榮俊鋒,武成利,張曄,李伏虎,吳姍姍,王金明,陳明功,劉銘
(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,安徽淮南232001)
我國開展工程教育專業(yè)認(rèn)證是為了完善中國工程教育的質(zhì)量監(jiān)控體系,推動高校工程教育改革,提高工程教育質(zhì)量[1]。專業(yè)認(rèn)證既是過程,又是結(jié)論。作為過程,它對專業(yè)的教育質(zhì)量進(jìn)行評估,并促使專業(yè)不斷提高教育質(zhì)量;作為結(jié)論,它向公眾提供專業(yè)教育質(zhì)量的權(quán)威判斷,引導(dǎo)并促進(jìn)高校學(xué)科專業(yè)的教學(xué)改革、建設(shè)和管理[2]。
安徽理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)以安徽省現(xiàn)代煤化加工技術(shù)研究院、安徽省煤炭資源綜合利用工程技術(shù)研究中心為依托,以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī),不斷完善專業(yè)實(shí)踐教學(xué),積極探索工程人才培養(yǎng)新途徑[3-4]。
化學(xué)工程與工藝專業(yè)工程特色顯著,教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生通過對化學(xué)反應(yīng)、化工單元操作、化工過程與設(shè)備、工藝過程系統(tǒng)模擬優(yōu)化等知識的學(xué)習(xí),具備化工相關(guān)工藝過程的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與管理能力。專業(yè)認(rèn)證要求畢業(yè)生應(yīng)具有解決復(fù)雜工程問題的能力,能夠針對煤化工、石油化工、精細(xì)化工、天然氣化工、環(huán)境化工以及能源化工等領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題提出解決方案,設(shè)計(jì)滿足需求的單元裝置及工藝流程,且設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識,同時(shí)考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素。
按照《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020 年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020 年)》要求,本著教育必須與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的宗旨[5],結(jié)合安徽省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展實(shí)際,我校以“立足安徽,服務(wù)地方”致力于煤炭城市全面轉(zhuǎn)型,注重校企聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生,促進(jìn)教學(xué)、科研、生產(chǎn)三結(jié)合,全力打造“安徽省卓越工程師計(jì)劃”專業(yè)和“安徽省綜合改革試點(diǎn)”專業(yè)。
經(jīng)過30 多年的發(fā)展,安徽理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)除設(shè)有化工專業(yè)必須開設(shè)的化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工原理等相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)外,還形成了煤化工領(lǐng)域特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些特色實(shí)驗(yàn)拓展了煤化工方面專業(yè)技術(shù)知識,注重培養(yǎng)學(xué)生掌握現(xiàn)代煤化工方面的新標(biāo)準(zhǔn)、新理論及生產(chǎn)企業(yè)加工技術(shù)的發(fā)展趨勢,著重強(qiáng)調(diào)安全、環(huán)保意識以及寬闊、前瞻性的專業(yè)視野。
我校廣泛動員學(xué)生積極申報(bào)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”,參與老師科研項(xiàng)目。積極鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生參加“化工設(shè)計(jì)大賽”“挑戰(zhàn)杯”“大學(xué)生節(jié)能減排競賽”等各類比賽。同時(shí),邀請校內(nèi)外專家、學(xué)者開設(shè)學(xué)術(shù)專題與講座,對大學(xué)生科學(xué)研究、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和學(xué)科競賽等進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)。將學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿到整個(gè)培養(yǎng)過程中,使學(xué)生具備對相關(guān)科學(xué)問題總結(jié)、判斷的能力,并能根據(jù)相關(guān)專業(yè)知識和科學(xué)思維方法,用科學(xué)的態(tài)度來處理和解決問題。
工程教育專業(yè)認(rèn)證以應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo),倡導(dǎo)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”,強(qiáng)化專業(yè)教育,突出專業(yè)性、應(yīng)用性。我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位為:培養(yǎng)具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)和扎實(shí)的數(shù)理化基礎(chǔ)知識,掌握化工生產(chǎn)過程和設(shè)備的基本原理、設(shè)計(jì)方法和管理知識,并能在煤化工、石油化工、能源、環(huán)保、材料、醫(yī)藥和輕工等相關(guān)行業(yè)從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理、科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品營銷等工作,具有國際視野和團(tuán)隊(duì)精神、求實(shí)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。
