21世纪化学类专业研究生教育成果与展望

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：基于此，我们尝试开展“过程工程导论”课程体系的构建，并开展了教学改革与实践。在“过程工程导论”课程体系构建过程中，得到了中国科学院过程工程研究所名誉所长郭慕孙院士及中国科学院副院长李静海院士的指导与教诲。“过程工程导论”课程体系形成经历多次调整，起初是从化工原理、化学反应工程的基础出发。2009年1月，《过程工程导论》作为高等学校教材由化学工业出版社正式出版，标志着课程体系的确立。

“过程工程导论”课程体系构建与教学实践

●(上海交通大学，马紫峰、沈佳妮、蒋淇忠、吴卫生)

过程工业(Process Industry)是一个国家的基础性工业，包括化学工业、能源工业、石油化工、钢铁冶金、生物医药、环保工业、轻工食品，等等。2000年，经国务院批准，“中国科学院化工冶金研究所”更名为“中国科学院过程工程研究所”，并把该所主办的《化工冶金》学术期刊更名为《过程工程学报》，标志着“过程工程”理念得到了学术界和工业界的初步认可，也为我国“过程工程”学科的发展提供了机遇。2002年9月，在我国著名化学工程专家袁权、李静海院士主持下，第190次香山科学会议以“过程工程中的复杂系统”为主题，对化学工程学科的未来进行深入讨论，把“化学工程学”拓展到“过程工程学”成为与会科学家的共识，明确了过程工程学的研究对象既具有多尺度特征，也符合化学工程学基本理论特征。以化学工程科学为代表的过程工程学已经成为一门基础性的工程科学，化工专家应该对能源、环境、生物和材料等产业的发展做出应有的贡献。经过与会专家的讨论，取得了化学工程学科的定位共识是:化工是能源工业发展的核心，新材料的基础，是生物与环境工程产业的有效手段，现代农业与食品产业的先导，信息产业的支撑。

对于化工高等教育现状，中国科学院院士、天津大学余国琮院士认为，现在化工教育中偏离了工程技术概念教育，研究趋向微观方向，化学工程学科要立足于解决与化工科学相关的工程问题，利用“三传一反”化工理论解决相关领域的工程问题，并在工程应用中寻找新现象，化工教育必须要有创新。“过程工程”概念能否替代“化学工程”，新世纪的化学工程教育如何吸引更多年轻学子加入其中，已经成为化工高等教育中的一个新的命题。基于此，我们尝试开展“过程工程导论”课程体系的构建，并开展了教学改革与实践。

一、课程体系的构建

我国化工高等教育专业划分经历了多次调整，从“化学工程与技术”一级学科中先后衍生出“环境工程”、“生物工程”、“制药工程”和“食品科学与工程”等学科与专业。由于学时数的限制，许多院校在这些专业课程设置中把体现过程工程的“化工基础”课程明显减少，如何让理工类的学生理解“三传一反”工程理论基本概念，了解化工基础理论体系及其作用，我们认为，“过程工程”概念普及恰好能够把过去分割的化学工程、冶金工程、生物工程、食品工程、制药工程和环境工程等专业知识贯穿起来。2003年，我们在上海交通大学率先开设全校性的“过程工程导论”自然科学选修课，得到了农学院、药学院、机械动力学院和化工学院的积极响应，先后为农学院的食品工程专业、药学院、机械动力学院和化工学院的本科生开设了“过程工程导论”，经过几年教学实践与讨论，逐步形成了系统性较强的课程体系。

在“过程工程导论”课程体系构建过程中，得到了中国科学院过程工程研究所名誉所长郭慕孙院士及中国科学院副院长李静海院士的指导与教诲。郭先生认为，过程工程研究目的是应用，“道”是科学，需要系统深入。“术”为技术，需要可应用和转化，“业”则是产业，必须工业化。过程工程研究要把“道”、“术”和“业”联系起来。过程工程教育理念就是把传统化工教学中“三传一反”理论，运用到过程工业设计与开发中。需要有个“连接与转换器”，把“三传一反”理论与工业过程联系起来，这就需要一个入口，让做过程设计的知道如何运用，学习理论的如何做过程研究。其实，“入门”与“知道”是有区别的，“知道”是需要深入认知“科学原理”，“入门”则是引导新人了解。我们把“过程工程导论”课程的宗旨定位在“入门”，让学生了解过程开发的方法和基本研究思路，为“知道”奠定基础。教学过程中，以“过程工程学”理论指导化学工艺、食品加工过程、生物与制药、能源转换与利用过程开发，让学生有一个系统性、全局性和连续性过程工业的概念，使科学研究与工业过程开发紧密结合起来，收到良好的效果。

“过程工程导论”课程体系形成经历多次调整，起初是从化工原理、化学反应工程的基础出发。然而，在我国的化工类专业基础教学中不乏理论深度的化工原理和化学反应工程教材，其数学描述与推导过程之详尽，堪比数学专业课程，但教学效果并不理想。如何体现“过程工程”或“流程工业”的特点，表达“Process Engineering”中“过程”的核心理念，成为我们思考的重点。在实施“过程工程”理念教学的过程中，从化工学科基础知识点出发，整理过程工程的共性科学原理，形成系统性强，相互关联的过程工程教学理论框架，并针对化学工程与工艺、能源化工、食品工程、制药工程、生物工程等专业特点，结合过程工程理念叙述相关工业过程基本概况。经过多年教学实践，编写了适合本科教学的讲义，并在各个专业试用。2009年1月，《过程工程导论》作为高等学校教材由化学工业出版社正式出版，标志着课程体系的确立。“过程工程导论”课程体系包括以下几个方面:从化学工程演变到过程工程的历史；过程开发流程；过程工业基本构成单元；过程工程分析与综合理论；过程技术经济分析基础；过程工程研究方法；典型过程工业简介:包括能源化工过程、石油化工过程、冶金过程、氨合成过程、食品加工过程、化学制药过程和生物制药过程等。

