text: 《化工高等教育》| “化工+X”多学科交叉人才培养模式的探索与实践
  袁绍军,李 季,吉 旭,唐盛伟,梁 斌(四川大学化学工程学院,四川成都610065)摘要   随着新兴产业的兴起，传统的化工行业也衍生出新的产业领域和方向。新能源、新材料、信息等行业对化工专业人才产生了大量需求。四川大学化学工程学院在新工科建设中，将化工与材料、化工与能源、化工与环境、化工与信息技术进行交叉融合，开展化工类专业多学科交叉人才培养模式探索与实践，建立了“化工+X”多学科交叉人才培养新机制，提出了一套“化工+X ”多学科交叉人才培养的创新模式与方法，为综合性大学的传统工科专业改造升级提供了一条可行的路径。关键词新工科;化学工程与工艺;多学科交叉人才;“化工+X”模式   2017年教育部提出新工科建设计划，形成了“天大行动”“复旦共识”“北京指南”系列指导文件。新工科建设的目标是建立能适应产业和科技发展需求的人才培养体系。钟登华院士提出，新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多学科、创新型卓越工程人才。目前，新工科建设已成为全国高等工程教育改革的主要方向。事实上，通过多学科融合解决实际工程问题，一直是化工学科发展创新的“智慧之门”。2018年，教育部在四川大学召开的全国 150所高校参加的会议上，发布了《一流本科教育宣言》，为新时代教育改革指明了方向。四川大学基于自身学科发展现状，提出了“医强、文优、理进、工改”的发展方针。其中，“工改”就是指新工科教育改革。在化工学科建设过程中，四川大学化学工程学院将化工与材料、化工与能源、化工与环境、化工与信息技术进行交叉融合，提出了“化工+X”多学科交叉人才培养模式，试图超越传统的学科边界，推动化工学科建设和优化人才培养体系。面对学生多元化发展的需求，为了满足化工产业绿色发展和数字化转型对创新型人才的需要，学院依托教育部首批新工科研究与实践项目，开展了化工类专业多元化人才培养模式的创新与实践，探索了“化工+X”交叉学科贯通式人才培养新机制，总结了一套“化工+X”多学科交叉人才培养新 模式与新方法。   化工学科的研究与应用涉及化学、数学、物理、工程、人文、经济等多门学科的内容。随着社会经济的发展，化工学科实现了融合创新，先后衍生出了化工机械、有机化工、高分子化工、材料化工、食品化工、生物化工、环境化工等交叉学科和研究方向。为适应新技术与新经济发展的需要，进一步综合多学科的工具、技术和方法形成交叉学科体系，成为教育界的共识。因此，四川大学从以下三方面的需求出发，开展“化工+X”多学科交叉人才培养模式改革，以推动化工学科持续发展。   当前，新兴产业不断出现，传统化工行业也陆续衍生出新的产业领域和方向。新能源、新材料行业对化工专业人才产生了大量需求。这些行业领域宽广，其产业特点不同于传统的化工产业。原有传统教学模式下培养的化工人才不能满足新兴产业的需求。为了应对新一轮科技发展带来的产业变革与挑战，满足新兴产业对交叉创新型人才的需求，高校有必要探索“化工+X”多学科交叉人才培养模式。   随着科技的进步和社会的发展，我国化工产业迫切需要进行转型升级和技术革新。化工产业逐渐走向绿色化和智能化，这就要求从业人员能够基于大数据、信息流、物料流、能量流等进行优化并开展过程评价。为此，化工专业人才不仅需要掌握化工领域的专业知识，还需要全面掌握化工过程优化、设备与过程的模拟与优化、过程经济性评估等知识。可见，培养具有多学科专业知识的复合型人才是行业发展的新要求。   相较于新兴学科和专业，传统的化工专业吸引力偏低，这在一定程度上会影响生源质量和学生的学习热情。综合性大学的学科门类齐全，这为传统工科专业的转型升级带来了无可比拟的优势。化工学科是典型的“厚基础、宽口径”的学科，在新的历史条件下，需要加强与信息、能源、材料等学科的交叉融合，才能满足化工产业发展的新要求。