介绍美国近年关于化学工程教育的讨论苏建民(清华大学化学工程系)高等学校化学工程系本科生的培养目标是什么?课程设置、教育内容、教学方法应该怎样?这是多年来国内外化学工业界和化工教育界的热门话题。在美国争论的还颇为激烈,他们近年来的一些讨论,对我国当前的教学研究和改革,是有可资借鉴的意义的。
培养目标关于培养目标,美国化学工业界的孟山都公司林茨的意见很有代表性。他认为,过去一、二十年的化学工程教育从经验的设计型转向工程科学型,是一大进步。但是,过于强调科学基础,牺牲了工程训练,使许多毕业生成为贴上"工程"标签的科学家,工'厂很难把他们训练成为工程师;如果成为教师,就会培养出更多的非工程师。
很多大学毕业生(特别是研究生)不愿从事实际的工程工作,他们的思维模式倾向于分析,而不是综合;倾向于归纳,而不是演绎;倾向于科学,而不是工程。学生毕业时科学原理学得很好,但缺少用于实际的能力。
杜邦公司的桑德斯认为,对科学家和工程师都是需要的,但雇用工程师时,不希望他是科学家。两者的兴趣、动力、目标和成就都是不同的:科学家致力于系统的知识,总想多懂得、多知道;工程师则致力于应用,总想多生产、多利用。如果工程教育偏向于科学,而牺牲应用和设计技能,工厂只能另寻过程工程师。
在工业界的批评督促和就业需求的双重压力下,七十年代末和八十年代初以来,美国大多数化工系的趋势是回过头来注屯设计和工程实践,把工程科学和设计、应用更好地融合起来。
变化中的未来近几年来,随着世界经济、技术形势的迅速变化,重新引起了美国化工界和化工教育界的广泛讨论。1983年9月美国杂志和1985年10月美国《化学工程进展净杂志发表了调查报告。
总的意见表明,.未来的化学工程师面临的将是一个迅速变化的世界。对美国来说,大宗的化工和石油化工产品,由于全球性的竞争和生产能力过剩,已经进人低利润、低增长时期,当务之急将是研制新的专用化学品。许多新产品,特别是与生物有关的领域,虽然还要若干年才能成功地达到商业化程度,但重要性已经明显。同时,迅速发展的电子工业由于生产中包含着化学处理工序,也需要许多化学工程师。其他新兴工业和专用消费品工业也需要化学工程师,来应付不断出现的新技术,应付越来越短的产品生命周期。总之,技术、应用、投资和市场都以前所未有的加速度变化着。因此,化学工程师必须能够应付一切意想不到的变化,或促成所希望的变化。
为此,化学工程教育应该注意以下各点。因为需要化学工程师的工业越来越多,而且变化迅速,只为化学和石油化学工业服务的旧观念必须打破。化学工程的理科基础必须扩大,要扩大到传统上并不认为属于化学工程教育之内的那些学科,包括物理、化学和生物的边缘。传统上化学工程着重于宏观现象,今后应着重于微观现象。
化学工程课程的理科基础要更宽一些,更强一些,课程的灵活性、适应性要更大一些,要让学生,特别是毕业班学生能够发展各自的兴趣和能力。
上述改革要注意不能破坏化学工程专业的传统力量,那就是:用系统方法解决问题的能力;用综合方法得出有用结果的能力;与其他专业卓有成效地合作的能力;以及把广泛的科学理论应用于实际的能力。
推荐的课程'为了适应未来的变化,必须强调在理科和化学工程学科基本原理和方法上打下宽广而坚实的基础。
在教学中要经常强调通过示例把理论应用于实际,使得毕业生能更容易地转人全新的产品或工艺领域。所研究和关心的范围应从原子、原子核粒子直到大分子和活细胞。
重新组织课程计划。化学工程和理科课程的教学方法和教科书必须彻底改革。改革的结果,应能对时间进行更有效的使用,费时的手工计算应该用高效的软件来辅助。
学习化学工程的学生,在高中应受过良好的预备教育,特别是数学、化学和作文。
核心课程(必修课)数理化课程化学除了要学习有机、无机和物理化学外,还要学习仪器分析和生物化学。在有机化学中强调与生物化学有关的物质。对已在高中学过的内容,应该大加删节,代之以现代无机化学,包括固体化学和仪器技术。
物理物理学教科书应重新组织,要采用微积分以增强学生的理解。要增加固体物理导论。学时的增加可通过精简光学和声学来弥补。
生物学现代分子生物学有着巨大的应用前景,有必要增设研究活细胞的功能和特性的专门课程,并着重于微生物学和基因工程。
材料科学课程应包括微观结构对固体的物理、化学、光、磁、电性能的影响。研究领域应包括陶瓷、高聚物、半导体、金属和复合材料。
数学不可能对每个有用的数学科目都分别设课,但可以通过概论介绍有关概念,在许多情况下,可以补充以适当的软件帮助解题。每学期应该至少有一门数学课,或者数学用得较多的理科或工科课程。
计算机训练学生在编程序方面应达到一定的熟练程度,主要应着重于会使用标准软件,以及不断出现的各种程序,并学习评价别人编写的程序。所有包含计算的课程都要尽量使用计算机和最新软件。年级越高,计算机要用得越多。
化学工程课程热力学现在许多课程都讲授热力学,这种重复讲授往往在术语、惯例和严密性等方面产生很大差异,从而造成混乱。教师应该进行研究,是否由化学工程系的教师讲授这些材料更为有效。热力学的例题应该来自工业实际,更明确地强调它在工程决策中的作用。
物料和能量衡算课程,以及化工热力学课程,要着重于重要概念的讲授,要开发一些软件,以便处理各种复杂而有意义的问题,来增加对概念的理解和掌握。单位和因次的分析应继续予以重视。
动力学、催化作用及反应器设计与分析,这些课程也需要许多实际的例题和习题,不仅要设计型的,也要有诊断型的和经济型的问题。
随着精细化工专用化工产品生产的增长,间歇和半间歇反应器更加重要,实验室刊L卜研究的放大已成为重要技术。
单元操作单元操作是把各物理过程和设备的研究组织起来的一种方法。这种方法将仍然有效。多年来,一些单元操作已独立出去,而有的设备及其有关原理则没有包括在必修课内,如聚合物加工,应使化学工程系学生有所了解。应该讲授确定各种设备规'格和进行选择的原理和程序。
传递现象原理应从工业中找到例题和习题,用教过的原理进行分析和解答。除了用计算机计算以外,简捷估算法也应重视。在精馏塔、吸收塔之类设计中,如果强调严格的计算机计算法和最简单的简捷法,就可以节省许多时间。
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