化学工程学是直接服务于化工生产及化工技术进步的一门近代工程科学。它诞生于20世纪初,已历经近一百年的发展演变。从诞生至今,化学工程学一直与社会经济中最活跃的泛化学工业密切联系,极大推进了人类社会的工业化进程。自20世纪第二次世界大战后,铜、铁、水泥、石油化工和高分子工业推动了世界经济的振兴,其后多晶硅、有机硅产业、生物化工产业和纳米材料合成技术持续支撑着世界科技和经济的发展。即使是在后工业化社会的美国,泛化学工业仍是国民经济的支柱产业。21世纪世界进入资源稀缺时代,经济可持续发展的核心问题是资源高效利用、循环利用,能源优化利用和可再生能源开发,环境和生态污染的源头防治,这些过程产业化都是以化学工程学为中心学科才有可能发展起来。
化学与化学工程学虽然分属于理科与工科,但却是紧密相关的两个学科。当代化学家研究原子或单个分子在反应中的细节,可以在化学键断裂或成键的飞秒(10-15秒)量级内,对化学反应选择性进行解释和控制,研究分子间作用力,解释物质的相态、性能变化和相互作用,可为化学工程师提供有关化学反应的机理性解释。不仅如此,化学家已突破分子层次藩篱,向高分子、大分子组装迈进,对信息化学的探究也正向产业化延伸。化学工程学家研发大规模合成新物质的过程,对非线性、强耦合的多变量巨系统进行解析和优化设计与控制。当代化学工程学家需要了解物质微观结构和合成反应的瞬态过程,从市场需求出发,设定即将开发产品的特性,根据物质结构与性能的关系,寻找合成的目标产物,使化工研究向更为机理与实用的双方向延伸,将化学家的重要研究成果转化为生产力。化学与化学工程学的贯通和相互作用是新时代的需要。化学与化工学科领域的交叉要求学生必须具有融合从分子水平的化学到大规模制备工程科学的宽阔视野和能力。
二、化学工程学的学科范式
对学科范式(Paradigm)的讨论十分重要,它决定着学科的价值观和内涵,关系到学科创新方向、新的生长点和交叉扩张,影响到学科的吸引力和生命力,关系到核心课程、辅助课程和延伸课程之间的配置,其内容深度、广度以及它们的内在联系等,还会影响教学手段的组织和运用。
1.1915年,美国学者Little提出“单元操作”概念。1921年美国麻省理工学院(MIT)组建世界第一个化工系,决定把机械系的流体力学、传热学和化学系的热力学、动力学、扩散、混合等核心内容加合,确立了“化工单元操作”课程的理论体系。从此化学知识向工程延伸得以完成,标志着化学工程学科的诞生。这是化学工程学范式的第一阶段,可称为单元操作阶段。
2.1957年欧洲第一届化学反应工程学会议界定了化学反应工程学的学科范畴、研究方法等,完成了化学工程科学向动量传递、热量传递、质量传递和反应工程即“三传一反”的新范式演变,为20世纪60—70年代石油化学工业的蓬勃发展奠定了基础。可称为化学工程学范式的第二阶段。
3.自20世纪中叶以来,化学工业规模迅速扩大,计算机技术的融入使多变量、强耦合的大系统分析在化工中大量使用,生物化工等学科边界不断扩展,孕育出多种具有突破意义的化学工程学新范式。第三阶段范式有如下几种不同表达方式:
(1)“产品工程”范式:美国韦潜光教授提出第三阶段范式应跳出原有“过程工程”的藩篱,定义为“产品工程”,以产品性能和物质结构的关系及其产品设计和制造作为主要特征。把“过程工程”与“产品工程”相结合,作为范式似乎是更为全面的创新思路,但从形式上比较,与第一、第二阶段范式的延续性较差。
(2)“三传一反+X”范式:中国科学院院士郭慕孙教授建议保留新范式与第一阶段、第二阶段范式概念的延续性,提出第三阶段范式应是“三传一反+X”,其中X是待定的、可变的和形成中的要素。
(3)“三传三转”范式:清华大学根据化工的研究对象已涉及“物质-能量-信息”三要素的相互作用,提出以“物质传递与转化”,“能量传递与转化”和“信息传递与转化”的“三传三转”为新范式。物质传递包括分子扩散、湍流扩散及流体流动等过程,物质转化包括分子水平的化学反应、超分子间结构的构造与转化、生物分子的代谢与融合等过程。能量传递包括动能传递、热能传递及各种形式能量(如光能、微波、超声、等离子化等)的引入与输出,能量转化包括不同能量形式之间的转化。信息传递包括化工操作中多变量的信息收集、筛选和剔除,信息转化包括各种物流参数的处理、优化、信息反馈等。信息传递与转化同物质和能量传递与转化的优化过程密切关联。以“物质-能量-信息”三要素相互作用为化学工程科学的基础,是化学工程学区别于其他工程科学的本质特征。
三、化学工程教育现状
在明确了化学工程学的范式以后,可以看出,化学工程教育能够激励学生们的事业心,因为化工是人们衣、食、住、行、视、听、享受生活的各方面须臾不可离开的,是可以成就大事业、创造巨大财富的宽阔领域。化学工程教育也可满足学生们的好奇心,对有志于学问的年轻人,可以介入最前沿学科,在生物化工、纳米化工技术、再生能源技术、新一代信息材料、非平衡非线性巨系统的数学应用等科技领域有所作为。
德国化学工业协会(DECHEMA)对几十个国家的大量化工专业人员调查统计显示,美国认为学习化工有很高愉悦度的人占95%,而在中国认为学习化工不愉悦的人却高达33%。这一调查结果不能不引起我们的关注。由于多方面的原因,造成了不少中国家长和学生对化学工业等实体经济领域认知的妖魔化和对虚体经济的盲目追求,严重妨碍了最优素质的中学生进入这些领域。这种错误认识必须澄清,才能防止长此以往对我国经济发展造成的负面影响。
