全周期工程教育理念下地方普通高校化工專業(yè)教學模式的探討

張志賓，鄭志堅，肖賽金，戴熒，吳勇川，劉云海

（東華理工大學 化學生物與材料科學學院，江西 南昌）

隨著科學技術的快速發(fā)展，化學工程師所面臨的工程實踐環(huán)境日益復雜、多樣化，對化工工程師的要求更高。工程活動中不僅得掌握簡單的科學和技術原理，還需要更廣闊的技能、優(yōu)秀的團隊合作能力和系統建設能力[1]。2007年英國皇家工程院發(fā)布的《培養(yǎng)21世紀的工程師》中認為在未來的社會中，迫切需要具有“在實際工業(yè)環(huán)境中的工作經驗”的工程專業(yè)畢業(yè)生。工程人才的最重要特征是“對理論知識，團隊合作，技術范圍，業(yè)務技能等的理解和創(chuàng)新”[2]。然而，傳統化工專業(yè)教學模式脫離工程實際，學生時間學習短、內容淺、參與度低，不能融入到工程實踐全過程。

“新工科”是我國根據國家戰(zhàn)略發(fā)展的新需要，國際競爭的新形勢和乘人發(fā)展的新要求提出的我國工程教育改革的方向。2017年以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。“復旦共識”中明確提出“新工科建設和發(fā)展以新經濟、新產業(yè)為背景，需要樹立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育‘新理念’”[3]，“北京指南”中再次提出“樹立全周期工程教育理念，優(yōu)化人才培養(yǎng)全過程、各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生終身學習發(fā)展、適應時代要求的關鍵能力”。由此可見，“全周期工程教育理念”成為“新工科”建設的主要內容之一。

全周期工程教育理念與CDIO工程教育模式的理念相符，CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發(fā)到產品運行的生命周期為載體，他強調工程活動（包括工程活動的生命周期）源自實際的工程環(huán)境，他主張將理論與實踐相結合的工程人員教育和培訓模型。全周期工程教育是指現代工程師必須在工程活動的每個階段完成的工作，以便受過訓練的工程人才可以適應整個工程活動周期[4]。

一 全周期工程教育理念下化工專業(yè)傳統教學模式的瓶頸

（一） 教學方法單一，難以激發(fā)學生學習興趣

化工專業(yè)傳統課堂教學方法以講授式為主，案例式為輔。講授式主要由授課教師逐節(jié)講解課本內容，這種“滿堂灌”的授課方法無法激發(fā)學生的學習興趣。案例式將授課重點和難點與具體工程案例相融合，有助于學生更好地掌握理論知識，也能提高學生對知識的掌握程度。但這兩種方法都是以教師為中心，學生處于被動接收狀態(tài)，與“以學生為中心”的現代教育理念相悖，不利于培養(yǎng)實踐型和創(chuàng)新型化工工程師。

（二） 課程相對獨立，難以培養(yǎng)學生綜合能力

化學專業(yè)人員的培訓過程需要涵蓋多個環(huán)節(jié)，包括化學產品創(chuàng)意，設計，實施，生產，管理升級和轉換，公司運營管理以及產品退出市場。它不僅注重領域知識和技術的完整性，而且著重于對學生進行全面素質培訓的體系。新科技知識的不斷延伸充實要求任課教師加強課程的交叉綜合，理論課時不斷壓縮倒逼學生充分利用課下時間和在線課程資源。然而，目前每門專業(yè)課程“各自為政”，學生無法打通和融合不同課程知識，阻礙了學生綜合能力的培養(yǎng)。

（三） 知識缺少關聯，難以建立全周期教育理念

課程各章節(jié)內容依次講解，前后之間缺少聯系，課程之間缺乏關聯，導致學生感覺到所學知識都是獨立的，難以系統掌握，更難以學以致用。問題根源在于課堂填鴨式講授和學生被動接受，沒有從課程和專業(yè)角度將知識打通糅合。學生只會解答老師課堂講授過的題目，對于外延題目或應用型題目無從下手，這是因為未建立全周期工程教育理念阻礙了學生將新掌握的知識與已有知識體系有機融合。

