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新工科背景下过程装备与控制工程专业模块化改革路径探索

  2024-09-06    169  上传者：管理员

摘要：随着国家科技发展，过程工业对过程装备专业人才提出了更高的要求，传统的过程装备专业教育已经出现与新产业发展契合度不高、匹配度不强等问题。为了满足国家和社会对过程装备人才的需求，燕山大学过程装备与控制工程专业结合过程设备和过程机械发展的大趋势，制定新工科理念下的人才培养目标，构建“通识课—专业基础课—新工科模块—综合实践模块”的课程体系，改革“理论—竞赛”的教学方法，开展“多角度、多维度”课程考核评价的教学改革与实践，为地方高校新工科人才培养提供了可借鉴的新模式。

  • 关键词：
  • 人才培养
  • 新工科
  • 模块化教学
  • 理论—竞赛
  • 过程工业
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1、概述


当前，新一轮科技革命和产业变革正在全球范围内加速进行，为此，国家先后实施了“创新驱动发展”“中国制造2025”等一系列国家战略。相对于传统的工科人才，未来需要的是工程实践能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。2017年2月以来，教育部积极推进“新工科”建设，在全国范围内全面探索新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”,旨在建立多样化和个性化的工程教育培养模式[1-3]。

过程装备与控制工程专业是以过程装备与控制为主体，以过程设备和过程机械为两翼的大类学科交叉型专业。它的前身为化工设备与机械专业，主要针对包括以各种塔、换热器、反应器等压力容器为代表的静设备和以泵、压缩机等为代表的动设备两大类过程装备的设计、制造、控制和管理[4-5]。随着国家科技发展和产业转型升级，过程工业对过程装备专业人才提出了更高的要求[6],传统的过程装备专业教育已经出现与新产业发展契合度不高、匹配度不强等问题。另外，过程装备与控制工程是一个集机械、化工、控制等多个领域为一体的多学科交叉专业[7],涉及的专业课程内容较多，这也导致多样碎片化的专业选修课程分散了学生的注意力，缺乏整合解决问题的能力，从而造成学生的理论知识学习和应用上的脱节。为了适应新工科建设的新要求，优化学生的知识体系，提高学生的创新能力，满足国家和社会对过程装备人才的需求，开展面向新工科建设的地方高校过程装备与控制工程专业课模块化改革与实践。


2、新工科背景下过程装备与控制工程专业面临的挑战


2.1 传统人才培养理念难以适应新工科人才培养诉求

传统工程人才培养是以教师传授知识为主体，偏重理论教学，随着国家科技发展和产业转型升级，过程工业对过程装备专业人才提出了更高的要求，传统的过程装备专业教育已经出现与新产业发展契合度不高、匹配度不强等问题。本文基于以上问题研究分析社会发展对新工科专业人才培养的需求，拓展过程装备与控制工程专业内涵和建设的重点，结合工程教育专业认证的标准，以及学校定位和专业特色，制定合理的人才培养目标和毕业要求，培养符合社会发展需要的高级人才。

2.2 课程体系和教学内容需更新

目前，部分高校过程装备与控制工程专业在课程设置的过程中仍然坚持以传统学科为导向，构建了包括通识课程、专业基础课和专业选修课程在内的课程体系。过程装备与控制工程是多学科交叉专业，其课程体系仍倾向于针对传统的机械、化工、石油等行业，而非目前新兴业态进行课程设置，导致专业培养的人才难以满足在大数据、云计算和物联网等新产业的需求。

2.3 对学生实践创新能力训练不够

专业的实践教学内容相对滞后，不能适应新工科背景下社会对学生的新要求。虽然专业开设了创新创业课程，开展了多项关于创新的讲座和培训等活动，取得了一些效果。但是多数教师掌握的创新理论不扎实，对创业教育的实践经验不足，在专业课中对学生的创新意识培养不足，从而导致创新理念与专业知识之间的融合度低。因此，学生对专业技能的掌握大多停留在熟练应用，而不能进行创新设计和应用开发。

