人工智能时代基于EIP-CDIO理念的化工专业人才培养的改革研究与实践*

赵天宇，王 霞，吕玲玲，张建斌，安子博

（天水师范学院 化学工程与技术学院，甘肃 天水 741001）

随着以“互联网+”、人工智能、大数据、物联网、云计算等为代表的新技术、新应用、新业态的快速发展，新一轮的技术革命和产业变革给我国现代工业转型升级带来了巨大的挑战和难得的机遇。国家全面推进“互联网+”“国家大数据”和“一带一路”等计划的实施，加快产业发展方式转变和结构调整升级。高校工程技术人才的培养已经不能满足经济社会快速发展的需求。高等工程教育的改革势在必行。2017年以来，教育部积极推动新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等一系列纲领性文件［1-3］，并相继颁布了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》和《关于新时代振兴中西部高等教育的若干意见》等文件，要求全力探索工程教育改革，形成契合新时代中国教育国情的新工科人才培养经验和模式。

地方高校在新一轮技术革命和产业变革中肩负着服务区域经济社会发展的重担，主要是提供科技支撑和智力保障。因此，地方高校要紧密结合新时代下区域经济发展和地方企业对人才培养的现实需求，明确新工科人才的培养方向。化工行业作为国家经济领域中的重要基础产业和支柱产业，与制造业在内的各行各业密切关联。物联网、大数据、云计算等新技术在化工领域的逐渐深度融合应用，促使转型升级的化工行业对新工科应用型复合型化工人才需求迫切。因此，地方高校转型亟须进行化工专业人才培养模式的改革，确立适应中国特色工程高等教育环境的新化工人才培养模式。

EIP是指道德（Ethics）、诚信（Integrity）、职业（Professionalism），CDIO是指构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）［4］。EIP-CDIO工程教育理念是将二者有机结合，在强调培养学生职业素养和诚信的同时注重工程项目运行规律，按构思、设计、实现和运作的进阶方式进行学习和实践，是在探索实践过程中形成一种工程教育新模式。笔者以西部某地方高校为例，在分析新工科人才培养的基础上，研究和实施融合EIP-CDIO工程教育理念的化工人才培养模式改革，对培养未来需求的化工专业人才提供一定借鉴。

1 地方高校化工人才培养现状

1.1 人才培养理念滞后，人才培养目标与社会需求脱节

随着人工智能技术与传统化工制造业的逐步高度融合，信息化、数字化和智能化的趋势贯穿于化工生产的研发、设计、生产、运作、销售和服务等各个环节，催生出包括化工新材料、化工智能设备、化工智能运维和绿色化工等新兴化工产业。智能化工人才的培养已成为社会和企业人才需求的愿景，也是传统化工人才培养升级的重要指引。然而，地方本科院校相较于双一流大学的竞争力较弱，转型发展缓慢，化工专业人才培养理念没有与时俱进，没有紧跟人工智能技术发展步伐，导致人才培养模式滞后。另外，地方高校与新兴化工领域的企业的合作不够紧密，地方高校的化工人才培养与产业的发展需求脱节，而智能化工人才的培养少不了企业的参与和支持，导致“产学研用”深度融合机制没有有效达成，“政校行企”多方协作赋能教育没有充分实现。

1.2 课程知识结构陈旧，教学体系数字化转型缓慢，无法满足新工科的要求

在新工科背景下，人工智能、大数据、物联网和云计算等前沿科技涌现，促使传统化工与很多学科交叉融合，也催生出大量的新理论、新技术和新工艺，要求高校实施跨学科课程设置的教育教学体系。然而，地方高校与化工产业的实际衔接不够，在向应用型大学转型升级的过程中缺乏科学系统的顶层设计，导致课程知识结构相对陈旧，课程体系的改革目标和建设方向不明确。近十年来，国家积极推动教育教学的信息化建设。2022年，教育部启动实施教育数字化战略行动，以数字化、信息化全面赋能高等教育高质量发展。地方高校也积极依托慕课开展在线学习、翻转课堂、对分课堂等混合式教学模式改革，但地方高校的化工类“金课”的打造数量和质量依然不足，教学过程中理论与教学脱节，重理论、轻实践的现象仍存在，尤其在化工实践教学中信息化技术的应用探索还很薄弱，导致地方高校教学模式的数字化转型发展速度缓慢。

