基于学科交叉融合的行业高校化工专业教学改革

袁宁，曹俊雅，刘淑琴，王建兵(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京 100083)

0 引言

自2017 年以来，教育部相继召开了“新工科”建设系列研讨会，推出了系列行动宣言(“复旦共识”“天大行动”与“北京指南”)，并出台了相关政策文件，从此开启了我国高等工程教育发展的新征程。基于学校类型与自身特色，各高校工科专业在三个不同的赛道上(工科优势高校、综合性高校、地方高校)进行差异化定位与建设。作为国内典型行业特色高校，中国矿业大学(北京)(下文简称“本校”)在能源矿业领域具有显著优势。在长期办学过程中，本校化工专业坚守“煤化工”特色，为社会培养了大量优秀人才。然而，“新工科”建设赋予工科优势高校新的建设使命，即要“推动现有工科的交叉复合、工科与其他学科的交叉融合”[1]。以往过窄的“煤化工”专业定位限制了化工专业的发展，阻碍了与新兴学科的交叉融合，这导致培养的人才无法满足新形势下的社会发展与行业需求。因此，亟待对传统行业高校化工专业进行升级改造。

1 行业高校化工专业发展问题

学科交叉为解决行业高校的专业发展瓶颈提供了新思路，它不仅是以往世界一流大学的建设经验，也是现行“新工科”建设的内在要求。例如，麻省理工学院等著名高校通过设置跨学科本科项目、培养方案、课程集群与“世界课程”等方式推行学科交叉；北京化工大学采用学科交叉班的建制系统地推进学科交叉人才培养[2]。基于多学科交叉融合的化工专业改革即是在保持本专业底蕴的基础上，注重与化学、材料科学与工程等传统学科以及新能源、新材料等新兴学科的深度融合，并采用多种方式对专业进行多维度升级，从而提高人才培养质量。

2 行业高校化工专业升级改造

基于学科交叉新思路，本校化工专业从优化重组课程体系、融入课程思政元素、完善实践教学体系、整合创新教学环节以及开设国际化课程组等方面开展了系列改革。

2.1 优化重组课程体系

基于“新工科”建设背景和工程教育认证理念，在新版培养方案的修订过程中，对化学工程与工艺专业课程体系进行了重组与优化，以突出行业高校特色，打破化工与其他学科之间的壁垒，实现学科交叉融合。新修订的课程体系基于化学工程与技术、化学和材料科学与工程三个学科，构建了以“煤化工”为特色，以“能源化工”与“材料化工”为优势专业方向的课程体系。在“能源化工”课程组中，设置了煤化工工艺学、煤制化学品技术、工业催化等课程；在“材料化工”课程组中，设置了材料化学、现代电化学、新型炭材料等课程。同时，强调“厚基础、宽口径”，设置了无机化学、分析化学、有机化学、物理化学等基础化学课程，以及化工流体流动与传热(化工原理1)、化工传质与分离过程(化工原理2)、化学反应工程、化工热力学、化工工艺学、化工设计基础、化工设备、化工系统工程、化工安全与环保、化工仪表及自动化等专业基础课程。为贯彻学校实施书院制的方针，在第一学年进行通识教育，开设了现代化学化工导论。此外，设立了20 余门专业任选课程，包括氢能与燃料电池、纳米多孔材料、固废资源化与生态材料、绿色化学导论等。这些课程融合了新兴学科，突出了学科发展前沿，体现了专业发展特色。

上述课程体系涵盖了化学工程与技术、化学和材料科学与工程等多个学科，体现了多学科交叉融合，从传统的煤化工方向拓展至现代储能技术、先进功能材料、资源循环科学等新兴领域。最终实现新版培养方案的目标：“践行‘明德至善，好学力行’精神，遵循‘家国情怀、精英素养、能源特质’的学校人才培养定位，培养适应国家化学工业及其相关领域现代化建设和民族复兴需求，德智体美劳全面发展，具有社会主义建设使命感、人文素养、团队精神、创新意识和国际视野，能在化工及相关领域，特别是煤化工相关领域从事科学研究、工程设计、技术开发、生产运行与管理等工作的高级素质工程技术人才”。

