張志賓，鄭志堅(jiān)，肖賽金，戴熒，吳勇川，劉云海

（東華理工大學(xué) 化學(xué)生物與材料科學(xué)學(xué)院，江西 南昌）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，化學(xué)工程師所面臨的工程實(shí)踐環(huán)境日益復(fù)雜、多樣化，對(duì)化工工程師的要求更高。工程活動(dòng)中不僅得掌握簡(jiǎn)單的科學(xué)和技術(shù)原理，還需要更廣闊的技能、優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)合作能力和系統(tǒng)建設(shè)能力[1]。2007年英國(guó)皇家工程院發(fā)布的《培養(yǎng)21世紀(jì)的工程師》中認(rèn)為在未來(lái)的社會(huì)中，迫切需要具有“在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中的工作經(jīng)驗(yàn)”的工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生。工程人才的最重要特征是“對(duì)理論知識(shí)，團(tuán)隊(duì)合作，技術(shù)范圍，業(yè)務(wù)技能等的理解和創(chuàng)新”[2]。然而，傳統(tǒng)化工專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式脫離工程實(shí)際，學(xué)生時(shí)間學(xué)習(xí)短、內(nèi)容淺、參與度低，不能融入到工程實(shí)踐全過(guò)程。

“新工科”是我國(guó)根據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的新需要，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新形勢(shì)和乘人發(fā)展的新要求提出的我國(guó)工程教育改革的方向。2017年以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。“復(fù)旦共識(shí)”中明確提出“新工科建設(shè)和發(fā)展以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，需要樹(shù)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(shù)立全周期工程教育理念，優(yōu)化人才培養(yǎng)全過(guò)程、各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)發(fā)展、適應(yīng)時(shí)代要求的關(guān)鍵能力”。由此可見(jiàn)，“全周期工程教育理念”成為“新工科”建設(shè)的主要內(nèi)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(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，他強(qiáng)調(diào)工程活動(dòng)（包括工程活動(dòng)的生命周期）源自實(shí)際的工程環(huán)境，他主張將理論與實(shí)踐相結(jié)合的工程人員教育和培訓(xùn)模型。全周期工程教育是指現(xiàn)代工程師必須在工程活動(dòng)的每個(gè)階段完成的工作，以便受過(guò)訓(xùn)練的工程人才可以適應(yīng)整個(gè)工程活動(dòng)周期[4]。

一 全周期工程教育理念下化工專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)模式的瓶頸

（一） 教學(xué)方法單一，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

化工專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)課堂教學(xué)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(nèi)容，這種“滿(mǎn)堂灌”的授課方法無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。案例式將授課重點(diǎn)和難點(diǎn)與具體工程案例相融合，有助于學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)，也能提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。但這兩種方法都是以教師為中心，學(xué)生處于被動(dòng)接收狀態(tài)，與“以學(xué)生為中心”的現(xiàn)代教育理念相悖，不利于培養(yǎng)實(shí)踐型和創(chuàng)新型化工工程師。

（二） 課程相對(duì)獨(dú)立，難以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

化學(xué)專(zhuān)業(yè)人員的培訓(xùn)過(guò)程需要涵蓋多個(gè)環(huán)節(jié)，包括化學(xué)產(chǎn)品創(chuàng)意，設(shè)計(jì)，實(shí)施，生產(chǎn)，管理升級(jí)和轉(zhuǎn)換，公司運(yùn)營(yíng)管理以及產(chǎn)品退出市場(chǎng)。它不僅注重領(lǐng)域知識(shí)和技術(shù)的完整性，而且著重于對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面素質(zhì)培訓(xùn)的體系。新科技知識(shí)的不斷延伸充實(shí)要求任課教師加強(qiáng)課程的交叉綜合，理論課時(shí)不斷壓縮倒逼學(xué)生充分利用課下時(shí)間和在線課程資源。然而，目前每門(mén)專(zhuān)業(yè)課程“各自為政”，學(xué)生無(wú)法打通和融合不同課程知識(shí)，阻礙了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