1.3 创新创业教育缺乏，人才核心素养培养落实不到位

在新工科背景下，创新驱动发展战略推动高校的创新创业教育快速发展。创新型、应用型、复合型卓越工程师人才的培养是高校的重要目标。由于化工生产技术具有复杂性、多样性和风险性等特点，使得化工行业技术密集度高，需要不断创新生产工艺和技术，促使高校在人才培养过程中更加注重学生创新创业思维和能力的培养。但目前地方高校缺乏足够的创新创业教育，化工人才核心素养培养落实不到位。地方高校化工专业创新创业教育的目标定位比较大众化，较多集中在传统石油化工领域，缺乏与时俱进，没有体现新时代化工专业和区域化工行业的特点，使得创新创业教育没有特色，与新工科化工人才核心素养的定位目标存在偏差。另外，创新创业教育是一个持续化的过程，而地方高校化工专业对创新创业教育缺乏足够的重视，创新创业教育课程体系设置单一，基本上只注重理论知识的传授；创新创业的引导和实践环节相对比较欠缺，导致学生对创新创业认识不充分，实际主动参加创新创业的积极性不高，创新创业教育效果不够理想。

2 基于EIP-CDIO理念的应用型高校化工专业人才培养的改革研究与实践

在智能化工时代，地方高校要实现卓越化工人才的培养目标，化工人才培养模式必须符合行业转型升级需要，即积极向信息化及智能化的方向发展。EIP-CDIO工程教育理念与新工科人才培养的内涵具有很强的一致性［5］。笔者在EIP-CDIO工程教育理念的指导下，从3个方面对地方高校化工专业人才培养模式进行改革论述。

2.1 智能化工时代下卓越化工人才培养目标的修订

化工产业信息化和智能化的发展引发了生产组织方式和商业模式的变革。多种新技术、新工艺、新模式与传统化工产业的深度交叉融合是实现智能化工生产模式的必经途径，也是化工产业转型升级的关键所在。化工产业的技术密集性和复杂性使得单纯的化工技术人才很难满足智能化工时代下社会和企业对人才的需求。化工行业急需具有宽口径知识、工程实践能力及创新创业能力突出的卓越工匠人才。地方高校传统人才的培养模式缺乏对相关学科交叉知识结构体系的工程实践体系建立及职业素养的培养。融合工程教育理念的新工科人才培养目标落脚点不实，使得培养的学生对新兴智能化工行业认识不够，学习和实践的兴趣性和积极性不高，缺乏正确的职业规划和社会责任意识，专业内从业意愿不强，导致社会和化工行业对地方高校毕业生满意度不高，学校既没有达成新工科化工人才的培养目标，同时，也造成社会公共教学资源的浪费。

在新工科背景下，地方高校的化工专业人才培养目标需要按照EIP-CDIO工程教育理念的12项标准［6］。立足于自身应用型转型的发展需要，依托区域经济及化工行业的科技优势，坚持以工程实践能力培养为核心，培养具有扎实的化工专业基础理论和丰富的新兴智能化工行业知识，培养具备优秀的家国情怀、工程伦理素养、环保意识和国际视野，培养具有良好的工程设计思维、数字化思维、工程管理思维、实训实践能力、创新创业能力、人际交往与合作能力和自主学习能力，培养具备工匠精神的高素质卓越工程科技人才［7］。地方高校在准确修订化工专业人才培养目标的前提下，优化人才培养方案。人才培养方案应注重将多学科交叉融合的创新性思维和工程教育理念融入人才培养的全过程，突出学生个性化及多样化的培养，提升学生的跨界整合能力、工程技术应用能力及创新创业能力。

2.2 构建多尺度模块化的课程教学体系

为适应智能化工时代的要求，地方高校也应紧随化工产业的发展步伐，以经济社会发展需求和工程实际为导向，重构化工专业课程教学和实践实训体系，优化教学方式。基于EIP-CDIO工程教育理念，地方应用型高校要按照“构思、设计、实现、运作”的工程项目的内在发展规律，强化理论知识与工程实践的内在联系，构建以工程实践能力培养为核心，项目驱动为主线的理论和实践教学体系。在智能化工时代下，地方高校还需要构建人工智能信息化技术在化工产业中的实际应用的教学案例库，将最新化工工程项目化运行的模式应用于专业课程的教学，加强学生熟悉出现的新理论、新技术和新工艺。

