“新工科”背景下化学专业“双创”实验室建设探索
田景芝1，荆 涛1,2，郑永杰3*，王 波4，杜晓昕4
（1. 齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 齐齐哈尔大学 科技处，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3. 齐齐哈尔大学 轻工与纺织学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；4. 齐齐哈尔大学 计算机与控制工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）
摘 要：“双创”实验室是高校创新实践能力培养的重要阵地，“新工科”背景下“双创”实验室建设与探索，对实践教学改革与创新型人才的培养具有重要的意义。该文分别从基于学科交叉融合的专业应用拓展、实验室的智能信息化建设、面向通识教育的实验体系改革。产学研协同育人的复合型培养模式和面向“一带一路”的工程专业认证等五个关键点对高校化学专业“双创”实验室建设进行了探索。
关键词：新工科；化学专业；“双创”实验室；实践教学改革
自2017年以来，我国“新工科”建设迅猛发展，教育部相继发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》和《关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》等文件，为我国“新工科”建设指引了方向[1-3]。在“新工科”建设的浪潮中，高校需要不断改革和创新，摒弃陈旧的教育教学理念，适应新形势下教育改革方向[4-5]。实践教学在高等教育中承担着实践能力培养、创新创业（简称“双创”）能力培养和工程技术能力培养等[6]，而实践教学开展的基础是高校实验室建设，其中“双创”实验室更是创新实践能力培养的重要阵地[7]，因此“新工科”背景下“双创”实验室建设与探索，对实践教学改革与创新型人才培养具有重要的意义[8-9]。
1 化学专业“双创”实验室建设模式
本文在“新工科”背景下对高校化学专业“双创”实验室建设展开研究，围绕着2018年3月29日教育部公布的首批612个“新工科”研究与实践项目的核心主题，对化学专业“双创”实验室分别从以下5个关键点进行了探索：（1）基于学科交叉融合的专业应用拓展；（2）实验室的智能信息化更新升级；（3）面向通识教育的实验体系改革；（4）产学研协同育人的复合型培养模式；（5）面向“一带一路”的工程专业认证。化学专业“双创”实验室研究模式如图1所示，该模式共包含三个层次（L1、L2和L3）和上述5个关键点。
图1 化学专业“双创”实验室研究模式图
2 “双创”实验室建设方向
2.1 学科交叉融合
2.1.1 “化学+”多学科
[12]将“多”误用为“少”，是将目的语过度的泛化，“多”“少”混用；[13]是目的语知识的负迁移，“越来越”与“消失”都表示逐渐减少，不能同时使用；[14]是母语的负迁移，“不多”与“少”在外语中可以用相同形式表示，汉语中是两个不同的词语。
“新工科”要求多学科相互交叉融合，多元化发展。而化学专业在电子信息领域、生物医学领域、轻工业领域和环境工程等领域都有着较好的交叉融合，因此化学专业“双创”实验室为了适应“新工科”要求，增加学科交叉融合课题。本文提出“化学+”模式，在制定化学专业“双创”实验室课题的过程中，向“化学+”模式倾斜，目前本课题组已经尝试进行了“化学+计算机”“化学+食品农林”“化学+环境工程”“化学+材料制药”“化学+轻工纺织”和“化学+生物医药”等“双创”课题，这些课题不仅启发了学生的学习兴趣，也加深了不同学科之间的延拓性和交融性。
2.1.3 “化学+计算机”实例分析
以一个简单化学计算问题为例，常温下，将amol NO2、bmol NO、c mol O2在密闭的容器内混合后，将该容器敞口倒立于水槽中，最后容器内全充满水。已知a、b、c均为正整数，其中a≤100,b≤100,c≤100，不考虑2NO2=N2O4的转化，求a、b、c可能的值。该问题如用数学穷举法人工计算，共需考察100乘100共10 000组数，如果考察每组数耗时为2 s，则共需约5.56 h，由于每组数的考察需要人工计算，因此还可能产生误差。而如果用计算机程序来解决，则只需几毫秒就快速精确地求解出所有可能值，共计2500组满足条件的数。解决该问题的计算机程序语句的条数和复杂程度都非常小，并且随着a、b、c变量的取值范围的不断增大，计算机程序算法的优势就更加明显。此外，从方法的通用性考虑，如果a、b、c的系数及取值范围发生变化，只需修改程序中相应的表达式即可，程序依然能快速精确求解。