（三） 知識(shí)缺少關(guān)聯(lián)，難以建立全周期教育理念

課程各章節(jié)內(nèi)容依次講解，前后之間缺少聯(lián)系，課程之間缺乏關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致學(xué)生感覺(jué)到所學(xué)知識(shí)都是獨(dú)立的，難以系統(tǒng)掌握，更難以學(xué)以致用。問(wèn)題根源在于課堂填鴨式講授和學(xué)生被動(dòng)接受，沒(méi)有從課程和專(zhuān)業(yè)角度將知識(shí)打通糅合。學(xué)生只會(huì)解答老師課堂講授過(guò)的題目，對(duì)于外延題目或應(yīng)用型題目無(wú)從下手，這是因?yàn)槲唇⑷芷诠こ探逃砟钭璧K了學(xué)生將新掌握的知識(shí)與已有知識(shí)體系有機(jī)融合。

（四） 考核形式單一，難以體現(xiàn)學(xué)生真實(shí)能力

化工專(zhuān)業(yè)理論課程考核一般采用閉卷形式，卷面成績(jī)只能反饋學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，甚至出現(xiàn)有學(xué)生通過(guò)考前突擊死記硬背取得良好的成績(jī)。顯而易見(jiàn)，這種簡(jiǎn)單的考核形式只注重考試成績(jī)，而忽視了學(xué)生的參與過(guò)程，很難衡量學(xué)生應(yīng)用工程學(xué)的能力，例如分析和解決方案技能，項(xiàng)目協(xié)作技能以及學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)獲得的溝通技能。

二 全周期工程教育理念對(duì)教學(xué)模式的要求

（一） 從“教師為中心”到“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變

新工科人才培養(yǎng)新模式強(qiáng)調(diào)“學(xué)生為中心”，即突出強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，聚焦學(xué)生“應(yīng)該得到什么”，這就要求對(duì)以教師為中心的概念進(jìn)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(gè)教學(xué)過(guò)程，而是讓位給學(xué)生。老師的主要任務(wù)是激勵(lì)、指導(dǎo)和協(xié)助學(xué)生解決問(wèn)題。就概念而言，只有將學(xué)生置于教育的中心，并從教學(xué)內(nèi)容、方式、方法等全角度圍繞學(xué)生展開(kāi)，才能滿(mǎn)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(zhuǎn)變

麻省理工學(xué)院工學(xué)院院長(zhǎng)喬爾·莫西斯1994年首次提出“大工程觀”概念，它不僅強(qiáng)調(diào)工程部門(mén)的設(shè)計(jì)和管理能力，還強(qiáng)調(diào)單位工程和系統(tǒng)的連通性以及環(huán)境的連通性，通過(guò)“大工程概念”概念培養(yǎng)的人才必須具有宏偉或復(fù)雜的工程視野，跨學(xué)科的工程視野以及必要的科學(xué)基礎(chǔ)素養(yǎng)[5]。學(xué)生畢業(yè)后面對(duì)的工程項(xiàng)目具有生命周期性和流程系統(tǒng)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(dǎo)，課程設(shè)置需要覆蓋工程項(xiàng)目活動(dòng)的全周期，使培養(yǎng)的學(xué)生能夠勝任整個(gè)工程活動(dòng)。

（三） 從“課本課堂”到“網(wǎng)絡(luò)課堂”的轉(zhuǎn)變

在全周期工程教育的概念中，化學(xué)專(zhuān)業(yè)人員的培訓(xùn)過(guò)程與化學(xué)產(chǎn)品創(chuàng)意，設(shè)計(jì)，實(shí)施，生產(chǎn)，管理升級(jí)和轉(zhuǎn)換，公司運(yùn)營(yíng)管理以及產(chǎn)品退出市場(chǎng)等多個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起。它不僅關(guān)注領(lǐng)域知識(shí)和技術(shù)的完整性，還關(guān)注學(xué)生的融合。因此，這就要求學(xué)生將“課本課堂”和“網(wǎng)絡(luò)課堂”無(wú)縫對(duì)接。教師通過(guò)課堂的啟發(fā)性教學(xué)激發(fā)學(xué)生對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的好奇心，引發(fā)學(xué)生課后通過(guò)慕課、文獻(xiàn)、論壇等網(wǎng)絡(luò)資源繼續(xù)學(xué)習(xí)，教師可以將教學(xué)資源、工程資料和相關(guān)輔助視頻等上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)供學(xué)生課后補(bǔ)充學(xué)習(xí)，學(xué)生還可以通過(guò)微信、QQ等網(wǎng)絡(luò)媒介展開(kāi)討論，這既鍛煉了學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)、解決問(wèn)題的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神和終身學(xué)習(xí)的能力。

