大学化学, 2020, 35(10): 146-150 doi: 10.3866/PKU.DXHX202003042

专题

哈工大材料与化工(化学工程领域)专业硕士研究生培养的探索与实践

姚忠平,, 丛培琳, 郝素娥, 姜兆华, 黄玉东

Exploration and Practice of Postgraduate Training in Materials and Chemical Engineering (Chemical Engineering Field) of Harbin Institute of Technology

Yao Zhongping,, Cong Peilin, Hao Sue, Jiang Zhaohua, Huang Yudong

通讯作者: 姚忠平, Email: yaozhongping@hit.edu.cn

收稿日期: 2020-03-12   接受日期: 2020-04-27  

基金资助: 黑龙江省高等教育教学改革研究项目.  SJGY20180127
黑龙江省教育科学“十三五”规划课题重点课题.  GBB1318031

Received: 2020-03-12   Accepted: 2020-04-27  

摘要

应用工程教育范式理念分析了哈尔滨工业大学材料与化工(化学工程领域)专业硕士学位研究生培养的现状和主要问题,针对我校化学工程领域的专业方向,即“一个领域(化工新材料)”和“两个行业(电化学工程、高分子材料工程)”,以行业领军高层次人才的培养为目标,在培养方案修订、课程建设以及工程实践能力和创新能力培养的方法和措施上进行探索和实践,取得了一定的效果。

关键词: 专业硕士研究生 ; 化学工程 ; 培养方案 ; 课程建设 ; 工程实践能力和创新能力培养

Abstract

The status and main problems in the cultivation of master degree graduate training in materials and chemical engineering (chemical engineering field) of Harbin Institute of Technology were analyzed by applying the concept of engineering education paradigm. Combined with the professional directions of chemical engineering discipline in HIT, i.e. "one field" (new chemical material field) and "two industries" (electrochemical engineering and polymer material engineering), the revision of training program, the course constructions and the measures for engineering practice ability and innovation ability training were explored and practiced with the purpose of the cultivation of industry leaders and high-level talents in chemical engineering filed.

Keywords: Master degree candidates ; Chemical engineering ; Training program ; Course construction ; Engineering practice ability and innovation ability training

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姚忠平, 丛培琳, 郝素娥, 姜兆华, 黄玉东. 哈工大材料与化工(化学工程领域)专业硕士研究生培养的探索与实践. 大学化学[J], 2020, 35(10): 146-150 doi:10.3866/PKU.DXHX202003042

Yao Zhongping. Exploration and Practice of Postgraduate Training in Materials and Chemical Engineering (Chemical Engineering Field) of Harbin Institute of Technology. University Chemistry[J], 2020, 35(10): 146-150 doi:10.3866/PKU.DXHX202003042

近年来我国开始扩大招收以应届本科毕业生为主的全日制专业硕士研究生,专业硕士研究生招收比例逐年增加;2009年教育部《关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见》中给出了这一类型研究生的培养目标:“掌握某一专业(或职业)领域坚实的基础理论和宽广的专业知识、具有较强的解决实际问题的能力,能够承担专业技术或管理工作、具有良好的职业素养的高层次应用型专门人才”[1]。2018年《国务院学位委员会、教育部关于对工程专业学位类别进行调整的通知》将工程专业学位类别调整,将化学工程和材料工程等合并为材料与化工。目前随着国家产业结构调整,行业所需发生了变化,面向新能源、新材料等战略新兴产业迅速崛起,哈尔滨工业大学化工学科在当前世界一流学科建设的导向下为培养行业领军的高层次人才,运用工程教育范式[2]的理念分析和总结了我校材料与化工(化学工程领域)专业学位研究生培养中的现状和主要问题。

1)工程教育范式的时效性要求人才培养要把握好行业变化新趋势。因此需要明确行业领军高层次人才的知识结构、能力与素质的基本要求,通过合理构建和修订专业硕士研究生培养方案及时达成这类人才培养的硬件建设。

