大學(xué)化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式及思考
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[摘要]本科層次工科人才培養(yǎng)是工程師人才隊(duì)伍建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文從培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)資源、教學(xué)實(shí)踐等方面介紹美國(guó)蒙大拿州立大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式。該校培養(yǎng)的人才緊跟工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)生綜合素質(zhì)高。在新工科建設(shè)的背景下，我國(guó)工科人才培養(yǎng)要在教學(xué)理念和教學(xué)方式上進(jìn)行改革，可采取以下措施：制定清晰的培養(yǎng)目標(biāo)，提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，重視工程實(shí)踐。
[關(guān)鍵詞]化學(xué)工程專業(yè)；培養(yǎng)目標(biāo)；課程設(shè)置；教學(xué)資源；工程實(shí)踐
我國(guó)擁有規(guī)模龐大的本?？乒た茖W(xué)生，規(guī)模居世界前列。工科人才的培養(yǎng)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力的人才保障，但獲得資質(zhì)的工程師數(shù)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(yǎng)是工程師人才隊(duì)伍建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，美國(guó)在工科教育方面成效顯著，培養(yǎng)出了對(duì)世界產(chǎn)生重要影響的工程人才[1]。筆者在美國(guó)蒙大拿州立大學(xué)(MSU)的化學(xué)與生物工程系以訪問學(xué)者身份開展學(xué)習(xí)和研究工作，有機(jī)會(huì)對(duì)該系的化學(xué)工程專業(yè)有近距離的接觸，對(duì)專業(yè)建設(shè)有初步了解。以下就該校化學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)進(jìn)行介紹。
1MSU化學(xué)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式
1.1專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)
通過優(yōu)秀的教學(xué)服務(wù)社會(huì)，培養(yǎng)的學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)工程基礎(chǔ)知識(shí)，具有良好溝通能力、安全生產(chǎn)意識(shí)和高尚的道德，具備終身學(xué)習(xí)的能力，能積極主動(dòng)解決問題。該專業(yè)得到了美國(guó)工程與技術(shù)認(rèn)證委員會(huì)(ABET)的認(rèn)證，培養(yǎng)的學(xué)生能夠運(yùn)用工程、科學(xué)和數(shù)學(xué)原理來識(shí)別、分析和解決復(fù)雜的工程問題，采用工程設(shè)計(jì)來滿足特定需求，注意公共健康、安全、文化、社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等因素。培養(yǎng)的學(xué)生具有良好的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，具有開展實(shí)驗(yàn)、分析和解釋數(shù)據(jù)、判斷獲得結(jié)論的能力，能采用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)策略，根據(jù)需要獲取和運(yùn)用新的知識(shí)，能從事化學(xué)品生產(chǎn)、石油精煉、制藥、環(huán)境工程等領(lǐng)域的工作。
1.2課程設(shè)置
設(shè)有必修課程和選修課程，一些后續(xù)課程要求先修課程必須達(dá)到C或者更高的成績(jī)。核心課程方面，大一設(shè)有化學(xué)工程概論、生物工程概論、大學(xué)化學(xué)、微積分等；大二設(shè)有有機(jī)化學(xué)、物理學(xué)、化工及生物工程基本原理、材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等；大三設(shè)有生物過程工程、多學(xué)科工程設(shè)計(jì)、化工反應(yīng)器設(shè)計(jì)、化工傳質(zhì)操作等；大四設(shè)有化學(xué)工程設(shè)計(jì)、化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)、生物工程實(shí)驗(yàn)等[2]。該?；瘜W(xué)工程專業(yè)加強(qiáng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，注重與生物工程、材料科學(xué)相結(jié)合，重要的實(shí)驗(yàn)課程安排在大四進(jìn)行。選修課程方面，除了設(shè)有化學(xué)類、生物類、工程類、物理類、數(shù)學(xué)類等課程，還開設(shè)可持續(xù)能源、生物醫(yī)學(xué)等新興學(xué)科的課程以及本科研究、合作實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程。
1.3教學(xué)資源
學(xué)校擁有書店，方便學(xué)生購(gòu)買教材。教材的價(jià)格昂貴，一本教材的價(jià)格幾十到上百美元，對(duì)大部分學(xué)生而言是一筆不小的開支。一些教材可以租借，學(xué)生也可以選購(gòu)二手教材。相應(yīng)的教材篇幅較長(zhǎng)，利于學(xué)生自學(xué)。同時(shí)，學(xué)校的許多教師編寫教材或者內(nèi)部講義。如教材《Python在化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程計(jì)算中的應(yīng)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(jīng)驗(yàn)。此外，該系RonaldW.Larsen出版《Excel在工程中的應(yīng)用》(EngineeringwithExcel)。學(xué)校圖書館資源豐富，擁有大量紙質(zhì)藏書和電子教材。數(shù)據(jù)庫(kù)方面，擁有EngineeringVillage-Compendex(EI數(shù)據(jù)庫(kù)，工程類期刊及會(huì)議論文摘要)、Knovel(工程及科學(xué)手冊(cè)，物質(zhì)性質(zhì)等)、Reaxys(化學(xué)反應(yīng)器、性質(zhì)以及物理、光譜、生物活性和毒理數(shù)據(jù))、SciFinderWeb(化學(xué)文摘)、AcademicSearchComplete(學(xué)術(shù)期刊、新聞等搜索工具)、ASTMCompass(ASTM材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn))、EngineeringCaseStudiesOnline(文字及視頻方式介紹工程案例)。
