過程裝備與控制工程探索
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摘要：為了應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，傳統(tǒng)工科專業(yè)需要轉(zhuǎn)型升級為新型工科專業(yè)。分析了新工科背景下過程裝備與控制工程專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必要性，結(jié)合我校過程裝備與控制工程專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的探索與實(shí)踐，提出了專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的基本思路，以期為地方院校開展傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供一定的參考與借鑒。
關(guān)鍵詞：新工科；過程裝備與控制工程；轉(zhuǎn)型升級；探索與實(shí)踐
21世紀(jì)以來，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的雙重驅(qū)動下，全球范圍內(nèi)掀起了新一輪工程教育改革浪潮。隨著“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略的實(shí)施，教育部于2017年提出了建設(shè)與發(fā)展新工科的行動計(jì)劃[1]。吳愛華、鐘登華、林健、陸國棟和夏建國等從不同角度闡述了新工科建設(shè)的意義和基本思路[2-6]，林健、楊秋波等提出了傳統(tǒng)工科專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的原則、需要開展的基礎(chǔ)工作和行動方案等[7-8]。新工科是應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的產(chǎn)物，是對當(dāng)前工科人才培養(yǎng)與勞動力市場需求矛盾的現(xiàn)實(shí)反思[9]。過程裝備與控制工程專業(yè)(簡稱過控專業(yè))作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，是在化工設(shè)備與機(jī)械的基礎(chǔ)上融入自動控制等技術(shù)而形成的。柴天佑院士在2019年全球工業(yè)智能峰會上指出，工業(yè)制造主要分為離散型制造和流程型制造。過控專業(yè)研究對象不僅包括以過程裝備設(shè)計(jì)制造為代表的離散型智能制造，而且包括以石油化工為代表的生產(chǎn)工藝的流程型智能制造。目前我國是世界上門類最齊全、規(guī)模最龐大的流程工業(yè)制造大國，為滿足我國流程工業(yè)未來工程科技人才需要，全國相關(guān)高校也在積極探索符合新技術(shù)發(fā)展與專業(yè)特色的工程教育發(fā)展之路。周邵萍總結(jié)了華東理工大學(xué)過控專業(yè)從簡單復(fù)合到綜合交叉的發(fā)展模式，提出了新經(jīng)濟(jì)形勢下的改革設(shè)想[10]。王柏村分析了浙江大學(xué)過控專業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇和新趨勢，呼吁相關(guān)高校盡快開展專業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性研究，積極探索新工科背景下過控專業(yè)的工程教育發(fā)展之路[11]。本文遵循立德樹人、工程教育專業(yè)認(rèn)證和協(xié)同育人等理念，聚焦行業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域和新方向，分析了過控專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必要性，并對我校過控專業(yè)進(jìn)行了轉(zhuǎn)型升級的探索與實(shí)踐，提出了新工科背景下過控專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的具體思路，可為地方院校傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供參考與借鑒。
1新工科背景下過控專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必要性
1.1專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的現(xiàn)實(shí)背景
過控專業(yè)涉及過程工藝與控制、裝備設(shè)計(jì)與制造、裝備檢測與運(yùn)維等多個方面[11]。隨著世界經(jīng)濟(jì)形勢變化、資源品質(zhì)劣化和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，過程裝備也逐漸向高溫、深冷、復(fù)雜腐蝕、超大容積、超大壁厚等極端方向發(fā)展，原有過程工藝控制特別是過程裝備設(shè)計(jì)制造面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時國內(nèi)過程裝備整體設(shè)計(jì)制造手段相對落后、工藝裝備水平不高，而且大多數(shù)企業(yè)缺乏研究開發(fā)能力。支撐工業(yè)變革和發(fā)展的高等工程教育，必須直面行業(yè)變革，緊跟時代步伐，及時進(jìn)行專業(yè)轉(zhuǎn)型升級，解決好行業(yè)發(fā)展人才培養(yǎng)需求的問題。
1.2專業(yè)未來發(fā)展的需求
