大学化学, 2020, 35(10): 28-32 doi: 10.3866/PKU.DXHX202005038

专题

从能源产业发展和人才需求浅谈“能源化学”新工科改造

徐华龙,1, 朱亚先2, 张树永3, 郑兰荪2

Discussion on Emerging Engineering Education Reform of "Energy Chemistry" Based on Investigation of Some Fossil Energy Industries

Xu Hualong,1, Zhu Yaxian2, Zhang Shuyong3, Zheng Lansun2

通讯作者: 徐华龙, Email: shuhl@fudan.edu.cn

收稿日期: 2020-05-13   接受日期: 2020-05-26  

基金资助: 教育部首批“新工科”研究与实践项目“基于化学的新工科设置和建方案研究”

Received: 2020-05-13   Accepted: 2020-05-26  

Fund supported: 教育部首批“新工科”研究与实践项目“基于化学的新工科设置和建方案研究”

摘要

为了服务于“能源化学”专业的新工科改造,对部分能源领域国家重点企业进行了产业发展和专业人才的需求状况调研,结合对石化产业优先发展方向和高等学校化学类、化工与制药类专业人才培养状况、课程结构和人才培养模式的总结和分析,提出对“能源化学”专业进行新工科改造的思路,为构建融合化学、能源和信息科学的人才培养体系提出建议。

关键词: 能源化学 ; 新工科 ; 化石能源 ; 产业调研

Abstract

Based on building emerging engineering education of "energy chemistry", we investigated the state key petro-chemical enterprises according to the industrial development and the demand of professional talents. The research report summarizes, analyzes and discusses the current priority development fields of industry, the talent training status, curriculum structure and education program of the chemistry and chemical engineering in universities. The ideas on emerging engineering education of "energy chemistry" have been proposed, and it will be beneficial to building a novel education program for talents training, which integrates the principle of chemistry, energy conversion and information science, etc.

Keywords: Energy chemistry ; Emerging engineering education ; Fossil energy ; Investigation and research

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徐华龙, 朱亚先, 张树永, 郑兰荪. 从能源产业发展和人才需求浅谈“能源化学”新工科改造. 大学化学[J], 2020, 35(10): 28-32 doi:10.3866/PKU.DXHX202005038

Xu Hualong. Discussion on Emerging Engineering Education Reform of "Energy Chemistry" Based on Investigation of Some Fossil Energy Industries. University Chemistry[J], 2020, 35(10): 28-32 doi:10.3866/PKU.DXHX202005038

新工科建设是我国为主动应对新一轮科技革命与产业变革,支撑服务创新驱动发展和“中国制造2025”等一系列国家战略而推出的本科教育改革行动。2017年2月18日,教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会,就我国高校要加快建设和发展新工科形成了共识,强调工科优势高校发挥工程科技创新和产业创新主体作用,综合性高校要在催生新技术和孕育新产业方面发挥引领作用,同时强调加强新工科建设研究和实践[1]。之后,教育部在天津大学和北京大学接连召开了新工科建设研讨会和新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议,提出培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才,为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑,既是当务之急,也是长远之策[2]。2018–2022年教育部高等学校化学类专业教学指导委员会(后文简称“化学教指委”)在新工科专业建设背景下提出了“基于化学的新工科专业设置和建设方案研究”课题,提出了将“能源化学”专业进行新工科改造的构想。

能源化学是当今社会和科学领域关注度最高的学科方向之一,契合新工科的“四基”要求,无论对工科优势高校还是综合性高校,培养在传统能源和新能源领域具有实用性、交叉性与综合性专业人才都至关重要[2, 3]。目前,在现有高等学校专业目录中已经设立了“能源化学”(专业代码:070305T)和“能源化学工程”(专业代码:081304T)新专业。我们对现有化学类、化工与制药类专业人才培养状况、课程结构的优势与问题、人才培养模式等一系列问题进行了调研,发现专业人才培养和社会需求之间存在不对应的问题,提出对“能源化学”专业人才培养的建议。

1 对中石油茂名分公司产业发展和人才需求的调研

2019年5月8日,由化学教指委主任郑兰荪院士带队,厦门大学宋毅书记、吕鑫教授、朱红平教授和复旦大学徐华龙教授等到中国石油股份有限公司茂名分公司进行了走访和调研。

茂名石化领导介绍了茂名石化的发展状况,并提出了企业对新时代专业人才的迫切需求。公司组织了各部门技术和管理骨干参会,郑兰荪院士介绍了新工科专业建设的背景,徐华龙教授介绍了新工科专业概况和实施方案,特别介绍了“能源化学”新工科专业建设的构想和内容。会后,我们向企业大学本科以上学历的企业技术和管理岗位人员发放了调研表,从企业未来人才需求、毕业生核心素养、培养模式和教学内容等4个一级指标及12个二级指标进行了调研。本次调研共收到反馈调研表459份,通过对反馈调研表的归类总结,分析了企业人才状况和人才培养需求,提出针对新工科专业建设,特别是“能源化学”新工科专业改造的意见,见表1

