“化工%2BX”多学科交叉人才培养模式的探索与实践.pdf

特稿与约稿22023年4月第40 卷第2 期“化工十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6 1 0 0 6 5）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“化工十X”多学科交叉人才培养新机制，提出了一套“化工十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；“化工十X”模式Exploration and Practice of the ChemE+X Mode forMultidisciplinary Talent CultivationYuan Shaojun,Li Ji,Ji Xu,Tang Shengwei,Liang Bin(School of Chemical Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,Sichuan,China)Abstract:With the rise of new industry,traditional chemical industry also creates new industrial field anddirection.Chemical professional talents are in great demand in new energy,new material,informationindustry,and so on.Accordingly,School of Chemical Engineering of Sichuan University carried out theexploration and practice of cultivating multidisciplinary talents by interdisciplinary integration of chemicalengineering with material,energy,environment,and information technology in the construction of newengineering,and constructed the new mechanism of ChemE+X multidisciplinary talent cultivation.Thus,a set of innovative cultivation mode and method of ChemE+X multidisciplinary talents was putforward.The results of this study may provide a promising path for the upgrading and transformation of作者简介袁绍军（1 9 7 4-），男，教授，博导，化工系主任；李季（1 9 8 9-），男，博士；吉旭（1 9 6 9-），男，教授，博导；唐盛伟（1 9 6 9-），男，教授，博导，副院长；梁斌（1 9 6 3-），男，教授，博导，副校长。通信作者袁绍军，E-mail：y s j s c u.e d u.c n。*基金项目：四川大学新世纪高等教育教学改革工程（第九期）研究项目-面上项目“基于化工十信息交叉融合培养模式的探索与实践一互联化工微专业建设”（SCU9215）；四川省2 0 2 1 一2 0 2 3 年高等教育人才培养质量和教学改革项目“基于化工十X跨学科交叉创新人才培养模式的改革与创新研究”（JG2021-124）。袁绍军，等才培养模式的探索与实践traditional engineering disciplines in comprehensive universities.Key words:New engineering;Chemical engineering and technology;Multidisciplinary talent;ChemE+Xmode2017年教育部提出新工科建设计划1 1，形成了“天大行动”“复旦共识”“北京指南”系列指导文件2-4。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5。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6 。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门。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”。2 0 1 8 年，教育部在四川大学召开的全国1 50 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9-1 0 ，提出了“化工十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“化工十X”交叉学科贯通式人才培养新机制，总结了一套“化工十X”多学科交叉人才培养新模式与新方法。一、“化工十X”多学科交叉人才培养模式改革的出发点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“化工十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。（一）新兴产业对化工类交叉创新型人才的需求当前，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“化工十X”多学科交叉人才培养模式。（二）化工行业的绿色化和智能化发展对人才知识和能力的需求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。（三）综合性大学传统工科专业转型升级的需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、材料袁绍军，等才培养模式的探索与实践等学科的交叉融合，才能满足化工产业发展的新要求。实施“化工十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。二、“化工十X”多学科交叉人才培养模式改革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人，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，教育工作者要深人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“化工十X”多学科交叉创新人才培养模式改革的路径有以下三种。（一）明确“化工十X多学科交叉人才培养思路学院通过调研化工、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（2 0 1 0 2 0 2 0 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“化工十X”的培养方案，具体包括“化工十X方向”宽口径型人才培养方案及“主修化工十辅修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“化工十X”多学科交叉人才培养。（二）深度探索“化工十X”多学科交叉人才培养模式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“化工十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。（三）持续完善“化工十X”多学科交叉实训和实践平台学院依托新建的卓越工程师教育训练中心，强化化工十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“化工十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、数字李生系统、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。