過控專業(yè)未來發(fā)展，不僅包括過程裝備本身的智能化，而且包括生產(chǎn)工藝和流程、經(jīng)營管理等方面的智能優(yōu)化。新一代信息技術(shù)、人工智能與流程工業(yè)的深度融合，是過程裝備具備自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行等功能的重要手段；同時也是過程工業(yè)如材料成型、食品加工、生物科技、石油化工等，向互聯(lián)化、社會化、智能化等新業(yè)態(tài)、新模式發(fā)展的重要基石；是過程工業(yè)向價值鏈高端發(fā)展，提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈整體競爭力的有力支撐。以新一代信息技術(shù)、人工智能和互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式的更新和迭代周期越來越短，專業(yè)升級改造必須聚焦行業(yè)特色，挖掘?qū)I(yè)建設(shè)重點(diǎn)、拓展專業(yè)建設(shè)的新方向和新領(lǐng)域，以快速反應(yīng)和調(diào)整應(yīng)對快速的技術(shù)迭代，形成對新產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)適應(yīng)的地方高校新工科人才培養(yǎng)模式，才能確保專業(yè)人才培養(yǎng)更好地滿足未來行業(yè)的發(fā)展需求。
2新工科背景下過控專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級
2020年我校通過專業(yè)升級改造頂層設(shè)計(jì)，一方面強(qiáng)化專業(yè)與信息技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的融合，打破學(xué)科專業(yè)長期形成的觀念、邊界和內(nèi)涵；另一方面在學(xué)科交叉融合中，強(qiáng)調(diào)專業(yè)研究方向和特色內(nèi)涵不能變，特別注意專業(yè)轉(zhuǎn)型升級為智能制造工程后與傳統(tǒng)機(jī)械制造專業(yè)在專業(yè)定位上區(qū)分度的把握。在此基礎(chǔ)上，從重設(shè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、重設(shè)畢業(yè)要求、重構(gòu)課程體系和實(shí)踐教學(xué)體系、重建師資隊(duì)伍等方面進(jìn)行全面重構(gòu)，對新工科背景下過控專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級進(jìn)行了探索與實(shí)踐。
2.1對接行業(yè)需求
重設(shè)人才培養(yǎng)目標(biāo)人才培養(yǎng)目標(biāo)決定著專業(yè)建設(shè)方向和人才培養(yǎng)定位。第一，明確新工科背景下過控專業(yè)學(xué)生的能力要求。基于新工科建設(shè)內(nèi)涵和工程教育專業(yè)認(rèn)證“持續(xù)改進(jìn)”的教育理念，深入企業(yè)調(diào)研論證產(chǎn)業(yè)需求，跟蹤世界流程工業(yè)領(lǐng)域前沿發(fā)展趨勢，組織校企專家進(jìn)行研討、分析國內(nèi)外流程行業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)和能力要求標(biāo)準(zhǔn)。第二，分析目前過控專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)存在的問題。結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體規(guī)劃，走訪同類高校，參加行業(yè)相關(guān)會議和過控專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)會議，分析本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與新工科畢業(yè)要求之間的差異。第三，開展人才培養(yǎng)目標(biāo)合理性評價。通過收集各利益相關(guān)方對本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的合理性評價意見和建議，考量本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與區(qū)域行業(yè)企業(yè)人才需求、學(xué)校辦學(xué)定位、專業(yè)辦學(xué)特色之間的吻合程度。在此基礎(chǔ)上，重構(gòu)人才培養(yǎng)目標(biāo)。本專業(yè)圍繞國家制造業(yè)的需求，立足武漢地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，面向湖北，輻射全國，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，適應(yīng)社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，具有社會責(zé)任感、良好的職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)合作精神和較強(qiáng)實(shí)踐能力，掌握機(jī)械、控制、信息等智能制造工程相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識與技能，能夠從事流程工業(yè)過程裝備智能設(shè)計(jì)、制造、故障診斷與運(yùn)維、流程企業(yè)智能制造系統(tǒng)的運(yùn)營、管理等工作的應(yīng)用型高級人才。
2.2以能力為導(dǎo)向重設(shè)畢業(yè)要求
重設(shè)畢業(yè)要求，一是分析當(dāng)前過控專業(yè)畢業(yè)要求與行業(yè)發(fā)展的契合度。分析現(xiàn)有畢業(yè)要求中學(xué)生知識和工程素養(yǎng)的要求與現(xiàn)代流程工業(yè)發(fā)展需求的匹配度問題，分析現(xiàn)有畢業(yè)要求與快速發(fā)展的行業(yè)需求的適應(yīng)度問題，分析行業(yè)科技創(chuàng)新對學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力滿意度問題。二是深入研究新一代信息技術(shù)、人工智能等與過控專業(yè)知識的交叉融合，探討新技術(shù)融合對過控專業(yè)人才知識、能力和素養(yǎng)三方面的要求。三是結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證和2018年全國教育大會中所提出的培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人的總目標(biāo)，將新工科背景下過控專業(yè)學(xué)生能力要求和培養(yǎng)目標(biāo)細(xì)化為新工科背景下過控專業(yè)的畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向重設(shè)畢業(yè)要求。