（四） 從“固定的教學(xué)內(nèi)容”到“動(dòng)態(tài)更新的教學(xué)內(nèi)容”的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)化工專(zhuān)業(yè)教學(xué)還是圍繞教材展開(kāi)，教師依據(jù)教材備課和授課，學(xué)生利用教材預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，漸漸形成了“學(xué)一門(mén)課等于讀一本書(shū)”的不良現(xiàn)象。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新科技成果不斷迭代，課本中的觀點(diǎn)已經(jīng)跟不上科技的發(fā)展，造成學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥乏味，所學(xué)知識(shí)與實(shí)際工程項(xiàng)目嚴(yán)重脫節(jié)。為了滿(mǎn)足新工科對(duì)卓越工程人才的需求，在教學(xué)過(guò)程中及時(shí)引入最新科技知識(shí)和行業(yè)動(dòng)態(tài)，為教學(xué)注入新鮮血液顯得越發(fā)重要。教師可以通過(guò)科研促教學(xué)，最新的科學(xué)技術(shù)知識(shí)滲透到教育中，豐富和更新了理論與實(shí)踐之間的教育聯(lián)系，豐富和更新理論和實(shí)踐各教學(xué)環(huán)節(jié)，解決學(xué)生知識(shí)與科學(xué)技術(shù)和行業(yè)實(shí)踐前沿分離的問(wèn)題，打破“一本教材打天下”的現(xiàn)狀，達(dá)到行業(yè)前沿進(jìn)課堂的目標(biāo)。

（五） 從“單純知識(shí)灌輸”到“綜合能力培養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變

化工專(zhuān)業(yè)教學(xué)的現(xiàn)狀還是每門(mén)課程“單打獨(dú)斗”，每位教師只講授某一門(mén)課程的理論知識(shí)，學(xué)生無(wú)法將零散的知識(shí)系統(tǒng)串聯(lián)。新工程學(xué)科的狀態(tài)，交叉點(diǎn)和集成可分為工程學(xué)科內(nèi)不同學(xué)科的知識(shí)集成和工程學(xué)科外不同學(xué)科的知識(shí)集成。學(xué)科之間的“障礙”需要打破，這最終反映在學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力上。

這就要求以綜合能力培訓(xùn)為核心，以工程項(xiàng)目為主要內(nèi)容，以打破課程障礙并實(shí)現(xiàn)真正的交叉和整合。全面的能力培訓(xùn)包括了解和獲得專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基本能力，解決實(shí)際工程問(wèn)題的業(yè)務(wù)能力，以及就“大工程概念”的整個(gè)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(dòng)學(xué)習(xí)”到“主動(dòng)參與”的轉(zhuǎn)變

在新工科建設(shè)背景下，課堂教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”到“主動(dòng)參與”的轉(zhuǎn)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(gè)工程活動(dòng)周期的工作，學(xué)生僅靠課堂的知識(shí)灌輸是無(wú)法達(dá)到的。課堂要以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的意愿，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的興趣，提升自主學(xué)習(xí)的能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，才能使學(xué)生具備完善的知識(shí)體系和綜合能力，勝任全周期工程教育理念對(duì)現(xiàn)代工程師的要求。

三 全周期工程教育理念下地方普通高?；?zhuān)業(yè)教學(xué)模式的構(gòu)

