“新工科”背景下化學專業“雙創”實驗室建設探索

田景芝，荊 濤,2，鄭永杰，王 波，杜曉昕

“新工科”背景下化學專業“雙創”實驗室建設探索

田景芝1，荊 濤1,2，鄭永杰3*，王 波4，杜曉昕4

（1. 齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 齊齊哈爾大學 科技處，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3. 齊齊哈爾大學 輕工與紡織學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；4. 齊齊哈爾大學 計算機與控制工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

“雙創”實驗室是高校創新實踐能力培養的重要陣地，“新工科”背景下“雙創”實驗室建設與探索，對實踐教學改革與創新型人才的培養具有重要的意義。該文分別從基于學科交叉融合的專業應用拓展、實驗室的智能信息化建設、面向通識教育的實驗體系改革。產學研協同育人的復合型培養模式和面向“一帶一路”的工程專業認證等五個關鍵點對高?；瘜W專業“雙創”實驗室建設進行了探索。

新工科；化學專業；“雙創”實驗室；實踐教學改革

自2017年以來，我國“新工科”建設迅猛發展，教育部相繼發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》和《關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》等文件，為我國“新工科”建設指引了方向[1-3]。在“新工科”建設的浪潮中，高校需要不斷改革和創新，摒棄陳舊的教育教學理念，適應新形勢下教育改革方向[4-5]。實踐教學在高等教育中承擔著實踐能力培養、創新創業（簡稱“雙創”）能力培養和工程技術能力培養等[6]，而實踐教學開展的基礎是高校實驗室建設，其中“雙創”實驗室更是創新實踐能力培養的重要陣地[7]，因此“新工科”背景下“雙創”實驗室建設與探索，對實踐教學改革與創新型人才培養具有重要的意義[8-9]。

1 化學專業“雙創”實驗室建設模式

本文在“新工科”背景下對高?；瘜W專業“雙創”實驗室建設展開研究，圍繞著2018年3月29日教育部公布的首批612個“新工科”研究與實踐項目的核心主題，對化學專業“雙創”實驗室分別從以下5個關鍵點進行了探索：（1）基于學科交叉融合的專業應用拓展；（2）實驗室的智能信息化更新升級；（3）面向通識教育的實驗體系改革；（4）產學研協同育人的復合型培養模式；（5）面向“一帶一路”的工程專業認證。化學專業“雙創”實驗室研究模式如圖1所示，該模式共包含三個層次（L1、L2和L3）和上述5個關鍵點。

圖1 化學專業“雙創”實驗室研究模式圖

2 “雙創”實驗室建設方向

2.1 學科交叉融合

2.1.1 “化學+”多學科

“新工科”要求多學科相互交叉融合，多元化發展。而化學專業在電子信息領域、生物醫學領域、輕工業領域和環境工程等領域都有著較好的交叉融合，因此化學專業“雙創”實驗室為了適應“新工科”要求，增加學科交叉融合課題。本文提出“化學+”模式，在制定化學專業“雙創”實驗室課題的過程中，向“化學+”模式傾斜，目前本課題組已經嘗試進行了“化學+計算機”“化學+食品農林”“化學+環境工程”“化學+材料制藥”“化學+輕工紡織”和“化學+生物醫藥”等“雙創”課題，這些課題不僅啟發了學生的學習興趣，也加深了不同學科之間的延拓性和交融性。

2.1.2 專業應用拓展

在“化學+”模式探索和實踐中，本文提出了專業應用拓展理念，下面以“化學+計算機”為例詳細闡述。在化學領域中有非常多的化學計算問題可以用計算機程序來解決，而且計算機程序解決的方案可以得到較好的求解速度和精度，這給“化學+計算機”模式提供了豐富的課題資源。如某個化學計算問題還沒有人用計算機程序來解決，有學生用計算機程序解決了這個化學計算問題，也就完成了一次創新，這就是一個很好的“雙創”課題。表1給出了課題組在“化學+計算機”模式實踐中設計的20個“雙創”課題案例，這20個案例均為化學與計算機交叉融合課題，采用計算機編程來解決化學問題，使化學問題的解決方案更加信息化和智能化。

