依托科研项目提升化工专业学生解决复杂工程问题的能力

刘 涛 焦发存 张元春

（安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001）

0 引言

当今世界面临各种发展机遇，同时也面临着来自生态环境破坏、人口增加、资源匮乏、能源短缺等方面的挑战。培养具有全球视野、征服挑战的工程科技人才，是世界高等工程教育的重要使命。对于国内教育来说，提高教育教学质量是高等教育追求的永恒目标，基于工程教育专业认证的大背景下，国家对应用型人才提出了新的要求，培养和提升其工程实践能力是高校重要任务之一。2016年中国正式加入《华盛顿协议》，此协议是工程教育本科专业互认协议，可以促进工程学位互认，而这种互认是通过工程教育认证体系实现的。工程教育协议有助于促进工程教育质量的提高，按照协议要求解决复杂工程问题是工程教育认证的核心，也是应用型人才培养亟待解决的核心问题之一。

复杂工程问题具有两个明显的特征：（1）必须运用深入的工程原理经过分析才能解决；（2）需要涉及多方面的技术、工程和其他因素。化学工程与工艺专业（化工）属于技术性、综合性、通用性很强的专业，目前该专业的本科生所能从事的工作方向愈来愈广泛，从过去的宏观层次逐步转换到介观、亚微观、微观、大宏观层次。研究层次的拓展使得“复杂工程问题”解决的难度变得更大。另外，随着化工生产智能化（将电气、信息、能源等现代化技术用于化工生成）以及管理信息化，化工行业对人才也提出了更高的要求，不仅需要专业知识丰富，也需要具备创新思维、实践能力强的技术人员。因此，当前化工行业的发展对化工专业学生解决复杂工程问题的能力提出了更高的要求。本文论述了科研项目在安徽理工大学化工专业本科生培养中的重要性，科研项目有助于提升学生解决复杂工程问题的能力，研究成果可以为其他化工专业教育体系改革的高校提供参考。

1 提升学生解决复杂工程问题能力的范例

传统“课程导向”的化工课程体系，注重系统知识的构建，但不注重学生学习成果，而“学生中心、成果导向、持续改进”的工程教育认证理念开始逐步融于我国教育教学改革中。为了推动化工专业教育体系改革，提升学生解决复杂工程问题的能力，很多学校也积极采取了具体措施。例如，韶关学院通过学科竞赛，将竞赛成果积极转化，形成相关自动化专业实践课程的案例，提升学生实践能力、创新能力；把学科竞赛中涉及到的复杂工程问题融入实践教学过程中，可以让学生逐步建立工程项目的思考方式，渐渐达到工程教育认证体系中所要求的解决复杂工程问题的能力。中北大学以项目（工程产品开发）为承载媒介，以成果导向为考核方式，建立了具备应用场景的实践教学体系，取得了一定的效果。华南理工大学通过增加创新创业实践模块以及建立校企联合实践教学基地，来增强化工专业学生的创新能力和工程意识，为提升学生解决复杂工程问题能力做好了铺垫。湖南大学将复杂工程问题分解为“技术因素”和“非技术因素”，并按工程基础知识应用能力、专业技术能力、工程能力与处理3个层级，分层次逐次完成。广州大学机械与电气工程学院教学方式采用同步研究性教学，同时借鉴企业工程项目实施流程进行实践训练，确保学生解决复杂工程问题的能力得到有效提升。兰州交通大学通过“1+2+3”创新教育方式提升学生解决复杂工程问题的能力，教学实践中学生的实践能力得到了很大提升。武汉理工大学通过设计类仪器系统综合训练，结合课程反馈优化课程实践设置，有效的锻炼了工科大学生解决复杂工程问题的能力。从以上例子不难看出，为了提升学生解决复杂工程问题的能力诸多单位都在培养过程中引入了实践环节。

2 科研项目在学校化工专业学生培养过程中的重要性

虽然很多学校提出了诸多有效措施来提高学生解决复杂工程问题的能力，然而这些方法可能并不适用于安徽理工大学化学工程与工艺专业。安徽理工大学化学工程与工艺专业成立于1997年，该专业面向国家化工行业和安徽省经济社会发展需求，培养能够在化工领域从事生产管理、科学研究、工程设计和技术开发等工作的复合型工程技术人才；该专业以煤化工和煤炭清洁高效利用为办学特色。安徽理工大学当前正在谋划“双一流”高校建设，开展以解决实际问题为目标的科学研究是“双一流”高校建设目标的重要抓手。因此，基于安徽理工大学的实际情况，提升学生解决复杂工程问题的能力不应该脱离科研项目的引领。