同时,我们也注意到当前我国的化学工程教育呈现出与工程渐行渐远的态势。其根本原因有两点:其一,教师工程背景削弱。大量青年博士和硕士进入教师队伍,对提高教师队伍的学术水平起了很好的作用。但是许多青年工科教师缺乏必要的工程实践经验,在SCI论文、引用因子等适用于理科的评价指标的指挥下,大量工科教师的科研选题容易偏向于基础理论、偏向于软课题,实践性、工程性研究课题数量显著下降,而他们的基础性研究成果又难于找到工程应用转化的机会。其二,工程教育体系弱化。由于实习经费、安全等原因,化工学科学生的工厂认识实习和生产实习越来越流于表面形式,有的甚至被大幅度压缩或砍掉,促使“工程教育”与“工程实践”渐行渐远。急需建立一种机制,使这一现象得到实质改变。
四、以跨学科教育思维构建化学工程学科的教育体系
著名的哈佛大学一贯的教学理念是着力于培养引领世界、具有国际视野的各界领袖人物。但是在哈佛大学越来越有名气的同时,校方却感到他们的学生越来越失去灵魂作用。其自省的结果是哈佛大学自从20世纪70年代起执行的核心课程制过于集中于学术专论,忽视现实问题,致使专业设置内容越来越趋向专门化,而大学毕业生面对的却是要应对越来越宽泛、综合、涉及多种领域的复杂的命题。前车之鉴,后车之缘。为了彻底扭转我国当前化学工程教育远离工程、化工专业学生学习兴趣低的现状,我们主张在对人的培养理念上坚持“综合性、选择性、基础性、灵活性”原则,在广泛普及化学工程学科内涵及作用正确认识的基础上,以跨学科教育思维构建新的化学工程学科教育体系,并给予足够的政策保障。
当前振兴化学工程教育的根本是扭转中国社会对化工的不正确认识,说明它的学科基础是根植于化学、物理、生物的交叉部,研究涉及“物质一能量一信息”这三个重要元素,它是在人类社会进入自然资源稀缺时代、面临严重的可持续发展问题时,对解决资源、能源、环境问题有不可替代的作用,并为之可作出最大贡献的学科之一。
爱因斯坦曾经说过:交叉组合作用似乎是创造性思维的本质特征。通过跨学科的教学和科研模式,可打破学科间隔绝和壁垒,从不同学科视角,研究阐明某一课题的全貌,才能克服基础知识与实践脱节的问题。特别是对于化学工程学科辐射到炼油、化工、冶金、建材、制药、生物化工等许许多多工业领域,跨学科教育更有着关键的作用。
关于跨学科课程设置,密歇根大学曾提出以下形式:(1)合作课程:不同学科领域的教师共同选题、组织和讲授同一命题的不同侧面;(2)整合讲授:通过顶层策划、协调不同的课程以相互贯通的思路分工讲授;(3)协同式课程:两门或以上的独立但相关课程同步讲授,不同视角,定期共同研讨、整合、交流;(4)阶梯式课程:深度不同,可能是相互为先导课程,可以分时段讲授,达到整体跃升;(5)综合式课程:设计可供有共同兴趣的不同系、不同专业采用的选修课,也可通过研讨式授课。使学生关注社会、国家和国际面临的迫切课题,具有社会责任感,提高学生分析和论证实际问题及解决这些问题的能力。
矿产资源开发利用中,矿物分离与富集的依据是有用矿物与脉石矿物之间的物理化学性质差异。这种物理化学性质指的是矿物比重、磁性、电性、表面化学性质等,与这些性质对应的矿物分离与富集方法分别是重力选矿、磁电选矿、浮选等。利用重力选矿和磁电选矿分离与富集矿物的方法受到矿物比重、磁性和电性难以改变的限制,应用范围相对较窄,而矿物表面性质可以通过人为改变,对应的浮选在矿物加工工程得到广泛的应用。可以说,所有的矿物都可以通过浮选方法进行分离与富集。正是由于浮选成为矿物分离与富集应用最为广泛的方法,而浮选的理论基础又是化学,所以化学是矿物加工工程学科的重要基础成为公认的事实,浮选作为矿物加工的主要方法,本身就是化学在矿物加工工程学科中的一种应用,因此,化学教育在矿物加工工程学科的基础理论教育中占有非常重要的地位。矿物和岩石是自然界中天然形成的,具有固定组成的固体化合物,由于成分不同、成矿条件不同,不同的矿物表面性质是不同的,即使相同组成的矿物,由于成矿地点和成矿条件不同也会具有不同的表面性质。对于浮选分离矿物而言,不同的矿物表面性质又有相似之处,矿物与岩石之间、矿物与矿物之间、岩石与岩石之间的表面性质异同,成为浮选分离与富集这些矿物的根本依据。浮选工程中,矿物与岩石的表面性质可以根据需要人为调节和改变,从而扩大需要分离的矿物之间的表面性质差异,实现矿物之间的有效分离。化学是学生需要学习的基础课程,从初中开始,就涉及到化学的学习,直到博士研究生,化学仍然是矿物加工工程学科学生需要继续学习的课程。甚至作为高层次的矿物加工工程学科的教授专家,仍在不间断的学习化学。化学与浮选是不可分的,可以说,无论多么深厚的化学知识,都不能说对于浮选已经足够了。化学有多深奥,浮选就有多深奥。矿物加工工程学科人才培养过程中,化学教育是根本之一,不同层次的人才对应不同程度的化学教育。只有重视化学教育,才能做好矿物加工学科的人才培养。
1浮选是化学在矿物加工工程中的应用
无机化学研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用的一门化学,是化学中最古老的化学分支学科。浮选的对象为矿物岩石,本身就是无机物,矿物的表面性质决定于矿物本身的结构和性质,矿物表面性质的研究离不开矿物内部组成、结构及性质的研究。矿物与岩石的研究将涉及无机化学的所有领域与内容,无机化学成为矿物加工工程学科学生的必修课程。有机化学又称为碳化合物的化学,是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科,是化学中极重要的一个分支。含碳化合物被称为有机化合物是因为以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物(有机体)才能制造;然而在1828年的时候,德国化学家弗里德里希•维勒,在实验室中成功合成尿素(一种生物分子),自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围,扩大为含碳物质的化学。