基于學科交叉融合的行業高校化工專業教學改革

袁寧，曹俊雅，劉淑琴，王建兵(中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院，北京 100083)

0 引言

自2017 年以來，教育部相繼召開了“新工科”建設系列研討會，推出了系列行動宣言(“復旦共識”“天大行動”與“北京指南”)，并出臺了相關政策文件，從此開啟了我國高等工程教育發展的新征程。基于學校類型與自身特色，各高校工科專業在三個不同的賽道上(工科優勢高校、綜合性高校、地方高校)進行差異化定位與建設。作為國內典型行業特色高校，中國礦業大學(北京)(下文簡稱“本校”)在能源礦業領域具有顯著優勢。在長期辦學過程中，本校化工專業堅守“煤化工”特色，為社會培養了大量優秀人才。然而，“新工科”建設賦予工科優勢高校新的建設使命，即要“推動現有工科的交叉復合、工科與其他學科的交叉融合”[1]。以往過窄的“煤化工”專業定位限制了化工專業的發展，阻礙了與新興學科的交叉融合，這導致培養的人才無法滿足新形勢下的社會發展與行業需求。因此，亟待對傳統行業高校化工專業進行升級改造。

1 行業高校化工專業發展問題

學科交叉為解決行業高校的專業發展瓶頸提供了新思路，它不僅是以往世界一流大學的建設經驗，也是現行“新工科”建設的內在要求。例如，麻省理工學院等著名高校通過設置跨學科本科項目、培養方案、課程集群與“世界課程”等方式推行學科交叉；北京化工大學采用學科交叉班的建制系統地推進學科交叉人才培養[2]。基于多學科交叉融合的化工專業改革即是在保持本專業底蘊的基礎上，注重與化學、材料科學與工程等傳統學科以及新能源、新材料等新興學科的深度融合，并采用多種方式對專業進行多維度升級，從而提高人才培養質量。

2 行業高校化工專業升級改造

基于學科交叉新思路，本校化工專業從優化重組課程體系、融入課程思政元素、完善實踐教學體系、整合創新教學環節以及開設國際化課程組等方面開展了系列改革。

2.1 優化重組課程體系

基于“新工科”建設背景和工程教育認證理念，在新版培養方案的修訂過程中，對化學工程與工藝專業課程體系進行了重組與優化，以突出行業高校特色，打破化工與其他學科之間的壁壘，實現學科交叉融合。新修訂的課程體系基于化學工程與技術、化學和材料科學與工程三個學科，構建了以“煤化工”為特色，以“能源化工”與“材料化工”為優勢專業方向的課程體系。在“能源化工”課程組中，設置了煤化工工藝學、煤制化學品技術、工業催化等課程；在“材料化工”課程組中，設置了材料化學、現代電化學、新型炭材料等課程。同時，強調“厚基礎、寬口徑”，設置了無機化學、分析化學、有機化學、物理化學等基礎化學課程，以及化工流體流動與傳熱(化工原理1)、化工傳質與分離過程(化工原理2)、化學反應工程、化工熱力學、化工工藝學、化工設計基礎、化工設備、化工系統工程、化工安全與環保、化工儀表及自動化等專業基礎課程。為貫徹學校實施書院制的方針，在第一學年進行通識教育，開設了現代化學化工導論。此外，設立了20 余門專業任選課程，包括氫能與燃料電池、納米多孔材料、固廢資源化與生態材料、綠色化學導論等。這些課程融合了新興學科，突出了學科發展前沿，體現了專業發展特色。

上述課程體系涵蓋了化學工程與技術、化學和材料科學與工程等多個學科，體現了多學科交叉融合，從傳統的煤化工方向拓展至現代儲能技術、先進功能材料、資源循環科學等新興領域。最終實現新版培養方案的目標：“踐行‘明德至善，好學力行’精神，遵循‘家國情懷、精英素養、能源特質’的學校人才培養定位，培養適應國家化學工業及其相關領域現代化建設和民族復興需求，德智體美勞全面發展，具有社會主義建設使命感、人文素養、團隊精神、創新意識和國際視野，能在化工及相關領域，特別是煤化工相關領域從事科學研究、工程設計、技術開發、生產運行與管理等工作的高級素質工程技術人才”。