2)工程教育目标的实现主要是通过课程教学过程来完成的[3]。因此实现专业硕士研究生教育目标的基础是需要加强课程建设,包括课程内容、课程模式以及教学方法等软件内容的改进和更新。

3)工程教育范式要求的“知、行”统一与大多数直接读研的应届本科毕业生缺少“行”的环节相对立。因此需要在人才培养中强化工程专业的实践能力和创新能力。

针对上述问题,近5年来,我们从培养方案修订、课程建设和强化理论实践相统一的方法和措施上进行探索和实践,取得了一定的成果。

1 基于专业方向细化对化学工程领域专业学位研究生培养方案的修订

培养方案的修订包括确定人才的培养目标和服务的社会需求(即明确的专业方向),还包括广义上不同类型的具体课程设置。准确地确定专业硕士研究生专业方向及所关联的行业或领域,既可以区别于当前学术型研究生的培养,又可以为制定其他培养环节奠定基础。我们通过专业教师科研方向的提炼和总结首先确定了三个专业方向,分别是化工新材料(以无机功能材料为主)领域,电化学工程(新型化学电源与电镀)、高分子材料工程(特种高聚物材料与功能高分子),即“一个领域”和“两个行业”。以专业方向为基础,再进一步细化对培养方案的调整和修订。

培养方案中学位课程的设置是研究生基础理论的提升关键。学位课程包括基础理论课、学位基础课和学位专业课等,其中基础理论课是研究生知识体系建立的基石,对其他课程具有统帅和引领作用,既要反映整个学科共性的科学问题和工程问题,又要能够与各具体专业方向紧密联系。而“一个领域”和“两个行业”的共性基础科学和工程问题是尺度效应和界面现象,为此我们开展了研究生基础理论课程“表面物理化学”的分类教学,确定了适合于化学工程领域专业硕士研究生需求的基础理论课“表面物理化学Ⅱ”[4],该成果获得我校2017年度研究生教学成果二等奖。

学位基础课和学位专业课的设置中,原先不相关的课程或关系不密切的课程直接去掉删除;原先的学术型和专业型共用的学位基础课和专业课通过分类教学来实现有效区分。另外,不同专业方向的学位基础课和学位专业课的课程设置中要注重专业方向之间的互补性并利于学生交叉选课。例如“化工新材料领域”学位基础课为“无机合成技术”,学位专业课为“新能源材料”和“无机材料物理性能”等;“电化学工程”的学位基础课为“电化学工程基础”,学位专业课为“先进化学电源原理与制造技术”等;“高分子材料工程”的学位基础课为“聚合物共混物的结构与物性”,学位专业课为“高分子界面工程”等。这样的课程设置实现了有机和无机、化工与材料、基本理论与工程技术在三个专业方向上的互补匹配和全覆盖。

由于专业硕士研究生要加强工程专业实践能力、创新能力培养和提升职业素养,因此,培养方案中的选修课和必修环节设置与学术型研究生明显不同。选修课中设置了应用能力课、应用技术课、素质提升课以及管理类课程,其中,应用能力课和应用技术课的设置与专业方向下的行业对应。另外,学院发挥化工的实验科学特色,在必修环节设置中加入了与化学、化工实验和生产实践直接相关的内容,包括院化工化学基础实验平台和与行业模块对应的实验平台,以及“校内外实践基地”。

此外,培养方案的课程设置中还要考虑本科-研究生贯穿培养的要求,采用本-研课程互选、学分互认,或设置相应的补修课程。既有利于实现人才培养目标,又可以减少不必要的重复设课及其所带来的人力和资源的浪费。

2 基于专业硕士研究生学习需求进行课程建设

专业硕士研究生课程建设需要明确专业硕士研究生与学术型研究生的区别,要体现工程教育范式下学生对行业基础理论和专业知识掌握的基本要求。专业硕士研究生的课程内容要从学科基础向专门化职业领域转化、由强调课程内容的系统性向应用导向的宽广性转变,从而促进专业学位研究生课程的发展和完善。课程建设是硕士专业学位研究生培养的基础核心问题。我们以基础理论课“表面物理化学Ⅱ”的建设为例,探索了专业硕士研究生课程建设的基本思路和方法。