化工专业方向的科研项目中大多都包含工程知识（基本理论、专业知识）、方案设计、实验操作（如样品制备、组分测定等）、数据采集（如色谱分析、热重分析等）、数据处理与分析（Excel、Origin等）、现代工具（如模拟计算软件Aspen Plus、量子计算等）使用等方面的要求，并且要求能够就项目中的复杂问题与同行业的人进行交流（会议交流、各阶段的项目进展报告），还需要能够与团队或项目中的人员进行协作（项目中不同研究内容之间的对接）。同时有些科研项目还需要评价项目与社会、安全、健康、法律等方面的关系。综上，不难看出科研项目的完成也包含复杂工程问题的解决，并且能够与工程教育认证的大多要求相契合。

例如，毕业要求中提出的工程知识的要求：具有本专业所需的数学、化学等自然科学知识，掌握化学工程、化学工艺等学科的基本理论、专业知识，能够用于解决复杂工程问题，这与化工专业方向科研项目对基本知识、基本理论的要求是一致的。其毕业要求中提出的问题分析：能够应用化学工程与工艺相关的数学、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，这与科研项目中问题（科学问题凝练、解决方案探讨与分析、实验结果的分析与总结）的分析方法是一致的。强调学习能力也是毕业要求中提出的重要一点，这在科研项目中也得到了很好的体现，因为当下科技发展迅速，很多科研项目都紧跟时代步伐，具有很强的前瞻性，学生在科研项目中必须能够自主学习和掌握新的知识（理论知识需要）和新的技能（项目开展过程中的表征分析等）。科研项目与复杂工程问题在解决思路上也有很多一致的地方，复杂工程问题和科研项目都不能用常规的方法解决，也不能用单一的或多门专业课的知识来解决，并且有些时候难以定位其具体属于哪类知识或专业课。

3 基于化工方向科研项目的培养机制

科研项目相比单一的“专业课题目”更加复杂，科研项目的完成包含了诸多方面的因素，主要包括三个方面的因素：科研知识、科研能力、科研精神。这三个大的方面又可以进行细分，科研知识不仅包括化学工程、化学工艺等基本理论、专业知识、数学知识，还包括健康、安全知识；科研能力包括学生的逻辑思维、动手操作能力、化工专业知识的运用能力、提出问题的能力、自学能力等；科研精神包括求实精神（实事求是、坚定不移的追求真理）、坚持不懈追求真理的精神、创新精神（积极探索、努力开拓）、自律精神（诚实守信、遵纪守法）、协作精神（团结协作、谦虚宽容）等。不难看出，化工科研项目包含的要素非常多，对于本科生而言，很难驾驭和较好的完成。很多时候学生更倾向于直接根据教师的布置完成一些实验，不能通过项目中的问题自行探索解决方案。例如，项目中某条研究内容提出要探究某种现象的变化规律，学生可能会不知道从哪个角度去探究这些问题，因为需要从复杂的工程问题中解析并获取信息。然而，目前缺乏将化工学科科研项目解析为本科生可接受方式的机制，并且缺乏相应的基于本专业科研项目的培养机制。因此，为了建立基于本专业科研项目的学生培养机制，应从以下三个方面入手。

3.1 适用于化工专业本科教学的化工类科研项目解析方法的建立

将化工类科研项目分解为三个大类科研知识、科研能力、科研素养；并结合本校化工专业的特点，对三个大的方面进行分解，从科研项目底层的结构进行解析，并横向对比不同项目，寻找不同项目的共性问题，建立相应的解析方法。只有将科研项目解析与细化，并明确科研项目所需要的知识和能力，学生们才能更好地理解并进行操作。

3.2 科研项目不同要素与毕业要求中复杂工程问题内涵的对应关系的建立

在解析方法建立的基础上，将解析后的科研项目的不同要素与复杂工程问题进行对比，来获取复杂工程问题的内涵，建立科研项目不同要素与复杂工程问题内涵之间的联系。要建立对应关系，最重要的就是要明确科研项目的目标，这样才能实现科研项目的目标与毕业要求的目标相对应。

3.3 基于化工类科研项目的化工专业本科生培养方式的确立

结合本专业的原有的培养方式，从文献调研、方案设计、数据采集与解析、项目讨论、成果展示、成果考核与评价、质量监控等方面入手，建立合适的培养方式。在培养过程中，通过设置与课程相关的科研项目，对重要的知识进行强化，在实践中掌握知识。其中，最重要的就是建立本科生科研项目实施过程的质量监控机制。基于科研项目不同要素的分解，明确各要素执行过程中的质量要求，通过科研项目分解、过程监控、质量评价促进培养目标的达成。通过健全管理制度、规范科研项目的管理过程、建立科研项目分解后不同要素的质量标准。

4 结语

“双一流”高校的建立离不开科研，以科研项目为依托不仅能够更全面地提升学生解决复杂工程问题的能力，还有助于缓解目前研究生能力不足的问题，有助于学校和专业的发展。将科研项目进行解析，能更有效地了解科研项目底层的结构，建立基于科研项目的化工专业本科生的培养机制，进而全面提升学生解决复杂工程问题的能力。