依托科研項(xiàng)目提升化工專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力

劉 濤 焦發(fā)存 張?jiān)?/p>

（安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

當(dāng)今世界面臨各種發(fā)展機(jī)遇，同時也面臨著來自生態(tài)環(huán)境破壞、人口增加、資源匱乏、能源短缺等方面的挑戰(zhàn)。培養(yǎng)具有全球視野、征服挑戰(zhàn)的工程科技人才，是世界高等工程教育的重要使命。對于國內(nèi)教育來說，提高教育教學(xué)質(zhì)量是高等教育追求的永恒目標(biāo)，基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下，國家對應(yīng)用型人才提出了新的要求，培養(yǎng)和提升其工程實(shí)踐能力是高校重要任務(wù)之一。2016年中國正式加入《華盛頓協(xié)議》，此協(xié)議是工程教育本科專業(yè)互認(rèn)協(xié)議，可以促進(jìn)工程學(xué)位互認(rèn)，而這種互認(rèn)是通過工程教育認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)的。工程教育協(xié)議有助于促進(jìn)工程教育質(zhì)量的提高，按照協(xié)議要求解決復(fù)雜工程問題是工程教育認(rèn)證的核心，也是應(yīng)用型人才培養(yǎng)亟待解決的核心問題之一。

復(fù)雜工程問題具有兩個明顯的特征：（1）必須運(yùn)用深入的工程原理經(jīng)過分析才能解決；（2）需要涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素。化學(xué)工程與工藝專業(yè)（化工）屬于技術(shù)性、綜合性、通用性很強(qiáng)的專業(yè)，目前該專業(yè)的本科生所能從事的工作方向愈來愈廣泛，從過去的宏觀層次逐步轉(zhuǎn)換到介觀、亞微觀、微觀、大宏觀層次。研究層次的拓展使得“復(fù)雜工程問題”解決的難度變得更大。另外，隨著化工生產(chǎn)智能化（將電氣、信息、能源等現(xiàn)代化技術(shù)用于化工生成）以及管理信息化，化工行業(yè)對人才也提出了更高的要求，不僅需要專業(yè)知識豐富，也需要具備創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力強(qiáng)的技術(shù)人員。因此，當(dāng)前化工行業(yè)的發(fā)展對化工專業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力提出了更高的要求。本文論述了科研項(xiàng)目在安徽理工大學(xué)化工專業(yè)本科生培養(yǎng)中的重要性，科研項(xiàng)目有助于提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，研究成果可以為其他化工專業(yè)教育體系改革的高校提供參考。

1 提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的范例

傳統(tǒng)“課程導(dǎo)向”的化工課程體系，注重系統(tǒng)知識的構(gòu)建，但不注重學(xué)生學(xué)習(xí)成果，而“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的工程教育認(rèn)證理念開始逐步融于我國教育教學(xué)改革中。為了推動化工專業(yè)教育體系改革，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，很多學(xué)校也積極采取了具體措施。例如，韶關(guān)學(xué)院通過學(xué)科競賽，將競賽成果積極轉(zhuǎn)化，形成相關(guān)自動化專業(yè)實(shí)踐課程的案例，提升學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力；把學(xué)科競賽中涉及到的復(fù)雜工程問題融入實(shí)踐教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生逐步建立工程項(xiàng)目的思考方式，漸漸達(dá)到工程教育認(rèn)證體系中所要求的解決復(fù)雜工程問題的能力。中北大學(xué)以項(xiàng)目（工程產(chǎn)品開發(fā)）為承載媒介，以成果導(dǎo)向?yàn)榭己朔绞剑⒘司邆鋺?yīng)用場景的實(shí)踐教學(xué)體系，取得了一定的效果。華南理工大學(xué)通過增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐模塊以及建立校企聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)基地，來增強(qiáng)化工專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識，為提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力做好了鋪墊。湖南大學(xué)將復(fù)雜工程問題分解為“技術(shù)因素”和“非技術(shù)因素”，并按工程基礎(chǔ)知識應(yīng)用能力、專業(yè)技術(shù)能力、工程能力與處理3個層級，分層次逐次完成。廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院教學(xué)方式采用同步研究性教學(xué)，同時借鑒企業(yè)工程項(xiàng)目實(shí)施流程進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，確保學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力得到有效提升。蘭州交通大學(xué)通過“1+2+3”創(chuàng)新教育方式提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生的實(shí)踐能力得到了很大提升。武漢理工大學(xué)通過設(shè)計類儀器系統(tǒng)綜合訓(xùn)練，結(jié)合課程反饋優(yōu)化課程實(shí)踐設(shè)置，有效的鍛煉了工科大學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。從以上例子不難看出，為了提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力諸多單位都在培養(yǎng)過程中引入了實(shí)踐環(huán)節(jié)。