1.4教學(xué)實(shí)踐
作為與工程密切聯(lián)系的專業(yè)，實(shí)踐活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的重要途徑。學(xué)生可以參加“大學(xué)生研究體驗(yàn)”(REU)暑期課程。高年級(jí)的學(xué)生參與教師的實(shí)驗(yàn)課題，一般由教師和研究生共同指導(dǎo)，學(xué)生將所學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)。筆者所在實(shí)驗(yàn)室，大三學(xué)生參與了課題組導(dǎo)師的課題，完成了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化、反應(yīng)設(shè)備使用及分離純化樣品。通過系統(tǒng)完整的實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生各項(xiàng)能力得到了提高。
1.5教育論壇
美國(guó)重視化工教育方法的交流，有影響力的學(xué)術(shù)會(huì)議有美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)(AICHE)年會(huì)，設(shè)有本科生教育論壇，在每年的年會(huì)中專門討論化工本科課程設(shè)置、教學(xué)方法、人才培養(yǎng)等，這為教師更新教學(xué)方法提供了平臺(tái)。此外，優(yōu)秀本科生也可以參加學(xué)術(shù)會(huì)議張貼海報(bào)。個(gè)人訪學(xué)期間參加了2020年的AICHE學(xué)術(shù)會(huì)議，了解到化工教育論壇相關(guān)發(fā)言主題有化工教育中的計(jì)算和數(shù)據(jù)科學(xué)、各年級(jí)的工程教育論壇、教學(xué)設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐、在虛擬世界中培養(yǎng)化學(xué)工程師、實(shí)驗(yàn)室與動(dòng)手實(shí)踐等[3]。例如：在“快速過渡到在線教學(xué)：2020年春季以來化學(xué)工程學(xué)院的策略、挑戰(zhàn)和成功”的報(bào)告中，演講者針對(duì)2020年春季大學(xué)取消面對(duì)面授課轉(zhuǎn)而開展在線教學(xué)這一現(xiàn)象，報(bào)告了各教學(xué)機(jī)構(gòu)過渡的時(shí)間表、過渡的課程類型以及教師在轉(zhuǎn)為在線教學(xué)之前的狀態(tài)及在線教學(xué)計(jì)劃；基于機(jī)構(gòu)類型(研究為主型機(jī)構(gòu)，本科生為主型機(jī)構(gòu))、教職員類別等進(jìn)行了比較，闡明了不同群體如何應(yīng)對(duì)這種轉(zhuǎn)變以及可能受到的影響。這些結(jié)果有望為如何應(yīng)對(duì)類似突發(fā)事件提供有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)，并為應(yīng)對(duì)未來的挑戰(zhàn)提供幫助。教學(xué)論壇與當(dāng)前形勢(shì)密切聯(lián)系，對(duì)提高教學(xué)水平大有益處。
2對(duì)工科教育的啟示
從該?；瘜W(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)可以發(fā)現(xiàn)，該校培養(yǎng)的人才緊跟工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)生可獲得豐富的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生綜合素質(zhì)高，畢業(yè)后就業(yè)面廣。在新工科建設(shè)的背景下，我國(guó)工科人才培養(yǎng)要在教學(xué)理念和教學(xué)方式上進(jìn)行改革，可采取以下措施。
2.1制定清晰的培養(yǎng)目標(biāo)
目標(biāo)不宜過于宏觀而不容易實(shí)現(xiàn)，也不能只為適應(yīng)行業(yè)的需求而過于狹窄。在人才培養(yǎng)目標(biāo)上要緊跟行業(yè)發(fā)展，制定清晰的目標(biāo)，將專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)與正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新工科人才。
2.2提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源
經(jīng)驗(yàn)豐富的教師參與本科教材的編寫，提供適合人才培養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)教材；學(xué)校圖書館適應(yīng)新工科建設(shè)的需要，提供豐富的文獻(xiàn)資源，特別是一些電子資源可為豐富教學(xué)內(nèi)容提供有效的途徑[4]。教學(xué)論壇作為教學(xué)方法交流的重要平臺(tái)，對(duì)轉(zhuǎn)變教育理念，更新教學(xué)方法具有巨大的促進(jìn)作用。教師多參與教學(xué)相關(guān)的學(xué)術(shù)論壇，不斷充實(shí)教學(xué)內(nèi)容和提高教學(xué)水平。
2.3重視工程實(shí)踐
通過實(shí)踐教學(xué)加強(qiáng)研究能力的提升，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)與工廠實(shí)踐密切結(jié)合，創(chuàng)造條件讓本科生參與企業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)研發(fā)工作。要重視認(rèn)知實(shí)習(xí)、工程實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))等實(shí)踐環(huán)節(jié)[5-6]，充分利用大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，督促學(xué)生獨(dú)立開展文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究、報(bào)告及論文撰寫[7]，通過系統(tǒng)完整的實(shí)踐過程培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力。
3結(jié)語(yǔ)
在新工科建設(shè)的背景下，高校要借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，更新觀念，設(shè)定切實(shí)可行的目標(biāo)，加強(qiáng)教材建設(shè)，面向行業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、綜合素質(zhì)過硬、適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的卓越工程人才。
作者:李明飛 單位:北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 林木生物質(zhì)化學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