2.1 课程内容构成和配套教材的建设与专业方向直接呼应

化学工程领域专业硕士研究生培养有三个专业方向,即“一个领域”和“两个行业”,以此确定了与对应的“表面物理化学Ⅱ”课程的内容构成:即三个专业知识模块(化工新材料领域、电化学工程和高分子材料工程知识模块);两个基本原理模块(包括表面热力学基础与表面活性剂原理);一个表面分析方法模块,即“321”课程内容体系。“三个知识模块”与专门化领域和行业直接对接,用来实现工程应用导向的宽广性和交叉性;“二个基本原理模块”的内容与“一个领域”和“两个行业”的工程实际中提炼的科学和工程基本问题紧密联系,突出理论和实践的相互作用;“一个方法”是指表面分析方法的学习,为研究生实践应用和技术转化提供手段和方法,属于行业实践应用的方法论范畴。根据上述所确定的课程内容体系,加强教学载体建设,在全国工程专业学位研究生教育指导委员会的“2016–2017年全国工程专业学位研究生教育自选研究课题(教改项目)”立项支持下撰写出版课程的配套教材。在教材建设中着重加强对“一个领域”和“二个行业”中工程应用实例的介绍,以及与表面科学基本原理关系的讨论。同时,以课堂教学为主,以配套教材的自学为辅,发挥研究生自学能力较强的优势,通过学生课上课下实现对相应知识体系的全面构建,满足未来职业需求。

2.2 教法与课程内容和教学目标相呼应,来保证学习效果、实现教学目标

1)用问题教学法和案例教学法来拉近基础理论和工程实践的距离。

问题教学法和案例教学法注重领域和行业的实际问题与课程基本原理的联系。结合行业、领域中工程实际的问题,实现对问题来龙去脉的全面分析。既要求学生了解该工程问题所涉及到的理论及背景,又要让学生掌握解决该问题的工程处理方法。案例教学法要经过事先周密的策划和准备,从工程应用实践中结合教学要求选择特定的案例,是问题教学法的升华,更能有效拉近理论知识和工程实践之间的距离。例如,从高分子复合材料界面相容性问题到高分子材料界面结构,再到界面改性与接枝技术;从校内“化学电源制造工程”校内实践基地的电池对应电极的制备和电池组装的案例到固/液界面的吉布斯吸附等温方程式,并延伸到“电极爬碱现象”的润湿问题;从“功能材料制备工艺”校内实践基地“中模板法制备纳米功能材料”的实验案例到表面活性剂的胶束形成的基本原理和结构特点,再到模板法对纳米材料结构的调控。

2)重归纳弱演绎来促进基础理论的拓展和应用。

基本原理的讲授是帮助学生构筑最基本的表面科学理论体系。在专业学位研究生的培养目标中,能力目标方面将原来学术型研究生“从事科学研究工作”的能力调整为“解决实际问题的能力”[5]。因此,在教学过程中弱化了对基本原理的演绎推导,不追求具体的推导过程和基本理论的深度,而是偏重于采用归纳法从各类表面现象及工程实际应用入手,在物理化学知识的基础上介绍表面科学的基本知识和理论,要求学生重点掌握基本原理的结论和推论及其实际应用,培养学生发现表面科学问题和运用表面科学原理分析问题和解决难题的能力,突出对表面科学原理的拓展和在工程实际中的应用创新和实践创新。