实施“化工+X”多学科交叉人才培养模式，可以为综合性大学传统工科专业的转型升级提供一条新的路径。   国外在几十年前就开始了工科教育改革探索，致力于为工业领域培养具有较强工程实践能力和创新能力的人才。跨学科的概念也由国外学者提出，他们认为教育改革方案的顶层设计者和实施者不仅要明确学生成功所需的知识和能力，而且要超越以学科为基础的教学方法，融合产业发展需求和无处不在的计算与通信技术，跨越传统学术领域，传播并创新知识体系。麻省理工学院、卡内基梅隆大学、帝国理工学院等高校在研究生教育领域已展开跨学科教育实践，并积累了有益的经验。   教育实践证明，学科之间的相互联系正日益加强，化工与材料、化工与能源、化工与环境、化工与信息技术的交叉融合逐渐深入，科学创新与技术应用所产生的知识已经超越了传统的学科边界。在此背景下，教育工作者要深入探讨如何跨越不同学科思维的界限，思考教育、科学以及工程实践的核心问题，优化高校化工类专业多学科交叉人才培养体系与模式。四川大学化学工程学院“化工+X”多学科交叉创新人才培养模式改革的路径有以下三种。   学院通过调研化工、材料、能源等领域的发展方向及人才需求，明确相关产业低碳化、绿色化和智能化发展对化工专业人才的要求。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中明确提出要创新人才培养模式、探索多种培养方式，并剖析不同交叉学科方向人才培养的目标、深度、难度及可行性。针对各领域涉及的学科交叉深度的不同，学院设置了“化工+X”的培养方案，具体包括“化工+X方向”宽口径型人才培养方案及“主修化工+辅修X”深度创新人才培养方案， 全面落实“立足基础、面向工业、服务社会”的“化工+X”多学科交叉人才培养。   学院基于自身化工科研特色和师资队伍结构，在化学工程与工艺专业设置了低碳技术与绿色化工、新能源与材料化工、大数据与互联化工三个微专业方向进行多学科交叉人才培养。学院还重构了专业课程教学体系并修订培养方案，基于OBE理念，以“化工+X”多学科交叉人才能力与素质要求为出发点，构建了以能力培养为导向的课程教学体系(见图1)，通过不同模块的教学逐步提升学生的专业核心能力、交叉学科基本能力和综合能力，以及家国情怀、批判性思维、国际视野、可持续发展意识和创新创业能力。   学院依托新建的卓越工程师教育训练中心，强化“化工+X”多学科交叉人才的大工程观和创新创业能力培养，并建设了跨学科实践平台。图2展示了“化工+X”跨学科实训平台的建设思路，该平台涵盖大数据与互联化工方向涉及的计算设备、工业大数据平台、数字孪生系统、 CPS 系统、可视化设施，绿色与低碳化工方向涉及的创新贯通式低碳化工实训平台和清洁磷化工实训平台，以及新能源与材料化工方向涉及的创新性实验训练平台等。   “化工+X”多学科交叉人才培养模式体现了“化工+新理念”“化工+新体系”“化工+新方法”的内涵，给出了“化工+X”多学科交叉人才培养的目标与方案，以及具有创新性的培养计划和课程体系。针对化工数字化转型对“化工+工业互联网”交叉人才的需求，学校首创了全国互联化工交叉试验班(专业代码:081301)，于2020年开始招生;新建并改造了38门多学科交叉融合课程，编著(改编)出版了12本新教材，建设了3个校内多元化人才培养实训平台和20个创新实验项目，建立了3个国家级、15个校级多元化人才培养实践基地;创办了全国“互联网+化学反应工程”大学生课模设计竞赛和大学生互联化工设计竞赛。该模式不仅得到本校学生的认同，显著提升了他们的专业自信心、学习积极性和学习效果，还通过论文发表、会议交流、现场观摩等途径得到国内其他化工高校的广泛关注与认可，产生了引领和示范作用。   为顺应新一轮产业变革的趋势，服务国家发展战略，四川大学化工学院坚持OBE理念，从培养多学科交叉创新人才出发，广泛调研、科学论证、试行试点，对“化工+X”人才培养模式的内涵进行全面阐述，进而构建了“化工 +X 方向”宽口径人才培养体系，如图3所示。   “化工+新理念”是指将绿色低碳、均衡可持续发展的理念融入课程思政、工程伦理教育以及专业知识传授的过程中，创设多学科交叉的专业方向，培养有理想、有道德、有担当、有能力的多学科交叉创新人才;“化工+新体系”是指根据产业链融合的新模式，面向化工、能源、环保、材料、医药、冶金、轻工、信息、金融等行业的需求培养人才，创新专业方向、培养方案、课程体系与教学方法，提升学生的综合能力和交叉创新意识，拓展学生的职业发展路径;“化工+新方法”是指借助信息技术，建立基于“化工原理+数据+算法+算力”的化工领域知识传授方法与机制，完善培养目标，丰富课程内容，培养学生适应未来发展变化的能力。   2016—2018年，化工学院组织本院老师、外校同行、行业专家和教育部高等学校化工类专业教指委委员进行多次研讨，对化工专业的人才培养方案和课程体系进行了多轮修订，确定了教学计划表，如表1所示。学院于 2017 年正式设立了低碳与绿色化工、新能源与材料化工、大数据与互联化工三个微专业方向，通过模块化课程教学强化学生专业能力与学科交叉能力的培养。学生在大一期间主要接受通识教育和专业基础教育，进入大二时自主选择一个微专业方向进行学习，接受交叉学科专业教育，在修满该方向12学分的课程后可获得相应证书。   2019年，化工学院与软件学院联合创办了全国第一个面向智慧化工发展的互联化工交叉试验班，明确了人才培养目标，完善了“化工+信息”交叉课程体系，并建设了实习实训平台、设置了“双创”实验和毕业论文等环节。2020年，该试验班开始独立招生，人才培养模式如图4所示。试验班2020年的第一志愿录取率达50%，2021年的第一志愿录取率约为90%，2022年的第一志愿录取率达到100%。   化工学院整合化工、软件、过程装备与控制、生物制药方向的师资力量，共建设了38门学科交叉融合课程。课程设置既体现了化工学科的主干和核心地位，又强化了与其他学科的交叉和最新科技成果的融合，涵盖绿色化学与生物质的化学加工、节能减排与清洁生产、化学能源储存与转化、先进炭材料基础、互联化工概论、Python语言与化工智能化、工业大数据原理与应用、化工企业信息化技术等课程。学院在教学方法和形式上也积极寻求突破，采用微课、慕课、私播课等多种授课方式，深受学生喜爱。特别是面对化学工业发展中的资源、环境、能源以及气候变化的挑战，学院开设了工程伦理课程，同时在课程思政教育中强调绿色发展理念，启发学生运用所学专业知识发展绿色工程技术。   由于交叉学科课程教材缺乏，学院教师结合科研成果，共编著或改编了12册新工科教材。其中，《化学工业信息化技术概论》是国内第一本面向化工行业系统介绍信息技术架构及其应用的教材，被教育部教指委指定为推荐教材;《化学工业智能制造:互联化工》是面向化学工业智能制造的第一本新工科精品教材，影响广泛;“十二五规划教材”《化学反应工程》是国内外影响较大的教材的改编版本，融入了多学科的知识和研究方法。   为了强化学生的工程实践能力，化工学院建设了不同专业方向的多学科交叉人才培养实训平台，创新了化工安全与智能化、化工大数据、贯通式低碳化工、清洁磷化工、膜科学与微流控等实验体系，如图5所示。学院新开了20个创新实验，设计和开发了一批拥有自主知识产权的专业实验设备，并对传统的化工原理、化工工艺实验进行了整合和升级。其中，面向二氧化碳捕集、吸附和应用的实验项目符合“双碳”目标的要求，受到学生的欢迎和同行的关注。   学院还与多家企业共建了3个国家级工程实践教育中心和15个实习基地，涵盖天然气化工、石油炼化、新材料、精细化工、制药、智能制造等多个领域，这对化工类专业多学科交叉人才的培养起到了重要作用。   