二、以“过程工程”理念推动化学工程与技术学科教学改革

除了在农学院、药学院和机械动力学院开展“过程工程导论”教学实践活动，我们基于“过程工程”理念，对于“化工过程分析与合成”课程提出自己独到的见解，打破简单化的将“化工系统工程”更名为“化工过程分析与合成”的做法，通过“过程工程导论”课程体系建设，明确了“化工过程分析与合成”教学改革方向，我们在两届本科生教学中，以“过程工程导论”为基本框架，扩展教学内容，成为全新的“化工过程分析与合成”教学大纲。在教学过程中，引入“微化工技术”、“过程分析技术”等化工过程新概念和新方法，与世界著名的化工企业、德国拜耳公司合作，邀请拜尔技术工程有限公司专家直接参与本科教学活动，为学生讲解过程工业流程开发策略，展示最新的“微化工技术”和微反应和微混合等装置。作为课堂教学一部分，还先后组织学生到上海石化炼油化工部、上海化工区的拜耳、赛科和巴斯夫生产与研究基地参观学习，加深了对“过程工程”和“流程工业”的认识，坚定了学习过程工程理论的信心。使“过程工程导论”教学体系更加与实际应用结合在一起。同时，开展了“化学化工导论”、“能源化学工程导论”等课程教学内容的改革，将过程工程导论中一些基本概念融入其中，可以使能源化工教育更有系统性。

“过程工程导论”针对化学工业、能源工业、石油化工、钢铁冶金、生物医药、环保工业、轻工食品等过程工业中的共性科学理论，运用通俗易懂的语言阐述化学工程基础知识点及其应用前景，在我国化工基础教育中进行了一次大胆的改革与尝试。主要创新点是:第一，在全国高校中第一个开设“过程工程导论”自然科学通选课程，构建了“过程工程导论”课程新体系，为我国化工高等教育改革进行有益的探索与实践；第二，编写出版了国内高校第一本《过程工程导论》通选教材，为过程工程理念的教育与普及，推动过程工业的发展与人才培养奠定良好的基础；第三，第一次系统地将“过程工程”理念引入到高等工程教育体系中，将化工学科基础知识点与“过程工程”内涵融合在一起，促进过程工程理论教学体系的形成。(www.chuimin.cn)

现在，“过程工程导论”已经成为上海交通大学精品课程，建立了较完善的课程教学网站(http://www.eecg.net/ipe/)，为广大学生学习提供了良好的学习平台。该课程已经成为上海交通大学理工科学生，乃至管理工程类学生的通识教育课程。

三、课程体系的推广

“过程工程导论”课程体系在形成过程中，以及经与李静海院士、郭慕孙院士等过程工程研究专家讨论确定后，课程组开展了一系列课程推广活动。2008年12月2—3日，课程组利用国家973项目中期评估会议在我校举行的机会，作为973计划“低成本蓄电(氢)材料制备过程工程理论”研究成果之一，向清华大学、北京大学、浙江大学、西安交通大学、南京工业大学、华南理工大学、中山大学、北京化工大学、厦门大学、复旦大学、同济大学、太原理工大学、北京理工大学、南京航空航天大学和中国科学院大连化学物理研究所等单位的专家和代表推介“过程工程导论”课程体系。2008年12月10日，在上海交通大学举行了“过程工程导论”课程体系构建与教学实践项目验收及研讨会，我国著名化工教育专家、国家教学名师、华东理工大学房鼎业教授担任鉴定专家组组长，专家组认为:项目组勇于探索，教学改革成果创新性显著，特色鲜明。第一次系统地将“过程工程”理念引入到高等工程教育体系中，将传统的化工专业基础知识点与“过程工程”内涵融合在一起，以新的视角诠释化工、冶金、制药、食品、环境和能源等过程工业的共性科学理论和技术特点，出版了全国高校第一本“过程工程导论”(化学工业出版社)通选教材，在全国高校中率先开设“过程工程导论”自然科学通选课程，对高等工程基础教学改革进行了有益的探索与实践，为过程工程理念的教育与普及，推动过程工业的发展与人才培养奠定良好的基础。“过程工程导论”课程体系的构建，在国内高等工程教育改革过程中具有重要意义，为今后高等工程教育体系创新提供良好的示范与指导作用。

迄今为止，浙江大学、华东理工大学、华南理工大学、南京工业大学、合肥工业大学、中南大学、北京化工大学等著名大学化工学院陆续采纳“过程工程导论”教材或课程体系。中国科学院研究生院化学化工学院正式将“过程工程导论”列入2009年研究生教学计划。我们相信，“过程工程导论”课程体系的创建将在全国化工高等教育改革与实践中提供一种新的思路。也热诚期待国内外同行对课程体系的建设提出宝贵意见，共同促进我国化工教育改革，让更多的年轻人投身过程工业领域。

参考文献

[1]马紫峰.过程工程导论.北京:化学工业出版社，2009.

[2]郭慕孙.过程工程.过程工程学报，2001，1(1):2.

[3]陈家镛.过程工业与过程工程学.过程工程学报，2001，1(1):8.

[4]李静海.从“化工冶金”到“过程工程”.过程工程学报，2001，1(1):1.

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