化學(xué)工程教育挑戰(zhàn)與創(chuàng)新

1、化學(xué)工程教育的挑戰(zhàn)與創(chuàng)新Challenges&CreationsofChemicalEngineeringEducation金涌張立平余立新駱廣生各國抽樣數(shù)目（共2，158人）DECHEMA：World Chemical Engineering Council WCEC Survey“How Does Chemical Engineering Education Meetthe Requirements of Employment ?” September 2004找到第一職位時間（月）抽樣人員就業(yè)專業(yè)分布圖 教育對多種能力培養(yǎng)分類1. 基礎(chǔ)知識運(yùn)用能力2.一般性教育重要性3.跨學(xué)科思維4.科

2、研潛力5.在團(tuán)隊(duì)中工作效率6.領(lǐng)導(dǎo)能力7.收集信息能力8.分析信息能力9.信息資源10.批判式思維11.系統(tǒng)的過程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力12.社交能力13.外語能力14.多元文化理解能力15.提出問題的能力16.解決問題的能力17.管理能力18.財(cái)務(wù)基礎(chǔ)分析理解力20.對可持續(xù)發(fā)展原則的認(rèn)知19.自學(xué)能力及全生命周期學(xué)習(xí)21.對市場原則的認(rèn)知22.職業(yè)道德、倫理、責(zé)任心表 被調(diào)查者評分最高的選項(xiàng)五種能力的重要性等級等級在梯隊(duì)中工作效率6信息分析能力2社交能力12信息收集能力5自學(xué)能力4教師的激勵作用分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)教師授業(yè)滿意度分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)就業(yè)所需課程深度分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)教師的優(yōu)秀和敬業(yè)精神分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)課程組織的優(yōu)勢分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)

3、大學(xué)畢業(yè)生的反饋中國略優(yōu)條目：對教師優(yōu)秀敬業(yè)精神整體略優(yōu)條目授課滿意度課程深度教師的激勵作用兩者持平課程設(shè)置和組織對學(xué)習(xí)化工的愉悅度學(xué)生對學(xué)習(xí)化工專業(yè)不愉悅程度 中國 33% 美國 5% 英國 8% 德國 22% 平均 17%受教育者不滿意是最大的挑戰(zhàn)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性化學(xué)工程科學(xué)有著強(qiáng)大的學(xué)術(shù)魅力可滿足學(xué)生的好奇心（Curiosity）好奇心是自兒時起，終生推動對未知世界探索的動力。世界資源能源環(huán)境容量的有限性和人類改善生活品質(zhì)要求的持續(xù)性急切把最新科學(xué)成果用于最重要領(lǐng)域 納米技術(shù) 生物技術(shù) 系統(tǒng)科學(xué)與非線性數(shù)學(xué) 材料科學(xué) 等的研究都是化工的新生長點(diǎn)，有寬闊的科學(xué)研究舞臺?？蓾M足學(xué)生的事業(yè)

4、心（Ambition）化工科學(xué)研究面寬闊，它的產(chǎn)品種類多，數(shù)量大，應(yīng)用于人們衣、食、住、行、視聽各方面須臾不可缺少?；た茖W(xué)研究基本內(nèi)涵與煉油、建材、冶金、有色制藥、環(huán)保等工業(yè)有共同之處。輻射能力強(qiáng)。有創(chuàng)造大工程創(chuàng)新，有培育大企業(yè)家的沃土。化學(xué)工程科學(xué)范式的討論十分重要決定核心課程、輔助課程的內(nèi)容、深度等及它們的內(nèi)在聯(lián)系決定教學(xué)手段的組織運(yùn)用決定學(xué)科創(chuàng)新方向，新的生長點(diǎn)，交叉擴(kuò)張。決定了學(xué)科的吸引力和生命力?；瘜W(xué)工程學(xué)范式的演化第一階段范式： 1915年 Little【美】提出單元操作概念 1921年 MIT世界第一個化工系誕生 確認(rèn) 以機(jī)械系（傳熱、流體力學(xué)等）+化學(xué)系（熱力學(xué)、動力學(xué)、擴(kuò)散