實(shí)踐教學(xué)體系打破了傳統(tǒng)教學(xué)的局限性,讓學(xué)生能真正動手操作,提高學(xué)習(xí)趣味性,化被動為主動,提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的本領(lǐng),有利于學(xué)生掌握理論知識,構(gòu)建基礎(chǔ)知識框架,加深理解,培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)能力、邏輯思維、想象力和創(chuàng)造力等[6]。在化工類專業(yè)方面,學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐動手能力是評定工科學(xué)生工程應(yīng)用能力的一個(gè)重要指標(biāo)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才,我校化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)分為四大模塊:實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、設(shè)計(jì)[7],如圖1 所示。學(xué)生通過實(shí)踐教學(xué)活動,提高創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力。以學(xué)生為中心,以實(shí)踐為前提,基于專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識,努力培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力,知識深度融合綜合利用能力,啟發(fā)學(xué)生積極思考,鍛煉創(chuàng)新、創(chuàng)造思維。打造勝任新工藝開發(fā)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研究、具備一定科研實(shí)踐素質(zhì)的工程實(shí)用性高技術(shù)人才。本專業(yè)實(shí)踐教學(xué)以解決化工、煤化工、石油化工、能源、環(huán)保、材料、醫(yī)藥和輕工等領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題為目標(biāo),構(gòu)建了獨(dú)特的實(shí)踐教學(xué)體系。
圖1 化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系
采取基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)注重學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)及主要儀器設(shè)備使用方法的訓(xùn)練;專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識解決問題的能力;專業(yè)實(shí)驗(yàn)注重研究性,鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力,使其掌握科學(xué)研究的一般程序和方法,培養(yǎng)其協(xié)作、科學(xué)研究的綜合素養(yǎng)。目前,安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院正努力構(gòu)建“能力核心、行業(yè)結(jié)合、項(xiàng)目驅(qū)動”的化工實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系,對實(shí)驗(yàn)新模式的探索與實(shí)踐進(jìn)行不斷嘗試[8]。
金工實(shí)習(xí)在學(xué)校工程實(shí)訓(xùn)中心完成,使學(xué)生了解機(jī)械加工生產(chǎn)過程,培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、動手能力、創(chuàng)新精神,提高綜合素質(zhì),拓寬知識視野,使學(xué)生養(yǎng)成熱愛勞動和理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)。認(rèn)識實(shí)習(xí)主要采取工廠參觀形式進(jìn)行,加強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)的了解,理解化工企業(yè)的生產(chǎn)全過程,系統(tǒng)了解企業(yè)的工藝流程、廠房規(guī)模、各化工單元設(shè)備與裝置的原理與操作等。生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)主要集中在中石化南京分公司、中石化安慶分公司、上海寶鋼集團(tuán)等校外實(shí)習(xí)基地完成。通過校企聯(lián)合,將學(xué)生選派到一線崗位,熟悉化工生產(chǎn)、組織管理及設(shè)備操作方法,進(jìn)行現(xiàn)場操作,培養(yǎng)其工程設(shè)計(jì)能力及一定的科研創(chuàng)新能力。各個(gè)實(shí)習(xí)過程中貫穿安全、環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展意識,注重學(xué)生能力培養(yǎng)及素質(zhì)培養(yǎng)。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物仿真實(shí)踐在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、研究能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面有著其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的獨(dú)特作用。安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2014 年籌建,2015年建成化工仿真實(shí)訓(xùn)室,又在2019 年對仿真實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行全面升級。目前該中心擁有煤制甲醇生產(chǎn)工藝仿真、乙酸乙酯生產(chǎn)工藝3D 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、Aspen Plus 通用流程模擬等仿真軟件。仿真模型室擁有甲醇制烯烴模擬實(shí)訓(xùn)裝置和醋酸生產(chǎn)模擬實(shí)訓(xùn)裝置,同時(shí)擁有乙酸乙酯生產(chǎn)及水解半實(shí)物仿真實(shí)踐平臺,能實(shí)現(xiàn)三位一體實(shí)訓(xùn)教學(xué),即仿真軟件—仿真模型—半實(shí)物仿真實(shí)踐平臺。仿真軟件可以使學(xué)生在圖文并茂的DCS 畫面上嘗試不同的工藝流程操作,通過改變操作參數(shù),尋求最佳工藝路線和工藝條件。仿真模型可以使學(xué)生對整體工藝有更直觀、系統(tǒng)、全面的理解,克服認(rèn)識實(shí)習(xí)只能看到工藝過程局部的弊端。半實(shí)物仿真實(shí)踐平臺可以讓學(xué)生親身試車操作,培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的職業(yè)素養(yǎng)[8]。