（四） 考核形式單一，難以體現學生真實能力

化工專業(yè)理論課程考核一般采用閉卷形式，卷面成績只能反饋學生對理論知識的掌握程度，甚至出現有學生通過考前突擊死記硬背取得良好的成績。顯而易見，這種簡單的考核形式只注重考試成績，而忽視了學生的參與過程，很難衡量學生應用工程學的能力，例如分析和解決方案技能，項目協作技能以及學生通過課程學習獲得的溝通技能。

二 全周期工程教育理念對教學模式的要求

（一） 從“教師為中心”到“學生為中心”的轉變

新工科人才培養(yǎng)新模式強調“學生為中心”，即突出強調學生學習成果，聚焦學生“應該得到什么”，這就要求對以教師為中心的概念進行創(chuàng)新的改革，這種改革已深深植根于我們的教育中。教師不再控制整個教學過程，而是讓位給學生。老師的主要任務是激勵、指導和協助學生解決問題。就概念而言，只有將學生置于教育的中心，并從教學內容、方式、方法等全角度圍繞學生展開，才能滿足全周期工程教育理念的要求。

（二） 從“小工程觀”到“大工程觀”的轉變

麻省理工學院工學院院長喬爾·莫西斯1994年首次提出“大工程觀”概念，它不僅強調工程部門的設計和管理能力，還強調單位工程和系統的連通性以及環(huán)境的連通性，通過“大工程概念”概念培養(yǎng)的人才必須具有宏偉或復雜的工程視野，跨學科的工程視野以及必要的科學基礎素養(yǎng)[5]。學生畢業(yè)后面對的工程項目具有生命周期性和流程系統性，這要求工科人才培養(yǎng)方案制定必須以全周期工程教育理念為指導，課程設置需要覆蓋工程項目活動的全周期，使培養(yǎng)的學生能夠勝任整個工程活動。

（三） 從“課本課堂”到“網絡課堂”的轉變

在全周期工程教育的概念中，化學專業(yè)人員的培訓過程與化學產品創(chuàng)意，設計，實施，生產，管理升級和轉換，公司運營管理以及產品退出市場等多個環(huán)節(jié)聯系在一起。它不僅關注領域知識和技術的完整性，還關注學生的融合。因此，這就要求學生將“課本課堂”和“網絡課堂”無縫對接。教師通過課堂的啟發(fā)性教學激發(fā)學生對工程實際問題的好奇心，引發(fā)學生課后通過慕課、文獻、論壇等網絡資源繼續(xù)學習，教師可以將教學資源、工程資料和相關輔助視頻等上傳至網絡教學平臺供學生課后補充學習，學生還可以通過微信、QQ等網絡媒介展開討論，這既鍛煉了學生自主查閱文獻、解決問題的能力，還培養(yǎng)了學生團隊合作精神和終身學習的能力。

（四） 從“固定的教學內容”到“動態(tài)更新的教學內容”的轉變

傳統化工專業(yè)教學還是圍繞教材展開，教師依據教材備課和授課，學生利用教材預習和復習，漸漸形成了“學一門課等于讀一本書”的不良現象。隨著科學技術的發(fā)展，新科技成果不斷迭代，課本中的觀點已經跟不上科技的發(fā)展，造成學生學習枯燥乏味，所學知識與實際工程項目嚴重脫節(jié)。為了滿足新工科對卓越工程人才的需求，在教學過程中及時引入最新科技知識和行業(yè)動態(tài)，為教學注入新鮮血液顯得越發(fā)重要。教師可以通過科研促教學，最新的科學技術知識滲透到教育中，豐富和更新了理論與實踐之間的教育聯系，豐富和更新理論和實踐各教學環(huán)節(jié)，解決學生知識與科學技術和行業(yè)實踐前沿分離的問題，打破“一本教材打天下”的現狀，達到行業(yè)前沿進課堂的目標。

（五） 從“單純知識灌輸”到“綜合能力培養(yǎng)”的轉變

化工專業(yè)教學的現狀還是每門課程“單打獨斗”，每位教師只講授某一門課程的理論知識，學生無法將零散的知識系統串聯。新工程學科的狀態(tài)，交叉點和集成可分為工程學科內不同學科的知識集成和工程學科外不同學科的知識集成。學科之間的“障礙”需要打破，這最終反映在學生解決復雜工程問題的能力上。

