面向一流大学建设的新工科教育研究与实践

侯翠红 胡国勤 徐丽 任保增 刘国际

[摘 要] 以郑州大学化工类专业为例，通过修订人才培养方案，知识结构和课程体系的构建体现“大工程”视角;以学生为中心，重塑多元化育人新体系;培养国际视野和跨文化交流能力;开展课程思政，培育全面发展的卓越工程人才;创建新工科人才培养模式，创新“互联网+”工程教育方法，推动新工科课程教学革命，建设虚拟仿真实训平台及在线开放课程。针对工科特点开展案例教学、翻转课堂、线上线下混合式教学等，提升学生的专业兴趣和学习效果，为化工类新工科的研究与实践提供案例。

[关键词] 一流大学建设;新工科;人才培养模式;教学方法改革;研究与实践

[基金项目] 2017年度河南省高等教育教学改革研究与实践重大项目子课题“面向一流大学建设的新工科教育产学协同育人模式研究与实践”（2017SJGLX003-2）;2018年度教育部新工科研究与实践项目“化工类新工科建设产学研协同育人模式研究与实践”（73）;2019年度河南省高校科技创新团队“低品质资源加工及材料化”（19IRTSTHN028）

[作者简介] 侯翠红（1970—），女，河南平顶山人，博士，郑州大学化工学院副院长，教授，主要从事高等教育与化工热力学研究;胡国勤（1967—），男，河南郑州人，博士，郑州大学化工学院教授，主要从事医药化工新技术新产品研究;徐 丽（1980—），女，河南鹿邑人，博士，郑州大學化工学院教授，主要从事反应工程与新型催化材料研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）50-0045-04          [收稿日期] 2021-08-30

新工科（Emerging Engineering Education）是我国工程教育改革的方向，以立德树人为引领，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，主要途径为继承与创新、交叉与融合、协调与共享[1]，是对新一轮科技革命和产业变革的主动响应。“双一流”高校的新工科建设既包括瞄准战略性新兴产业设置的新专业，也包括对现有工科专业的改造升级。

郑州大学是国家一流大学建设高校，本文以化工类专业为例，聚焦“双一流高校新工科教育人才培养模式创新的研究与实践”，初步形成了人才培养新模式。

一、修订传统工科专业培养方案，创建新工科人才培养模式

郑州大学坚持立德树人的根本任务，以促进学生全面发展和适应行业、产业与地方发展需要为导向，以加强通识、夯实基础、强化实践、激励创新为实现途径，优化课程设置、更新教学内容等，培养具有健全人格、国际视野、知识宽厚、能力全面、能够引领社会进步和文明发展的创新人才，为实现河南振兴、中原崛起和国家富强提供有力人才支撑。

2018年11月，学校启动人才培养方案修订工作，以新工科教育的培养目标与培养理念为引导，紧密结合产业需求和新经济、新业态，结合国际工程教育专业认证标准、国家专业质量标准，组织召开校内师生多层面、广泛深入地研讨、交流、论证，广泛征求意见和建议，并邀请企业行业专家及国内一流高校知名专家参与指导和论证，科学构建了课程体系，更新了教学内容，确立了2019版人才培养方案。

（一）新工科人才培养方案知识结构和课程体系体现“大工程”视角

新版人才培养方案中，知识结构和课程体系的构建体现新工科背景下的“大工程观”[2]。课程体系分通识课程、基础课程、专业课程和综合实践四个模块。通识课程占比20%，向全校开放，特别注重人文社科通识教育课程，培养学生文化素养、家国情怀、良好职业素养和社会责任感，重视创新创业能力、追踪科技前沿和激发学习潜力等的培养。

在新的课程体系中，以学生为中心，体现出口导向和能力导向的教育精神，丰富了创新创业教育资源，增设了“大学生职业生涯规划与就业指导”“创新创业基础”课程，注重培养学生的创新实践能力与创造性思维，综合实践学分占25%以上。优化课程教学内容，总学分减至170以下，使学生有更多的时间和精力自主学习、独立思考、创新实践、发挥潜能，成为适应新经济的复合型创新人才;专业课程和教学内容注重学科交叉融合，注重培养学生跨专业能力，融入专业前沿、相关专业交叉知识、原理和方法等，开阔学生视野，体现新工科特点[3]。

现代化工规模化生产需要更多专业技术+HSE（Health+Safe+Environment）复合型人才，引领产业走向绿色发展，指导我国化学工业安全生产和可持续发展[4]。因此，开设“化工安全与环保”“化工HSE”“技术经济”“生产管理”“化工设计”“设计软件”等跨专业课程，并尝试开设“化工物流”“化工商务”“人工智能”等与大数据相结合的课程。传统工科课程（如“化工与制药类专业导论课”“化工设计案例与实践”“化工过程分析与开发”）与现代信息技术有机融合，教学内容融入了大数据、人工智能等知识点，由企业行业、跨专业专家联合授课。