化学专业“双创”实验室正面临着“新工科”带来的一系列挑战，实验室资源不断膨胀，实验室资源合理优化配置困难重重，实验室管理信息化程度必须随之更新升级。目前，实验室资源配置遇到的瓶颈是资源种类繁多（各类硬件资源、软件资源和人力资源等），各种资源之间配置冲突较大，这就要求资源配置不只是传统意义上的简单配置归类与分配[10-11]，而是需要合理优化。计算智能[12]方法是近年来计算机人工智能领域兴起的一类优化方法，该方法针对优化问题有着较好的处理能力，并成功应用于各个领域。基于计算智能的实验室资源优化配置是将计算智能应用于实验室信息化管理的一个成功尝试，并有着广阔的应用前景。本课题组将计算智能方法用于实验室资源优化配置中，取得了较好的效果，同时开发了“齐齐哈尔大学化学系实验室资源管理系统V1.0”，该系统获得了国家版权局计算机软件著作权。
2.1.2 专业应用拓展
“实话跟你说吧，”男中音说，“那家锁具厂曾经是我们的合作伙伴，因为经营不善已经倒闭了。不过请你放心，这个事情我们决不会坐视不管，稍后我通知经销商，让她派人将两家的门锁全部换新。”
为全面贯彻国家大力发展特色小镇建设精神，《广西培育特色小镇意见》提出，到2020年，要培育30个左右全国特色小镇、100个左右自治区级特色小镇、建设200个左右市级特色小镇。该意见的出台为广西贯彻国家特色小镇发展战略、发展广西区域经济明确了方向。
表1 “化学+计算机”模式“双创”课题案例
2.2 智能信息化更新升级
在“化学+”模式探索和实践中，本文提出了专业应用拓展理念，下面以“化学+计算机”为例详细阐述。在化学领域中有非常多的化学计算问题可以用计算机程序来解决，而且计算机程序解决的方案可以得到较好的求解速度和精度，这给“化学+计算机”模式提供了丰富的课题资源。如某个化学计算问题还没有人用计算机程序来解决，有学生用计算机程序解决了这个化学计算问题，也就完成了一次创新，这就是一个很好的“双创”课题。表1给出了课题组在“化学+计算机”模式实践中设计的20个“双创”课题案例，这20个案例均为化学与计算机交叉融合课题，采用计算机编程来解决化学问题，使化学问题的解决方案更加信息化和智能化。
2.3 面向通识教育
在“新工科”背景下化学专业“双创”实验室实践教学的理念应该面向通识教育，要更多注重企业实践能力与卓越的工程知识。国际上欧林工学院是工程教育界的成功典范，它的工程教育理念与“新工科”的目标是一致的，因此我们在建设“双创”实验室实践教学模式的过程中，融合欧林工学院的欧林三角课程哲学（如图2所示），提出“新工科”背景下化学专业“双创”实验室建设应具有“四化四性”：实践教学过程需更加规范化、人性化、工程化和多元化，人才培养需具有创新性、层次性和通识性。
图2 欧林三角课程哲学
2.4 产学研协同育人
高校化学专业“双创”实验室建设仅靠学校自身是无法满足“新工科”要求的，因此要大力吸纳企业、社会和科研院所等多方力量，共建联合“双创”实验室和实训实践基地。形成“产业+知识”链一体化“双创”培养模式，构建研教结合和产学结合的并行实践模式，建立多方协作下的产学研协同育人模式。研教结合是将企业和高校的横向或者纵向科研项目与“双创”实践教学相结合，在教学的过程中采用科研项目案例，使教学真正能落地，以提高学生的创新实践能力。产学结合是将产业和学校深度融合，让高校明确人才培养及产出是以产业需求为目标，这就要求高校的人才培养方案需要实时调整来适应产业需求。
2.5 工程专业认证
“新工科”中工程教育要面向国际化，同时随着我国国际合作“一带一路”倡议的落地实施，我国工程教育面临着与国际接轨的挑战，工程专业认证逐步推广。在这样的时代背景下，化学专业“双创”实验室建设也应保证与工程专业认证同步，“双创”实践教学的相关指标也必须满足工程专业认证的要求，“双创”课题的管理与实施也需要按照工程专业认证的标准来执行。有了工程专业认证这一标准，实验室的各项建设就有了标尺、规范，以及建设的目标。只有这样，化学专业“双创”实验室才能在“新工科”的浪潮中健康稳步发展。
3 结语
“新工科”对高校化学专业“双创”实验室建设提出了更高的要求。在“新工科”背景下，化学专业“双创”实验室建设应提高学科交叉融合度，“双创”课题应加大专业应用拓展类选题。实验室管理应更加趋于智能信息化，“双创”实践教学要面向通识教育，注重企业实践能力与卓越的工程知识，同时吸取多方力量构建产学研协同育人模式，在工程专业认证的方向上良性发展，培养出更多创新型复合人才。
2010年《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》，提出要建立“现代职业教育体系”，并对“现代职业教育体系”的内涵不断完善。我国从 21 世纪 80 年代开始关注中高职衔接问题，中高职衔接是我国职业教育健康发展的关键课题之一。中高职衔接的模式主要有五年一贯制、分段贯通制(3+2、2+3、3+3及4+2制)、对口单招、其他如自考函授委培等，“3+3”分段培养是中高职衔接的其中一种模式。中高职衔接“3+3”分段培养的典型特征是“两层直通，两校协同，两段衔接”，在发挥高职院校带头作用的同时，中高职通力合作，培育系统掌握专业理论知识，又具有娴熟实践技能的高素质技术技能型人才。