按照EIP-CDIO工程教育理念，通过三级项目化管理，构建多尺度模块化的教学体系［8］。一级项目覆盖本科学习阶段全过程，直接针对化工专业人才培养目标和实际行业需求，对应学生入学时的化工专业引导与职业规划，使学生从概念上构思和设计自己的新时代化工人才目标，然后在化工课程学习和实践实训过程中反复体验设计和实现职业规划，最后到毕业论文（设计）完成和毕业生与就业岗位匹配对接来达成项目目的。二级项目是达成一级项目时具体化工专业人才的关键知识和能力培养的实施，针对课程模块和课程群。化工专业人才的课程模块由学科基础课程模块、专业基础课程模块、专业拓展课程模块和能力拓展课程模块构成。其中，学科基础和专业基础课程模块为必修课程。每个课程模块还可以划分为通识教育课程群，化学化工类课程群、自动控制类课程群和计算机类课程群，突出学生专业基础知识和基本技能的培养；专业拓展和能力拓展课程模块又将4个课程群进行部分交叉融合，强调学生工程设计能力、工程实践能力和创新创业能力的培养。为满足新工科背景下对智能化工人才的需求，专业拓展和能力拓展课程模块还需要调整或增加数据库、物联网和虚拟仿真技术应用的课程，并增加实践教学的比重。二级项目的达成可通过模拟局部或者全部的化工产品研发、化工设备和过程开发、化工系统管理、智能化工厂设计的工程项目化实施来进行。三级项目对应各课程模块和课程群下的单个课程或实践环节，通过课程知识点考核和短期实践来体验EIP-CDIO项目化实施，从而强化学生对具体课程理论的学习和相应工程实践能力的提升。另外，基于EIP-CDIO工程教育模式，地方高校的化工人才教学方式也应与时俱进，将数字化技术应用到化工专业教育教学中，优化教学模式。地方高校根据化工专业人才的培养方向和教学目标，利用国家智慧教育公共服务平台、中国大学慕课、超星及智慧树等平台的优质网络资源，大力推动慕课与数字化教育的“建、用、学、管”，实施灵活多变的“线上”或“线上+线下”混合式课堂教学模式，建设更加高效和生动的虚拟仿真实验和云端实验室助力化工实践实训，实现高效、便捷、个性化和智能化的教学新模式。

2.3 搭建多元化校企协作创新平台，深化创新创业教育改革

在新工科背景下，国家、社会和高校对大学生创新创业意识与能力培养的关注达到了前所未有的程度。地方高校要更好地贯彻落实国家创新驱动发展战略，服务区域经济社会发展，完成应用型大学的转型升级。其关键竞争力就是能够及时掌握社会与企业实际需求，充分实现与企业的完美对接，坚持校企协作和产学研结合，落实好学生的实践实训、创新创业和成才就业。

基于EIP-CDIO的工程教育模式，地方高校要与区域化工企业紧密合作，通过搭建多元化校企协作创新平台，加强人才培养和共享、资源共享和成果共享，以项目驱动、重实践操作、以赛促创等方式加强学生创新创业意识和能力的培养，同时还能提升企业的核心竞争能力，解决化工企业转型发展和可持续发展问题。首先，深化产学研合作，加强创新创业理念的渗透。在新工科建设过程中，化工专业人才创新创业教育不断趋向于专业性及实践性。地方高校要在日常教学中加强创新创业教育与经济社会发展趋势的联系，加强创新创业理念的渗透，提早让学生熟知化工行业需求和就业方向，提高学生对创新创业的敏感度和兴趣性；通过深化校企产学研合作，开展“揭榜挂帅”类横向科研项目，释放科技创新潜能，将科研项目传化为创新平台，将学生的创新创业项目转化为可实施的就业项目，推进“产业链-创新链”深度融合，促进学生创新创业能力提升。其次，提升教师能力，培养组建创新创业教师队伍。地方高校的教师一般是博士毕业后直接进入教学环节，实际项目开发实践经验不足，而且创新创业课程教师多是非化工专业的学工和就业部门教师，以理论教学为主，专业性和针对性不足。因此，地方高校需要组织教师参加企业或培训机构开设的创新创业培训，有序安排教师去企业担任科技特派员、企业博士后进行交流锻炼，提高教师实践能力、创新创业意识和能力；还可以通过邀请化工企业管理者或经验丰富的技术人员担任创新创业导师，定期讲创业经历，传授创业经验，组建形成“双创导师”库。最后，建设智能化工产业学院，深化创新创业教育。新工科背景下，各方联动构建创新创业教育体制是今后主要发展方向，校企共建产业学院是校企协同育人的需要，是产教深度融合的体现，更是培养学生创新创业及就业成才的需要［9］。地方高校通过科学有效整合学校和区域化工行业金额企业的优势资源，建设智能化工产业学院，将更加有利于明确校企双方创新型应用型化工人才培养的目标，促进“专创融合”的实践平台建设，科学建立创新创业教育质量的评价机制。

3 结语

在人工智能化背景下，地方高校化工专业人才的培养模式和理念迫切需要改革创新。地方高校要在转型应用型大学的过程中准确定位、科学筹划，在国家战略和政策的引导、支持和鼓励下，紧紧围绕新工科人才培养目标，深入实施立德树人的根本任务，调整优化化工专业人才培养模式，为未来化工行业培养出更多应用型、创新型、复合型高质量人才。