2.2 融入课程思政元素

课程思政是近年来高等教育改革的新动向，它与思政课程同频共振，共同保障和提升育人效果。作为一门既古老又与现实须臾不可分离的专业，化工类课程中不仅蕴含着丰赡的思政要素，而且很好体现了多学科交叉融合的趋势。在新版培养方案中，设置了“课程‘立德树人’内涵”模块，将课程思政内涵植入每一门课程纲领之中。在课程思政的实施中，不局限于狭义的思想政治，应秉持“大思政”的理念，即从科学人文、工程伦理、环保意识、家国情怀等方面对学生进行灵魂塑造和人格教育[3-4]。同时，课程思政不仅在理论课程中开展，也可以在化工专业实验等实践课程中融入。

近年来，本校化工专业教师积极承担了化工设计基础、化工热力学、有机化学、物理化学等多门课程的校级课程思政建设项目，在建设过程中挖掘课程思政元素，探索思政元素的融入方式，对部分课程的授课课件进行了优化，初步建立了课程思政案例库，并取得了一些成绩，如化工系教师制作的课件荣获北京高校“优质本科课件”申报的案例获得首届全国高等学校本科化工类专业优秀课程思政案例奖项等。

2.3 完善实践教学体系

作为实践性极强的传统工科专业，实践教学在化工专业人才培养中具有无可替代的作用。在新修订的培养方案中，专业类实践教学环节主要包含专业实验、课程设计、综合设计、认识实习、生产实习、毕业设计(论文)等。在学科交叉融合背景下，本专业采用虚拟仿真与线下实践相结合的模式，强调和突出工程实践能力的培养，构建“案例引领，虚实结合”的“一体化、多层级”实践教学体系。首先，在实验课程中削减验证性实验的比例，增设综合性与创新性实验，提高学生解决实际问题的工程实践能力。其次，聘请企业工程师担任兼职教师，建立具有工程实践背景的双师型师资队伍，切实提升学生的实践能力。此外，在认识实习等环节中引入虚拟仿真技术，初步建立了虚拟仿真教学体系，成为本专业实践教学环节的重要组成部分[5]。

2.4 整合创新教学环节

实施创新教育是高等教育内涵发展的必然要求，对深化高等教育改革具有重要意义。不同于其他教学模块，在创新教学环节中，学生的创造性与自主性得以有效释放，参与的创新活动形式各异，呈现出一幅学科交叉融合的动人图景。本专业基于本科生全程导师制与学科竞赛指导委员会，依托专业教师的科研实验室与科研团队，构建了“大创训练—学科竞赛—学术研究”的创新教育体系。

本专业实行大创训练全员参与制度，即所有高年级本科生都参与该创新教学环节。在新版培养方案中，将原大创选题合并到大创训练中，从第四学期开始进行大创训练，共延续三个学期。近期，学校对大创训练进行了改革，所有项目(含一般、重点与规划)在结题时都必须取得标志性成果，包括公开发表的学术论文、授权专利或学科竞赛证书。同时，加大了过程考核力度，对未通过中期考核的学生实行退出制度。期望通过此类举措，切实提高学生的参与大创训练的热情。

