郭 雨，陈君华，俞浩，陈俊明，郭腾，丁志杰，周永生，魏居孟

(1.安徽科技学院化学与材料工程学院,安徽蚌埠 233100；2.安徽德力日用玻璃股份有限公司博士后工作站,安徽凤阳 233121)

2016年，“新工科（Emerging Engineering Education，3E）”概念基于国家发展战略新需求首次被提出，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，正逐渐成为我国工程教育改革的新方向。[1]经过三年来的建设和实践，全国众多高校新工科建设的相关研究已经呈现蓬勃发展之势，尤其是天津大学、浙江大学等工科名校已取得了初步成果。然而，作为一项对中国教育发展具有深远影响的系统工程，新工科建设正处于起步阶段，现有的实践成果也很难形成示范效应，建设之路仍然任重而道远。按照“新工科”所强调的学科实用性、交叉性与综合性的原则，如何突破传统学科之间的界限，并融合信息通讯、电子控制、软件设计等信息新技术，改造构建新工科化专业课程体系，满足传统工程类专业人才新工科化培养要求，实现培养知识结构多元化、创新能力卓越以及适应性强的新工科人才的目标，就成为传统工科专业必需破解的难题。[2-3]尤其是大量传统专业的新工科化改造升级已经成为当前高等教育领域亟待解决的问题。因此，结合新工科专业建设要求重新审视专业课程设置，构建学科交叉，知识领域宽，知识体系有序贯通的专业课程体系就成为传统专业改造的核心问题之一。本文以安徽科技学院（以下简称“安科院”）无机非金属材料工程专业为例，探讨和分析了玻璃材料方向专业课程体系的不足之处，并提出了以《化学工程基础》为枢纽和工程应用为主线的序贯课程体系的构建思路，优化和完善了课程模块以及课程之间的衔接和联系，对专业课程体系进行了扩容，对新工科专业课程设置以及传统工科专业升级改造具有重要的参考和借鉴意义。

一 背景

安科院地处安徽省滁州市凤阳县，毗邻蚌埠市，是我国为数不多的县级办学高等院校，属于典型的“地方型”院校。如何立足自身优势对接地方产业发展，完善本科专业结构，培养能够服务地方产业的工科人才，就成为新专业设置所必须要思考和解决的问题。凤阳是华东地区石英原料和日用玻璃制品生产基地，而毗邻的蚌埠市则形成了以凯盛集团公司（原蚌埠玻璃工业设计研究院）为核心的玻璃新材料技术型产业集群，已经成为安徽省乃至全国重要的硅基新材料产业基地和战略新兴产业基地。面对这样一个大而完整的地方产业集群，选择材料类专业作为对接地方产业的特色专业无疑是最佳选择。[2]正是伴随着地方硅基材料产业的兴起，无机非金属材料工程成为安科院最早开设对接地方产业的新专业之一，并将玻璃材料作为主要的专业培养方向。

安科院经过十多年的建设发展，该专业已先后获批为安徽省专业综合改革试点专业、“卓越工程师”培养计划专业以及国际合作办学专业，并建有产业协同创新基地、安徽省硅材料创新实践教育基地、省级玻璃材料与工艺示范实习实训中心、企业实习与实践基地等人才培养基地。2019年，无机非金属材料工程专业成为安徽省省级一流（品牌）建设专业，并推动了材料科学与工程和新工科专业——新能源材料与器件两个新专业的建设，正逐步打造具有地方特色的高水平材料类专业集群，专业建设示范效应凸显。

由于专业建设周期短，建设发展速度快，无机非金属材料工程专业课程体系暴露除了先修课程设置失序、专业课内容缺失与重复、模块不完整等诸多问题。[3]更重要的是，已有的传统专业建设经验不足以应对当前新工科的发展要求，而且材料科学与工程和新能源材料和器件两个新专业的专业课程体系也亟待进行新工科化设置。尤其是新能源材料和器件专业，国内还没有成熟的新工科范例可供参考。因此，面对新工科专业提出的培养要求和目标，如何完善和构建适应玻璃方向的新工科化专业课程体系就显得极为重要。