5、、混合等）核心課程組成，確立了單元操作的課程理論體系。第二階段范式 1957年 歐洲第一屆化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)會議界定了它的學(xué)科范疇、研究方法完成了“三傳一反”即向動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和反應(yīng)工程的范式轉(zhuǎn)變。 1970年以后，化學(xué)工業(yè)特別石油化工規(guī)模加大，計(jì)算機(jī)融入，系統(tǒng)工程成功運(yùn)用，生物化工的發(fā)展等孕育著突破。第三階段范式：人們感到了原來化工范式的局限，企望新突破。郭慕孫提出第三階段范式應(yīng)是“三傳一反”+X，其中X是待定、可變、形成中的要素。 韋潛光提出第三階段范式應(yīng)是跳出“過程工程”藩籬而定義為“產(chǎn)品工程”，以產(chǎn)品性能與結(jié)構(gòu)關(guān)系設(shè)計(jì)為主要特征。金涌等曾以化工的研究對象已擴(kuò)展到物質(zhì)能量信息三

6、要素的關(guān)系，提出以“物質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化”、“能量傳遞與轉(zhuǎn)化”和“信息傳遞與轉(zhuǎn)化”的“三傳三化”為新范式。成為區(qū)別其他工程學(xué)科的顯著特點(diǎn)?；瘜W(xué)化工學(xué)科貫通化學(xué)家：研究單個原子或分子在反應(yīng)中的細(xì)節(jié)，可以在飛秒（10-15s）量級內(nèi)，即在化學(xué)鍵斷裂和成鍵的時間尺度內(nèi)進(jìn)行解釋和控制。研究分子間作用力，理解物質(zhì)的性能和相互作用?；W(xué)家：研發(fā)大規(guī)模合成新物質(zhì)的能力把化學(xué)與物理非線性、強(qiáng)交聯(lián)、多變量巨系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力 跨越分子前沿（美）創(chuàng)新型社會要求： 產(chǎn)、學(xué)、研無縫鏈接的社會需要，2007年六部委推動新技術(shù)研發(fā)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的組建?！耙虿氖┙獭焙汀吧俣钡慕虒W(xué)理念承認(rèn)人的智商，前期教育水平，主觀努力等是有差別

7、的，大學(xué)生和研究生應(yīng)沒有統(tǒng)一負(fù)擔(dān)過重的尺度。鼓勵學(xué)生通過彈性作業(yè)、指導(dǎo)教學(xué)、參加專題研究、選課、分級考試等并在成績單上反應(yīng)出來。國外MIT、哈佛等校的學(xué)生負(fù)擔(dān)遠(yuǎn)高于一般州立大學(xué)，這些學(xué)校享有資源多、生源好，應(yīng)該有不同的教學(xué)課程設(shè)置，不同的教材，不同的教學(xué)效果，理所應(yīng)當(dāng)?！肮こ探逃迸c“工程”漸行漸遠(yuǎn)教師工程經(jīng)驗(yàn)不足科研趨向基礎(chǔ)研究，工程轉(zhuǎn)化難度大。學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)弱化軟課題增多，實(shí)驗(yàn)課題下降全課程教育理念（Total Engineering Education）跨學(xué)科素質(zhì)養(yǎng)成超越本專業(yè)的知識范疇綜合整體思考難題分解解決復(fù)雜實(shí)際命題突破專家教育目標(biāo)的局限 “An expert is one, who

8、 knows more and more about less and less”。領(lǐng)域劃分無機(jī)和復(fù)合材料化工無機(jī)和復(fù)合材料化工21世紀(jì)20世紀(jì)19世紀(jì)18世紀(jì)化工機(jī)械工藝農(nóng)林食品纖維造紙化工生物醫(yī)藥化工化工基礎(chǔ)能源和基本有機(jī)化工無機(jī)和復(fù)合材料化工化學(xué)生物數(shù)學(xué)動熱力力學(xué)學(xué)天文學(xué)物理聲學(xué)光學(xué)電磁學(xué)力學(xué)微積分醫(yī)學(xué)植物學(xué)微生物學(xué)無機(jī)有機(jī)物化分析學(xué)科劃分：化學(xué)工程化學(xué)工藝應(yīng)用化學(xué)生物化工工業(yè)催化哲學(xué)學(xué)科時空劃分變化領(lǐng)域劃分動物學(xué)世界著名大學(xué)辦學(xué)新理念哈佛大學(xué)：著力培養(yǎng)能引領(lǐng)世界，具有國際視野的各領(lǐng)域的領(lǐng)袖人物?！熬C合性、選擇性、基礎(chǔ)性、靈活性”原則檢討自從70年代執(zhí)行的核心課程體制（The core