3)用翻转课堂来获得解决行业实践和技术转化问题的方法。

“321”课程内容体系中的“一个表面分析方法模块”是解决行业实践应用和技术转化具体问题的重要手段。但是表面分析方法各类繁杂,在有限的学时中很难有效地保证教学效果。因此从教学目标和学习要求出发,采用翻转课堂的形式发挥研究生具有主动学习意识和自学能力强的特点,学生通过讨论课宣讲表面分析方法和生生讨论与师生讨论来加强对知识的吸收和掌握,并将其作为课程的考核内容之一,通过考试的导向作用进一步强化学习效果。这样,在有限的课堂时间内实现了学生对解决工程实际问题和技术转化所需的方法和技术储备。

3 理论与实践相统一是工程实践能力和创新能力培养的关键

专业学位研究生培养的根本目的是实现专业硕士研究生工程实践能力和创新能力的培养,而实现这一目的的关键在于理论联系实际、理论与实践的统一,而具体的实现手段是必修环节的实验平台和校内外实践基地。以集成思维设计好实验和实践中知识与能力、理论与实践之间的关联,即构建“知、行合一”工程教育的实践训练模式。

学院统一的研究生实验平台是将学院化工领域创新性明显的最新的科研和工程成果(如获得国家科技成果奖的部分内容、校企联合技术攻关的基础内容等)转化为实验内容,淘汰与行业联系不密切的实验,同时还要强化新能源、新材料相关的基础性实验。平台中的基础实验“现代化工综合实验”,主要涉及到一个领域和两个行业相关的化工大型仪器的使用和操作;“化工新材料”领域开设了“材料化工创新实验”和“能源催化创新实验”等;“电化学工程”领域开设了“现代电化学高级实验”和“电化学前沿创新实验”;“高分子材料工程”领域开设了“高分子工程中级实验”,研究生可根据专业方向或论文课题选做这些与工程和实践密切相关的极具有创新性的实验。而这些来自工程和实践的实验内容与专业学位基础理论课、专业方向下的模块课程密切关联,通过培养过程中的相互融合、相互支撑,促进理论与实践的统一和研究生动手实践能力和创新能力的提升。

校内外实践基地的实践活动和训练,也与理论课程和专业方向下的模块课程学习相结合,使研究生能够从实践到课程、再从课程到实践,通过理论和实践的碰撞,实现理论与实践的统一和促进实践能力和创新能力的培养,并同时培养研究生团队协作精神和攻关精神。“化工学科专业学位研究生校内外实践基地”中“上海山富数码喷绘复合材料有限公司校外实践基地”为“高分子材料工程”专业学位研究生服务,化学电源制造工程(校内实践基地)为“电化学工程”专业学位研究生服务,功能材料制备工艺(校内实践基地)为“化工新材料”领域专业学位研究生服务。实践基地的实践内容主要是学生亲自动手制作或合成、安装和测试等等,也包括参观和听讲座等辅助环节。

4 结语

从工程教育范式的理念出发,针对材料与化工(化学工程领域)专业硕士研究生培养的主要问题,我们在培养方案修订、基础理论课程建设、加强工程实践能力和创新能力培养几个方面进行了探索和改革。从近几年的社会反馈来看,培养方案基本上满足了“一个领域”和“二个行业”对人才专业技能和专业素养的要求,从学生的课程评教结果来看,我们改革和建设的基础理论课程受到了学生的普遍欢迎,表面物理化学Ⅱ的评教结果近5年来为2A和3A+。针对工程实践能力和创新能力培养的具体举措不仅得到学生的认可,还得到校外实践基地及其相关用人单位的认可。

专业硕士研究生培养是一项任重道远的工程,需要我们在工程教育范式的理念下不断地积极回应时代对行业领军的高层次人才的诉求,与时俱进,从具体学科出发,从培养的各个环节出发,从每一门课程出发,通过研究生知识、能力和素质体系的构筑,才能真正实现专业硕士研究生基础理论和工程实践能力和创新能力培养。

参考文献

中国政府网.教育部关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见.[2019-06-15].http://www.gov.cn/zwgk/2009-03/26/content_1269531.

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姚忠平; 姜兆华; 黄玉东; 岳会敏; 安茂忠; 韩晓军; 尹鸽平. 大学化学, 2016, 31 (8), 51.

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