2.2 融入課程思政元素

課程思政是近年來高等教育改革的新動向，它與思政課程同頻共振，共同保障和提升育人效果。作為一門既古老又與現實須臾不可分離的專業，化工類課程中不僅蘊含著豐贍的思政要素，而且很好體現了多學科交叉融合的趨勢。在新版培養方案中，設置了“課程‘立德樹人’內涵”模塊，將課程思政內涵植入每一門課程綱領之中。在課程思政的實施中，不局限于狹義的思想政治，應秉持“大思政”的理念，即從科學人文、工程倫理、環保意識、家國情懷等方面對學生進行靈魂塑造和人格教育[3-4]。同時，課程思政不僅在理論課程中開展，也可以在化工專業實驗等實踐課程中融入。

近年來，本校化工專業教師積極承擔了化工設計基礎、化工熱力學、有機化學、物理化學等多門課程的校級課程思政建設項目，在建設過程中挖掘課程思政元素，探索思政元素的融入方式，對部分課程的授課課件進行了優化，初步建立了課程思政案例庫，并取得了一些成績，如化工系教師制作的課件榮獲北京高校“優質本科課件”申報的案例獲得首屆全國高等學校本科化工類專業優秀課程思政案例獎項等。

2.3 完善實踐教學體系

作為實踐性極強的傳統工科專業，實踐教學在化工專業人才培養中具有無可替代的作用。在新修訂的培養方案中，專業類實踐教學環節主要包含專業實驗、課程設計、綜合設計、認識實習、生產實習、畢業設計(論文)等。在學科交叉融合背景下，本專業采用虛擬仿真與線下實踐相結合的模式，強調和突出工程實踐能力的培養，構建“案例引領，虛實結合”的“一體化、多層級”實踐教學體系。首先，在實驗課程中削減驗證性實驗的比例，增設綜合性與創新性實驗，提高學生解決實際問題的工程實踐能力。其次，聘請企業工程師擔任兼職教師，建立具有工程實踐背景的雙師型師資隊伍，切實提升學生的實踐能力。此外，在認識實習等環節中引入虛擬仿真技術，初步建立了虛擬仿真教學體系，成為本專業實踐教學環節的重要組成部分[5]。

2.4 整合創新教學環節

實施創新教育是高等教育內涵發展的必然要求，對深化高等教育改革具有重要意義。不同于其他教學模塊，在創新教學環節中，學生的創造性與自主性得以有效釋放，參與的創新活動形式各異，呈現出一幅學科交叉融合的動人圖景。本專業基于本科生全程導師制與學科競賽指導委員會，依托專業教師的科研實驗室與科研團隊，構建了“大創訓練—學科競賽—學術研究”的創新教育體系。

本專業實行大創訓練全員參與制度，即所有高年級本科生都參與該創新教學環節。在新版培養方案中，將原大創選題合并到大創訓練中，從第四學期開始進行大創訓練，共延續三個學期。近期，學校對大創訓練進行了改革，所有項目(含一般、重點與規劃)在結題時都必須取得標志性成果，包括公開發表的學術論文、授權專利或學科競賽證書。同時，加大了過程考核力度，對未通過中期考核的學生實行退出制度。期望通過此類舉措，切實提高學生的參與大創訓練的熱情。