9、curriculum) 過于集中于專論（Academic Topics) 忽視現(xiàn)實(shí)問題（real-life issues) 學(xué)校培養(yǎng)越來越窄，解決現(xiàn)實(shí)問題需要知識面越來 越寬。 其結(jié)果使哈佛大學(xué)成為越來越有名，卻越來越失去 靈魂的學(xué)校之一。 2007.2.7，三年教改討論會最終報(bào)告 哈佛大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)對于世界、社會和自身的認(rèn)識和鑒別能力。對各種文明、信仰、價值取向有廣闊的視野。道德倫理選擇的判斷能力。對自然、社科、工程、藝術(shù)的興趣某一領(lǐng)域有較高專業(yè)水平。 加強(qiáng)通識教育、解決現(xiàn)實(shí)生活問題的能力。瑞士蘇黎世大學(xué)跨學(xué)科教學(xué)與科研模式以社會倫理學(xué)研究為例研究內(nèi)容延伸至醫(yī)學(xué)、自然科學(xué)、社會學(xué)、環(huán)境學(xué)、

10、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)。綜合交叉課題：道德的取向、結(jié)構(gòu)、基本理念、正義基本概念、個人自律學(xué)生從不同學(xué)科出發(fā)倫理學(xué)回到原各自領(lǐng)域 知識個性化，創(chuàng)新認(rèn)知內(nèi)化。組建綜合研究中心、虛擬實(shí)驗(yàn)室普林斯頓高等研究院創(chuàng)始人弗萊克斯大學(xué)不是溫度計(jì)，對社會每一流行風(fēng)尚都作出反應(yīng)。大學(xué)給予社會的是：不總是它想要的，是它需要的。與社會保持一定距離，才能免世俗干擾，潛心學(xué)術(shù)，免于投機(jī)泡沫。世界著名大學(xué)辦學(xué)新理念MIT：2006.10.13 對教育使命和核心課程綜合審議報(bào)告：更靈活，更寬廣，跨學(xué)科教育大力發(fā)展人文、藝術(shù)、社科與自然科學(xué)、工程 技術(shù)的交叉。耶魯大學(xué)： 定位是培養(yǎng)國家和世界領(lǐng)袖，已為美國、墨西哥、德國培養(yǎng)了78位總統(tǒng)

11、。加州理工： 至2005年已有31人獲諾貝爾獎32次，中國的著名科學(xué)家周培源、趙忠堯、談家禎、錢學(xué)森都獲該校博士學(xué)位。清華大學(xué)定位及人才培養(yǎng)目標(biāo)學(xué)術(shù)大師：學(xué)派奠基人、領(lǐng)域先驅(qū)者（兩院院士1537人，2001年12月占25%）興業(yè)之士：企業(yè)家、金融家、經(jīng)理治國之材：主席、總理、部長了解人材素質(zhì)的內(nèi)涵工程藝術(shù)科學(xué)人文區(qū)分“善惡”區(qū)分“美丑”區(qū)分“真?zhèn)巍眲?chuàng)造與構(gòu)建1617世紀(jì)：科學(xué)精神與人文精神互相支持、交融。 哥白尼、伽利略等解開心靈枷鎖，人主體意識覺醒。 對宇宙、對自然、對自身重新審視，人性解放，促進(jìn)了科 學(xué)，科學(xué)發(fā)展證明人性價值。1820世紀(jì)：科學(xué)與人文走向分立、疏離和對抗，科學(xué)是冰冷的，精密

12、 的，普適的表述自然規(guī)律，人文是鮮活的，具體的，混沌 的，詩意的，解構(gòu)社會和個體。 科學(xué)家抨擊人文學(xué)者對科學(xué)、數(shù)學(xué)的無知。 人文學(xué)者抨擊科學(xué)家，科學(xué)不過是“眾多故事中的一個，對客 觀認(rèn)知的追求是一種唐吉珂德式的幻想?！?021世紀(jì) 物理學(xué)與生物學(xué)的發(fā)展揭示了自然科學(xué)中蘊(yùn)涵 的人文價值?；虻陌l(fā)現(xiàn)分子層面上生命現(xiàn)象與非生命現(xiàn)象的統(tǒng)一性。孕育了生命現(xiàn)象的自然生態(tài)環(huán)境與生命現(xiàn)象一樣高貴和重要。科學(xué)與人文無論和諧還是分立，共有一個載體“人”。超越具體學(xué)術(shù)領(lǐng)域，走出現(xiàn)代文明發(fā)展困境?？茖W(xué)是工程創(chuàng)造的依據(jù)（如永動機(jī)是不可行的）工程為科學(xué)提出新命題（如航天、可控核聚變、可燃冰開采等，提出科學(xué)新命題）區(qū)分 真

