大學化學專業人才培養模式及思考

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[摘要]本科層次工科人才培養是工程師人才隊伍建設的一個重要環節。本文從培養目標、課程設置、教學資源、教學實踐等方面介紹美國蒙大拿州立大學化學工程專業人才培養模式。該校培養的人才緊跟工業發展趨勢，學生綜合素質高。在新工科建設的背景下，我國工科人才培養要在教學理念和教學方式上進行改革，可采取以下措施：制定清晰的培養目標，提供優質的教學資源，重視工程實踐。

[關鍵詞]化學工程專業；培養目標；課程設置；教學資源；工程實踐

我國擁有規模龐大的本專科工科學生，規模居世界前列。工科人才的培養為我國經濟發展提供了有力的人才保障，但獲得資質的工程師數量仍然不多，在世界范圍的排名并不靠前。本科層次工科人才培養是工程師人才隊伍建設的一個關鍵環節，美國在工科教育方面成效顯著，培養出了對世界產生重要影響的工程人才[1]。筆者在美國蒙大拿州立大學(MSU)的化學與生物工程系以訪問學者身份開展學習和研究工作，有機會對該系的化學工程專業有近距離的接觸，對專業建設有初步了解。以下就該校化學工程專業的人才培養進行介紹。

1MSU化學工程專業的人才培養模式

1.1專業的培養目標

通過優秀的教學服務社會，培養的學生能夠運用化學工程基礎知識，具有良好溝通能力、安全生產意識和高尚的道德，具備終身學習的能力，能積極主動解決問題。該專業得到了美國工程與技術認證委員會(ABET)的認證，培養的學生能夠運用工程、科學和數學原理來識別、分析和解決復雜的工程問題，采用工程設計來滿足特定需求，注意公共健康、安全、文化、社會、環境和經濟等因素。培養的學生具有良好的溝通能力和團隊協作能力，具有開展實驗、分析和解釋數據、判斷獲得結論的能力，能采用適當的學習策略，根據需要獲取和運用新的知識，能從事化學品生產、石油精煉、制藥、環境工程等領域的工作。

1.2課程設置

設有必修課程和選修課程，一些后續課程要求先修課程必須達到C或者更高的成績。核心課程方面，大一設有化學工程概論、生物工程概論、大學化學、微積分等；大二設有有機化學、物理學、化工及生物工程基本原理、材料結構與性質等；大三設有生物過程工程、多學科工程設計、化工反應器設計、化工傳質操作等；大四設有化學工程設計、化學工程實驗、生物工程實驗等[2]。該校化學工程專業加強數學基礎，注重與生物工程、材料科學相結合，重要的實驗課程安排在大四進行。選修課程方面，除了設有化學類、生物類、工程類、物理類、數學類等課程，還開設可持續能源、生物醫學等新興學科的課程以及本科研究、合作實習等實踐課程。

1.3教學資源

學校擁有書店，方便學生購買教材。教材的價格昂貴，一本教材的價格幾十到上百美元，對大部分學生而言是一筆不小的開支。一些教材可以租借，學生也可以選購二手教材。相應的教材篇幅較長，利于學生自學。同時，學校的許多教師編寫教材或者內部講義。如教材《Python在化學和生物醫學工程計算中的應用》(ChemicalandBiomedicalEngineeringCalculationsUsingPython)一書由該系的系主任JeffreyJ.Heys編寫，作者講授化工類課程15年以上，具有20年的建模經驗。此外，該系RonaldW.Larsen出版《Excel在工程中的應用》(EngineeringwithExcel)。學校圖書館資源豐富，擁有大量紙質藏書和電子教材。數據庫方面，擁有EngineeringVillage-Compendex(EI數據庫，工程類期刊及會議論文摘要)、Knovel(工程及科學手冊，物質性質等)、Reaxys(化學反應器、性質以及物理、光譜、生物活性和毒理數據)、SciFinderWeb(化學文摘)、AcademicSearchComplete(學術期刊、新聞等搜索工具)、ASTMCompass(ASTM材料測試標準)、EngineeringCaseStudiesOnline(文字及視頻方式介紹工程案例)。