为了培养学生的创新意识和多学科知识综合应用能力，化工学院于2016年创办了两项交叉学科竞赛，即全国“互联网+化学反应工程”大学生课模设计竞赛和大学生互联化工设计竞赛。这两项竞赛鼓励学生运用数字化技术等多元化手段解决传统化工问题，吸引了全国50家以上的高校参与，具有广泛的影响力和示范效应，推动了学院的教学创新发展。同时，学院还鼓励学生参加化工设计竞赛、化工实验大赛、中国大学生Chem-E-Car竞赛、“互联网+创新创业”大赛等多项赛事，锻炼学生解决复杂工程问题的能力，帮助学生形成大工程观。学生在竞赛中取得了优异成绩，获得化工设计大赛全国金奖等多个奖项。   四川大学化工学院基于新兴产业和化工产业绿色化、智能化发展对化工类专业人才的新要求，通过创新人才培养思路构建、创新人才培养模式探索和创新实践平台建设等途径，构建了“化工+X”多学科交叉人才培养模式，提出了“化工+X”多学科交叉人才培养目标与方案，制定了创新性的培养计划和课程体系，针对化工数字化转型对具有“化工+工业互联网”交叉学科背景的人才的需求，创立了互联化工交叉试验班。在此基础上，学院将在以下几方面持续探索“化工 +X ”多学科交叉人才的培养。   一是优化人才培养方案，注重学科交叉人才培养，凸显新工科特色。基于产业发展需求和学校多学科优势，学院将进一步优化“化工+环境”“化工+信息”“化工+能源”等交叉专业方向的人才培养方案，形成一整套适应新工科建设的创新型人才培养计划、课程体系、教学方法和 考核模式。   二是创新教学方式，提升教学质量。学院将以探究式小班化教学为抓手，推动教学方式改革，全面开展启发式教学、互动式交流、探究式讨论、全过程考核。   三是打造完备的实践教学平台，全面践行“卓越计划2.0”的人才培养理念。学院将继续强化学生实践能力培养，构建多元化工程创新人才培养团队，联合企业制定工程实践教学目标和方案。   四是建立专业竞赛和创新平台，全面提升学生的综合创新能力。学院将继续强调以赛促教，不断强化学生的大工程观和解决复杂工程问题的能力，将创新创业教育纳入人才培养环节，完善“双创”实验课程体系、创新创意实验培养计划，鼓励学生参加各类工程实践大赛。   五是搭建国际化平台，开阔学生的国际视野。学院将联合国外著名大学开展合作办学，继续优化高端外籍教师来校授课的相关政策，鼓励学生积极参加校内的浸入式国际化教学。   六是优化人才培养评价机制。学院将研究制定多学科交叉融合能力达成度评价标准和考核办法，建立完善的质量监控体系。（编辑：李丽妍）参考文献[ 1 ] 李明磊,杜娟,王传毅,等.新工科:政策实践与研究进展[J].高等教育研究学报, 2020 (1): 60-65.[ 2 ] 张凤宝 . 新工科建设的路径与方法刍论——天津大学的探索与实践[J].中国大学教学,2017 (7):8-12.[ 3 ] 吴岩.勇立潮头,赋能未来——以新工科建设领跑高等教育变革[J].高等工程教育研究,2020 (2):1-5.[ 4 ] 金东寒.深化拓展新工科建设培养新时代卓越工程师[J].中国高等教育, 2022 (12):12-14.[ 5 ] 吴爱华,侯永峰,杨秋波,等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究,2017 (1):1-9.[ 6 ] 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.[ 7 ] 郭哲,王玉佳,王孙禺.聚焦专业认证改革提升工程人才培养质量——“评估认证与中国高等工程教育质量保障座谈会”综述[J].高等工程教育研究,2021 (6):196-198.[ 8 ] 尹德洪.影响大学生学习积极性的因素分析——基于《成都宣言》的思考[J].科学大众(科学教育),2019 (3):167-168.[ 9 ] 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