学科竞赛不仅能有效培养学生的创新能力，而且可以通过“以赛促教”，对专业实验平台进行升级改造，甚至一些重量级的学科竞赛直接关乎高校的排名。本专业历来鼓励学生参与各级各类学科竞赛，并针对各竞赛分别成立了学科竞赛指导委员会，对学生的竞赛作品进行指导和评议。通过多年积累，本专业学生在各级各类学科竞赛和科研活动中成绩显著。作为北京地区唯一一所连续十一年晋级全国大学生化工设计竞赛总决赛的高校，十次获得全国一等奖。近三年，指导学生获国家级和省部级奖共计126 项393 人次；2018、2019、2021 年三次与清华大学、北京化工大学等蝉联北京市大学生化工原理竞赛团体一等奖。有别于大创训练的全员参与性以及学科竞赛的高度组织化，化工专业本科生参与学术研究在形式上较为松散，且覆盖面小。但是，参与此类活动的学生自觉性很高，对学术研究具有较为清晰的目标，因而往往可以取得较好的成果。需要特别注意的是，由于化工专业的创新教学大多在学校或合作企业的实验室完成，因而在实施过程中要特别注意安全问题，只有安全考试通过的学生方可进入实验室。此外，在本专业课程体系中，特别设置了化学化工文献检索与科技论文写作、化工实验设计与数据处理等理论课程，藉此对学生的创新教学进行引导和规范。

基于前期研究成果，尽管创新教学在实施过程中取得了一些成绩，甚至在某些方面可谓成果丰硕，但仍存在一些不可忽视的问题。这些问题可以从学生、教师、制度三个层面进行审视，由于先前已对此有所反思，兹不赘述[6]。

2.5 开设国际化课程组

高等教育国际化是一种潮流和趋势，尤其是在“一带一路”倡议下，我国正进行产业升级和转型，经济发展更加注重质量。在此背景下，培养学生的全球视野，开展国际化人才培养尤为必要。本专业从多方面进行了国际化教育的实践，其中建设国际化课程是一项重要举措。在修订培养方案的过程中，将原部分双语课程升级改造为全英文课程，并在专业教育中设置了独立的“国际化课程”组。组织具有丰富留学或研修背景的专业教师，开设了“新能源材料与技术”等全英文课程。这些高质量国际化课程不仅有效促进了教师的教学水平，拓展了学生的国际视野，而且紧密围绕专业发展特色，注重与化学、能源、材料等学科的深度交叉融合。同时，化学工程系从“走出去”和“引进来”两方面实施国际化教育。一方面，与多所国际知名大学建立形式多样的联合培养机制，让学生进入世界名校，通过短期交流学习、毕业设计(论文)联培等方式，使学生参与国际化教育，体验与理解多元文化；另一方面，化学工程系邀请国外知名教授开展学术讲座和研讨会。此外，积极组织国际会议，提升专业的国际影响力，如承办了国际煤科学与技术会议，在此过程中，组织化工专业学生参与会议，与国际专家进行面对面交流。国际化教育取得了显著成效，在近年来本专业毕业生中，多人获得国外一流大学的录取通知书。

在实施国际化教育的过程中，面临着一些突出问题和制约瓶颈。首先，全英文授课对教师的外语水平和专业知识储备都具有一定的挑战性。目前全英文教学的师资不足，需要进一步培育或延揽该方面的人才，并进一步组建制度化的国际化教学团队。其次，囿于经费限制，一些国际化培养环节未能取得理想效果，今后应设立专项经费，保障国际化教育的实施。此外，缺乏特色双语教材，不利于开展国际化人才培养；为切实提升教学质量，建议组织中青年骨干教师编写相关双语教材。最后，国内不少同类一流院校已经进行了较为长期的探索，设立了化工国际班，今后应与之对标，适时设立化工国际班，全面提升行业高校化工专业的国际化教育水准[7]。

3 结语

在“新工科”建设的新形势下，中国矿业大学(北京) 化学工程与工艺专业基于学科交叉融合思维，不断优化多学科交叉融合的课程体系，继续深化和做实课程思政建设，整合与完善实践与创新教学环节，同时进一步培育和引进具有国际化背景的师资。通过上述举措，将以往以“煤化工”为特色的传统化工专业升级改造为融合传统学科与新兴学科的新型特色化工专业，保障了人才培养质量。期望我们的专业教学改革实践可以为国内行业高校化工专业的发展提供借鉴。