表1   “能源化学”专业调研提纲和总结表

一级指标二级指标调研反馈意见
1.企业对未来人才需求1.1企业目前迫切需求什么样的专业人才?反馈意见普遍认为企业技术人员应具有扎实的专业知识、创新意识和实践能力。学校要注重学生创新精神、学习能力和实践能力的培养。
1.2企业对技术研发人才有哪些新的素质和能力要求?在知识教育方面,掌握扎实的化学基础知识至关重要。希望加强化工辅助计算和信息化控制技术知识;团队合作精神被普遍认为是最重要的素养。
1.3对于培养解决复杂的生产技术问题、具有统领多学科团队带头人需具备什么知识和素养?企业和技术团队带头人知识面要宽,且具有扎实专业知识和创新意识,团结和引领团队向上的能力。
2.毕业生核心素养2.1企业对目前新近大学生的素质和能力是否满意?对新进本科生的满意度在77%左右。认为新进本科生通过一段时间的岗位培训可以胜任岗位职责。
2.2面对企业需求,化学专业毕业生还缺什么专业知识?在知识培养方面,希望加强实践能力、化工辅助计算和信息化控制技术知识。另外,团队合作精神培养也被普遍认为是最重要的方面。
2.3能源化学专业需要新设置哪些专业课程?需要加强在能源结构、能源转化化学和高效利用技术、能耗分析、节能技术与过程优化、炼化一体化观念和系统管理等方面的教育。
3.培养模式3.1对目前化学与化学工程专业培养模式的满意度和改进建议反馈意见中,满意度为50%,基本满意(含不发表意见)的44%,不满意6%。不满意中主要的意见为理论教学和实际应用的脱节。有88%的被调查者认为相关专业培养方案、课程体系、课程内容改革能够基本适应企业研发和生产实践的需要,认为不适应率占12%。建议加强在实践能力、化工模拟计算、自动化控制知识和能源工程知识的教学。
3.2是否支持按照卓越工程师的培养要求,有企业参与实践能力培养?是否支持企业专家参与培养方案的制订、课程设计和教学、实践指导?支持企业专家参与培养方案的制订、课程设计和教学、实践指导比率达到98.8%。对有企业参与实践能力培养的支持率达98.3%。普遍认为企业导师具有很丰富的工程实践经验,并能够将产业中的问题和基础学科的知识有机结合,可激发学生的学习热情和探索精神。
3.3企业导师参与毕业论文指导是否必要?有什么障碍?对于企业导师参与毕业论文指导的赞成率达95%;认为企业专家参与高校教学的主要障碍除工作时间的限制外,现行课程结构中实践和理论课程的脱节也是实施多导师制的障碍。
4.教学内容4.1您认为现行的应用化学、化学工程与工艺的培养方案、课程体系、课程内容是否适应企业技术研发人员培养需要?有约50%的人员认为可以通过对现有相关专业进行改革,调整教学内容满足人才培养的需求。但是也存在人才培养和生产实际需求脱节现象。
4.2如果认为不适应,您认为应该增加哪些理论课程和实验课程?大部分专业技术人员建议加强实践教学,特别是信息科学和现代化工计算和设计工具,如Aspen、AutoCAD、过程模拟等。
4.3对设立“能源化学”新专业必要性,对专业教学内容的建议?普遍认为设置新专业非常必要,且需要以国家和企业发展重大需求对培养方案和课程结构进行系统设计,不能做简单拼盘。

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总结表1所示四个方面的反馈意见,基本可以了解我国大型石油化工企业对于人才需求的状况,同时反映出企业对现行化学和化学工程人才培养方案和质量的满意度。

企业对于新进毕业生满意度在77%以上,反映毕业生在接受大学专业教育并经企业实践锻炼后,是能够胜任专业职位的。但是,企业技术人员对于接受化学或化学工程培养模式的满意度仅为50%,这种现象需要在专业设置和制订培养方案中给予重视。企业技术人员对于企业参与高等教育人才培养的支持率很高,反映出社会对于高等教育师资队伍结构和培养模式改革的呼声。

另外,我国的化学工业已经实现炼化一体化、高度信息化和过程控制自动化,过程工程的先进系统(ASPEN)已经在生产装置设计、稳态模拟和优化等大型通用流程模拟系统中普遍应用,但是这些内容在化学和化学工程专业教学内容中尚未得到充分体现。上述这些问题反映出建设新工科专业或者用新工科理念改造传统专业的必要性和迫切性,新工科专业建设必须兼顾学科发展和产业发展方向,以国家急需和科学创新为驱动力,对知识体系进行交叉、充实和整合,培养一批创新型卓越工程科技人才。这对于“能源化学”专业的新工科改造同样具有指导意义。

2 从延长石油创新发展之路看“能源化学”新工科改造和人才培养

2018年7月18–20日,在陕西榆林和西安举行了复旦大学和延长油田战略合作交流会,延长石油集团领导、科技部和能源公司的领导和技术骨干参加了会议。我们借此机会对延长石油在石油、天然气和煤化工产品结构状况和化石能源深加工中的技术发展进行了调研。延长石油创新发展之路和产业结构变化对新工科专业建设有很好的启发。