2.4 缺乏合理有效的考核评价机制

目前专业课程考核评价机制尚不完善。传统的教学评价以考试是否合格作为课程评价的唯一标准，虽然目前已逐渐将课堂测试、大作业、课程项目等各类过程性考核融入课程考核中，占到了一定的分值比例，但是目前在此类过程性考核中学生获得的分值普遍较高，而最终有效反映学生学习效果的结课闭卷考试往往分值较低，导致很多学生不像以往那样重视结课考试，无法实现有效的考核和评价。因此，对于考核评价需要在传统教学评价体系的基础上，融合能反映教学效果的评价指标，全面评价新工科背景下的教学质量。


3、模块化教学模式探索


燕山大学过程装备与控制工程专业，源于东北重型机械学院化工机械专业，1999年经教育部批准更名为过程装备与控制工程，2005年获化工过程机械硕士授权点，2007年被评为河北省高等教育创新高地重点专业和品牌特色专业，2019年通过了教育部中国工程教育专业认证，2020年获批国家级一流本科专业。依据“工程教育专业认证”标准，并结合国家“双一流”建设改革政策，专业进行了综合改革，力求为相关高校新工科人才培养提供可借鉴的新模式。

3.1 制定新工科理念下的人才培养目标

新工科建设是我国工程教育的改革方向，其目标是培养具有较强工程实践和创新能力的高素质复合人才。燕山大学过程装备与控制工程专业立足河北，面向全国，以“新工科”为背景，结合工程教育专业认证理念，坚持以学生为中心，以成果为导向，培养掌握机械、化工、材料与控制等多学科领域的综合知识，既能在生产一线从事过程装备相关设计、制造、研究与开发工作，又能从事相关领域的教学、管理和经营等工作，具有良好的团队合作精神和国际化视野、较宽的人文社会科学素养，能够不断学习并适应行业的快速发展，为过程工业、装备制造业和服务型制造业等行业培养高质量技术和管理人才。

3.2 构建“通识课—专业基础课—新工科模块—综合实践模块”的课程体系

根据专业培养目标，专业在课程体系建设过程中按照静设备和动设备凝练出两个学生培养方向，围绕这两个方向来设置相应的课程，从而形成了“通识课—专业基础课—新工科模块—综合实践模块”这一新的课程体系。具体来讲，它是以通识课和专业基础课为基础，将专业选修课和实践课程的教学内容划分为新工科和综合实践模块，将理论知识融入各个教学模块的完成过程中，进而实现理论与实践相结合的一种教学模式。其中，新工科模块是以突出“以学生为中心”的教育教学理念，结合过程装备的发展趋势，在原有基础必选课和专业必修课基础上，去除传统的老旧专业课程，进一步将专业选修课按照领域设置与静设备有关的过程设备和与动设备有关的过程机械两个方向，并为每个方向设置特色课程，并且这些课程均融合了智能制造、互联网等方面的最新发展。学生可以根据自己的兴趣和爱好，在围绕过程设备和过程机械之间选择自己感兴趣的发展方向，以适应现阶段过程工业发展的要求。综合实践模块包含以实习、实验、课程设计等为代表的实践教学环节，以及针对两个专业方向设置的各类学科竞赛。模块化的课程体系体现了本专业“厚基础、宽口径”的大类培养方针与个性化培养的结合，适应新工科发展的需要。各课程模块均由擅长相关领域的不同教师负责相对应项目的理论教学，并在此过程中针对性地融入虚拟仿真、翻转课堂等教学手段，让学生在相应的专业模块领域中掌握系统的专业知识，提高解决工程实际问题的能力。另外，注重在各个专业方向课程中增加相关的工程实践案例内容，以过程设备方向为例，邀请压力容器设计制造领域的企业专家和工程师开展关于腐蚀、密封和焊接等技术实践案例讲座。一方面帮助学生真正掌握此类技术在工程实际中的应用情况；另一方面还可引入智能制造、大数据和互联网等知识内容，提高学生适应现代化工业发展的能力。