課程設(shè)計(jì)主要使學(xué)生熟悉單元設(shè)備如換熱器、精餾塔、吸收塔等設(shè)計(jì)方法,不同化工設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型,化工工藝設(shè)計(jì)、化工設(shè)備的車間布置、公用工程、過程控制等。畢業(yè)設(shè)計(jì)采用“選題—查閱文獻(xiàn)資料—確定設(shè)計(jì)方案—設(shè)計(jì)計(jì)算及方案實(shí)施—分析總結(jié)—設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)報(bào)告—答辯—教師點(diǎn)評—評分、評等級”的流程。注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識、專業(yè)知識來解決實(shí)踐問題,全面提高畢業(yè)生素質(zhì)及創(chuàng)新能力。通過畢業(yè)設(shè)計(jì),學(xué)生能綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識和技能,進(jìn)行全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格的技術(shù)及基本能力的訓(xùn)練,積極探索畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文和研究報(bào)告等多種形式的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革方案[9]。
基于工程教育認(rèn)證的三項(xiàng)理念,我院對化學(xué)工程與工藝專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系改革進(jìn)行了探索研究。“以學(xué)生為中心”是目的;“以成果為導(dǎo)向”是方向;“持續(xù)改進(jìn)質(zhì)量”是核心,從而達(dá)到我國工程教育質(zhì)量與國際實(shí)質(zhì)等效,培養(yǎng)的學(xué)生得到國際認(rèn)可,最終實(shí)現(xiàn)工程教育的目的[10]。
樹立風(fēng)險(xiǎn)防范意識,實(shí)驗(yàn)室安全檢查常態(tài)化,學(xué)院每月有一次常態(tài)化實(shí)驗(yàn)室安全大檢查。各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室每周五下午有一次例行實(shí)驗(yàn)室安全檢查。另外,專業(yè)實(shí)驗(yàn)開始之前要對全體學(xué)生進(jìn)行安全培訓(xùn)。畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))期間加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全巡查力度,重點(diǎn)檢查危險(xiǎn)化學(xué)品領(lǐng)用、使用等環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)室用氣、用水、用電安全,以及危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)通風(fēng)狀況等。對實(shí)驗(yàn)室存在的一些安全隱患定期排查,及時(shí)上報(bào),及時(shí)解決。開展形式多樣的安全知識技能培訓(xùn)。建立實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度。
樹立成果導(dǎo)向的教育理念,是工程教育改革的正確方向,也是實(shí)踐教學(xué)改革的行動指南。依托教學(xué)與科研互動,將技術(shù)先進(jìn)、工程特色鮮明的科研項(xiàng)目及時(shí)引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),豐富專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵,為開展探索性、研究性專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定基礎(chǔ)。積極推進(jìn)“自主性、研究性、探究式、合作式”教學(xué)模式,激發(fā)學(xué)生潛能。不斷更新實(shí)驗(yàn)手段,推動科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,促進(jìn)能力培養(yǎng)。
持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)在工程教育認(rèn)證中具有核心地位,是衡量一個(gè)專業(yè)能否培養(yǎng)社會發(fā)展需要工程技術(shù)人才的重要因素。工程教育認(rèn)證要求建立一種有效的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制,從而能夠持續(xù)改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo),保障其與社會發(fā)展需求相符合;持續(xù)改進(jìn)畢業(yè)要求,保障其與培養(yǎng)目標(biāo)相符合;持續(xù)改進(jìn)教學(xué)活動,保障其與畢業(yè)要求相符合。建立持久的實(shí)踐環(huán)節(jié)評價(jià)機(jī)制,師師之間互評,學(xué)生評價(jià)教師,通過縱向、橫向之間的反復(fù)對比,不斷優(yōu)化每一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),力爭每一環(huán)節(jié)都做到極致。結(jié)合最新科研動態(tài),有計(jì)劃地完善、更新每一專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。
化工屬于高危行業(yè),學(xué)生到工廠實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)較困難,而且效果不理想,實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量受到影響。尤其是近幾年,招生數(shù)量的增加為相關(guān)單位接收學(xué)生實(shí)習(xí)帶來了很大的壓力[11-12]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物仿真實(shí)踐在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、研究能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)等方面有著其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不能替代的獨(dú)特作用。
