过程装备与控制工程探索

摘要：为了应对新一轮科技革命和产业变革，传统工科专业需要转型升级为新型工科专业。分析了新工科背景下过程装备与控制工程专业转型升级的必要性，结合我校过程装备与控制工程专业转型升级的探索与实践，提出了专业转型升级的基本思路，以期为地方院校开展传统工科专业的转型升级提供一定的参考与借鉴。

关键词：新工科；过程装备与控制工程；转型升级；探索与实践

21世纪以来，在新一轮科技革命和产业变革的双重驱动下，全球范围内掀起了新一轮工程教育改革浪潮。随着“中国制造2025”“互联网+”等重大战略的实施，教育部于2017年提出了建设与发展新工科的行动计划[1]。吴爱华、钟登华、林健、陆国栋和夏建国等从不同角度阐述了新工科建设的意义和基本思路[2-6]，林健、杨秋波等提出了传统工科专业转型升级的原则、需要开展的基础工作和行动方案等[7-8]。新工科是应对新一轮科技革命和产业变革的产物，是对当前工科人才培养与劳动力市场需求矛盾的现实反思[9]。过程装备与控制工程专业(简称过控专业)作为传统工科专业，是在化工设备与机械的基础上融入自动控制等技术而形成的。柴天佑院士在2019年全球工业智能峰会上指出，工业制造主要分为离散型制造和流程型制造。过控专业研究对象不仅包括以过程装备设计制造为代表的离散型智能制造，而且包括以石油化工为代表的生产工艺的流程型智能制造。目前我国是世界上门类最齐全、规模最庞大的流程工业制造大国，为满足我国流程工业未来工程科技人才需要，全国相关高校也在积极探索符合新技术发展与专业特色的工程教育发展之路。周邵萍总结了华东理工大学过控专业从简单复合到综合交叉的发展模式，提出了新经济形势下的改革设想[10]。王柏村分析了浙江大学过控专业发展的新机遇和新趋势，呼吁相关高校尽快开展专业发展的战略性研究，积极探索新工科背景下过控专业的工程教育发展之路[11]。本文遵循立德树人、工程教育专业认证和协同育人等理念，聚焦行业发展的新领域和新方向，分析了过控专业转型升级的必要性，并对我校过控专业进行了转型升级的探索与实践，提出了新工科背景下过控专业转型升级的具体思路，可为地方院校传统工科专业的转型升级提供参考与借鉴。

1新工科背景下过控专业转型升级的必要性

1.1专业转型升级的现实背景

过控专业涉及过程工艺与控制、装备设计与制造、装备检测与运维等多个方面[11]。随着世界经济形势变化、资源品质劣化和能源结构调整，过程装备也逐渐向高温、深冷、复杂腐蚀、超大容积、超大壁厚等极端方向发展，原有过程工艺控制特别是过程装备设计制造面临严峻挑战。同时国内过程装备整体设计制造手段相对落后、工艺装备水平不高，而且大多数企业缺乏研究开发能力。支撑工业变革和发展的高等工程教育，必须直面行业变革，紧跟时代步伐，及时进行专业转型升级，解决好行业发展人才培养需求的问题。

1.2专业未来发展的需求

过控专业未来发展，不仅包括过程装备本身的智能化，而且包括生产工艺和流程、经营管理等方面的智能优化。新一代信息技术、人工智能与流程工业的深度融合，是过程装备具备自感知、自学习、自决策、自执行等功能的重要手段；同时也是过程工业如材料成型、食品加工、生物科技、石油化工等，向互联化、社会化、智能化等新业态、新模式发展的重要基石；是过程工业向价值链高端发展，提升相关产业链整体竞争力的有力支撑。以新一代信息技术、人工智能和互联网为代表的新技术、新业态、新模式的更新和迭代周期越来越短，专业升级改造必须聚焦行业特色，挖掘专业建设重点、拓展专业建设的新方向和新领域，以快速反应和调整应对快速的技术迭代，形成对新产业发展动态适应的地方高校新工科人才培养模式，才能确保专业人才培养更好地满足未来行业的发展需求。

2新工科背景下过控专业的转型升级

2020年我校通过专业升级改造顶层设计，一方面强化专业与信息技术、人工智能、大数据等新技术的融合，打破学科专业长期形成的观念、边界和内涵；另一方面在学科交叉融合中，强调专业研究方向和特色内涵不能变，特别注意专业转型升级为智能制造工程后与传统机械制造专业在专业定位上区分度的把握。在此基础上，从重设人才培养目标、重设毕业要求、重构课程体系和实践教学体系、重建师资队伍等方面进行全面重构，对新工科背景下过控专业的转型升级进行了探索与实践。