2 科研項(xiàng)目在學(xué)校化工專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中的重要性

雖然很多學(xué)校提出了諸多有效措施來提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，然而這些方法可能并不適用于安徽理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。安徽理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)成立于1997年，該專業(yè)面向國家化工行業(yè)和安徽省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，培養(yǎng)能夠在化工領(lǐng)域從事生產(chǎn)管理、科學(xué)研究、工程設(shè)計和技術(shù)開發(fā)等工作的復(fù)合型工程技術(shù)人才；該專業(yè)以煤化工和煤炭清潔高效利用為辦學(xué)特色。安徽理工大學(xué)當(dāng)前正在謀劃“雙一流”高校建設(shè)，開展以解決實(shí)際問題為目標(biāo)的科學(xué)研究是“雙一流”高校建設(shè)目標(biāo)的重要抓手。因此，基于安徽理工大學(xué)的實(shí)際情況，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力不應(yīng)該脫離科研項(xiàng)目的引領(lǐng)。

化工專業(yè)方向的科研項(xiàng)目中大多都包含工程知識（基本理論、專業(yè)知識）、方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)操作（如樣品制備、組分測定等）、數(shù)據(jù)采集（如色譜分析、熱重分析等）、數(shù)據(jù)處理與分析（Excel、Origin等）、現(xiàn)代工具（如模擬計算軟件Aspen Plus、量子計算等）使用等方面的要求，并且要求能夠就項(xiàng)目中的復(fù)雜問題與同行業(yè)的人進(jìn)行交流（會議交流、各階段的項(xiàng)目進(jìn)展報告），還需要能夠與團(tuán)隊(duì)或項(xiàng)目中的人員進(jìn)行協(xié)作（項(xiàng)目中不同研究內(nèi)容之間的對接）。同時有些科研項(xiàng)目還需要評價項(xiàng)目與社會、安全、健康、法律等方面的關(guān)系。綜上，不難看出科研項(xiàng)目的完成也包含復(fù)雜工程問題的解決，并且能夠與工程教育認(rèn)證的大多要求相契合。

例如，畢業(yè)要求中提出的工程知識的要求：具有本專業(yè)所需的數(shù)學(xué)、化學(xué)等自然科學(xué)知識，掌握化學(xué)工程、化學(xué)工藝等學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識，能夠用于解決復(fù)雜工程問題，這與化工專業(yè)方向科研項(xiàng)目對基本知識、基本理論的要求是一致的。其畢業(yè)要求中提出的問題分析：能夠應(yīng)用化學(xué)工程與工藝相關(guān)的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論，這與科研項(xiàng)目中問題（科學(xué)問題凝練、解決方案探討與分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與總結(jié)）的分析方法是一致的。強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)能力也是畢業(yè)要求中提出的重要一點(diǎn)，這在科研項(xiàng)目中也得到了很好的體現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)下科技發(fā)展迅速，很多科研項(xiàng)目都緊跟時代步伐，具有很強(qiáng)的前瞻性，學(xué)生在科研項(xiàng)目中必須能夠自主學(xué)習(xí)和掌握新的知識（理論知識需要）和新的技能（項(xiàng)目開展過程中的表征分析等）。科研項(xiàng)目與復(fù)雜工程問題在解決思路上也有很多一致的地方，復(fù)雜工程問題和科研項(xiàng)目都不能用常規(guī)的方法解決，也不能用單一的或多門專業(yè)課的知識來解決，并且有些時候難以定位其具體屬于哪類知識或?qū)I(yè)課。