（二）以德育为引领，开展课程思政，培育全面发展的卓越工程人才

在专业课中广泛开展课程思政，树立价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的教育目标，将社会主义核心价值观、理想信念、工匠精神、社会责任感、安全环保可持续发展等理念揉入专业课，培养德智体美劳全面发展的卓越化工人才。“化工热力学”课程于2020年获河南省首批课程思政样板课。

（三）以学生为中心，重塑个性化多元化育人新体系

以学生为中心，针对学生不同禀赋、兴趣和发展需求，建立个性化、国际化和多元化的复合型人才培养体系。多途径开辟学生成才渠道，进行大类招生、大类培养、专业分流改革，实行大类招生培养，第三学期后专业分流，放宽学生转专业限制;建立以学科兴趣和个人专长为导向的人才培养机制，抓好通才教育与专业教育，进行可适应性培养;以产业发展需求为导向，制定多专业交叉、柔性化的专业培养方案，从知识、能力、素质三个维度培养具有复合知识和综合素质的新工科人才，更好地服务新经济新业态。

（四）培养国际视野和跨文化交流能力

在统筹推进世界一流大学和一流学科建设中，国际化发挥重要引擎作用。郑州大学设有“中德卓越工程”班，联合德国两所国立大学每年整建制地送出50～60名学生赴德国实现一学期或一到二年的长期交流交换学习，培养更多“中国制造2025”与德国工业4.0对接的工科人才。从大一下学期，化工类专业开始选拔30名优秀本科生组建虚拟化工创新实验班，加强创新实践训练和人文素养，提前进入科研团队导师制培养，并取得较好效果，考研录取率达90%以上，多名学生发表论文、申请专利，在全国学科竞赛中获奖。2019年化工创新实验班选派16名学生赴加拿大、新西兰知名高校开展毕业设计，培养学生创新思维、国际视野和跨文化交流能力。

二、创新“互联网+”工程教育方法，推动新工科课程教学革命

深化课程教学改革，采用“互联网+”工程教育模式组织教学，促进现代信息技术与教育教学深度融合。教材和教学内容数字化，广泛应用慕课、雨课堂、超星、智慧树等平台，采用翻转课堂等教学方法，使授课形式更加丰富多样，极大激发了学生的专业兴趣，显著提升了教学效果。

（一）慕课与见面课——“课内”与“课外”融合，“线上”与“线下”互动

采用线上线下混合式教学模式，主讲教师制作了大量与课程相关的多媒体课件、视频、图片等素材，作为网上拓展资源，学生可以利用慕课平台随时观看、查阅，节省了大量学时。“化工热力学”“反应工程”等专业课程采用线上随堂测试、综合作业设计、线下考试等相结合的多元化课程考核方式，注重过程管理。2018年专业基础课“化工设备设计基础”获国家精品在线开放课程，2019年“化工热力学”在中国大学MOOC 上线，已运行两个学期，获河南省一流课程。

（二）“虚拟”与“现实”同行——化工实训平台和虚拟仿真实验培养学生工程能力

为切实培养工科学生的工程观念和实践能力，激发学生的学习兴趣与潜能，调动学生参与实习实训的积极主动性，增强学生的团队合作精神，培养具有创新精神的新工科人才，学院于2010年开始以企业实际生产工艺为背景，按照1︰10的比例全流程搭建半实物仿真工厂，建设煤制甲醇实训平台，涵盖单元操作、反应过程等众多专业理论知识，可进行开车、停车及故障处理等操作。学生可在网络平台或中控室进行纯软件模拟，也可以在半实物仿真工厂实现情景化、操作实际化、故障模拟化、控制网络化，最大限度实现“能实不虚”的教学目标。同时，学院于2018年获批国家级虚拟仿真实验教学项目，近三年来已有550余名学生参与实训。

（三）翻转课堂——以学生为主体的教与学

在专业课如“化工热力学”“反应工程”“化工原理”等核心课程教学中，教师采用翻转课堂教学模式。如“化工热力学”课程年在校生受众200余人，网络课程辐射受众超过1000人。在课程教学中，在讲授与日常生活和实践结合较紧密的课程内容时，教师运用翻转课堂模式，根据课程教学内容提前布置任务，引导学生查阅资料、制作PPT，在课堂上以學习小组形式汇报讲解，发挥学生的主体作用，激发了学生的学习兴趣和热情，提高了综合素质和能力，取得较好效果，深受学生好评[5]。