這就要求以綜合能力培訓為核心，以工程項目為主要內容，以打破課程障礙并實現真正的交叉和整合。全面的能力培訓包括了解和獲得專業(yè)知識的基本能力，解決實際工程問題的業(yè)務能力，以及就“大工程概念”的整個生命周期而言的行業(yè)。包括了解前沿和創(chuàng)新發(fā)展的能力。

（六） 從“被動學習”到“主動參與”的轉變

在新工科建設背景下，課堂教學中如何引導學生自主學習，激發(fā)學習興趣，掌握科學的學習方法，實現從“被動學習”到“主動參與”的轉變顯得尤為重要。全周期工程教育理念要求培養(yǎng)的工程人才能夠勝任整個工程活動周期的工作，學生僅靠課堂的知識灌輸是無法達到的。課堂要以學生為主體，激發(fā)學生學習的意愿，培養(yǎng)學習的興趣，提升自主學習的能力，充分調動學生作為學習主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性，才能使學生具備完善的知識體系和綜合能力，勝任全周期工程教育理念對現代工程師的要求。

三 全周期工程教育理念下地方普通高校化工專業(yè)教學模式的構

圖1 全周期工程教育理念下地方普通高校化工專業(yè)教學模式

（一） 一條主線

以“新工科”理念為引領，參考CDIO工程教育模式，以化工產品全生命周期為主線，按照真實化工類企業(yè)的運行，構建從化工產品設計、研發(fā)、生產到運營為主線的全周期化工專業(yè)教學模式。將真實的企業(yè)引入教學課堂，實現了企業(yè)與課堂零距離。學生能夠深度參與到創(chuàng)意、設計、生產和運營的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力，設計技能，項目實施技能，生產管理技能，溝通能力和業(yè)務領導能力。

（二） 四層次課程體系

根據全周期工程教育理念，將化工專業(yè)課程分為專業(yè)基礎課、專業(yè)實踐課程、實習實訓課程和創(chuàng)新開放課程四個層次，其中專業(yè)基礎課主要講授化工專業(yè)基礎知識；專業(yè)實踐課程側重于專業(yè)課程的動手培訓，實用培訓課程涵蓋認知和生產實踐，創(chuàng)新性開放課程主要是自行設計和競爭性主題，做到理論和實踐教學有機融合。

（三） 三模塊實踐體系

將實踐項目分為化學工程模塊、化學工藝模塊和經濟管理模塊，其中，化學工程模塊包括單元操作、化學反應工程、轉移過程、化學熱力學、化學系統工程、過程動力學與控制等；化學工藝模塊包括原材料、生產方法和設備的選擇，以及生產控制和組織等。經濟管理模塊包括技術經濟評價、產品銷售等。

（四） 五大虛擬仿真平臺

虛擬仿真實驗教學平臺將逼真的實景資源應用到課程教學中，把抽象的概念、復雜的問題以直觀的形式展現給學生，幫助學生理解工程、了解工廠實際，促進“課堂-仿真-工廠”教學模式的改革與實踐。以“虛實結合、相互補充、能實不虛、相輔相成”為原則，根據化工專業(yè)全周期工程教育理念的主線，以“基礎訓練、綜合提升、創(chuàng)新設計”為三個層次，設計“基礎化學、大型精密儀器、化學工程、虛擬實習實訓、仿真工廠”五大虛擬仿真平臺，實現“基礎實踐-包容性實踐-創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐”能力的逐步發(fā)展。

四 結語

“全周期工程教育理念”成為“新工科”建設的主要內容之一，因此，突破教學方法單一、課程相對獨立、知識缺少關聯、考核形式單一等壁壘，實現從“教師為中心”到“學生為中心”的轉變、從“小工程觀”到“大工程觀”的轉變、從“課本課堂”到“網絡課堂”的轉變、從“固定的教學內容”到“動態(tài)更新的教學內容”的轉變、從“單純知識灌輸”到“綜合能力培養(yǎng)”的轉變、從“被動學習”到“主動參與”的轉變。以“新工科”理念為引領，參考CDIO工程教育模式，以化工產品全生命周期為主線，按照真實化工類企業(yè)的運行，構建從化工產品設計、研發(fā)、生產到運營為主線的全周期化工專業(yè)教學模式，建立四大層次課程體系、三大模塊實踐體系和五大虛擬仿真平臺。最終以一個化工項目貫穿四年專業(yè)教育，打通課程之間的關聯通道，助力學生形成全周期工程知識體系，提升工程實踐能力。