培養環節,在學院調查、核實的基礎上就可以投入使用。指導教師對于全日制專業學位碩士研究生創新能力和綜合素質的培養有直接影響,實行“雙導師制”是全日制專業學位碩士研究生與學術型研究生培養的又一區別。“雙導師制”對于培養具有實踐創新能力的全日制專業學位碩士研究生更具有優越性。目前,企業導師的選聘成為全日制專業學位碩士研究生培養的制約因素。具有堅實理論基礎、豐富實踐經驗并且愿意指導全日制專業學位碩士研究生的企業導師不多。目前,學院主要通過兩種方式確定企業導師,一是校外實習基地所在企業推薦;二是在科研項目合作過程中積極爭取。進一步明確學校導師和企業導師的職責,學校導師由于具有深厚的理論知識和豐富的教學經驗,主要負責基礎課和專業課的教學,把握學位論文的理論深度,規范學位論文的寫作。企業導師具有豐富的實踐經驗,主要負責將學生的研究與企業的工程、生產實際結合起來,使研究更有目的性,提高學生的實踐能力。從現在運行的情況看,效果良好。
三、加強學位論文的過程管理。
從選題開始,學校導師和企業導師就需要密切合作,加強對選題的評估與論證,明確選題技術背景和研究目標,使選題與生產實際相結合,解決企業的實際問題,論文完成后能夠為企業帶來一定的經濟效益。在論文研究進入到中期階段,學院將聯合企業一起對研究工作進行中期檢查,一方面督促學生保證論文進度,對進展緩慢的學生提出警告,對另一方面,幫助學生把握研究方向,并給出合理的意見與建議,使研究工作能夠順利進行。在此期間,加強對于學校導師和企業導師定期交流的管理,鼓勵學生進行學術交流。在后期階段,學院主要結合學位論文對學生加強管理,在雙方導師修改同意后,對學位論文實行雙盲評審。學院將在校內外選擇相同或相近領域的專家進行評閱,對學位論文給出評價,并做出是否同意提交答辯的結論,學院根據評審意見決定是否同意學生參加論文答辯。這使得學位論文的質量得到了保證。
四、培養過程中的問題與建議