化學工程教育挑戰(zhàn)與創(chuàng)新

1、化學工程教育的挑戰(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. 基礎知識運用能力2.一般性教育重要性3.跨學科思維4.科

2、研潛力5.在團隊中工作效率6.領導能力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)品設計能力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.財務基礎分析理解力20.對可持續(xù)發(fā)展原則的認知19.自學能力及全生命周期學習21.對市場原則的認知22.職業(yè)道德、倫理、責任心表 被調查者評分最高的選項五種能力的重要性等級等級在梯隊中工作效率6信息分析能力2社交能力12信息收集能力5自學能力4教師的激勵作用分數(shù)分數(shù)教師授業(yè)滿意度分數(shù)分數(shù)就業(yè)所需課程深度分數(shù)分數(shù)教師的優(yōu)秀和敬業(yè)精神分數(shù)分數(shù)課程組織的優(yōu)勢分數(shù)分數(shù)

3、大學畢業(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置和組織對學習化工的愉悅度學生對學習化工專業(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)提高學生學習的自覺性化學工程科學有著強大的學術魅力可滿足學生的好奇心（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要求的持續(xù)性急切把最新科學成果用于最重要領域 納米技術 生物技術 系統(tǒng)科學與非線性數(shù)學 材料科學 等的研究都是化工的新生長點，有寬闊的科學研究舞臺?？蓾M足學生的事業(yè)

4、心（Ambition）化工科學研究面寬闊，它的產(chǎn)品種類多，數(shù)量大，應用于人們衣、食、住、行、視聽各方面須臾不可缺少。化工科學研究基本內(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。有創(chuàng)造大工程創(chuàng)新，有培育大企業(yè)家的沃土?；瘜W工程科學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)系決定教學手段的組織運用決定學科創(chuàng)新方向，新的生長點，交叉擴張。決定了學科的吸引力和生命力?；瘜W工程學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 以機械系（傳熱、流體力學等）+化學系（熱力學、動力學、擴散

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 歐洲第一屆化學反應工程學會議界定了它的學科范疇、研究方法完成了“三傳一反”即向動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞和反應工程的范式轉變。 1970年以后，化學工業(yè)特別石油化工規(guī)模加大，計算機融入，系統(tǒng)工程成功運用，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)品性能與結構關系設計為主要特征。金涌等曾以化工的研究對象已擴展到物質能量信息三

6、要素的關系，提出以“物質傳遞與轉化”、“能量傳遞與轉化”和“信息傳遞與轉化”的“三傳三化”為新范式。成為區(qū)別其他工程學科的顯著特點?；瘜W化工學科貫通化學家：研究單個原子或分子在反應中的細節(jié)，可以在飛秒（10-15s）量級內(nèi)，即在化學鍵斷裂和成鍵的時間尺度內(nèi)進行解釋和控制。研究分子間作用力，理解物質的性能和相互作用?；W家：研發(fā)大規(guī)模合成新物質的能力把化學與物理非線性、強交聯(lián)、多變量巨系統(tǒng)的優(yōu)化設計能力 跨越分子前沿（美）創(chuàng)新型社會要求： 產(chǎn)、學、研無縫鏈接的社會需要，2007年六部委推動新技術研發(fā)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的組建。“因材施教”和“少而精”的教學理念承認人的智商，前期教育水平，主觀努力等是有差別

7、的，大學生和研究生應沒有統(tǒng)一負擔過重的尺度。鼓勵學生通過彈性作業(yè)、指導教學、參加專題研究、選課、分級考試等并在成績單上反應出來。國外MIT、哈佛等校的學生負擔遠高于一般州立大學，這些學校享有資源多、生源好，應該有不同的教學課程設置，不同的教材，不同的教學效果，理所應當?！肮こ探逃迸c“工程”漸行漸遠教師工程經(jīng)驗不足科研趨向基礎研究，工程轉化難度大。學生生產(chǎn)實習弱化軟課題增多，實驗課題下降全課程教育理念（Total Engineering Education）跨學科素質養(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雜實際命題突破專家教育目標的局限 “An expert is one, who

