化工专业工程教育认证创新性思维研究

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化学工程与工艺(化工)专业是传统的本科专业之一,具有显著的工程特色和实践性,学生通过对“三传一反”、物理化学、热力学等课程的学习,能够在化工、冶金、航空航天、医药等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理。河南城建学院是一所典型的应用技术型高校,早在1983年,就结合平顶山地域特性设置了煤炭深加工与利用专业,课程设置与化工专业相近,2002年设置化学工程与工艺本科专业,旨在培养高素质专业人才,尤其是能源化工方向和尼龙化工方向。近来,学校更加强调“应用技术型城建大学”的建设,化工专业注重具有国际视野和复合型人才的培养,更加符合现代化工对人才的需求和高等学校工程教育专业认证的要求。本文结合化工专业高等学校工程教育专业认证重要意义,讨论了创新性思维在化工专业工程教育认证中的重要性,以及在教学实践和课程建设中培养学生创新性思维的方法。

1工程教育专业认证背景下的创新性思维

工程教育专业认证是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价,得到国内外广泛认可。通过工程教育认证的高校,在一定意义上表明该校工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求,国际互认。工程教育专业认证是全球化、信息化、地球村的时代产物。认证标准分为通用标准和补充标准。通用标准[1]中,毕业要求从知识、应用、沟通等方面进行了要求,其中明确提出毕业生必须具有创新意识和能力,如“能够设计针对复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的系统、单元(部件)或工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识”。同时,12条毕业要求中有8条都提到“复杂工程问题”,并明确“需要通过建立合适的抽象模型才能解决,在建模过程中需要体现出创造性”、“不是仅靠常用方法就可以完全解决”是复杂问题的基本特征。如“能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题”、“能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题,以获得有效结论”、“能够设计针对复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需求的系统、单元(部件)或工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识,考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素”、“能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论”。这说明,随着我国工程教育走向国际化舞台,工程教育专业认证对学生的实践创新能力要求越来越高[2]。创新性思维是毕业要求的精髓和内在要求,贯穿学生培养全过程。创新思维是毕业生必须具有的知识素养,是达到毕业要求的核心指标。没有创新能力,面对“复杂工程问题”,只能望洋兴叹,束手无策。

2多层次全方位理解“基础原理”,诱发创新思维

化工专业的学科知识体系庞大,但是一些课程具有相通的章节,并且部分应用型课程涉及到的基本原理都是一样的。因此,把基本原理理解透彻,对许多课程的学习能达到事半功倍的效果。同时,学生今后从事科研、设计、管理工作也常使用到这些基本原理,一切的创新工作都基于这些基本原理,只有对这些基本原理理解透彻,才有可能创新。下面以电解过程为例,说明对电解原理的多方位理解。外加电压V很小时(滑片在a附近),电路中有微电流通过,形成曲线的AB段。外加电压V增大,形成曲线的BC段。该曲线的理论成因,多数经典教材及资料都从电动势角度进行了解释[3],不再赘述。I-E曲线学生已经在《分析化学》、《物理化学》等课程学习了微电压、极板电流、浓差电流等,可以尝试让学生分别利用这些理论来解释图2中电解曲线的成因[4]。表面上三种方法各有不同的假设前提和应用范围,自成体系、互不相干,实质上三种方法相互补充,相互说明,是一致和统一的。这样极大加深了学生对电解理论的认识,有利于学生在利用电化学反应机理、去极化作用、离子迁移机理优化电解条件时进行创新,提出切实可行的方案。

3深挖细化应用型课程,引导创新思维

化工专业的应用型课程较多,如《精细化工工艺学》、《煤化工工艺》和《化工工艺学》等,一些学校还开展了应用实践课程,学生课后要自己动手设计立体工艺模型等。这些课程是基本理论在具体生产生活中的应用,工程特色显著。授课老师引导学生思考应用背后蕴藏的理论知识,或者引导学生对某些工艺进行改进,都可以激发学生的创新思维。比如,煤化工工艺学中,经常提到煤的燃烧反应和煤的气化反应,教师可以引导学生思考:在一个反应器内(气化炉、热解炉),两个反应都存在,但目前都是单独研究的;根据《反应工程学》、《催化原理及工程》,气固反应发生在固相表面,那么当一个反应在表面发生后会不会占据催化活性位阻碍另一个反应,或者当一个反应在表面发生后会不会造成更加丰富的表面孔隙结构进而促进另一个反应[5]?阻碍和促进作用是单向的还是双向?4结论工程教育专业认证注重培养学生对“复杂工程问题”的解决能力,创新性思维是工程教育专业认证的内在要求和核心。教学过程中要重视引导学生多层次全方位理解“基础原理”,深入挖掘应用型课程涉及的原理,对已有的工艺进行优化,有意识地引导学生进行创新性思维。

参考文献

[1]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育,2014(17):710.

[2]张华,李红星,肖昆.工程教育专业认证背景下的大学生实践创新能力培养———以勘查技术与工程专业为例[J].高教学刊,2018(9):2930.

[3]傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学[M].高等教育出版社,1979.

[4]程相龙,郭晋菊,江雯,等.关于电解过程I-E曲线成因的探究[J].化工时刊,2015(12):3034.

[5]程相龙,王永刚,孙加亮,等.氧化反应对胜利褐煤水蒸气气化反应的促进作用Ⅰ:宏观反应特性研究[J].燃料化学学报,2017(1):1520.

作者:程相龙 郭晋菊 宋成建 张延兵 王要令 曹晨旸 单位:河南城建学院