13、偽科學(xué)與工程關(guān)系陀螺儀結(jié)構(gòu)與唐代被中香爐 科學(xué)與工程的巧妙結(jié)合工程與人文關(guān)系人文指導(dǎo)創(chuàng)造方向（核科學(xué)可用于氫彈，也用于核電站）工程創(chuàng)造（小說、電視、戲劇、人文表達(dá)工程創(chuàng)造中可歌可泣的故事）豐富人文發(fā)展內(nèi)涵，為其物質(zhì)基礎(chǔ)（提供電視、錄像、動畫手段）工程與人文人與機(jī)器人，誰是最終主宰？機(jī)器人的信息處理速度快（IBM“深藍(lán)”每秒判斷2億個棋盤位置），信息儲存量大，運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)確性高，比人更有優(yōu)勢。機(jī)器人三定律（艾薩克.阿西莫夫） （一）機(jī)器人不得傷人 （二）服從人的一切命令，但命令不與第一定律抵觸 （三）機(jī)器人保護(hù)自己的存在，但不得與第1、2定律抵觸。工程與藝術(shù)關(guān)系工程對美進(jìn)行科學(xué)表達(dá)（建筑、汽車、家具設(shè)

14、計(jì)）藝術(shù)的大膽想象，對完美追求的品格指導(dǎo)工程去創(chuàng)造美的事物（科幻）工程與藝術(shù)瑪麗蓮.夢露大廈：北京MAD建筑師事物所（馬巖松）參與加拿大多倫多地區(qū)設(shè)計(jì)競賽獲獎利用大腦對清晰和模糊畫面反應(yīng)的差異大腦分析清晰圖像的速度比分析模糊圖像速度快一部分圖像保持清晰，另一部分圖像保持粗糙可以創(chuàng)造出隨距離而改變的畫面遙見翠色近看無 古人詠“清明”詩北魏嵩岳寺塔（公園523年）內(nèi)部為樓閣式，外部為密檐式磚塔平面呈12角形，內(nèi)部為八角形，共15層，高40多米。工程與藝術(shù)藝術(shù)捕捉瞬間的能力，超前虛擬，協(xié)助抓住和突破關(guān)鍵。通過科學(xué)思維與先進(jìn)手段把虛擬創(chuàng)造性的復(fù)原為真實(shí)?？茖W(xué)與藝術(shù)的關(guān)系低維凝聚態(tài)物理國際學(xué)術(shù)研討會招貼

15、畫 華君武兩個電子結(jié)成“庫珀對”呈超導(dǎo)性，單電子則被困擾無超導(dǎo)行為。60個碳原子的“布基球”成蜂巢狀，沒有伴侶的蜜蜂被束縛?？茖W(xué)與藝術(shù)相對論性重離子碰撞國際學(xué)術(shù)研討會招貼畫李可染碰撞后兩個迅速背向飛離的原子核之間在很短時間內(nèi)沒有物質(zhì)，卻被激發(fā)，與宇宙大爆炸最初瞬間相似。對稱與不對稱 吳冠中對稱是美妙的。鏡象組合充滿活力。基本粒子在弱相互作用下宇稱不守恒定律和手性化合物都顯示出不對稱美。作業(yè)：“弦論”現(xiàn)實(shí)世界4維空間是由比夸克更小，具有10維空間的基本單元的“弦”所構(gòu)成的?？梢员扔鳛橐砸粋€3維空間的絲線繡出一個2維空間的圖像。請對“弦論”理念做一個類似的藝術(shù)表達(dá)。“理論物理（弦論）學(xué)術(shù)會議”擬設(shè)