3.3 围绕“理论—竞赛”模式的教学方法创新

专业课程是人才培养的基本要素，提高课程质量是高校开展人才培养的核心，将各类学科竞赛与专业课程教学进行有机融合有利于提高人才培养质量。燕山大学过程装备与控制工程专业在完成通识课程、专业基础课和过程设备或者过程机械方向的学习的同时辅以综合实践模块，也就是将学科竞赛和各类课内实践有针对性地嵌入相应的教学模块中，有效改变学生传统学习过程中“先学后用”的模式，在不同教学模块内实现理论学习和实践操作的同步进行，实现“理论—竞赛”模式的教学方法创新。学生通过系统学习某一专业模块的内容，参与相应的课内实践和学科竞赛，将所学的理论知识及时应用于实践，能够有效提升学生学习兴趣和成就感。此外，积极组建教学团队，以竞赛为抓手，由不同学术专长的教师负责指导，邀请压力容器设计领域的专家一起进行交流探讨，促进学生实践能力的提高。在新工科的背景下，竞赛内容还需紧跟行业热点，并指导教学内容的更新，以满足过程工业对本专业人才培养的需求。为此，专业教师一方面讲授理论知识，另一方面根据竞赛和行业热点更新实践教学环节，增强课程教学与竞赛的互动。比如，在生产实习过程中，学生通过现场参观，能够了解企业生产工艺和管理模式，但是由于学生在理解企业生产工艺过程、认识图纸等方面往往效果不够理想，而通过参与学科竞赛，可以提高学生理解生产工艺、设备整体结构和认图识图的能力，相当于对生产实习的内容进行有针对性的提前演练，提高了生产实习的教学质量。

3.4 开展“多角度、多维度”的课程考核评价

传统的课程考核方式较单一，评价结果难以反馈真实的教学情况，对学生难以产生激励效果。为此，在“通识课—专业基础课—新工科模块—综合实践模块”课程体系、“理论—竞赛”方法的基础上，建立“多角度、多维度”的多元课程考核评价方法。其中，多角度是根据不同的专业方向的特点，通过翻转课堂授课、实验成绩、竞赛成绩、实习答辩、结业论文等多个角度对学生课程知识掌握情况进行综合评价；多维度是侧重理论课程、实习实践以及学科竞赛三个体系的多个维度的综合考核。在考核和评价过程中注重不同专业方向学生在学习过程中培养的合作能力、表达能力、动手能力等多种软性考核指标，并且通过在竞赛评价中加入教师评价和学生评价相融合等机制，实现课程评价体系的真实性和全面性，对教学目标的达成具有更加积极有效的反馈，从而对学生的能力做出全方位评价，提高人才培养质量。


4、结语


新工科是我国高等教育改革的重要举措，过程装备与控制工程专业的发展目标与新工科理念高度契合。在新工科建设的背景下，燕山大学过程装备与控制工程专业以创新人才培养需求为导向，开展了专业课模块化改革路径的探索，提出构建“通识课—专业基础课—新工科模块—综合实践模块”的课程体系、围绕“理论—竞赛”的教学方法、开展“多角度、多维度”课程考核评价的教学改革与实践。通过设置过程设备和过程机械两个专业方向，满足过程工业对专业人才的需求，规划了过程装备与控制工程专业人才发展方向，形成具有鲜明特色的课程体系和培养方法，为相关高校新工科人才培养提供可借鉴的新模式。


参考文献:

[1]“新工科”建设复旦共识[J].复旦教育论坛,2017,15(2):27-28.

[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):1-6.

[3]王赟.地方高校基于实践能力的工程教育改革探讨[J].攀枝花学院学报,2011,28(3):118-120.

[4]黄世钊,梁乃章,黄福川,等.过程装备与控制工程专业的知识结构和课程体系[J].广西大学学报(自然科学版),2002,7:43-45.

[5]张慢来,张琴,周志宏.过程装备与控制工程专业课程体系改革初探[J].长江大学学报(自科版),2013,10(28):122-123.

[6]丁宇奇,林玉娟,李伟.过程装备与控制工程专业新工科人才培养模式改革——以东北石油大学为例[J].教育教学论坛,2022(6):125-128.

[7]张辛喜,李学平.“新工科”背景下过程装备与控制工程专业人才培养方案探索与实践[J].新西部,2019(11):130-131.


基金资助:2023年度河北省教育厅高等教育教学改革研究与实践项目:“新工科背景下过程装备与控制工程专业模块化课程群构建与探索”(2022GJJG070); 2023年度燕山大学教学研究与改革项目:“新工科背景下过程装备与控制工程专业模块化课程群构建与探索”(2022XJJG026);


文章来源:张前,徐凯.新工科背景下过程装备与控制工程专业模块化改革路径探索[J].科技风,2024,(25):19-21.

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出版地方：北京

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