學科競賽不僅能有效培養學生的創新能力，而且可以通過“以賽促教”，對專業實驗平臺進行升級改造，甚至一些重量級的學科競賽直接關乎高校的排名。本專業歷來鼓勵學生參與各級各類學科競賽，并針對各競賽分別成立了學科競賽指導委員會，對學生的競賽作品進行指導和評議。通過多年積累，本專業學生在各級各類學科競賽和科研活動中成績顯著。作為北京地區唯一一所連續十一年晉級全國大學生化工設計競賽總決賽的高校，十次獲得全國一等獎。近三年，指導學生獲國家級和省部級獎共計126 項393 人次；2018、2019、2021 年三次與清華大學、北京化工大學等蟬聯北京市大學生化工原理競賽團體一等獎。有別于大創訓練的全員參與性以及學科競賽的高度組織化，化工專業本科生參與學術研究在形式上較為松散，且覆蓋面小。但是，參與此類活動的學生自覺性很高，對學術研究具有較為清晰的目標，因而往往可以取得較好的成果。需要特別注意的是，由于化工專業的創新教學大多在學校或合作企業的實驗室完成，因而在實施過程中要特別注意安全問題，只有安全考試通過的學生方可進入實驗室。此外，在本專業課程體系中，特別設置了化學化工文獻檢索與科技論文寫作、化工實驗設計與數據處理等理論課程，藉此對學生的創新教學進行引導和規范。

基于前期研究成果，盡管創新教學在實施過程中取得了一些成績，甚至在某些方面可謂成果豐碩，但仍存在一些不可忽視的問題。這些問題可以從學生、教師、制度三個層面進行審視，由于先前已對此有所反思，茲不贅述[6]。

2.5 開設國際化課程組

高等教育國際化是一種潮流和趨勢，尤其是在“一帶一路”倡議下，我國正進行產業升級和轉型，經濟發展更加注重質量。在此背景下，培養學生的全球視野，開展國際化人才培養尤為必要。本專業從多方面進行了國際化教育的實踐，其中建設國際化課程是一項重要舉措。在修訂培養方案的過程中，將原部分雙語課程升級改造為全英文課程，并在專業教育中設置了獨立的“國際化課程”組。組織具有豐富留學或研修背景的專業教師，開設了“新能源材料與技術”等全英文課程。這些高質量國際化課程不僅有效促進了教師的教學水平，拓展了學生的國際視野，而且緊密圍繞專業發展特色，注重與化學、能源、材料等學科的深度交叉融合。同時，化學工程系從“走出去”和“引進來”兩方面實施國際化教育。一方面，與多所國際知名大學建立形式多樣的聯合培養機制，讓學生進入世界名校，通過短期交流學習、畢業設計(論文)聯培等方式，使學生參與國際化教育，體驗與理解多元文化；另一方面，化學工程系邀請國外知名教授開展學術講座和研討會。此外，積極組織國際會議，提升專業的國際影響力，如承辦了國際煤科學與技術會議，在此過程中，組織化工專業學生參與會議，與國際專家進行面對面交流。國際化教育取得了顯著成效，在近年來本專業畢業生中，多人獲得國外一流大學的錄取通知書。

在實施國際化教育的過程中，面臨著一些突出問題和制約瓶頸。首先，全英文授課對教師的外語水平和專業知識儲備都具有一定的挑戰性。目前全英文教學的師資不足，需要進一步培育或延攬該方面的人才，并進一步組建制度化的國際化教學團隊。其次，囿于經費限制，一些國際化培養環節未能取得理想效果，今后應設立專項經費，保障國際化教育的實施。此外，缺乏特色雙語教材，不利于開展國際化人才培養；為切實提升教學質量，建議組織中青年骨干教師編寫相關雙語教材。最后，國內不少同類一流院校已經進行了較為長期的探索，設立了化工國際班，今后應與之對標，適時設立化工國際班，全面提升行業高校化工專業的國際化教育水準[7]。

3 結語

在“新工科”建設的新形勢下，中國礦業大學(北京) 化學工程與工藝專業基于學科交叉融合思維，不斷優化多學科交叉融合的課程體系，繼續深化和做實課程思政建設，整合與完善實踐與創新教學環節，同時進一步培育和引進具有國際化背景的師資。通過上述舉措，將以往以“煤化工”為特色的傳統化工專業升級改造為融合傳統學科與新興學科的新型特色化工專業，保障了人才培養質量。期望我們的專業教學改革實踐可以為國內行業高校化工專業的發展提供借鑒。