圖1 全周期工程教育理念下地方普通高?；?zhuān)業(yè)教學(xué)模式

（一） 一條主線

以“新工科”理念為引領(lǐng)，參考CDIO工程教育模式，以化工產(chǎn)品全生命周期為主線，按照真實(shí)化工類(lèi)企業(yè)的運(yùn)行，構(gòu)建從化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)到運(yùn)營(yíng)為主線的全周期化工專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式。將真實(shí)的企業(yè)引入教學(xué)課堂，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)與課堂零距離。學(xué)生能夠深度參與到創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)技能，項(xiàng)目實(shí)施技能，生產(chǎn)管理技能，溝通能力和業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)能力。

（二） 四層次課程體系

根據(jù)全周期工程教育理念，將化工專(zhuān)業(yè)課程分為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程和創(chuàng)新開(kāi)放課程四個(gè)層次，其中專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課主要講授化工專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程側(cè)重于專(zhuān)業(yè)課程的動(dòng)手培訓(xùn)，實(shí)用培訓(xùn)課程涵蓋認(rèn)知和生產(chǎn)實(shí)踐，創(chuàng)新性開(kāi)放課程主要是自行設(shè)計(jì)和競(jìng)爭(zhēng)性主題，做到理論和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合。

（三） 三模塊實(shí)踐體系

將實(shí)踐項(xiàng)目分為化學(xué)工程模塊、化學(xué)工藝模塊和經(jīng)濟(jì)管理模塊，其中，化學(xué)工程模塊包括單元操作、化學(xué)反應(yīng)工程、轉(zhuǎn)移過(guò)程、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)系統(tǒng)工程、過(guò)程動(dòng)力學(xué)與控制等；化學(xué)工藝模塊包括原材料、生產(chǎn)方法和設(shè)備的選擇，以及生產(chǎn)控制和組織等。經(jīng)濟(jì)管理模塊包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)品銷(xiāo)售等。

（四） 五大虛擬仿真平臺(tái)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將逼真的實(shí)景資源應(yīng)用到課程教學(xué)中，把抽象的概念、復(fù)雜的問(wèn)題以直觀的形式展現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生理解工程、了解工廠實(shí)際，促進(jìn)“課堂-仿真-工廠”教學(xué)模式的改革與實(shí)踐。以“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛、相輔相成”為原則，根據(jù)化工專(zhuān)業(yè)全周期工程教育理念的主線，以“基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合提升、創(chuàng)新設(shè)計(jì)”為三個(gè)層次，設(shè)計(jì)“基礎(chǔ)化學(xué)、大型精密儀器、化學(xué)工程、虛擬實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、仿真工廠”五大虛擬仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“基礎(chǔ)實(shí)踐-包容性實(shí)踐-創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐”能力的逐步發(fā)展。

四 結(jié)語(yǔ)

“全周期工程教育理念”成為“新工科”建設(shè)的主要內(nèi)容之一，因此，突破教學(xué)方法單一、課程相對(duì)獨(dú)立、知識(shí)缺少關(guān)聯(lián)、考核形式單一等壁壘，實(shí)現(xiàn)從“教師為中心”到“學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變、從“小工程觀”到“大工程觀”的轉(zhuǎn)變、從“課本課堂”到“網(wǎng)絡(luò)課堂”的轉(zhuǎn)變、從“固定的教學(xué)內(nèi)容”到“動(dòng)態(tài)更新的教學(xué)內(nèi)容”的轉(zhuǎn)變、從“單純知識(shí)灌輸”到“綜合能力培養(yǎng)”的轉(zhuǎn)變、從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”到“主動(dòng)參與”的轉(zhuǎn)變。以“新工科”理念為引領(lǐng)，參考CDIO工程教育模式，以化工產(chǎn)品全生命周期為主線，按照真實(shí)化工類(lèi)企業(yè)的運(yùn)行，構(gòu)建從化工產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)到運(yùn)營(yíng)為主線的全周期化工專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式，建立四大層次課程體系、三大模塊實(shí)踐體系和五大虛擬仿真平臺(tái)。最終以一個(gè)化工項(xiàng)目貫穿四年專(zhuān)業(yè)教育，打通課程之間的關(guān)聯(lián)通道，助力學(xué)生形成全周期工程知識(shí)體系，提升工程實(shí)踐能力。