矿物浮选是通过改变矿物表面的疏水性来实现的,而增加矿物表面疏水性的方法是采用含烃基的异极性分子在矿物表面吸附,含烃基的异极性分子就是典型的有机物质分子,研究捕收剂、起泡剂等浮选药剂,将涉及广泛的有机化学。有机化学也是矿物加工工程学科学生的必修课程。物理化学的内容大致可以概括为三个方面:化学体系的宏观平衡性质,以热力学的三个基本定律为理论基础,研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学。溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础,研究原子和分子的结构,物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构,以及结构与物性的规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。物理化学是一门内容丰富,外延广阔的化学,浮选涉及的矿物岩石、矿浆溶液、有机分子以及泡沫浮选气体介质与矿物之间的相互作用等等,都涉及到物理化学。物理化学在矿物加工工程本科课程设置,占有最多的学时数,分两学期学习,是矿物加工工程学科至关重要的一门化学课程。物理化学学习好坏直接关系到浮选学习。物理化学也是矿物加工工程学科研究生入学考试的必考课程。分析化学的内容主要是:物质中元素、基团的定性分析;每种成分的数量或物质纯度的定量分析;物质中原子彼此联结而成分子和在空间排列的结构和立体分析。研究对象从单质到复杂的混合物和大分子化合物,从无机物到有机物,从低分子量到高分子量。样品可以是气态、液态和固态。称样重量可由100克以上以至毫克以下。1931年E.威森伯格提出的残渣测定,只取10微克样品,便属于超微量分析。所用仪器从试管直到附自动化设备并用电子计算机程序控制、记录和储存等的高级仪器。分析化学以化学基本理论和实验技术为基础,并吸收物理、生物、统计、电子计算机、自动化等方面的知识以充实本身的内容,从而解决科学、技术所提出的各种分析问题。矿物加工工程学科涉及的矿物岩石、溶液、有机和无机药剂、矿物加工原料及产品都需要通过分析检测得以定性或定量的描述,理论研究过程中的仪器分析检测,对矿物加工过程中的行为机理也才能进行研究和了解,所以矿物加工也与分析化学密切相关。矿物加工工程学科课程设置中,在本科阶段或者在研究生阶段需要对分析化学进行系统学习。结构化学、高分子化学、络合物化学、电化学、量子化学等是比以上四大化学更加细化的化学分支方向,在进行矿物浮选研究中,针对具体的研究内容和目的,不同程度地将涉及到这些更加深入和细化的内容。为了使化学与矿物加工工程学科结合的更加紧密,在研究生阶段还开设了浮选表面化学、浮选药剂化学、浮选电化学、浮选溶液化学等。尽管在矿物加工工程学科不同阶段开设了大量的化学课程,涉及的化学内容几乎涵盖了化学领域的所有内容,但对浮选的深入研究和理解仍然不够。矿物浮选发展至今,还有大量的浮选理论问题没有解决,浮选工艺的水平还有待提升,进一步强化化学教育和矿物浮选化学研究对矿物浮选的发展具有重要的基础作用。
2各层次人才培养中的化学教育
以技术工人为培养目标的中专和职业教育,由于生源大多是初中和高中毕业生,化学知识非常有限,仅对一些化学基础知识有所了解,特别是初中文化水平的学生,只能了解一些初步的化学现象,因此,在进行矿物加工专业知识教学的过程中,必须补充一些学习浮选技术必要的化学知识。这种化学知识的补充,可以贯穿在专业知识的学习过程中,也可以单独开设简单的化学课程。只有在学生初步了解和掌握了浮选技术必备的基本化学知识以后,浮选技术专业课程的教学才能有效开展,学生也才能真正理解矿物浮选的技术知识。对于以生产技术管理和技术应为目标的专科和本科教育,系统的课程设置已经考虑了化学对矿物加工工程的重要性,无机化学、有机化学、物理化学都是必修课程,学时数占到专业基础课程学时数很大的比例,经过系统的化学知识的学习,学生在学习浮选专业课程时,已经能够较深入理解矿物浮选中的化学问题,也能较好掌握浮选理论和浮选工艺专业知识。在生产技术管理和技术应用过程中,也基本能根据矿石性质的变化,应用所学到的化学知识和浮选理论,分析解决生产过程中出现的一般性的技术问题。以科学研究为目标的研究生教育,为了使学生能够从生产中发现和解决生产技术问题,具备独立从事矿物加工工程领域科学研究的能力,在大学期间学习无机化学、有机化学、物理化学的基础上,还需要进一步学习分析化学。通过分析化学的学习,可以让研究生掌握常规的分析检测技术,了解和掌握科学研究过程中所要使用的现代检测手段,发现、分析和研究试验过程中获得的数据、结果,从而解决科学技术问题。对于博士研究生,是要让他们更深层次理解矿物浮选的机理,培养其创新精神和意识,为此,从电子、原子、分子层面上理解矿物浮选理论是必要的,所以,在已经较好掌握了无机化学、有机化学、物理化学、分析化学的基础上,量子化学的学习和了解对于博士研究生来说是需要的。从以上的分析可知,浮选跟化学是不可分的,浮选实际上就是应用化学的一部分。无论是技术操作工人,还是从而浮选理论研究的博士研究生,不同程度都必须将化学作为基础,没有相应的化学基础,从事浮选技术应用、技术开发及浮选理论研究都是难以想象的。化学是浮选的基础,浮选是矿物加工工程最重要的方法,因而矿物加工工程学科的化学教育是极端重要的。
3重视矿物加工工程学科的化学教育
