化工專業(yè)工程教育認(rèn)證下創(chuàng)新性思維的重要性及培養(yǎng)

程相龍 郭晉菊 宋成建 張延兵 王要令 曹晨旸

(河南城建學(xué)院 材料與化工學(xué)院，河南 平頂山，467000)

化學(xué)工程與工藝(化工)專業(yè)是傳統(tǒng)的本科專業(yè)之一，具有顯著的工程特色和實(shí)踐性，學(xué)生通過(guò)對(duì)“三傳一反”、物理化學(xué)、熱力學(xué)等課程的學(xué)習(xí)，能夠在化工、冶金、航空航天、醫(yī)藥等部門(mén)從事工程設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)管理。河南城建學(xué)院是一所典型的應(yīng)用技術(shù)型高校，早在1983年，就結(jié)合平頂山地域特性設(shè)置了煤炭深加工與利用專業(yè)，課程設(shè)置與化工專業(yè)相近，2002年設(shè)置化學(xué)工程與工藝本科專業(yè)，旨在培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才，尤其是能源化工方向和尼龍化工方向。近來(lái)，學(xué)校更加強(qiáng)調(diào)“應(yīng)用技術(shù)型城建大學(xué)”的建設(shè)，化工專業(yè)注重具有國(guó)際視野和復(fù)合型人才的培養(yǎng)，更加符合現(xiàn)代化工對(duì)人才的需求和高等學(xué)校工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求。本文結(jié)合化工專業(yè)高等學(xué)校工程教育專業(yè)認(rèn)證重要意義，討論了創(chuàng)新性思維在化工專業(yè)工程教育認(rèn)證中的重要性，以及在教學(xué)實(shí)踐和課程建設(shè)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的方法。

1 工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的創(chuàng)新性思維

工程教育專業(yè)認(rèn)證是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)，得到國(guó)內(nèi)外廣泛認(rèn)可。通過(guò)工程教育認(rèn)證的高校，在一定意義上表明該校工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)際互認(rèn)。工程教育專業(yè)認(rèn)證是全球化、信息化、地球村的時(shí)代產(chǎn)物。認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)分為通用標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)。通用標(biāo)準(zhǔn)[1]中，畢業(yè)要求從知識(shí)、應(yīng)用、溝通等方面進(jìn)行了要求，其中明確提出畢業(yè)生必須具有創(chuàng)新意識(shí)和能力，如“能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元(部件)或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)”。

同時(shí)，12條畢業(yè)要求中有8條都提到“復(fù)雜工程問(wèn)題”，并明確“需要通過(guò)建立合適的抽象模型才能解決，在建模過(guò)程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性”、“不是僅靠常用方法就可以完全解決”是復(fù)雜問(wèn)題的基本特征。如“能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問(wèn)題”、“能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論”、“能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元(部件)或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素”、“能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論”。這說(shuō)明，隨著我國(guó)工程教育走向國(guó)際化舞臺(tái),工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力要求越來(lái)越高[2]。創(chuàng)新性思維是畢業(yè)要求的精髓和內(nèi)在要求，貫穿學(xué)生培養(yǎng)全過(guò)程。創(chuàng)新思維是畢業(yè)生必須具有的知識(shí)素養(yǎng)，是達(dá)到畢業(yè)要求的核心指標(biāo)。沒(méi)有創(chuàng)新能力，面對(duì)“復(fù)雜工程問(wèn)題”，只能望洋興嘆，束手無(wú)策。

2 多層次全方位理解“基礎(chǔ)原理”，誘發(fā)創(chuàng)新思維

化工專業(yè)的學(xué)科知識(shí)體系龐大，但是一些課程具有相通的章節(jié)，并且部分應(yīng)用型課程涉及到的基本原理都是一樣的。因此，把基本原理理解透徹，對(duì)許多課程的學(xué)習(xí)能達(dá)到事半功倍的效果。同時(shí)，學(xué)生今后從事科研、設(shè)計(jì)、管理工作也常使用到這些基本原理，一切的創(chuàng)新工作都基于這些基本原理，只有對(duì)這些基本原理理解透徹，才有可能創(chuàng)新。

下面以電解過(guò)程為例，說(shuō)明對(duì)電解原理的多方位理解。圖1和圖2分別是電解裝置和電解曲線示意圖。外加電壓V很小時(shí)(滑片在a附近)，電路中有微電流通過(guò)，形成曲線的AB段。外加電壓V增大，形成曲線的BC段。該曲線的理論成因，多數(shù)經(jīng)典教材及資料都從電動(dòng)勢(shì)角度進(jìn)行了解釋[3]，不再贅述。

圖1 電解裝置示意圖

圖2 電解過(guò)程中I-E曲線

學(xué)生已經(jīng)在《分析化學(xué)》、《物理化學(xué)》等課程學(xué)習(xí)了微電壓、極板電流、濃差電流等，可以嘗試讓學(xué)生分別利用這些理論來(lái)解釋圖2中電解曲線的成因[4]。表面上三種方法各有不同的假設(shè)前提和應(yīng)用范圍，自成體系、互不相干，實(shí)質(zhì)上三種方法相互補(bǔ)充，相互說(shuō)明，是一致和統(tǒng)一的。這樣極大加深了學(xué)生對(duì)電解理論的認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生在利用電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、去極化作用、離子遷移機(jī)理優(yōu)化電解條件時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新，提出切實(shí)可行的方案。

3 深挖細(xì)化應(yīng)用型課程，引導(dǎo)創(chuàng)新思維

化工專業(yè)的應(yīng)用型課程較多，如《精細(xì)化工工藝學(xué)》、《煤化工工藝》和《化工工藝學(xué)》等，一些學(xué)校還開(kāi)展了應(yīng)用實(shí)踐課程，學(xué)生課后要自己動(dòng)手設(shè)計(jì)立體工藝模型等。這些課程是基本理論在具體生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，工程特色顯著。授課老師引導(dǎo)學(xué)生思考應(yīng)用背后蘊(yùn)藏的理論知識(shí)，或者引導(dǎo)學(xué)生對(duì)某些工藝進(jìn)行改進(jìn)，都可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。比如，煤化工工藝學(xué)中，經(jīng)常提到煤的燃燒反應(yīng)和煤的氣化反應(yīng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)(氣化爐、熱解爐)，兩個(gè)反應(yīng)都存在，但目前都是單獨(dú)研究的；根據(jù)《反應(yīng)工程學(xué)》、《催化原理及工程》，氣固反應(yīng)發(fā)生在固相表面，那么當(dāng)一個(gè)反應(yīng)在表面發(fā)生后會(huì)不會(huì)占據(jù)催化活性位阻礙另一個(gè)反應(yīng)，或者當(dāng)一個(gè)反應(yīng)在表面發(fā)生后會(huì)不會(huì)造成更加豐富的表面孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)另一個(gè)反應(yīng)[5]？阻礙和促進(jìn)作用是單向的還是雙向？

4 結(jié)論

工程教育專業(yè)認(rèn)證注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)“復(fù)雜工程問(wèn)題”的解決能力，創(chuàng)新性思維是工程教育專業(yè)認(rèn)證的內(nèi)在要求和核心。教學(xué)過(guò)程中要重視引導(dǎo)學(xué)生多層次全方位理解“基礎(chǔ)原理”，深入挖掘應(yīng)用型課程涉及的原理，對(duì)已有的工藝進(jìn)行優(yōu)化，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思維。