8、 knows more and more about less and less”。領域劃分無機和復合材料化工無機和復合材料化工21世紀20世紀19世紀18世紀化工機械工藝農(nóng)林食品纖維造紙化工生物醫(yī)藥化工化工基礎能源和基本有機化工無機和復合材料化工化學生物數(shù)學動熱力力學學天文學物理聲學光學電磁學力學微積分醫(yī)學植物學微生物學無機有機物化分析學科劃分：化學工程化學工藝應用化學生物化工工業(yè)催化哲學學科時空劃分變化領域劃分動物學世界著名大學辦學新理念哈佛大學：著力培養(yǎng)能引領世界，具有國際視野的各領域的領袖人物?！熬C合性、選擇性、基礎性、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)實問題（real-life issues) 學校培養(yǎng)越來越窄，解決現(xiàn)實問題需要知識面越來 越寬。 其結果使哈佛大學成為越來越有名，卻越來越失去 靈魂的學校之一。 2007.2.7，三年教改討論會最終報告 哈佛大學培養(yǎng)學生標準對于世界、社會和自身的認識和鑒別能力。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、藝術的興趣某一領域有較高專業(yè)水平。 加強通識教育、解決現(xiàn)實生活問題的能力。瑞士蘇黎世大學跨學科教學與科研模式以社會倫理學研究為例研究內(nèi)容延伸至醫(yī)學、自然科學、社會學、環(huán)境學、

10、生物學、經(jīng)濟學。綜合交叉課題：道德的取向、結構、基本理念、正義基本概念、個人自律學生從不同學科出發(fā)倫理學回到原各自領域 知識個性化，創(chuàng)新認知內(nèi)化。組建綜合研究中心、虛擬實驗室普林斯頓高等研究院創(chuàng)始人弗萊克斯大學不是溫度計，對社會每一流行風尚都作出反應。大學給予社會的是：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，潛心學術，免于投機泡沫。世界著名大學辦學新理念MIT：2006.10.13 對教育使命和核心課程綜合審議報告：更靈活，更寬廣，跨學科教育大力發(fā)展人文、藝術、社科與自然科學、工程 技術的交叉。耶魯大學： 定位是培養(yǎng)國家和世界領袖，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，中國的著名科學家周培源、趙忠堯、談家禎、錢學森都獲該校博士學位。清華大學定位及人才培養(yǎng)目標學術大師：學派奠基人、領域先驅者（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、部長了解人材素質的內(nèi)涵工程藝術科學人文區(qū)分“善惡”區(qū)分“美丑”區(qū)分“真?zhèn)巍眲?chuàng)造與構建1617世紀：科學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，促進了科 學，科學發(fā)展證明人性價值。1820世紀：科學與人文走向分立、疏離和對抗，科學是冰冷的，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，解構社會和個體。 科學家抨擊人文學者對科學、數(shù)學的無知。 人文學者抨擊科學家，科學不過是“眾多故事中的一個，對客 觀認知的追求是一種唐吉珂德式的幻想?！?021世紀 物理學與生物學的發(fā)展揭示了自然科學中蘊涵 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。科學與人文無論和諧還是分立，共有一個載體“人”。超越具體學術領域，走出現(xiàn)代文明發(fā)展困境。科學是工程創(chuàng)造的依據(jù)（如永動機是不可行的）工程為科學提出新命題（如航天、可控核聚變、可燃冰開采等，提出科學新命題）區(qū)分 真

13、偽科學與工程關系陀螺儀結構與唐代被中香爐 科學與工程的巧妙結合工程與人文關系人文指導創(chuàng)造方向（核科學可用于氫彈，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，為其物質基礎（提供電視、錄像、動畫手段）工程與人文人與機器人，誰是最終主宰？機器人的信息處理速度快（IBM“深藍”每秒判斷2億個棋盤位置），信息儲存量大，運轉準確性高，比人更有優(yōu)勢。機器人三定律（艾薩克.阿西莫夫） （一）機器人不得傷人 （二）服從人的一切命令，但命令不與第一定律抵觸 （三）機器人保護自己的存在，但不得與第1、2定律抵觸。工程與藝術關系工程對美進行科學表達（建筑、汽車、家具設