二 现行专业课程体系存在的问题

现行的课程体系是依据《2010级应用型创新创业人才培养方案》研究制定，构建了“平台+模块”的课程架构，即三个平台（通识教育课程平台、专业教育课程平台和创新创业教育课程平台）和两个模块（专业方向课程模块和个性化拓展课程模块），并加大了选修课、实践课比例，实践课程学分达到30%以上。根据指导意见，安科院无机非金属材料工程的专业课程平台设置了学科基础课程、专业基础课程和专业核心课程三大类，专业方向课程模块设置了玻璃材料和粉体材料2个方向课模块，其中玻璃材料方向是主要的专业方向（见表1）。经过多年的教学实践，专业课程体系的不足之处以及不适应新工科发展的矛盾开始显现。

（一）专业课教学内容重复或者缺失，知识体系无法有效贯通

部分专业课章节内容重复讲授或者缺失，知识脉络存在结构性缺陷，难以系统且衔接贯通。专业教师之间缺乏必要的沟通，重复内容被反复讲授，缺失内容则缺少合理的导入和铺垫，学生很难厘清到专业课知识之间的关联。如《化学工程基础》课中没有涉及固体流态化、搅拌混合等教学内容，而专业核心课《粉体工程》中涉及到了流化阻力、流化造粒、粉体混合等内容，缺少了必要的理论知识铺垫，造成了学时少信息量大的矛盾，导致教学难度大幅增加。相反，《化学工程基础》中非均相物系分离章节中沉降和过滤与《粉体工程》中颗粒流体力学、颗粒分级和分离等教学内容重复，浪费了部分学时和学生的学习精力。

表1 无机非金属材料工程专业课程设置一览表

（二）部分课程错位设置，专业课程设置失序

为了解决学时均衡的问题，部分先修课程设置发生错位。如安科院第四学期开设的《化学工程基础》所需的《机械设计基础》和《工程制图》两门先修课程被设置在第五学期，出现了明显的先修课程错位失序现象。又如第七学期开设的《自动化仪表与控制》与第六学期开设的《无机非金属材料工厂设计概论》也存在修学次序上的不合理。此外，现有的专业课程体系还存在部分相关性课程修学时间跨度大、专业课过于集中等设置问题。如《材料工程专业前沿导论》前置，与《功能材料概论》《纳米材料概论》《新能源材料与技术》3门选修课时间跨度太大，学生缺乏相关专业知识的铺垫，教学效果并不理想。专业核心课和专业方向课大都在五、六学期集中授课，专业课之间支撑乏力，学生的学习负担过重，教学效果差强人意。

（三）专业课模块设置不完整，缺少新工科课程

安科院现有与玻璃生产相关的课程只有《玻璃热工及机械设备》《玻璃工艺学》《无机非金属材料工厂设计概论》三门课程，专业知识结构不完整，知识体系不够饱满，不足以使学生应对玻璃生产过程中遇到的各类技术问题。个性化拓展课程模块也只有《应用文写作》《社交礼仪》《美学原理》《中国文化概论》《现代企业管理》5门人文素质课程，缺少设计类、财会类、管理类、史学等相关专业课程设置。这种模块内容配置不足导致了知识结构性缺失和知识体量不够饱满，使得模块之间不能很好契合，根本不能满足具备交叉学科专业知识以及经济、社会和管理等学科跨界整合能力新工科人才的培养要求，高校人才培养与市场人才需求之间严重脱节。因此，安科院针对专业课程体系结构性缺陷、知识体系贯通性差等问题，如何完善并构建有序贯通的玻璃方向的专业课程体系，就成为本文所要解决的核心问题。