2.1.3 “化學+計算機”實例分析

以一個簡單化學計算問題為例，常溫下，將mol NO2、mol NO、mol O2在密閉的容器內混合后，將該容器敞口倒立于水槽中，最后容器內全充滿水。已知、、均為正整數，其中≤100,≤100,≤100，不考慮2NO2=N2O4的轉化，求、、可能的值。該問題如用數學窮舉法人工計算，共需考察100乘100共10 000組數，如果考察每組數耗時為2 s，則共需約5.56 h，由于每組數的考察需要人工計算，因此還可能產生誤差。而如果用計算機程序來解決，則只需幾毫秒就快速精確地求解出所有可能值，共計2500組滿足條件的數。解決該問題的計算機程序語句的條數和復雜程度都非常小，并且隨著、、變量的取值范圍的不斷增大，計算機程序算法的優勢就更加明顯。此外，從方法的通用性考慮，如果、、的系數及取值范圍發生變化，只需修改程序中相應的表達式即可，程序依然能快速精確求解。

表1 “化學+計算機”模式“雙創”課題案例

2.2 智能信息化更新升級

化學專業“雙創”實驗室正面臨著“新工科”帶來的一系列挑戰，實驗室資源不斷膨脹，實驗室資源合理優化配置困難重重，實驗室管理信息化程度必須隨之更新升級。目前，實驗室資源配置遇到的瓶頸是資源種類繁多（各類硬件資源、軟件資源和人力資源等），各種資源之間配置沖突較大，這就要求資源配置不只是傳統意義上的簡單配置歸類與分配[10-11]，而是需要合理優化。計算智能[12]方法是近年來計算機人工智能領域興起的一類優化方法，該方法針對優化問題有著較好的處理能力，并成功應用于各個領域。基于計算智能的實驗室資源優化配置是將計算智能應用于實驗室信息化管理的一個成功嘗試，并有著廣闊的應用前景。本課題組將計算智能方法用于實驗室資源優化配置中，取得了較好的效果，同時開發了“齊齊哈爾大學化學系實驗室資源管理系統V1.0”，該系統獲得了國家版權局計算機軟件著作權。

2.3 面向通識教育

在“新工科”背景下化學專業“雙創”實驗室實踐教學的理念應該面向通識教育，要更多注重企業實踐能力與卓越的工程知識。國際上歐林工學院是工程教育界的成功典范，它的工程教育理念與“新工科”的目標是一致的，因此我們在建設“雙創”實驗室實踐教學模式的過程中，融合歐林工學院的歐林三角課程哲學（如圖2所示），提出“新工科”背景下化學專業“雙創”實驗室建設應具有“四化四性”：實踐教學過程需更加規范化、人性化、工程化和多元化，人才培養需具有創新性、層次性和通識性。

圖2 歐林三角課程哲學

2.4 產學研協同育人

高校化學專業“雙創”實驗室建設僅靠學校自身是無法滿足“新工科”要求的，因此要大力吸納企業、社會和科研院所等多方力量，共建聯合“雙創”實驗室和實訓實踐基地。形成“產業+知識”鏈一體化“雙創”培養模式，構建研教結合和產學結合的并行實踐模式，建立多方協作下的產學研協同育人模式。研教結合是將企業和高校的橫向或者縱向科研項目與“雙創”實踐教學相結合，在教學的過程中采用科研項目案例，使教學真正能落地，以提高學生的創新實踐能力。產學結合是將產業和學校深度融合，讓高校明確人才培養及產出是以產業需求為目標，這就要求高校的人才培養方案需要實時調整來適應產業需求。