矿产资源是不可再生的,随着矿产资源的不断开发利用,资源枯竭已经成为制约社会和经济发展的重要问题之一,资源高效利用成为矿产资源开发与利用必须坚持的原则。如何实现资源的高效利用,显然矿物加工先进技术的开发与利用是实现资源高效的重要支撑。矿物加工工程中,浮选是最为主要的方法,而化学优势浮选的基础,通过浮选回收和利用矿产资源,实际上就是利用化学或者表面化学方法回收和利用矿产资源。重视矿物加工工程学科的化学教育问题,才可能从根本上提高人才质量,才能从源头上解决矿产资源高效利用的根本问题。矿产资源开采出来以后,多种资源共伴生,性质复杂,给资源中各种矿物的分离与富集带来了很多困难,为了实现资源的综合利用,只要有价值的矿物,都要进行回收,此时,这种矿物的物理化学性质研究,通过化学的方式改变各种矿物的性质,扩大彼此间性质的差异就成为矿物加工工程学科的重要课题,而所使用的方法基本上都是化学的方法,所以,矿物加工工程学科中的化学,决定着矿产资源的综合利用,也只有重视矿物加工工程学科的化学教育问题,才可能从根本上提高人才质量,才能从源头上解决矿产资源综合利用的根本问题。矿产资源天然形成的,其中的组分有的是对人类社会有益的,但同样存在对人类社会有害的组分,在矿产资源回收利用过程中,高效、综合回收有益组分的同时,处理好有害成分也是矿物加工工程学科的任务。只有解决了有害组分的处理,使得矿物加工过程中和矿物加工以后剩下来无用组分无害于人类和社会,矿产资源才能实现清洁利用。矿产资源中有害组分的处理,首先也必须掌握这些组分的性质,然后通过化学的、物理的方法对其进行分离、无害化处理等,而这些过程也与化学密切相关,所以,矿产资源的清洁利用也离不开化学。矿物加工工程学科的化学教育也是矿产资源清洁利用所要求的。矿物加工过程大都需要将矿石磨细,使矿石中的有用矿物与脉石矿物解离,而有用矿物与脉石矿物的分离大多是在水中进行的,矿物加工工程废水排放成为影响环境的重要问题。当今的矿物加工工程领域,要求选矿废水零排放,确保废水对环境不造成影响。废水零排放意味着废水必须回用,而废水回用将带来对选矿技术指标产生影响的问题,为了尽可能不是回水影响选矿技术指标,必须对回水进行性质研究,有的还要进行适当的化学处理,无论是回水性质的研究和回水的化学处理,都需要涉及化学知识,所以,矿物加工过程中废水对环境的影响、废水回用的处理等都直接与化学相关。矿物加工的环境问题也要求矿物加工工程学科重视化学教育。矿物加工过程中,做好了资源高效、综合、清洁利用,做好了废水的循环利用和实现了废水的零排放,就能实现矿产资源开发利用的可持续发展,而矿产资源高效、综合、清洁利用与废水处理均与化学密切相关,由此看出化学在矿物加工工程领域的重要性,重视化学教育是矿物加工工程学科的必然要求。
改革开放以来,我国共进行了4次大规模的学科目录和专业设置调整工作。第四次修订目录于2012年颁布实施。因2012年颁布实施的普通高等学校本科专业目录中未设军事学学科门类,所以,小编主要针对除军事学之外的12大学科进行介绍。
1、哲学
哲学门类下设1个专业类,4种专业,分别为:
哲学类:哲学、逻辑学、宗教学、*学
2、经济学
经济学门类下设专业类4个,17种专业,分别为:
经济学类:经济学、经济统计学、国民经济管理、资源与环境经济学、商务经济学、能源经济
财政学类:财政学、税收学
金融学类:金融学、金融工程、保险学、投资学、金融数学、信用管理、经济与金融
经济与贸易类:经济与贸易类国际经济与贸易、贸易经济
3、法学
法学门类下设专业类6个,32种专业,分别为:
法学类:法学、知识产权、监狱学
政治学类:政治学与行政学、国际政治、外交学、国际事务与国际关系、政治学&经济学与哲学
社会学类:社会学、社会工作、人类学、女性学、家政学
民族学类:民族学
马克思主义理论类:科学社会主义、中国共产党历史、思想政治教育
公安学类:治安学、侦查学、边防管理、禁毒学、警犬技术、经济犯罪侦查、边防指挥、消防指挥、警卫学、公安情报学、犯罪学、公安管理学、涉外警务、国内安全保卫、警务指挥与战术
4、教育学
教育学门类下设专业类2个,16种专业,分别为:
教育学类:教育学、科学教育、人文教育、教育技术学、艺术教育、学前教育、小学教育、特殊教育、华文教育
体育学类:体育教育、运动训练、社会体育指导与管理、武术与民族传统体育、运动人体科学、运动康复、休闲体育
5、文学
文学门类下设专业类3个,76种专业,分别为:
中国语言文学类:汉语言文学、汉语言、汉语国际教育、中国少数民族语言文学、古典文献学、应用语言学、秘书学
外国语言文学类:英语、俄语、德语、法语、西班牙语、阿拉伯语、日语、波斯语、朝鲜语、菲律宾语、梵语巴利语、印度尼西亚语、印地语、柬埔寨语、老挝语、缅甸语、马来语、蒙古语、僧加罗语、泰语、乌尔都语、希伯莱语、越南语、豪萨语、斯瓦希里语、阿尔巴尼亚语、保加利亚语、波兰语、捷克语、斯洛伐克语、罗马尼亚语、葡萄牙语、瑞典语、塞尔维亚语、土耳其语、希腊语、匈牙利语、意大利语、泰米尔语、普什图语、世界语、孟加拉语、尼泊尔语、克罗地亚语、荷兰语、芬兰语、乌克兰语、挪威语、丹麦语、冰岛语、爱尔兰语、拉脱维亚语、立陶宛语、斯洛文尼亚语、爱沙尼亚语、马耳他语、哈萨克语、乌兹别克语、祖鲁语、拉丁语、翻译、商务英语
新闻传播学类:新闻学、广播电视学、广告学、传播学、编辑出版学、网络与新媒体、数字出版
6、历史学
历史学门类下设专业类1个,6种专业,分别为:
历史学类:历史学、世界史、考古学、文物与博物馆学、文物保护技术、外国语言与外国历史
7、理学
理学门类下设专业类12个,36种专业,分别为:
数学类:数学与应用数学、信息与计算科学、数理基础科学
物理学类:物理学、应用物理学、核物理、声学
化学类:化学、应用化学、化学生物学、分子科学与工程
天文学类:天文学
地理科学类:地理科学、自然地理与资源环境、人文地理与城乡规划、地理信息科学
大气科学类:大气科学、应用气象学
海洋科学类:海洋科学、海洋技术、海洋资源与环境、军事海洋学
地球物理学类:地球物理学、空间科学与技术
地质学类:地质学、地球化学、地球信息科学与技术、古生物学
生物科学类:生物科学、生物技术、生物信息学、生态学
心理学类:心理学、应用心理学
统计学类:统计学、应用统计学
8、工学
工学门类下设专业类31个,169种专业,分别为:
力学类:理论与应用力学、工程力学
机械类:机械工程、机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、机械电子工程、工业设计、过程装备与控制工程、车辆工程、汽车服务工程、机械工艺技术、微机电系统工程、机电技术教育、汽车维修工程教育
仪器类:测控技术与仪器
材料类:材料科学与工程、材料物理、材料化学、冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、复合材料与工程、粉体材料科学与工程、宝石及材料工艺学、焊接技术与工程、功能材料、纳米材料与技术、新能源材料与器件
能源动力类:能源与动力工程、能源与环境系统工程、新能源科学与工程
电气类:电气工程及其自动化、智能电网信息工程、光源与照明、电气工程与智能控制
电子信息类:电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、微电子科学与工程、光电信息科学与工程、信息工程、广播电视工程、水声工程、电子封装技术、集成电路设计与集成系统、医学信息工程、电磁场与无线技术、电波传播与天线、电子信息科学与技术、电信工程及管理、应用电子技术教育
自动化类:自动化、轨道交通信号与控制
计算机类:计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全、物联网工程、数字媒体技术、智能科学与技术、空间信息与数字技术、电子与计算机工程
土木类:土木工程、建筑环境与能源应用工程、给排水科学与工程、建筑电气与智能化、城市地下空间工程、道路桥梁与渡河工程
水利类:水利水电工程、水文与水资源工程、港口航道与海岸工程、水务工程
测绘类:测绘工程、遥感科学与技术、导航工程、地理国情监测
化工与制药类:化学工程与工艺、制药工程、资源循环科学与工程、能源化学工程、化学工程与工业生物工程
地质类:地质工程、勘查技术与工程、资源勘查工程、地下水科学与工程
矿业类:采矿工程、石油工程、矿物加工工程、油气储运工程、矿物资源工程、海洋油气工程
纺织类:纺织工程、服装设计与工程、非织造材料与工程、服装设计与工艺教育
轻工类:轻化工程、包装工程、印刷工程
交通运输类:交通运输、交通工程、航海技术、轮机工程、飞行技术、交通设备与控制工程、救助与打捞工程、船舶电子电气工程
海洋工程类:船舶与海洋工程、海洋工程与技术、海洋资源开发技术
航空航天类:航空航天工程、飞行器设计与工程、飞行器制造工程、飞行器动力工程、飞行器环境与生命保障工程、飞行器质量与可靠性、飞行器适航技术
兵器类:武器系统与工程、武器发射工程、探测制导与控制技术、弹药工程与爆炸技术、特种能源技术与工程、装甲车辆工程、信息对抗技术
核工程类:核工程与核技术、辐射防护与核安全、工程物理、核化工与核燃料工程
农业工程类:农业工程、农业机械化及其自动化、农业电气化、农业建筑环境与能源工程、农业水利工程
林业工程类:森林工程、木材科学与工程、林产化工
环境科学与工程类:环境科学与工程、环境工程、环境科学、环境生态工程、环保设备工程、资源环境科学、水质科学与技术
生物医学工程类:生物医学工程、假肢矫形工程
食品科学与工程类:食品科学与工程、食品质量与安全、粮食工程、乳品工程、酿酒工程、葡萄与葡萄酒工程、食品营养与检验教育、烹饪与营养教育
建筑类:建筑学、城乡规划、风景园林、历史建筑保护工程
安全科学与工程类:安全工程
生物工程类:生物工程、生物制药
公安技术类:刑事科学技术、消防工程、交通管理工程、安全防范工程、公安视听技术、抢险救援指挥与技术、火灾勘查、网络安全与执法、核生化消防
9、农学
农学门类下设专业类7个,27种专业,分别为:
植物生产类:农学、园艺、植物保护、植物科学与技术、种子科学与工程、设施农业科学与工程、茶学、烟草、应用生物科学、农艺教育、园艺教育
自然保护与环境生态类:农业资源与环境、野生动物与自然保护区管理、水土保持与荒漠化防治
动物生产类:动物科学、蚕学、蜂学
动物医学类:动物医学、动物药学、动植物检疫
林学类:林学、园林、森林保护
水产类:水产养殖学、海洋渔业科学与技术、水族科学与技术
草学类:草业科学
10、医学
医学门类下设专业类11个,44种专业,分别为:
基础医学类:基础医学
临床医学类:临床医学、麻醉学、医学影像学、眼视光医学、精神医学、放射医学
口腔医学类:口腔医学
公共卫生与预防医学类:预防医学、食品卫生与营养学、妇幼保健医学、卫生监督、全球健康学
中医学类:中医学、针灸推拿学、藏医学、蒙医学、维医学、壮医学、哈医学
中西医结合类:中西医临床医学
药学类:药学、药物制剂、临床药学、药事管理、药物分析、药物化学、海洋药学
中药学类:中药学、中药资源与开发、藏药学、蒙药学、中药制药、中草药栽培与鉴定
法医学类:法医学