三 新工科化专业课程体系序贯构建思路

为了解决专业课程体系的系统性构建问题，首要问题在于如何依托人才培养方向确定课程体系的“主干”，厘清数理基础课—专业基础课—工程基础课—专业方向课的层级结构关系，从而勾勒出本专业知识体系框架。

第一，安科院首先明确了以玻璃制造加工为应用导向的构建目标，按照专业方向课-衔接课—专业核心课—专业基础课—学科基础课的逆序设计的基本原则，由应用端课程逐步逆向回溯至学科基础端课程，突出专业课程体系“主干”。

第二，安科院选择高关联度的工程类专业课作为衔接纽带，有序贯通基础课与专业课之间的教学内容，实现由“理”向“工”的知识跨越，确保课程体系“主干”通畅。课程体系“枢纽”要求能够将数学、物理、电子信息、机械、材料等专业知识交叉融合，并集成为高度整合性的知识集群。基于此，教师可以有针对性地授课，而非局限于原来单一课程的教学，有效克服了知识点的重复讲授、跳空不衔接等问题。

第三，安科院增加新工科能力提升和跨界整合的相关课程，构建结构完整且逻辑严密的课程模块，加强新工科人才学科交叉、跨界整合、创新创业等能力和素质的培养，使之形成“枝繁叶茂”的专业课程体系。增加新工科课程可以有效扩展知识体系广度，实现知识体系增容，提高知识体系的饱满度。而且，重塑多学科交叉融合的专业课程体系，从根本上解决了模块设置以及课程体系不完整的顶层设计缺陷，也为培养新工科人才提供了基本保障。

四 专业课程体系的序贯构建

（一）理顺现有专业课体系“主干”，构建专业课程体系基础框架

安科院针对现有课程体系存在的问题，首要解决的主要矛盾是现行专业课程体系内课程修学次序错位以及专业课过度集中，明确以工程应用为导向的专业课程体系“主干”。

第一，将材料专业基础课程与工程类相关课程分类，形成工程应用和专业基础理论两个区块。工程应用主要是构建玻璃方向专业课程体系“主干”，使之与既定的人才培养目标相契合。专业基础理论作为基础部分，为课程体系“主干”提供必要的材料学基础知识以及实践技能培养。两者相互交叉，互为补充，形成专业基础和专业方向统一的课程体系。数学、物理、机械、物理化学等课程为无机材料科学基础、物理性能、材料分析与测试等课程提供必要的数理基础，而这些后续课程又为无机材料工艺学和玻璃工艺学提供了先修知识。

第二，调整教学进程中课程的开设次序，加强课程之间教学内容衔接，均衡专业课学时分配。大学物理、电子电工学、工程制图、物理化学、无机材料科学基础、无机材料物理性能等课程前置，使得数理基础课与专业基础课之间的教学内容更加贯通顺畅。如第一学期《高等数学A (Ⅰ)》修学结束后，微积分知识足以为大学物理和物理化学提供先修基础，而物理学则为电工学提供修学基础。机械设计基础、工程制图以及第五学期材料学专业课也被前置，尤其是专业核心课和专业方向课被分散到第三、四和五学期开设，极大缓解了专业课教学过度集中的矛盾。《材料工程专业前言导论》《无机非金属材料工厂设计概论》被后置，可为学生提供足够长的专业认知缓冲期。

安科院重新调整后的课程设置不仅理顺了课程之间的衔接次序，教学学时分配相对均衡，而且横向课程递进式梯次设置和纵向课程属性划分，使得课程设置的层次结构更加合理。

（二）确定课程“枢纽”，重构知识体系

培养合格的工科人才，需要搭建工程学知识平台，为工学专业学生提供必要的基础知识。通过课程关联性分析可知，《化学工程基础》以高等数学、物理学、物理化学、工程制图等课程为先修基础课程，与《无机材料科学基础》《无机材料物理性能》等材料学课程相互融合，构成了专业方向的工程学基础，在学科基础课与专业方向课之间起着承上启下作用（见图1）。因此，选择《化学工程基础》作为“枢纽”能够有效衔接不同课程的教学内容，为玻璃方向专业课提供工程学基础知识。