三、“化工十X”多学科交叉人才培养模式改革的成效“化工十X”多学科交叉人才培养模式体现了“化工十新理念”“化工十新体系”“化工十新方法”的内涵，给出了“化工十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“化工十工业互联网”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：0 8 1 3 0 1），于2 0 2 0 年开始招生；新建并改造了3 8 门多学科交叉融合课程，编著（改编）出版了1 2 本新教材，建设了3 个校内多元化人才培养实训平台和2 0 个创新实验项5袁绍军，等多学科交叉人才培养模式的探索与实践化工理论课程工程基础课程专业核心能力工程基础模块实习实训安全环保课程与实践信息课程与实践可持续发展意识工程提升模块新兴工程技术创新创业能力创新创业实践创新创业能力创新创业模块学科竞赛化工+X多学科交叉人才“化工+X”理论课程综合能力综合素质模块“化工+X”实践交叉学科理论课程交叉学科基本能力交叉素质模块交叉学科实践思政课程家国情怀逻辑课程人文素质模块人文课程“化工十X”能力培养导向的课程教学体系贯通式实训柔性平台绿色化工分子设计热力学设备设计工艺设计系统集成反应机理反应动力学模拟试验装备集成技术经济实战内装、电池材料设计多相平衡分析微流控反应器过程系纯优化催化反应机理在线结晶控制相变吸收系统生命周期评价物理化学化工热力学课程体系化工机械设备基础化学反应工程化工过程监测与控制化技术经济有机化学分离工程化工自动化与仪表化工统程近化化学基础化工蒙理化工装置设计化工环保与安全有机材料化学工程安全股益专业有机过程装备环境工程高分子材治金化学化学科学与控制与工艺工程料与工程工程化学材料化工建环高分子图2“化工十X跨学科实训平台建设思路目，建立了3 个国家级、1 5个校级多元化人才培养实践基地；创办了全国“互联网十化学反应工程”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。（一）创新“化工十X多学科交叉人才培养模式为顺应新一轮产业变革的趋势，服务国家发6X”多学科交叉人才培养模式的探索与实践袁绍军，等“化工展战略，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“化工十X”人才培养模式的内涵进行全面阐述，进而构建了“化工十X方向”宽口径人才培养体系，如图3 所示。“化工+X”化工+能源、化工+环境化工+材料、化工+信息综合能力明确需求计算思维、创新能力持续改进行业产业发展规划管理能力、国际视野化工及相关行业人才需求学生个人发展及家长期望人才培养目标培养方案师资队伍创新实践教学方法培养机制图3“化工十X宽口径人才培养体系“化工十新理念”是指将绿色低碳、均衡可持续发展的理念融人课程思政、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；“化工十新体系”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；“化工十新方法”是指借助信息技术，建立基于“化工原理十数据十算法十算力”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。2016一2 0 1 8 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2 0 1 7 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，进人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1 2 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“化工十信息”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。2 0 2 0 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2 0 2 0 年的第一志愿录取率达50%，2 0 2 1 年的第一志愿录取率约为9 0%，2 0 2 2 年的第一志愿录取率达到1 0 0%。（二）建设“化工十X”跨学科交叉融合课程化工学院整合化工、软件、过程装备与控制、生物制药方向的师资力量，共建设了3 8 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。（三）编写出版新工科系列教材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1 2 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，融人了多学科的知识和研究方法。（四）打造“化工十X”多学科交叉实训平台为了强化学生的工程实践能力，化工学院袁绍军，等.“化工十X”多学科交叉人才培养模式的探索与实践7表1“化工十X多学科交叉人才培养教学计划表开课时间课程分组课程类别课程属性要求学分公共基础课必修17第1 一2 学期按大类招生，通识教育化工专业与制药工程、生物通识模块课程群必修3工程专业使用相同的教学必修25.5专业教育学科基础课计划表选修6公共基础课必修16通识教育必修3通识模块课程群选修6必修10学科基础课选修7第3 一8 学期化工专业使用独立的教学计划表，第3 学专业必修课必修29.5期对化工专业的学生按方专业教育公共选修4向进行分流并开展专业选修12（低碳与绿色化工方向）教育专业选修课选修12（新能源与材料化工方向）选修12（大数据与互联化工方向）跨学科学生自由修读的必修4专业教育跨学科课程实践教育实践环节必修20A.互联化工实习、实训平台B“三全育人双创实验平台数字化关键装置控制可视化大数据优化分析互联化工特色工程模块化五大核心模块与化工安全大数据五项重点培养基于实验数据智能优化本科实践课程平台集成化基于模型智能优化工艺智能化提升五项能力安全预判、应急处理感知能力预测能力协同能力工支持能力图4互联化工交叉试验班人才培养模式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2 0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。8X”多学科交叉才培养模式的探索与实践袁绍军，等.“化工M学生物品存放柜学生物品存放柜化工过程仿真操作可靠性评价磷尾矿酸解 潮酸杂质萃磷酸盐热力 磷酸废水处实验室公用仪器及工艺设计优化与设备在线控制实验取实验学实验理实验全流程稳态/动态数字化模型实验室工作台贯通式实验室实验室工作台工艺安全数据工艺安全数据临态/动态试验数据稳态/动态试检微部CO2捕集实验CO2甲烷化实CO2变压变温CO2等离子体CO2汽液平衡CO2矿化实验验吸脱附实验转化实验实验0000二低碳全流程实训平台锁化工、新能源资源化利用全流程实训平台图5多学科交叉实训平台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1 5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。（五）创办“化工十X”学科竞赛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2 0 1 6 年创办了两项交叉学科竞赛，即全国“互联网十化学反应工程”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、“互联网十创新创业”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、结论与展望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“化工十X”多学科交叉人才培养模式，提出了“化工十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“化工十工业互联网”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“化工十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“化工十环境”“化工十信息”“化工十能源”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，将创新创业教育纳人人才培养环节，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。（责任编辑：李丽妍）（下转第7 0 页）上接第8 页）70李志勤，等.新形势下能源化工专业实验教学改革与探索关联的视角J.化工学报，2 0 2 1，7 2（1 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