2.3反向設(shè)計(jì)重構(gòu)課程體系
課程體系及課程內(nèi)容是人才培養(yǎng)的主要載體，是專業(yè)培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容，關(guān)系到人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)[12]。第一，從專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)核心和專業(yè)拓展三個不同層次厘清專業(yè)知識結(jié)構(gòu)與課程體系之間的對應(yīng)關(guān)系，梳理和完善與課程體系相匹配的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核評定各方面之間的關(guān)系。第二，分析當(dāng)前過控專業(yè)課程體系存在的問題?，F(xiàn)有的專業(yè)知識和課程教學(xué)內(nèi)容普遍落后于產(chǎn)業(yè)實(shí)踐迭代的速度，同時課程之間缺乏有機(jī)聯(lián)系和相互支撐，課程目標(biāo)之間協(xié)同性有待加強(qiáng)。第三，明確重塑課程體系的實(shí)踐路徑，過控專業(yè)以體現(xiàn)現(xiàn)代流程產(chǎn)業(yè)鏈的過程原理為經(jīng)線，以涵蓋信息化、智能化、“互聯(lián)網(wǎng)＋”、大數(shù)據(jù)、云制造、人工智能等多學(xué)科交叉融合的知識為緯線，構(gòu)建學(xué)科交叉融合、梯次遞進(jìn)的課程體系。
2.4多維度協(xié)同重構(gòu)實(shí)踐教學(xué)體系
實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生素質(zhì)養(yǎng)成和基本技能建立的直接載體[13]。第一，深入研究新工科背景下過控專業(yè)理論知識、專業(yè)能力和工程素養(yǎng)之間的關(guān)系，從專業(yè)認(rèn)知、專業(yè)技能養(yǎng)成和專業(yè)知識綜合應(yīng)用三個不同層次對實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)(實(shí)訓(xùn)、競賽等)和設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二，結(jié)合學(xué)校專業(yè)特色和行業(yè)背景，創(chuàng)建學(xué)創(chuàng)融合、虛實(shí)結(jié)合、校(校)企聯(lián)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。目前與天津大學(xué)協(xié)作，建成流體流動阻力、變壓吸附氣體分離等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。第三，通過產(chǎn)學(xué)研對接，將企業(yè)需求與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行融合，將工程案例教學(xué)法與項(xiàng)目教學(xué)法有機(jī)結(jié)合，搭建校企、校校合作綜合育人平臺。目前與北京化工大學(xué)合作搭建了壓力容器應(yīng)力測試試驗(yàn)臺，與武漢過控科技有限公司合作搭建了校企合作育人的換熱器綜合性能測試平臺，等等。多維度協(xié)同，構(gòu)建以校(校)企聯(lián)合協(xié)同育人機(jī)制為經(jīng)線，虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)平臺為緯線的實(shí)踐教學(xué)體系。
2.5打破學(xué)科壁壘和校企隔閡重建師資隊(duì)伍
第一，學(xué)校內(nèi)部師資重組。我校2020年完成了不同學(xué)科專業(yè)教師的重組，自動化、機(jī)械與過控專業(yè)教師進(jìn)行了院系調(diào)整。目前正在利用校內(nèi)教學(xué)資源，定制模塊化交叉學(xué)科課程，以利于學(xué)科交叉、知識融合和項(xiàng)目創(chuàng)新。第二，整合企業(yè)和相關(guān)高校師資資源。目前我校通過為相關(guān)企業(yè)“量身定制”人才，初步建立了校企聯(lián)合專業(yè)導(dǎo)論課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，下一步將結(jié)合教師服務(wù)企業(yè)和教師科研團(tuán)隊(duì)情況，優(yōu)選省內(nèi)流程工業(yè)企業(yè)和合作高校，將專業(yè)知識豐富、業(yè)務(wù)素質(zhì)高、職業(yè)道德好的業(yè)務(wù)骨干“引進(jìn)來”，聘為校外兼職教師。以校內(nèi)骨干教師為核心，合作企業(yè)或高校專家為輔助，將不同學(xué)科專業(yè)的教師融合、將企業(yè)工程師與學(xué)校教師融合，初步培養(yǎng)一批復(fù)合型教師隊(duì)伍。
3結(jié)語
本文對新工科背景下過控專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必要性進(jìn)行了分析，通過重設(shè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、重設(shè)畢業(yè)要求、重構(gòu)課程體系和實(shí)踐教學(xué)體系、重組師資隊(duì)伍五個維度進(jìn)行了我校過控專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的探索與實(shí)踐，以加快過程裝備與新技術(shù)的深度融合和專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，可為地方院校傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供借鑒與啟發(fā)。
作者:劉紅姣 晉梅 王小雨 閔珉 單位:江漢大學(xué)智能制造學(xué)院