图1 专业课程关联图

根据专业知识关联分析，方向课大部分章节均与《化学工程基础》密切相关，对这些课程起到了极为重要的支撑作用。如玻璃熔制和加工过程中，石英砂与方解石、硫酸钠等原料发生固相反应并熔融成液态玻璃、玻璃成品退火等过程是典型的传热过程，而输送原料以及气态燃料燃烧则需要流体力学知识为支撑。然而，安科院现行的人才培养方案中《化学工程基础》处于专业基础课的地位，教学总学时只有72学时，其中理论课教学54学时，实验课教学18学时。教学内容涉及流体力学、非均相物系分离、传热、精馏、吸收和干燥6个章节，每章平均理论学时不足10学时，难以支撑专业方向课的学习。就教学内容而言，专业知识点与后续专业课多有重复，部分导入性的教学内容缺失；不同章节的学时分配不合理，尤其是与玻璃制品生产密切相关的非均相物系分离章节学时严重不够，被相关度不高的精馏和吸收两章挤占很大一部分学时，造成了跳空不衔接，加大了后续课程的教学难度。因此，重新组织《化学工程基础》的教学内容，提升其课程地位，是疏导贯通知识体系和适应新工科化改造的关键。

为了适应新工科改造要求，首先将《化学工程基础》由专业基础课提升为专业核心课，增加教学学时和知识体系纵深，强化对后续专业课程的支撑。目前，安科院新建的材料科学与工程专业已将《化学工程基础》列为专业核心课，并已经开始试点教学。课程内容方面，扩展流体力学、非均相物系分离和干燥章节的教学内容，增加固体流态化和混合与搅拌两个新章节，缩减精馏和吸收两章的学时，为专业课教学提供更好的定向支撑作用。如流体力学章节增加有压管流和孔口、管嘴出流，可以为《玻璃工业热工设备》第九章中燃油喷嘴、天然气喷枪等内容提供理论基础；增加固体流态化、混合与搅拌等内容，可以作为《粉体工程》课程混合与造粒章节的先导知识。另外，减少部分专业课内容重复教学，增加重要章节知识点的讲授时间，加深学生对关键知识点的理解和掌握。如《玻璃工业热工设备》课程中第一章的内容与《化学工程基础》流体力学部分有很大重复，可以不用讲授；《粉体工程》中第五章粉体气固分离和液固分离与《化学工程基础》非均相物系分离章节重复，也不用重复讲授。

（三）增加新工科课程，完善专业课程模块，构建新工科专业课程体系

随着中国制造2025的提出，传统玻璃制造业也面临着开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用，以解决我国玻璃行业生产设备落后的现状，助推玻璃企业发展。[4]未来玻璃行业的智能化水平的逐步提升，使得材料、机械、信息、自动化等多学科交叉的特点也会愈发显著。因而，在明晰课程体系“主干”和课程“枢纽”的基础上，增加与之配套的新工科专业课程，才能架构出适合新工科发展需要的玻璃方向专业课程体系，使得课程模块结构上更加合理和完整。显然，安科院现行人才培养方案局限于传授学生的本专业知识和培养本专业实践技能，培养模式已然无法适应当前科技型、创新型经济的发展。因此，改造传统专业就要重新审视并分析培养方案，发现能力培养方面的短板，提升其“新”工科能力。