3 基于化工方向科研項(xiàng)目的培養(yǎng)機(jī)制

科研項(xiàng)目相比單一的“專業(yè)課題目”更加復(fù)雜，科研項(xiàng)目的完成包含了諸多方面的因素，主要包括三個方面的因素：科研知識、科研能力、科研精神。這三個大的方面又可以進(jìn)行細(xì)分，科研知識不僅包括化學(xué)工程、化學(xué)工藝等基本理論、專業(yè)知識、數(shù)學(xué)知識，還包括健康、安全知識；科研能力包括學(xué)生的邏輯思維、動手操作能力、化工專業(yè)知識的運(yùn)用能力、提出問題的能力、自學(xué)能力等；科研精神包括求實(shí)精神（實(shí)事求是、堅(jiān)定不移的追求真理）、堅(jiān)持不懈追求真理的精神、創(chuàng)新精神（積極探索、努力開拓）、自律精神（誠實(shí)守信、遵紀(jì)守法）、協(xié)作精神（團(tuán)結(jié)協(xié)作、謙虛寬容）等。不難看出，化工科研項(xiàng)目包含的要素非常多，對于本科生而言，很難駕馭和較好的完成。很多時候?qū)W生更傾向于直接根據(jù)教師的布置完成一些實(shí)驗(yàn)，不能通過項(xiàng)目中的問題自行探索解決方案。例如，項(xiàng)目中某條研究內(nèi)容提出要探究某種現(xiàn)象的變化規(guī)律，學(xué)生可能會不知道從哪個角度去探究這些問題，因?yàn)樾枰獜膹?fù)雜的工程問題中解析并獲取信息。然而，目前缺乏將化工學(xué)科科研項(xiàng)目解析為本科生可接受方式的機(jī)制，并且缺乏相應(yīng)的基于本專業(yè)科研項(xiàng)目的培養(yǎng)機(jī)制。因此，為了建立基于本專業(yè)科研項(xiàng)目的學(xué)生培養(yǎng)機(jī)制，應(yīng)從以下三個方面入手。

3.1 適用于化工專業(yè)本科教學(xué)的化工類科研項(xiàng)目解析方法的建立

將化工類科研項(xiàng)目分解為三個大類科研知識、科研能力、科研素養(yǎng)；并結(jié)合本校化工專業(yè)的特點(diǎn)，對三個大的方面進(jìn)行分解，從科研項(xiàng)目底層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，并橫向?qū)Ρ炔煌?xiàng)目，尋找不同項(xiàng)目的共性問題，建立相應(yīng)的解析方法。只有將科研項(xiàng)目解析與細(xì)化，并明確科研項(xiàng)目所需要的知識和能力，學(xué)生們才能更好地理解并進(jìn)行操作。

3.2 科研項(xiàng)目不同要素與畢業(yè)要求中復(fù)雜工程問題內(nèi)涵的對應(yīng)關(guān)系的建立

在解析方法建立的基礎(chǔ)上，將解析后的科研項(xiàng)目的不同要素與復(fù)雜工程問題進(jìn)行對比，來獲取復(fù)雜工程問題的內(nèi)涵，建立科研項(xiàng)目不同要素與復(fù)雜工程問題內(nèi)涵之間的聯(lián)系。要建立對應(yīng)關(guān)系，最重要的就是要明確科研項(xiàng)目的目標(biāo)，這樣才能實(shí)現(xiàn)科研項(xiàng)目的目標(biāo)與畢業(yè)要求的目標(biāo)相對應(yīng)。

3.3 基于化工類科研項(xiàng)目的化工專業(yè)本科生培養(yǎng)方式的確立

結(jié)合本專業(yè)的原有的培養(yǎng)方式，從文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計、數(shù)據(jù)采集與解析、項(xiàng)目討論、成果展示、成果考核與評價、質(zhì)量監(jiān)控等方面入手，建立合適的培養(yǎng)方式。在培養(yǎng)過程中，通過設(shè)置與課程相關(guān)的科研項(xiàng)目，對重要的知識進(jìn)行強(qiáng)化，在實(shí)踐中掌握知識。其中，最重要的就是建立本科生科研項(xiàng)目實(shí)施過程的質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制。基于科研項(xiàng)目不同要素的分解，明確各要素執(zhí)行過程中的質(zhì)量要求，通過科研項(xiàng)目分解、過程監(jiān)控、質(zhì)量評價促進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。通過健全管理制度、規(guī)范科研項(xiàng)目的管理過程、建立科研項(xiàng)目分解后不同要素的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

“雙一流”高校的建立離不開科研，以科研項(xiàng)目為依托不僅能夠更全面地提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，還有助于緩解目前研究生能力不足的問題，有助于學(xué)校和專業(yè)的發(fā)展。將科研項(xiàng)目進(jìn)行解析，能更有效地了解科研項(xiàng)目底層的結(jié)構(gòu)，建立基于科研項(xiàng)目的化工專業(yè)本科生的培養(yǎng)機(jī)制，進(jìn)而全面提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。