我校于2016年提出了基于化工產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)物仿真工程實(shí)踐平臺建設(shè)規(guī)劃——乙酸乙酯生產(chǎn)及水解實(shí)物仿真工程實(shí)踐平臺(該工藝平臺涵蓋多種化工操作單元,整套系統(tǒng)包含釜式反應(yīng)、酯化反應(yīng)、過濾分離、中和反應(yīng)、萃取精餾、傳熱、流體輸送等),注重學(xué)生動手能力和再創(chuàng)造能力的提升。工程化布局設(shè)計(jì),動、靜設(shè)備合理分區(qū)布置?;诂F(xiàn)場觸摸化集成控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控操作控制,具有數(shù)據(jù)云存儲功能。基于3D技術(shù),具備完整的實(shí)物操作流程,實(shí)現(xiàn)自主化學(xué)習(xí)、評測效果。既可滿足酯化反應(yīng)乙酸乙酯間歇生產(chǎn)、教學(xué)使用,又可滿足催化水解乙酸乙酯間歇生產(chǎn)、教學(xué)使用。整個(gè)實(shí)踐平臺原料循環(huán)使用,廢物排放少,對高等院校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)具有重要意義。圖2 為乙酸乙酯生產(chǎn)及水解實(shí)物仿真工程實(shí)踐平臺。
圖2 乙酸乙酯生產(chǎn)及水解實(shí)物仿真工程實(shí)踐平臺
工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心,以學(xué)生的要求及培養(yǎng)目標(biāo)為主,用目標(biāo)來衡量和推進(jìn)教育教學(xué)工作。根據(jù)我?;瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),圍繞化學(xué)工程與工藝專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證要求,本專業(yè)在繼承原有煤化工專業(yè)特色的基礎(chǔ)上,強(qiáng)化工程實(shí)踐能力培養(yǎng),拓展學(xué)生的國際化視野,促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提高,從而進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。近幾年,實(shí)踐教學(xué)改革取得了良好的效果[13-15]。
化工仿真課程大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生可以在圖文并茂的DCS畫面上嘗試不同的工藝流程操作,任意改變操作參數(shù),以尋求最佳工藝路線和工藝條件。為了達(dá)到較好的仿真效果,學(xué)生可由基本的化工單元操作開始,經(jīng)化工過程穩(wěn)態(tài)模擬、化工過程動態(tài)模擬、化工過程先進(jìn)控制,最后進(jìn)行化工過程實(shí)時(shí)優(yōu)化模擬。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)特點(diǎn)和人才能力培養(yǎng)需求,構(gòu)建了完整的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,與真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相互結(jié)合,相互補(bǔ)充?;谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù),學(xué)生和老師可以在高度仿真虛擬場景中進(jìn)行學(xué)習(xí)、授課、考核等,從而進(jìn)一步拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心涵蓋煤化工、精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)鏈。
與其他實(shí)驗(yàn)室一樣,化工仿真實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開放式管理。實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生的開放可以通過下列方式進(jìn)行:①學(xué)生可參與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)等;②學(xué)生可參加教師科研課題;③學(xué)生可自立科研創(chuàng)新課題;④學(xué)生可自行組織課外興趣小組,進(jìn)行自主學(xué)習(xí)鍛煉等。從預(yù)習(xí)到復(fù)習(xí),從課內(nèi)到課外,可滿足不同層次學(xué)生的需要,必要時(shí)可配備一定數(shù)量的指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員參與,真正做到因材施教。
我國正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變和提升關(guān)鍵時(shí)期,對工程技術(shù)人才知識能力提出了更高要求。加強(qiáng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué),是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的內(nèi)在要求,工程教育必須轉(zhuǎn)換思路,提高認(rèn)識,注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和解決工程實(shí)際問題的能力。以“工程教育專業(yè)認(rèn)證”為契機(jī),深入對專業(yè)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革,建立完善專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系,優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)資源配置,加大實(shí)踐教學(xué)和師資隊(duì)伍建設(shè)投入,最終全面提高該專業(yè)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)符合社會需求的優(yōu)秀工程技術(shù)人才[16]。安徽理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)正以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī),進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè),深化實(shí)踐教學(xué)改革,不斷推動實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)水平和質(zhì)量,不斷健全和完善專業(yè)教育體系,穩(wěn)步、協(xié)調(diào)推進(jìn)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)[17-18]。