新工科人才不仅注重本专业知识和技能的学习和培养，更加注重本专业与信息技术的交叉融合，以及创新、管理、人文素养等综合素质的培养，能力培养呈现出专业—信息化—人文多元化“三足鼎立”的格局。安科院新工科专业是以智能制造、云计算、人工智能、机器人等用于传统工科专业的升级改造，使得本专业的工程技术与信息技术形成叠加态。传统化工生产过程中所使用的仪表现已大多被各类能够准确控制且易系统集成的传感器取代，特别是人工智能、物联网等信息技术更是极大地催化了工业智能化的发展。与计算机编程、硬件等信息技术相关的课程逐渐成为非计算机专业学生必修的专业课，其与材料专业课程高度交叉融合，成为专业课程必不可少的组成部分。所以，加强学生C++、Delphi等计算机语言以及自动化技术的学习，掌握自动控制系统分析、设计及应用，能够基于对象进行编程开发，并解决本专业领域智能化生产过程中遇到的问题，是今后新工科人才所必须具备的主要能力。此外，相对于传统工科人才，未来新兴产业和新经济需要的人才还要求创新能力突出，跨界整合能力强，人文底蕴深厚，具有创新意识、全球视野和国际竞争力。目前，安科院专业课程体系涉及创新、创业、管理、人文社科类课程非常少，学生只注重了创新能力的培养，在创业、企业管理、市场营销、人力资源等方面往往都形成了能力培养“真空”。因此，增加经济管理类和人文社科类课程，提高学生个人效能和社会能力，培养其跨界整合能力，则是新工科人才必须具备的另一主要能力。

按照新工科学生的三个核心能力要求，无机非金属材料工程的专业课程体系也相应的从专业主干课程强化、信息技术交叉融合、核心能力素质提升三个方面进行知识体系扩容和重构，构建了能力与课程类型的对应关系，形成了以新工科人才培养为导向的课程体系。

1.专业主干课程强化。增加《日用玻璃制造技术》《玻璃生产管理与质量控制》《新玻璃概论》专业方向课，形成覆盖玻璃制造技术、生产工艺、加工设备、生产管理、原料和产品质检以及玻璃新材料的完整知识体系，使得玻璃方向课模块更加完整。新增课程作为《玻璃工艺学》的互补课程，有利于细化整个玻璃生产过程的技术要点，建议在第六学期开设。学时分配上，《玻璃生产管理与质量控制》《新玻璃概论》建议少学时，可以结合实践课程或者玻璃生产企业实习进行学习。

2.信息技术交叉融合。增加信息技术和自动化专业的课程，强化学生C语言、Delphi等汇编语言的学习与应用，掌握自动化控制的基本原理以及自动化设备设计基础，具有操纵和维护集散控制系统（DCS）、现场总线系统（FCS）、可编程控制器（PLC）系统、先进控制（APC）系统、实时优化（RTO）、企业资源计划（ERP）、生产过程执行系统（MES）等数字化和智能化设备的能力，并将其融入到实际教学过程中，突出和适应新工科智能化知识结构的发展要求，实现传统制造人才向智能化制造人才转型的培养目标。作为重要的支撑性专业课程，建议在第三和第四学期集中开设，学时应不少于54学时。

3.核心能力素质提升。创新创业教育课程增加《产品设计》《计算机辅助工业设计》《现代玻璃艺术设计》《中国古代玻璃器皿》课程，并将工业设计3.0的理念融入到教学中，补齐学生在产品设计方面的创新短板。《产品设计》《计算机辅助工业设计》《现代玻璃艺术设计》《中国古代玻璃器皿》可以少学时教学，或者作为选修课程，建议在方向课之后开设作为创新类课程的补充。

增加《行政领导与决策》《人力资源开发与管理》《会计学》《市场营销》《创业投资》《技术经济学》等经济管理类课程，使学生具备决策和管理能力，熟悉投资、财务、市场营销和人力资源开发，增强其创业能力和企业管理能力，奠定学生的跨界整合能力的知识基础。这些课程可以进行少学时教学，或者作为选修课程供学生修学，建议在第一、第二学期集中开设。