2.5 工程專業認證

“新工科”中工程教育要面向國際化，同時隨著我國國際合作“一帶一路”倡議的落地實施，我國工程教育面臨著與國際接軌的挑戰，工程專業認證逐步推廣。在這樣的時代背景下，化學專業“雙創”實驗室建設也應保證與工程專業認證同步，“雙創”實踐教學的相關指標也必須滿足工程專業認證的要求，“雙創”課題的管理與實施也需要按照工程專業認證的標準來執行。有了工程專業認證這一標準，實驗室的各項建設就有了標尺、規范，以及建設的目標。只有這樣，化學專業“雙創”實驗室才能在“新工科”的浪潮中健康穩步發展。

3 結語

“新工科”對高?；瘜W專業“雙創”實驗室建設提出了更高的要求。在“新工科”背景下，化學專業“雙創”實驗室建設應提高學科交叉融合度，“雙創”課題應加大專業應用拓展類選題。實驗室管理應更加趨于智能信息化，“雙創”實踐教學要面向通識教育，注重企業實踐能力與卓越的工程知識，同時吸取多方力量構建產學研協同育人模式，在工程專業認證的方向上良性發展，培養出更多創新型復合人才。

[1] 吳濤，尤卓煒.適應新工科建設的機電專業實踐教學改革與探索[J].實驗室研究與探索，2018, 37(12): 209–212.

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[3] 吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設引領高等教育創新變革[J].高等工程教育研究，2019(1): 1–7, 61.

[4] 陳志榮，荊廣珠.新工科背景下數據工程能力培養的探索與實踐[J]. 高等工程教育研究，2019(1): 71–75.

[5] 李志鴻.地方本科高?！靶鹿た啤苯ㄔO的四個基本問題[J].黑龍江高教研究，2018, 36(12): 40–43.

[6] 郭笑，孫晶波.基于“雙創”人才培養視域下的高校教學改革探索[J/OL].中國成人教育，2018(23): 88–91.

[7] 凌海蓉. “雙創教育”視域下大學生實踐能力培養的思考[J].教育理論與實踐，2018, 38(27): 15–17.

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[10] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等.化學實驗室資源優化配置的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2014, 33(2): 238–242.

[11] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等.基于粒子群的化學實驗室無紙化資源優化配置[J].科技通報，2014, 30(1): 134–137.

[12] 田景芝，荊濤，鄭永杰，等.基于計算智能的化學類實驗室安全管理評價研究與實踐[J].黑龍江畜牧獸醫，2016(9): 270–272.

Exploration on construction of “Double innovation” laboratory of chemistry specialties under background of “New engineering”

TIAN Jingzhi1, JING Tao1,2, ZHENG Yongjie3, WANG Bo4, Du Xiaoxin4

(1. College of Chemistry and Chemistry Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 2. Department of Science and Technology, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 3. College of Light Industry and Textile, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 4. College of Computer and Control Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

The “Double innovation” laboratory is an important position for the cultivation of innovative practical ability in colleges and universities. The construction and exploration of the “Double innovation” laboratory under the background of “New engineering” is of great significance to the reform of practical teaching and the cultivation of innovative talents. This paper focuses on the development of professional application development based on cross disciplinary integration, laboratory intelligent information construction and reform of experimental system for general education. Five key points such as the compound training mode of collaborative education of industry, education and research, etc., and engineering accreditation for “One belt and one road” are explored upon.

new engineering; chemistry specialty; “Double innovation” laboratory; practical teaching reform

G482

A

1002-4956(2019)11-0266-04

10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.065

2019-03-25

黑龍江省教育科學“十三五”規劃2017年度省教育廳規劃課題（GBC1317214）；黑龍江省教育科學“十三五”規劃2016年度省教育廳規劃課題（GJC1316190）；齊齊哈爾大學教育科學研究項目（2016012, 2015035）

田景芝（1964—），女，黑龍江齊齊哈爾，碩士，教授，研究方向為化學工程及計算機技術在化學化工中的應用。E-mail: jingzhitianpr@163.com

鄭永杰（1964—），男，山東日照，博士，教授，主要從事材料制備與應用的研究。E-mail: zyj1964@163.com