2.1对接行业需求

重设人才培养目标人才培养目标决定着专业建设方向和人才培养定位。第一，明确新工科背景下过控专业学生的能力要求。基于新工科建设内涵和工程教育专业认证“持续改进”的教育理念，深入企业调研论证产业需求，跟踪世界流程工业领域前沿发展趋势，组织校企专家进行研讨、分析国内外流程行业人才知识结构和能力要求标准。第二，分析目前过控专业人才培养目标存在的问题。结合区域经济发展总体规划，走访同类高校，参加行业相关会议和过控专业教学指导会议，分析本专业培养目标与新工科毕业要求之间的差异。第三，开展人才培养目标合理性评价。通过收集各利益相关方对本专业培养目标的合理性评价意见和建议，考量本专业培养目标与区域行业企业人才需求、学校办学定位、专业办学特色之间的吻合程度。在此基础上，重构人才培养目标。本专业围绕国家制造业的需求，立足武汉地方经济发展，面向湖北，辐射全国，培养德智体美劳全面发展，适应社会和经济发展需要，具有社会责任感、良好的职业道德、团队合作精神和较强实践能力，掌握机械、控制、信息等智能制造工程相关学科基础理论、专业知识与技能，能够从事流程工业过程装备智能设计、制造、故障诊断与运维、流程企业智能制造系统的运营、管理等工作的应用型高级人才。

2.2以能力为导向重设毕业要求

重设毕业要求，一是分析当前过控专业毕业要求与行业发展的契合度。分析现有毕业要求中学生知识和工程素养的要求与现代流程工业发展需求的匹配度问题，分析现有毕业要求与快速发展的行业需求的适应度问题，分析行业科技创新对学生工程实践创新能力满意度问题。二是深入研究新一代信息技术、人工智能等与过控专业知识的交叉融合，探讨新技术融合对过控专业人才知识、能力和素养三方面的要求。三是结合工程教育专业认证和2018年全国教育大会中所提出的培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人的总目标，将新工科背景下过控专业学生能力要求和培养目标细化为新工科背景下过控专业的毕业标准，以培养学生能力为导向重设毕业要求。

2.3反向设计重构课程体系

课程体系及课程内容是人才培养的主要载体，是专业培养方案的核心内容，关系到人才培养目标的实现和专业培养标准的落实[12]。第一，从专业基础、专业核心和专业拓展三个不同层次厘清专业知识结构与课程体系之间的对应关系，梳理和完善与课程体系相匹配的教学内容、教学方法、教学手段和考核评定各方面之间的关系。第二，分析当前过控专业课程体系存在的问题。现有的专业知识和课程教学内容普遍落后于产业实践迭代的速度，同时课程之间缺乏有机联系和相互支撑，课程目标之间协同性有待加强。第三，明确重塑课程体系的实践路径，过控专业以体现现代流程产业链的过程原理为经线，以涵盖信息化、智能化、“互联网＋”、大数据、云制造、人工智能等多学科交叉融合的知识为纬线，构建学科交叉融合、梯次递进的课程体系。

2.4多维度协同重构实践教学体系

实践教学环节是学生素质养成和基本技能建立的直接载体[13]。第一，深入研究新工科背景下过控专业理论知识、专业能力和工程素养之间的关系，从专业认知、专业技能养成和专业知识综合应用三个不同层次对实验、实习(实训、竞赛等)和设计等实践环节进行设计。第二，结合学校专业特色和行业背景，创建学创融合、虚实结合、校(校)企联合的虚拟仿真实验室。目前与天津大学协作，建成流体流动阻力、变压吸附气体分离等虚拟仿真实验。第三，通过产学研对接，将企业需求与专业培养目标进行融合，将工程案例教学法与项目教学法有机结合，搭建校企、校校合作综合育人平台。目前与北京化工大学合作搭建了压力容器应力测试试验台，与武汉过控科技有限公司合作搭建了校企合作育人的换热器综合性能测试平台，等等。多维度协同，构建以校(校)企联合协同育人机制为经线，虚实结合的教学平台为纬线的实践教学体系。

2.5打破学科壁垒和校企隔阂重建师资队伍

第一，学校内部师资重组。我校2020年完成了不同学科专业教师的重组，自动化、机械与过控专业教师进行了院系调整。目前正在利用校内教学资源，定制模块化交叉学科课程，以利于学科交叉、知识融合和项目创新。第二，整合企业和相关高校师资资源。目前我校通过为相关企业“量身定制”人才，初步建立了校企联合专业导论课程教学团队，下一步将结合教师服务企业和教师科研团队情况，优选省内流程工业企业和合作高校，将专业知识丰富、业务素质高、职业道德好的业务骨干“引进来”，聘为校外兼职教师。以校内骨干教师为核心，合作企业或高校专家为辅助，将不同学科专业的教师融合、将企业工程师与学校教师融合，初步培养一批复合型教师队伍。

3结语

本文对新工科背景下过控专业转型升级的必要性进行了分析，通过重设人才培养目标、重设毕业要求、重构课程体系和实践教学体系、重组师资队伍五个维度进行了我校过控专业转型升级的探索与实践，以加快过程装备与新技术的深度融合和专业的转型升级，可为地方院校传统工科专业的转型升级提供借鉴与启发。

作者:刘红姣 晋梅 王小雨 闵珉 单位:江汉大学智能制造学院