医学技术类:医学检验技术、医学实验技术、医学影像技术、眼视光学、康复治疗学、口腔医学技术、卫生检验与检疫、听力与言语康复学
护理学类:护理学
12、管理学
管理学门类下设专业类9个,46种专业,分别为:
管理科学与工程类:管理科学、信息管理与信息系统、工程管理、房地产开发与管理、工程造价、保密管理
工商管理类:工商管理、市场营销、会计学、财务管理、国际商务、人力资源管理、审计学、资产评估、物业管理、文化产业管理、劳动关系、体育经济与管理、财务会计教育、市场营销教育
农业经济管理类:农林经济管理、农村区域发展
公共管理类:公共事业管理、行政管理、劳动与社会保障、土地资源管理、城市管理、海关管理、交通管理、海事管理、公共关系学
图书情报与档案管理类:图书馆学、档案学、信息资源管理
物流管理与工程类:物流管理、物流工程、采购管理
工业工程类:工业工程、标准化工程、质量管理工程
电子商务类:电子商务、电子商务及法律
旅游管理类:旅游管理、酒店管理、会展经济与管理、旅游管理与服务教育
13、艺术学
艺术学门类下设专业类5个,33种专业,分别为:
艺术学理论类:艺术史论
音乐与舞蹈学类:音乐表演、音乐学、作曲与作曲技术理论、舞蹈表演、舞蹈学、舞蹈编导
戏剧与影视学类:表演、戏剧学、电影学、戏剧影视文学、广播电视编导、戏剧影视导演、戏剧影视美术设计、录音艺术、播音与主持艺术、动画、影视摄影与制作
关键词:工作过程课程;学习情境;学习情境设计;学习情境实施
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)07-0142-02
0引言
基于工作过程课程即行动体系课程,又称为学习领域课程,属于工学结合课程,是与传统的学科体系课程相对应的一种课程类型,是国内外高职教育界所公认的培养学生实践能力的一种较好的课程类型。所谓工作过程教学,就是参照企业生产环境和生产过程,在教学实施过程中采用“资讯-计划-决策-实施-检查-评价”六步骤教学,同时以项目导向、任务驱动的教学模式,以学生为中心,小组合作为基础,真实产品为载体,完成课程的学习性工作任务。
1基于工作过程的《电子电路安装与调试》课程设计理念
《电子电路安装与调试》课程设计时,合作企业(金山电子有限公司)全程参与本课程开发,以电子企业生产一线操作和技术岗位(包括电子产品装接工、调试工、检验员、维修工等)的知识和技能为目标,以电子产品生产过程为主线,针对典型作业流程和作业项目,根据技能类型的层次,构建岗位技能链。采用工作过程导向的课程教学理念,合作企业提供电子产品套件和典型案例作为载体引入到教学过程中,基于工作过程构建教学过程(学习情景),进行系统化的课程设计,形成“教、学、做”一体化的特色课程。
2基于工作过程的学习情境设计
2.1课程开发流程企业调研确定就业岗位群职业分析,典型任务分析确定专业课程体系、《电子电路安装与调试》课程标准教材编写、开发项目专家论证课程实施反馈、修改完善。
2.2《电子电路安装与调试》学习情境设计《电子电路安装与调试》学习情境设计时,尽可能选择完整的电子产品为学习载体,这个载体本身应能够尽可能多地包含课程目标要求的学习性和实践性工作任务,按照电子产品工作流程分解成若干单元工作任务,按照由简单到复杂,从单一到综合的逻辑关系排序,学生每学完一个单元就将该单元电路板与前面所学过的单元电路板拼装在一起,当各个单元工作任务完成后,一个完整的整机项目(即综合性学习任务)也就制作完成,从第一堂课起,学生自始至终都投入到对这个载体(实例产品)的学习、安装、调试和不断改进的实践中,学生的知识和能力也随着产品成果的形成而形成。
合作企业(金山电子有限公司)全程参与本课程开发,提供行业标准、企业规范与大量工程案例、作业指导书、检验规范,管理规范,企业培训资料,设备操作手册、设备维护手册等技术工艺文件,构建组编教学资料。合作企业提品套件,直接作为教学项目载体。
本课程内容分为三个部分:模拟电子技术部分,数字电子技术部分,电子工艺部分。①《电子电路安装与调试》——模拟电路部分的情境设计。模拟电子技术部分设计的情境以音频放大器为主分解了四个学习情境,如图1所示。②《电子电路安装与调试》——数字电路部分的学习情境设计。数字电子技术部分设计的学习情境以频率计为主分解了四个情境,如图2所示。③《电子电路安装与调试》——电子工艺实习部分构建情境9,数字调谐收音机安装与调试。
3教学内容的组织与安排
3.1教学环节设计教学环节包括企业岗位认知实习、“理实一体化”情境教学、校内工艺实训和校外企业顶岗实习。两头在外,中间在内的模式。①企业岗位认知实习:依据课程学习需要到合作企业咸阳金山电子有限公司见习,感知各种电子产品生产系统环境、岗位工作内容和企业管理文化特点等。②理实一体化教学:以学习性工作任务为载体,通过八个学习情境,重点培养学生在电子电路安装调试等方面的专业能力。③校内综合工艺实训:重点培养学生独立工作能力。通过综合性学习情境,在校内电子工艺实训基地,学生分组轮岗,自主完成实际电子产品加工的全过程。
3.2教学情境设计构建集实训设备、理论教学设施、多媒体设备于一体的“教学做一体化”的职业情境教学场所,共构建九个学习情境,即九个完整的工作过程,完成知识传授、小组工作、实训操作等教学、实训与实习功能,使教学模式中的“学生、教师、教学情境、教学内容、教学手段”等几大要素融为一体,实现职业环境中的教、学、做一体化。
3.3学习情境实施以“任务驱动”形式,在教学实施过程中采用“资讯-计划-决策-实施-检查-评价”六步骤教学(情境六步法实施流程如图3),以学生自主学习为主,使学生有计划的学习,有目的的学习,有评价过程的学习,由简单到复杂的完成工作任务,逐步形成职业能力。