（四）针对工科特点开展案例教学

在专业教学中，创建了案例与教学内容相结合的课程模式，如在“制药分离工程”的课堂教学中，应用案例教学取得较好效果，培养了一批高素质、创新型和实用型制药工程人才，同时体现了制药工程产业化的概念;“反应工程”通过建立知识点—案例矩阵，将动力学研究、设备选型及设计等知识对应到制作的工艺开发全流程案例中，并以3D形式展现反应器及流体场，教学过程结合情境教学，取得良好效果。

（五）注重过程管理，能力与知识并重

注重过程管理，推动学业评价方式改革，健全能力与知识考核并重的多元化考核评价体系，为学生自主性和研究性学习创造更好的条件，增强学生学习的主体性、能动性和创造性。如在专业基础实验中以化工原理实验为先导，探索了新型的化工原理实验五步教学法并进行了实践[6]，加强了过程管理，效果显著。对标12条毕业要求及课程目标达成度，对课程教学情况通过支撑度量化及师生问卷的方式进行评价，强化以产出为导向的过程管理模式。

（六）组建名师教学团队，推动高质量课程建设

郑州大学引进国内外高质量师资，组建名师教学团队，梳理教学纲目，分配教学任务，研讨共性问题，将灌输式的浅层次教学转变为开阔学生知识视野、教授学生学习方法、帮助学生构筑完整学科知识体系的内涵式教学。如在各专业开设了“专业导论”课，由专家团队以讲座形式开设打造，介绍化工新理念、新发展，开阔学生视野，激发学生投身祖国化工事业的壮志。与省内外相关专业联合组建了虚拟教研室，实现教学资源云端共享，拓展了学生在专业领域的知识面，有助于教师教学能力的提升。

三、结语

郑州大学化工专业以学生为中心，以成果为导向，以新工科为引领，对标国际工程教育认证、卓越工程师计划要求和郑州大学“双一流”建设目标;明晰新工科专业定位、修订人才培养方案、凝练自身办学特色，制定了符合新工科教育要求的一流大学人才培养目标，构建了基于“大工程观”的适应一流大学新工科建设的知识结构和课程体系;加强通识、夯实基础、强化实践、提升能力，优化课程教学内容，注重学科交叉融合，以德育为引领，开展课程思政，培育全面发展的卓越工程人才;以学生为中心，重塑个性化、多元化育人新体系，注重学科交叉多元化、个性化培养，以产业发展需求为导向，制定多专业交叉、柔性化的专业培养方案。以新理念、新形态、新方法，不断加强专业内涵，培养具有基础宽、厚广博、学科交叉融合、创新思维、实践能力、跨界跨文化交流能力、引领未来的卓越工科人才。

针对工科特点开展案例教学;慕课与见面课——“课内”与“课外”融合，“线上”与“线下”互动;“虚拟”与“现实”同行——化工实训平台和虚拟仿真实验培养学生工程能力;翻转课堂——以学生为主体的教与学;注重过程管理能力与知识并重;组建名师教学团队，推动高质量课程建设等手段，激发了学生专业兴趣，显著提升了课程教学效果。创新“互联网+”的工程教育教学方法，建设了虚拟仿真实训平台，开设了一批在线开放课程，促进了信息技术与教育教学深度融合。核心课程教学获得突破，建设具有新工科产学研协同育人特色的国家级在线开放课程和国家级虚拟仿真实验教学项目各1项;与河南省化工学会联合召开了3次河南省新工科建设交流会，在省内高校推广应用项目研究实践成果，开创的案例教学、五步实验教学法，以及编撰的实验教材、实习教材等在新乡学院、河南工业大学、湖北大学、洛阳理工学院等高校使用，获得一致好评，全面提高了现代工程教育人才培养质量，为高校新工科的建设和改革起到了示范和引领作用。

参考文献

[1]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.

[2]李培根.工程教育需要大工程观[J].高等工程教育研究，2011（3）：1-3，59.

[3]夏淑倩，王曼玲，程金萍，等.践行OBE理念 开展化工类专业新工科建设[J].化工高等教育，2018，35（1）：9-12，61.

[4]辛忠，何佳雯，周玲.可持续发展背景下绿色工程教育的理念与实践探索[J].化工高等教育，2020，37（2）：1-11.

[5]侯翠红，关红玲，任保增，等.郑州大学《化工热力学》课程教学改革研究与实践[J].教育现代化，2019，6（86）：67-68.

[6]白净，高健，任珂，等.五步教学法提高化工原理实验课程教学质量[J].化工高等教育，2015，32（6）：67-71.