14、計）藝術的大膽想象，對完美追求的品格指導工程去創(chuàng)造美的事物（科幻）工程與藝術瑪麗蓮.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)設計競賽獲獎利用大腦對清晰和模糊畫面反應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。工程與藝術藝術捕捉瞬間的能力，超前虛擬，協(xié)助抓住和突破關鍵。通過科學思維與先進手段把虛擬創(chuàng)造性的復原為真實。科學與藝術的關系低維凝聚態(tài)物理國際學術研討會招貼

15、畫 華君武兩個電子結成“庫珀對”呈超導性，單電子則被困擾無超導行為。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與藝術相對論性重離子碰撞國際學術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，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表達?！袄碚撐锢恚ㄏ艺摚W術會議”擬設

16、計的招貼畫方案 里白芒德布羅圖形“分形”簡單性產(chǎn)生復雜性的例證知道結構的一小部分就能從標度關系預言整體結構人文與藝術的關系：人文指導創(chuàng)造方向（向上的、陽光的還是頹廢的、暴力的）藝術化的表達人文（會更成功，更有感染力，相反說教式的表達必然失敗）人文與藝術 理趣詩青山遮不住，畢竟東流去（辛棄疾） 對事物發(fā)展必然性認識不識廬山真面目，只緣身在此山中（蘇軾） 個體認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 ） 認識的無止境人文與科學的關系人文通過思維，價值取向，政令影響科學發(fā)展方向和速度科學思想傳播改變?nèi)藗兯季S、價值取向（如反對迷信）人文與科學關于醫(yī)學目的

17、之討論 治愈疾病：阻止死亡，延長生命現(xiàn)代醫(yī)學不能解決疾病、衰老和死亡所有國家遲早要導致醫(yī)療系統(tǒng)危機 解除疼痛和疾苦安樂死和醫(yī)助自殺是否正當管理疾病對于疾病起因的探尋，預防和維持健康，以健康人群為服務對象“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系科學本身無法確定其目的，人文決定價值取向。 哲學與自然科學思索基因的人文意義基因不會衰老，一代一代從一個體轉移到另一個體?；蛏鏁r間以千百萬年計算，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)境和同類拼殺的機器?；虻哪康氖欠毖茏陨?，改善生存品質奮斗。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。倫理與自然科學干細胞研究嵌合體(Chimera)兩個（或以上）遺傳上不同組織組成的機體。如器官移植、兩個受精卵融合等，倫理認同。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，倫理不認同人與獸雜合體。細胞質雜合體（Cybird)英國人工受精與胚胎學管理局2008.1.17正式批準研究人獸混合胚胎（人的干細胞與動物卵細胞培養(yǎng)克隆胚胎），了解干細胞在體內(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，交融互補的綜合思維。資源能源 環(huán)境

19、 社會課程設計選題與時代發(fā)展特征，國家重大需求密切相關。有一定的科學內(nèi)涵和深度。可以從多學科角度切入 如：自然科學：生態(tài)學、熱力學、環(huán)境學、化學等 社會科學：哲學、經(jīng)濟學、倫理學等 工程科學：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世紀進入自然資源稀缺的時代我國兩型社會建設，經(jīng)濟的全面，和諧和持續(xù)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟：資源的高效、重復、循環(huán)利用的理念、技術和創(chuàng)造。低碳經(jīng)濟：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。循環(huán)經(jīng)濟中國經(jīng)濟面臨的機遇與挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的形成演變沿革循環(huán)經(jīng)濟的哲學、人文社會學、經(jīng)濟學、生態(tài)學、工程科學基礎循環(huán)經(jīng)濟的 理論平臺、工