资讯环节:首先由教师布置情境任务,下发任务书,在任务书中提出情境的各项技术指标,教师组织学生分组,推举组长,明确职责;同时教师描述工作场景,布置工作任务,分析工作任务;下发任务单等学习资料,提供参考学习资料和引导文。学生分析工作任务,收集整理资料。
计划环节和决策环节:每组组长组织学生讨论;每个学生交流对工作任务的认识及相关知识的分析;分解学习任务难点;制定学习计划和组员分工。各组成员按照计划完成各个学习任务后,组织学习交流讨论;确定解决方案;编写具体实施计划;编制检查单。教师负责组织、答疑。
实施环节:学生决策后,确定试验方案,并提交试验具体实施计划,经过老师审核后,分组进行实施。
检查环节和评价环节:学生组织讨论实施的完成情况和完成质量;总结工作任务相关的知识、技能点;制作汇报文件。学生自评;小组互评;教师对小组、对学生评价。学生整理资料。
4课程考核评价的设计
《电子电路安装与调试》课程教学考核评价注重职业能力考核,根据任务完成、项目实施情况等综合评定。主要包含以下几方面:①学生学习积极性和阶段学习效果评价(考勤、课堂表现、单元考核成绩);②自主学习能力评价(独立完成作品);③表述能力评价(课堂发言、讨论);④团队合作及协作学习能力评价(项目合作);⑤综合能力评价(操作考试)。
5总结
采用工作过程教学,在传承传统教学模式优点的基础上,同时对传统教学模式进行改革、创新,设计出基于电子产品生产过程的情境教学模式,通过情境设置、行为活动,引导学生在认知中去体验,去实践,使学生经历完整的工作过程,从“学会”到“会学”,培养他们的专业能力、方法能力和社会能力。基于工作过程经过在我院三届应用电子技术专业试点,学生的电子技能普遍较好。
参考文献:
[1]姜大源.工作过程导向的高职课程开发探索与实践—国家示范性高等职业院校课程开发案例汇编[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2]卢庆林.模拟电子技术[M].重庆大学出版社,2008,3.
关键词:工程型培养模式创新与实践
中图分类号:G40-01文献标识码:A文章编号:1674-098X(2014)08(b)-0173-02b
电子信息工程型人才培养模式由一个核心、三个层次、三条主线、六个方向构成:
一个核心就是以培养掌握“工程控制论”的具有系统思维方式、工程实现方法的人才为核心。
三个层次是:(1)以专业基础课教学为前导、专业课教学为重点的工程知识基础构建层面,奠定工程实践的理论基础;(2)以课程设计为兴趣引导、实习环节为能力强化的工程应用基础提升层面,积累工程实践的经验方法;(3)以大学生创新性试验计划项目、专业技能大赛为契机、毕业设计为过程的工程问题分析解决凝练层面,形成工程型人才的创新能力。
三条主线是:(1)以电子电路为脉络的传感器适配与功能驱动分析设计的教学实践主线;(2)以信号处理为脉络的微控制器与可编程器件分析设计的教学实践主线;(3)以网络通信为脉络的嵌入式系统与数字通信分析设计的教学实践主线。
六个方向包含三个应用基础研究方向和三个产品应用研发方向:(1)光电传感检测机理研究方向;(2)全数字电视架构研究方向;(3)在系统可编程芯片研究方向;(4)汽车电子应用研发方向;(5)网络终端应用研发方向;(6)智能家居应用研发方向。
电子信息工程型人才培养模式的实践遵循目标明确、脉络清晰、标准科学、约束合理、方法优化、过程完整、途径有效的原则来进行,通过各环节之间的关联,及时反馈调整,达到成效显著的目的。
1工程型人才培养模式
电子信息工程型人才培养模式的创新与实践,本着培养高素质工程型人才的目标,按照下列流程进行实施。
1.1理清人才培养标准与实际教学操作的关系
电子信息工程型人才的培养标准:
(1)具备工程背景――了解工程问题的特征:可实现性、可操作性、高可靠性、高稳定性、高性价比。
(2)具备工程基础――掌握扎实的工程问题解析理论与技术。
(3)具备系统思维方式――形成系统的工程问题分析与解决思路。
(4)具备工程实现方法――强化工程实现能力与构建工程实现的科学方法。
实际教学操作的任务:
(1)传道――讲解工程问题分析机理。
(2)授业――教授工程问题解决方法。
(3)解惑――解释工程问题的相互关联与系统解决途径。
(4)答疑――提升独立思考与解决问题的能力。
培养标准与教学操作的关系:
培养标准是数学期望,教学实践是逼近过程,学生是教学对象主体,教师是教学控制算法,培养模式是过程优化的约束,教学效果是算法实现的性能指标。
形象的说:工程型人才培养过程就是一个自适应滤波器的工作过程。
1.2确定学生学习能力与教师教学过程的约束
本着事实求是的原则,认清学生学习能力具有较大的差异性,分布呈现由正态分布向均匀分布发展的趋势,但均值较高;教师教学过程普遍呈现程式化的态势,高学历高智商,缺少工程背景与意识;针对这一状况,提出对二者的关联约束是模式创新的关键。
1.3提出学生的普适学习方法与教学方法的一致性准则
对于学生在基础课和专业基础课的学习上,学习方法采用课上听讲与课后研习强化的方法比较适宜,在专业课的学习上采用课堂引导与课后思考强化的方法获得认同。对于教学来说,前期以基础知识和专业背景的强化为主,后期以知识融合和工程意识的方法构建为目标的教学方法是普适的,据此,构成了教与学的一致性准则。
1.4调整教学与实践方式并引导学生建立系统思维方式
在教与学的一致性准则衡量下,在课程教学的过程中和配套的课程设计、实验、实习、毕业设计等实践环节上,建立课程信息关联与反馈机制,通过三个层面与三条主线的认知与实践,做到解决问题时“瞻前顾后”、“统一协调”,逐步使学生建立并形成工程问题解决的系统思维方式方法。(表1)