增加《中国社会政治分析》《社会调查与统计》《中国通史》等人文素质课程，培养学生时政分析和社会实践能力，以及厚实的人文底蕴。建议少学时教学，在第一和第六学期开设。

新工科化专业课程体系的课程布局如图2所示。专业课布局采用递进、均衡的原则，前三个学期专业基础课依次递增，能力提升课依次递减，形成互补格局。专业课程则在四、五、六学期均匀设置，以专业基础课、核心课和方向课为主，其他课程采用少学时教学或者选修，突出主干课程教学。由于新增课程较多，课程布局就要考虑通识课的安排和学时均衡，避免大一课程过多过泛。创新创业和经济管理类课程可集中在一年级和二年级修学，部分思政类通识课则安排在第六和第七学期开设。能力提升课程前置可以使学生接触到更多的学科门类，拓宽了专业视野，掌握必要的创新创业方法和技巧，奠定良好的跨界整合能力的基础。特别是第一学期只设置《高等数学》《无机及分析化学》两门专业课程，以能力提升为主的课程集中开设最大程度上缓解了新生的焦虑、茫然等负面情绪，为新生由高中学习方式向大学学习方式的顺利过渡提供了必要的缓冲期。能力提升实践环节可以借助导师制、大学创新课题、互联网+、创青春、职业大赛等各类创新活动和比赛引导学生参加，将创新创业能力和跨界整合能力培养落到实处，并贯穿整个人才培养全过程，至少为三学年。《马克思主义原理概论》《毛泽东思想和中国特色社会主义理论概论》等通识课安排第六和第七学期，不仅可以兼顾每个学期的学时均衡，还减少了大三学生考研政治课的复习时间，有利于毕业生考研率的提高。

图2 新工科化专业课程体系序贯构建

（四）开展新工科师资建设，组建专业课教学团队，为新工科课程体系提供人力资源配套

合理的教师资源调配是能否顺利贯彻执行专业课程体系的基本保障。目前，安科院师资队伍中材料类专业毕业的师资严重缺乏，专业核心课和方向课师资力量薄弱，大部分具有化学专业背景的教师很难满足专业课教学需求，而且几乎所有的教师都没有信息通讯、自动化、管理、投资等方面的知识积累。因此，新工科师资建设也要与新工科专业课程体系建设同步。通过引进新师资、国内外访学进修、挂职锻炼等方式加强对专业课教师的培养，特别是自动化、信息类、管理等方面的专题培训，增加其交叉学科知识，提高执教水平。与企业加强产学研合作，积极创造条件鼓励专业课教师全程参与企业工程项目的建设，逐步形成具有学科交叉特色的师资团队，提高教师的实践教学能力。聘请企业管理和技术人员到学校开展专技类和创投类讲座，或者聘请其参与教学，将企业投资、市场运营策划、财务管理、工艺、技术规范和生产要求等内容融入教学，并利用企业现场和工程操作案例来为学生进行实践教学，弥补教学过程的不足。

（五）校企专家合编教材，修订教学大纲，以适应玻璃方向新工科人才的培养

随着现代工业体系中信息化技术的不断渗透与整合，现有的专业课教材内容则太过单一，内容几乎大同小异，并且教材编著者大都来自高校，行业前沿以及发展趋势不甚了解，造成教材内容与行业人才需求脱钩。因此，安科院引进企业高层次人才，开展校企专家合编教材的建设势在必行。第一，协同高校和企业两方的人力资源，组建高校教师和企业技术人员组成的教材编写组，提出适应新工科化的教材编写方案，避免新编教材同质化和单一化。第二，对现有专业课内容进行删减和增加，扩充新工科专业知识，重新修订教学大纲，为专业课教学提供指导。

五 结束语

专业课程体系的顶层设计方案是新工科人才培养的基础和着力点。玻璃材料方向新工科专业课程体系的序贯构建解决了专业课脱节、模块不完整、新工科课程设置不足等结构性问题，不仅为我校培养新工科人才提供了有力保障，也为其他地方高校传统专业的新工科改造建设起到一定的借鉴和参考。然而，将不同学科的课程融入到人才培养方案，培养专业技术过硬和人文素养深厚的玻璃行业新人才，能够应对未来新经济环境下创新。