新工科背景下过程装备与控制工程专业模块化改革路径探索

中图分类号：G12 文献标识码：A

引言

过程装备与控制工程专业是由过去的“化工机械”专业演进而来，是连接流程工业“工艺”与“设备”的桥梁学科，在我国工业化进程中发挥了不可替代的作用。然而，随着以人工智能、大数据、物联网、新能源、新材料为代表的第四次工业革命的深入发展，传统流程工业正朝着绿色化、智能化、高端化的方向急速转型。这对专业人才的知识、能力和素质结构提出了前所未有的新要求。

1、新工科内涵与过控专业面临的挑战

“新工科”并非单一学科的简单叠加，其核心内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型的卓越工程人才。它强调学科的交叉性、前沿性和实践性，要求工程教育从“学科导向”向“产业需求导向”转变，从“专业分割”向“跨界交叉融合”转变，从“适应服务”向“支撑引领”转变。

过程装备与控制工程专业，传统上以“化工机械”为基础，融合了机械工程、化学工程、控制工程等多学科知识，主要研究流程工业中各类过程设备的设计、制造、运行与控制。在新工科背景下，该专业面临多重挑战：知识更新速度加快，新材料（如复合材料、智能材料）、新工艺（如增材制造）、新技术（如数字孪生、工业互联网、人工智能、大数据分析）不断涌现，要求专业知识体系必须动态更新；产业需求转型升级，流程工业正向智能化、绿色化、高端化方向发展。企业不仅需要能维护传统设备的工程师，更需要能进行智能化改造、系统集成、能效优化和全生命周期管理的复合型人才；创新能力要求突出，新工科强调创新引领。学生不仅要掌握扎实的理论基础，更要具备解决复杂工程问题、进行技术集成和原始创新的能力；学科交叉需求迫切，过控专业本身具有交叉属性，但传统的课程设置中，机械、化工、控制等知识模块往往相对独立，未能实现深度融合，难以应对智能制造系统中机、电、液、控、信一体化的复杂需求。面对这些挑战，传统的线性、固化的课程体系已难堪重任，模块化教学改革以其灵活性、交叉性、可重构性的特点，成为过控专业适应新工科要求的重要突破口和核心措施[1]。

2、新工科背景下过控专业模块化体系的构建措施

2.1、打造“跨界融合型”的师资与教学资源

鼓励教师组建跨学科、跨领域的教学团队，共同开发和讲授交叉模块。聘请企业专家作为产业教授，参与模块教学和项目指导。建立教师到企业挂职、培训的常态化机制。打破教师隶属于单一学院的壁垒，组建由机械、化工、控制、计算机、管理等背景教师构成的模块教学团队。积极引进和培育具有跨学科知识背景和产业经验的“新工科”教师。聘请企业专家作为兼职教师，参与模块设计和项目指导。建设模块化的在线开放课程（MOOC）、虚拟仿真实验项目、工程案例库。例如，开发“离心泵数字孪生虚拟拆装与故障诊断仿真实验”、“智能工厂控制系统虚拟调试平台”等，弥补实体实验的不足，拓展教学时空[2]。

2.2、创新实践模块群：落实“重创新”

该模块群以项目和竞赛为载体，将所学知识应用于实践，激发创新潜能。综合性项目设计模块，每学年设置一个跨学期的综合性项目，如第一年“智能小车”、第二年“微型反应器设计”、第三年“工业流程智能监控系统”，项目难度逐年递增，贯穿大学学习全过程；科研创新训练模块，将教师的科研课题转化为可供学生选择的创新实验模块，如“新型高效换热器研发”、“基于AI的振动信号故障诊断”、“燃料电池系统控制策略研究”等，学生可提前进入实验室参与前沿研究；学科竞赛专题模块，围绕“互联网 +^,,, 、“挑战杯”、“全国大学生过程装备实践与创新大赛”等知名赛事，开设赛前培训与辅导模块，以赛促学，以赛促创；毕业设计（论文）模块，提倡“真刀真枪”做设计，选题主要来源于企业实际难题或重大科研项目，鼓励采用跨学科的研究方法，成果形式可以是设计、论文、专利、软件著作权或商业模式。

2.3、交叉融合模块群，凸显“强交叉”

这是模块化改革的亮点，旨在打破学科边界，培养学生解决复杂工程问题的系统集成能力。过程装备设计与集成模块，以《过程设备设计》、《过程流体机械》为核心，融入机械设计、材料选择、强度分析、标准规范，并通过大型课程设计项目，让学生完成从工艺计算、设备选型、结构设计到图纸输出的全过程；智能检测与控制系统模块，融合《传感器技术》、《过程控制系统》、《可编程控制器（PLC）》、《工业通信网络》，并新增《机器视觉》、《工业大数据采集》等内容。通过实验室和虚拟仿真，让学生构建一个完整的智能测控系统；过程模拟与数字化孪生模块，引入Aspen Plus、COMSOL等多物理场仿真软件，教授流程模拟、设备数值分析、系统优化等方法，并拓展数字孪生概念，让学生学习如何构建虚拟装备或流程，用于预测性维护和操作优化。装备安全与可靠性工程模块，整合《工程材料》、《腐蚀与防护》、《风险评价与完整性管理》，引入基于数据的可靠性分析、故障树分析（FTA）、失效模式与影响分析（FMEA）等先进方法，培养学生全生命周期的安全观[3]。

2.5、强化实践创新，赋能学生解决复杂工程问题能力

模块化教学天生具有实践基因。每个模块，尤其是交叉融合模块，都以项目（PBL）或案例（CBL）为主线。学生不再是被动听课，而是主动的项目经理、设计师和工程师。在“智能制造系统集成”模块中，他们会遇到资金预算、工期压力、技术分歧、调试失败等真实工程情境中的问题。通过团队协作、查阅资料、反复试验、请教导师，他们不仅深化了理论知识，更极大地锻炼了工程实践能力、项目管理能力和创新思维。这种“真刀真枪”的训练，是培养卓越工程师不可或缺的关键一环[4]。

结束语

尽管模块化教学意义重大，但其推行也面临诸多挑战：对现有教学管理体制和资源配置（如排课、教师工作量计算）的冲击；对教师跨学科教学能力和项目指导能力的高要求；教学资源（如实验室、项目平台）的升级与投入；以及与企业建立稳定深入合作机制的难度等。这是一个系统工程，需要高校凝聚共识，突破壁垒，持续投入，并与产业界深度协同。唯有如此，才能赋予过控专业新的生机与活力，为我国流程工业的智能化、绿色化变革提供坚实的人才支撑和智力保障，最终实现从“支撑服务”到“创新引领”的跨越。

参考文献：

[1]张前,徐凯. 新工科背景下过程装备与控制工程专业模块化改革路径探索[J].科技风,2024,(25):19-21.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202425007.

[2]周水清,李曰兵,金伟娅. 新工科背景下关于创新型人才培养的探索与 思 考 —— 以 过 程 装 备 与 控 制 工 程 专 业 为 例 [J]. 高 教 学刊,2023,9(34):56-59.DOI:10.19980/j.CN23-1593/G4.2023.34.013.

[3]武潭,张永海,高晓蕾. 新工科背景下过程装备与控制工程专业的人才培养模式[J].学园,2023,16(30):59-61.

[4]刘红姣,王小雨,晋梅,等. 新工科背景下过程装备与控制工程专业实践教学的探索与思考[J].轻工科技,2022,38(06):166-168.