1.5强化工程控制论对学生工程意识与创新理念的影响
理论问题的研究方法往往可以根据选择或改变研究途径、设定假设或约束来绕开难点往前走,寻求解决方法,得出指导性原理与方案;
而工程问题的解决由于受到可实现性、可操作性、高可靠性、高稳定性、高性价比的硬性约束,必须做到模块化与系统化的统一,即模块要做的精细,系统要做到优化,模块解决不了的问题,可以通过系统中各模块的相互协调来解决。
这一思想在钱学森的“工程控制论”中得以阐述并成为中外系统工程界的思想基石。这一工程理念在教学实践中潜移默化的对学生工程创新理念产生影响,通过专业教学与实践不断深化工程问题的整体解决方法的理解,形成系统工程意识。
1.6形成电子信息工程型人才培养有效途径与创新模式
电子信息工程型人才的培养途径从以下三点上体现有效性:
(1)从课程教学体系、内容、方法与实践环节的建立与完善上,根据学生的能力与特点,不断调整与更新,达到针对核心培养目标下的有效。
(2)从教师教学工作与实践指导能力与水平的提升上,根据专业培养主线与方向的归结凝练,不断强化与更新,达到适应三个层面教学实践的有效。
(3)从提高学生工程知识学习能力与工程问题系统解决方法的实践上,根据依托背景来学习与带着问题找答案的思路,不断优化与更新,达到构建工程型人才培养模式下的有效。
电子信息工程型人才培养模式的创新实践,经过近五年的不断探索和反馈调整,形成了较为成熟的、面向电子信息学科的、工程型培养方向的、具有系统思维方式与工程实现方法的人才培育方式方法,培养出大量适应电子信息工程需求的高素质人才,印证了模式的创新性与有效性。
2工程型人才培养模式的创新点
电子信息工程型人才培养模式的创新与实践的创新点主要体现在以下三个方面:
提出了掌握“工程控制论”、具备系统思维方式、工程实现方法的电子信息工程型人才培养的理念。
做为支撑在年轻教师队伍中倡导踏实进取、勇于奉献、团队互助、乐观向上的精神,合理安排教学与实践工作任务,创造了宽松施展空间与创新氛围。
构建了由一个核心、三个层次、三条主线、六个方向组成的全新的电子信息工程型人才培养的架构;
做为支撑先后公开出版了四本针对电子信息工程型人才培养的专业教材,凸显了专业培养层面、主线与方向,形成了电子信息工程型人才培养模式。
形成了提高学生工程实践能力、强化教师系统工程教学水平的电子信息工程型人才培养的方式方法;
做为支撑在“电子技术课程设计”内容、认识实习、电子工艺实习、业务实习、生产实习内容、毕业设计内容上,针对能力培养和水平提升逐年进行了调整与优化,编写了系列实践教材。
3工程型人才培养模式的实践
3.1实践成效
数字验证了电子信息工程三个应用基础研究方向(光电传感检测机理研究方向、数字电视架构研究方向、在系统可编程芯片研究方向)和三个应用产品研发方向(汽车电子应用研发方向、网络终端应用研发方向、智能家居应用研发方向)的合理性与有效性。
在专业基础研究与应用研发上崭露头角的杰出电子信息工程型人才数已达到专业人数的15%以上,成为学术骨干和项目负责人、业务经理和部门负责人。
毕业生信息反馈显示,一个核心、三个层面、三条主线、六个方向的电子信息工程型人才培养模式具有较强的市场适应性和技术上的前瞻性,在人才素质与能力提升上的潜在作用显著,工程意识与系统工程理念的潜移默化,起到了润物无声的效果,在参与的大型工程项目实施过程中发挥了作用(表2)。
3.2建设成果
(1)形成了针对性强的专业培养方向:网络终端、汽车电子、智能家居。
(2)编写并出版了系列工程型人才培养的教材:《电子工程师―制图与制版技术》、《电子系统―仿真分析教程》、《ALTERA可编程逻辑器件应用技术》科学出版社,《实用电子电路教程》吉林大学出版社,《电视原理》、《微型计算机原理与接口》西安电子科技大学出版社。
(3)构建了工程型人才培养的有效途径:工程背景建立――理论教学知识传授――课程实验验证强化――实习环节能力培养――设计环节建立工程意识。
(4)高素质教学与实践团队的形成与凝聚,电子信息工程专业经过多年的充实,已形成一支由年轻博士组成的工程型人才培养教学与科研团队,并经历多年繁重的教学与实践环节锻炼,凝聚成为踏实进取的团队作风。
(5)构建了高效的电子信息工程型人才培养模式,多年的创新与实践,凝练出工程型电子信息人才培养的方式方法,并经受了人才市场变化的检验。
(6)杰出人才层出不穷,电子信息工程专业毕业生有香江学者1人,青年基金获得者2人,科研精英12人,科研骨干16人,教学骨干4人。
4结语
电子信息工程型人才培养模式是电子信息工程专业多年来教学改革成果的总结与凝炼,反映了电子信息工程型人才培养的理念与模式的创新。
近五年来,按照该人才培养模式进行的教学改革实践成效显著,得到用人单位的普遍认可,杰出人才不断涌现,这一点印证了“具有系统思维方式、工程实现方法”的培养核心以及从三个教学层面、三条专业主线、六个专业方向的工程型培养模式的有效性与创新性。
坚持工程型人才培养理念,不断强化教学与实践过程,使培养模式更具针对性和前瞻性,争取各级建设资源,将高素质人才培养目标发扬光大。
参考文献
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[5]李松松,郭显久,曹立杰,等.电子信息工程专业人才培养模式的探索与实践[J].中国电力教育,2011(22):51-52.
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