16、計(jì)的招貼畫方案 里白芒德布羅圖形“分形”簡單性產(chǎn)生復(fù)雜性的例證知道結(jié)構(gòu)的一小部分就能從標(biāo)度關(guān)系預(yù)言整體結(jié)構(gòu)人文與藝術(shù)的關(guān)系：人文指導(dǎo)創(chuàng)造方向（向上的、陽光的還是頹廢的、暴力的）藝術(shù)化的表達(dá)人文（會更成功，更有感染力，相反說教式的表達(dá)必然失?。┤宋呐c藝術(shù) 理趣詩青山遮不住，畢竟東流去（辛棄疾） 對事物發(fā)展必然性認(rèn)識不識廬山真面目，只緣身在此山中（蘇軾） 個體認(rèn)識的局限性雛鳳清子老鳳聲（李商隱） 新生事物的無限生命力山外青山樓外樓（林生，題臨安邸 ） 認(rèn)識的無止境人文與科學(xué)的關(guān)系人文通過思維，價值取向，政令影響科學(xué)發(fā)展方向和速度科學(xué)思想傳播改變?nèi)藗兯季S、價值取向（如反對迷信）人文與科學(xué)關(guān)于醫(yī)學(xué)目的

17、之討論 治愈疾?。鹤柚顾劳?，延長生命現(xiàn)代醫(yī)學(xué)不能解決疾病、衰老和死亡所有國家遲早要導(dǎo)致醫(yī)療系統(tǒng)危機(jī) 解除疼痛和疾苦安樂死和醫(yī)助自殺是否正當(dāng)管理疾病對于疾病起因的探尋，預(yù)防和維持健康，以健康人群為服務(wù)對象“生得好，老得晚，病的少，死得靜”。醫(yī)療資源配置與市場與社會地位的關(guān)系科學(xué)本身無法確定其目的，人文決定價值取向。 哲學(xué)與自然科學(xué)思索基因的人文意義基因不會衰老，一代一代從一個體轉(zhuǎn)移到另一個體?；蛏鏁r間以千百萬年計(jì)算，在個體死亡前拋棄這個個體。各種生物的出現(xiàn)，是基因與環(huán)境和同類拼殺的機(jī)器?；虻哪康氖欠毖茏陨?，改善生存品質(zhì)奮斗。各種生物都是基因的傀儡，戀愛、擇偶也是為了基因優(yōu)化和有利突變。這種

18、對人生的解釋也許引起我們深思。倫理與自然科學(xué)干細(xì)胞研究嵌合體(Chimera)兩個（或以上）遺傳上不同組織組成的機(jī)體。如器官移植、兩個受精卵融合等，倫理認(rèn)同。雜合體（Hybrid)兩個不同物種的配子（精子、卵子）發(fā)育成的個體，如騾子，倫理不認(rèn)同人與獸雜合體。細(xì)胞質(zhì)雜合體（Cybird)英國人工受精與胚胎學(xué)管理局2008.1.17正式批準(zhǔn)研究人獸混合胚胎（人的干細(xì)胞與動物卵細(xì)胞培養(yǎng)克隆胚胎），了解干細(xì)胞在體內(nèi)如何發(fā)展成各種器官的，研究老年癡呆癥、脊椎萎縮、帕金森癥。人文科學(xué)有助于開拓視野形成思維的整體性養(yǎng)成批判意識，增加想象力超越傳統(tǒng)規(guī)范培養(yǎng)寬泛廣博，觸類旁通，交融互補(bǔ)的綜合思維。資源能源 環(huán)境

19、 社會課程設(shè)計(jì)選題與時代發(fā)展特征，國家重大需求密切相關(guān)。有一定的科學(xué)內(nèi)涵和深度?？梢詮亩鄬W(xué)科角度切入 如：自然科學(xué)：生態(tài)學(xué)、熱力學(xué)、環(huán)境學(xué)、化學(xué)等 社會科學(xué)：哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、倫理學(xué)等 工程科學(xué)：化工、冶金、建材中節(jié)能減排和資源高效利用等。中外不同視角切入。又防止內(nèi)容分散，邏輯離亂。21世紀(jì)進(jìn)入自然資源稀缺的時代我國兩型社會建設(shè)，經(jīng)濟(jì)的全面，和諧和持續(xù)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)：資源的高效、重復(fù)、循環(huán)利用的理念、技術(shù)和創(chuàng)造。低碳經(jīng)濟(jì)：能源的梯級利用節(jié)能，CO2的減排、捕集、再利用、封閉，環(huán)境和生態(tài)的保護(hù)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)中國經(jīng)濟(jì)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的形成演變沿革循環(huán)經(jīng)濟(jì)的哲學(xué)、人文社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、工程科學(xué)基礎(chǔ)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的 理論平臺、工