1.4教學實踐

作為與工程密切聯系的專業，實踐活動是培養學生工程素質的重要途徑。學生可以參加“大學生研究體驗”(REU)暑期課程。高年級的學生參與教師的實驗課題，一般由教師和研究生共同指導，學生將所學知識靈活應用于實驗。筆者所在實驗室，大三學生參與了課題組導師的課題，完成了實驗方案設計、化學反應條件優化、反應設備使用及分離純化樣品。通過系統完整的實驗過程，學生各項能力得到了提高。

1.5教育論壇

美國重視化工教育方法的交流，有影響力的學術會議有美國化學工程師學會(AICHE)年會，設有本科生教育論壇，在每年的年會中專門討論化工本科課程設置、教學方法、人才培養等，這為教師更新教學方法提供了平臺。此外，優秀本科生也可以參加學術會議張貼海報。個人訪學期間參加了2020年的AICHE學術會議，了解到化工教育論壇相關發言主題有化工教育中的計算和數據科學、各年級的工程教育論壇、教學設計最佳實踐、在虛擬世界中培養化學工程師、實驗室與動手實踐等[3]。例如：在“快速過渡到在線教學：2020年春季以來化學工程學院的策略、挑戰和成功”的報告中，演講者針對2020年春季大學取消面對面授課轉而開展在線教學這一現象，報告了各教學機構過渡的時間表、過渡的課程類型以及教師在轉為在線教學之前的狀態及在線教學計劃；基于機構類型(研究為主型機構，本科生為主型機構)、教職員類別等進行了比較，闡明了不同群體如何應對這種轉變以及可能受到的影響。這些結果有望為如何應對類似突發事件提供有價值的經驗，并為應對未來的挑戰提供幫助。教學論壇與當前形勢密切聯系，對提高教學水平大有益處。

2對工科教育的啟示

從該校化學工程專業的培養可以發現，該校培養的人才緊跟工業發展趨勢，學生可獲得豐富的學習資源，學生綜合素質高，畢業后就業面廣。在新工科建設的背景下，我國工科人才培養要在教學理念和教學方式上進行改革，可采取以下措施。

2.1制定清晰的培養目標

目標不宜過于宏觀而不容易實現，也不能只為適應行業的需求而過于狹窄。在人才培養目標上要緊跟行業發展，制定清晰的目標，將專業知識學習與正確的世界觀、人生觀和價值觀有機結合，培養引領行業發展的新工科人才。

2.2提供優質的教學資源

經驗豐富的教師參與本科教材的編寫，提供適合人才培養的優質教材；學校圖書館適應新工科建設的需要，提供豐富的文獻資源，特別是一些電子資源可為豐富教學內容提供有效的途徑[4]。教學論壇作為教學方法交流的重要平臺，對轉變教育理念，更新教學方法具有巨大的促進作用。教師多參與教學相關的學術論壇，不斷充實教學內容和提高教學水平。

2.3重視工程實踐

通過實踐教學加強研究能力的提升，學生的課程學習與工廠實踐密切結合，創造條件讓本科生參與企業生產和技術研發工作。要重視認知實習、工程實習、畢業論文(設計)等實踐環節[5-6]，充分利用大學生創新創業項目，引導學生積極參與，督促學生獨立開展文獻調研、實驗方案設計、實驗研究、報告及論文撰寫[7]，通過系統完整的實踐過程培養學生綜合運用專業知識的能力。

3結語

在新工科建設的背景下，高校要借鑒發達國家人才培養的成功經驗，結合我國國情，更新觀念，設定切實可行的目標，加強教材建設，面向行業發展，培養基礎扎實、綜合素質過硬、適應國家經濟建設的卓越工程人才。

作者:李明飛 單位:北京林業大學材料科學與技術學院 林木生物質化學北京市重點實驗室