参考文献(References)
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Exploration on construction of “Double innovation” laboratory of chemistry specialties under background of “New engineering”
TIAN Jingzhi1, JING Tao1,2, ZHENG Yongjie3, WANG Bo4, Du Xiaoxin4
(1. College of Chemistry and Chemistry Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 2. Department of Science and Technology, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 3. College of Light Industry and Textile, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 4. College of Computer and Control Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)
Abstract:The “Double innovation” laboratory is an important position for the cultivation of innovative practical ability in colleges and universities. The construction and exploration of the “Double innovation” laboratory under the background of “New engineering” is of great significance to the reform of practical teaching and the cultivation of innovative talents. This paper focuses on the development of professional application development based on cross disciplinary integration, laboratory intelligent information construction and reform of experimental system for general education. Five key points such as the compound training mode of collaborative education of industry, education and research, etc., and engineering accreditation for “One belt and one road” are explored upon.
Key words:new engineering; chemistry specialty; “Double innovation” laboratory; practical teaching reform
中图分类号：G482
文献标识码：A
文章编号：1002-4956(2019)11-0266-04
DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.065
收稿日期:2019-03-25
基金项目:黑龙江省教育科学“十三五”规划2017年度省教育厅规划课题（GBC1317214）；黑龙江省教育科学“十三五”规划2016年度省教育厅规划课题（GJC1316190）；齐齐哈尔大学教育科学研究项目（2016012, 2015035）
作者简介:田景芝（1964—），女，黑龙江齐齐哈尔，硕士，教授，研究方向为化学工程及计算机技术在化学化工中的应用。E-mail: jingzhitianpr@163.com
通信作者:郑永杰（1964—），男，山东日照，博士，教授，主要从事材料制备与应用的研究。E-mail: zyj1964@163.com
标签：新工科论文; 化学专业论文; "论文; 双创"论文; 实验室论文; 实践教学改革论文; 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院论文; 齐齐哈尔大学科技处论文; 齐齐哈尔大学轻工与纺织学院论文; 齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院论文;