延长油田创建于1905年,是中国大陆最早的石油企业。在相当长一段时间,企业一直致力于石油开采,遵循“以油养油、采炼结合和滚动发展”的策略,发展相对缓慢,对人才培养最关注的是专业知识和实干精神。1998年,陕西延长石油(集团)有限公司成立,确立了“油气并重、油化并举、油气煤盐综合发展”的产业战略,形成了独具特色的发展模式。目前,延长油田已经拥有中国新兴千万吨级大油田和千亿方级大气田,着力打造出了石油全产业链,煤气油一体化、综合能源供应和提高清洁综合能源和高端石化产品的现代化能源化工公司。在持续强化煤、气、油产能建设的基础上,延长石油近期将重点打造以“22331”工程为核心的陕北区域大循环经济产业链(图1)。

图1

图1   延长油田“22331”工程为核心的陕北区域大循环经济产业链

摘自山西延长中煤榆林能源化工有限公司远景规划


这一规划中包括:两个千万吨级炼油基地、两个煤炭分质利用及制油基地、三个煤油共炼基地,三个大型化工园区,一个合成油调和中心。延长油田在产业快速发展的过程中,人才培养成为关键的支撑点。但是现有的技术队伍存在知识结构老化、创新能力不足问题。他们以产、学、研合作带动技术创新,通过和国内很多高校、科研院所(如华东理工大学和中科院大连化学物理研究所等)进行成功合作,引进和吸收了多项新技术,经过十多年的努力,实现了甲烷催化转化制甲醇、甲醇烯烃化制低碳烯烃项目(MTO)、甲烷偶联制乙醇等的工业化。延长石油在靖边石油化工园区建设了全球第一个油煤气综合转化项目,实现了三种资源优化组合和碳氢互补,以资源利用最大化、环境影响最小化为目标,开创了绿色低碳的能源化工发展新路径。

延长油田的发展和产业结构调整反映出了我国的石油化工、天然气化工和煤化工技术发展路径。延长石油起初在煤化工、C1化学和工程领域并没有技术优势,更缺乏的是人才队伍的支撑,原有企业核心技术骨干的知识结构跟不上产业的快速发展。煤、油、气高值转化化学中孕育了很多新知识和新技术,如合成气直接转化化学、甲烷偶联、页岩气开采和转化技术等均处于科研前沿,企业迫切需要一批具有新知识的专业人才,但是这些新知识和技术尚未在大学化学和化工专业知识内容中充分反映。世界和中国的能源结构正在发生重大的变化,煤是中国相对富有的化石资源,页岩气和天然气的开发和利用是替代石油资源的重要路径。支撑煤、天然气和页岩气高效利用的关键科学内容是C1化学和催化新材料。这些技术都处于科学研究前沿,其中均蕴含了化学新知识和新技术,其中包括C―C偶联技术、C―O活化、C―H活化原理和表面化学研究等。化学是支撑这些创新技术发展的基础,但这些支撑能源化学重要的基础知识在大学里尚未形成系统的知识体系。煤油共炼、煤焦油加氢等项目综合了石油化工、天然气化工和煤化工的资源和技术优势,形成了化石能源一体化发展的思想,已经超越原有化学和化学工程的专业教学内容,社会需求和产业发展提出了对人才培养的新要求,不仅仅反映在专业知识的更新,更需要融合多学科知识,吸收科学研究和产业化的最新成果。社会的发展和变革给高等学校科学研究和人才培养提出了新挑战,新工科建设也是高校专业改革的推动力。

3 “能源化学”专业新工科改造的实施建议

能源问题是我国可持续发展中的关键问题,能源化学是支撑化石能源、新能源和生物质能源高效利用和高值转化的知识基础,化石能源高效转化应体现煤、油、气一体化发展和绿色低碳能源新思想。

纵观我国的化学和化学工程专业人才培养,部分专业教学内容已经相对滞后于产业的发展,教学和实践出现脱节,人才培养模式和产业需求不对应,教学内容缺乏化学能源基本知识和新技术。因此,对“能源化学”专业进行新工科改造,必须适应社会发展的需求,接受来自企业、研究院和社会的意见和建议,从国家重大需求出发,针对我国能源资源结构和环境状况,构建“能源化学”知识新体系。并以化学知识为基础,拓展化学能源结构、能源转化原理与技术以及节能和过程优化等方面的知识,结合信息化技术、过程控制自动化和过程优化的先进系统,建立符合国家重大需求和学科发展亟需的人才培养方案。

参考文献

胡波; 冯辉; 韩伟力; 徐雷. 复旦教育论坛, 2017, 15 (2), 20.

URL     [本文引用: 1]

吴爱华; 侯永峰; 杨秋波; 郝杰. 高等工程教育研究, 2017, (1), 1.

URL     [本文引用: 2]

张树永; 朱亚先; 霍冀川; 宋丽娟; 徐华龙; 郑兰荪. 大学化学, 2020, 35 (10), 6.

URL     [本文引用: 1]

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