高校本科化学类专业培养方案结构分析

2018-03-01李丽萍卢晓东

中国大学教学 2018年11期

李丽萍?卢晓东

摘要：本文以5所高校本科化学类专业中的化学、应用化学、化学（师范）共8个专业为研究对象，结合学科特点根据培养方案的结构设计了简化模型，提出均衡参数、学习量参数、特色参数和预期效果的表征公式，通过构建模型和参数计算，对培养方案的课程结构进行了有效分析，指出均衡—特色—学习量的平衡是专业培养方案的关键，8个专业培养方案的优缺点得以清晰呈现。相关方法对其他学科专业培养方案的设计和研究具有参考价值。

关键词：课程；结构；通识教育；理科；创造性；师范

由于专业与学科在概念内涵上的交织关

系[1]，以及综合性大学在学科建设方面的优势和积累，高等教育中对某一专业的整体探讨经常以综合性大学为中心。师范类专业通常开设在师范院校，应用型专业多开设在地方院校，故综合性大学、师范院校和地方院校的专业建设一般被分别讨论。围绕同一学科开设的不同专业，其培养方案存在紧密的内在联系，实践中也互相借鉴，因此有必要将师范类专业、应用型专业也纳入本学科对应专业培养方案的探讨中。

目前我国化学类本科设有化学、应用化学、化学工程、化学生物学等专业，其中化学和应用化学专业分别对应基础研究型人才和应用型人才，在中国高校开设数量最多、经验积累最丰富[2]；另一方面，在知识传递与知识生产方面，中小学化学教师在化学知识传承中发挥重要作用，因此化学（师范）专业至关重要，其培养方案一直与化学、应用化学专业培养方案密切联系。过去十年来中国科技论文SCI论文数排行榜上化学学科长期高居首位，“双一流”建设名单中化学学科入选25所高校，化学工程与技术入选9所高校，不少高校的化学学科排名已进入国际前列。因此，对化学类本科专业培养方案进行多角度研究十分必要。本文对化学专业（基础研究型）、应用化学专业（应用型）和化学（师范）专业的8个培养方案进行综合分析，对课程结构进行模块化处理，形成综合描述培养方案课程结构的简化模型，创造性地设置了均衡参数、学习量参数和特色参数等关键变量，在此基础上建立直观模型和表征公式，通过数学描述以完成分析。

一、培养方案简化模型的构建

本文选择了加州大学伯克利分校（UC Berkeley，以下简称伯克利）、北京大学、北京师范大学、南京师范大学和首都师范大学五所高校的化学、应用化学和化学（师范）八个专业的培养方案进行分析。相应专业基本情况如表1所示。

1.培养方案课程模块化和结构模型

为方便校际间比较，结合化学学科的知识特点，将上述专业培养方案中的公共基础课、数理基础课、学科核心课、学科限选课、通识选修课、自由选修课、教师教育课程、教育实践实习、毕业论文（或毕业设计）和其他实践实习等整合，划分出通识教育（简化为通识和自由选修课程学分之和）、数理基础（简化为数学和物理课程学分之和）、学科基础（简化为学科核心课程和本学科限选课程之和）三大课程模块。对课程结构的模块划分具有以下科学和教育基礎。首先，化学一般被认为是自然科学体系的“中心学科”，与其前导学科物理学、后继学科生物学彼此衔接，与环境科学、地质学、考古学等密切联系，与化工、军工、生物医药、食品等行业密切联系，天然处于学科交叉地带[3]。数理基础影响了化学人才对本学科理论理解的深度，而通识教育则影响了化学人才的学术格局、价值取向和科学人文精神，掌握化学知识与技术但缺失科学人文精神会带来危险后果。

综合性大学化学专业的培养目标通常是“拔尖创新人才”，可称为“研究型化学专业”。北京大学化学专业的培养目标中明确提出，毕业生需要“初步具有从事科学研究的能力” “拥有跨学科解决问题的能力”；北京师范大学化学专业的培养目标为“精英人才”；伯克利化学专业希望学生“为成为专业的化学家做准备，并为从事生物、医药等相关领域奠定基础”。因此，在三大模块之外，“研究型化学专业”培养计划中一般都包含化学科学研究和跨学科发展的内容，如有学分的本科生科学研究课程和其他科研实践，还有生物、医药、环境等领域跨学科限选课等。这些内容构成培养方案的第四个重要模块——特色模块。应用化学专业与化学（师范）专业培养方案特色模块包含工科（化工、冶金、医药、纺织等领域）或教育学课程。

我们借鉴分子结构模型以直观描述化学类专业培养方案的课程结构。如图1所示，以培养方案的预期效果E为中心，线段EA、EB、EC代表培养方案中数理基础、学科基础和通识教育三个课程模块。特色模块ED对于“研究型化学专业”而言，其学分设置具有很大弹性——参与本科生科研和跨学科学习研究通常可选，具体投入哪个跨学科方向、投入学分多少是可变的；应用化学和化学（师范）专业的特色模块十分明确并且相对固定——即工科类学分和教育类学分。因此，“研究型化学专业”方案的图像更类似一个氨分子（图1a，氨分子留有一对未与其他原子成键的孤对电子，表示可能与潜在的相关领域发生相互作用），而应用化学和化学（师范）专业的课程结构更类似一个甲烷分子（图1b）。

2.简化模型参数设计

由于课程模块比重不同，不同培养方案的实际图像也各不相同，对这些差别的精准描述是综合评估和对比分析的基础。我们通过引入关键参数对不同培养方案的模型进行数学描述。

上述培养方案需要在兼顾三个基本模块平衡的基础上突出特色，包括基础研究和跨学科研究特色、师范特色、化学化工产业应用特色。在教育实践中，各模块课程量不能无限增加，培养方案总学分量也不能太多，因为学习量也成为一个限制因素。均衡—特色—学习量三者关系的处理是培养方案中课程结构关系的核心，据此我们定义如下参数：

均衡参数x=各模块学分比重之间的标准偏差（可直接引用统计学公式）

学习量参数y=学分总数/100（对于中国高校，估测取值区间1.4

特色参数z=特色模块所占学分比重

“研究型化学专业”的特色变量z为与科研实践、跨学科课程学分所占比重；应用化学的z为化学工程、化学产业有关学分所占比重；化学（师范专业）的z为教育教学类学分所占比重。均衡参数x的本质可以追溯到科学的本源与发展历程。科学从一开始就不是“分科而学”的，专业聚焦于“专门的学问”也是伴随工业社会细化分工的趋势而逐渐发生。当今时代表现出的世界多极化、经济全球化、社会信息化、文化多元化的显著特征，意味着面向未来的人才须具备理解与适应复杂多变环境的能力，学科交叉融合已成为知识生产与学术创新中的大势所趋。因此，只侧重单一学科知识的培养方案既是对科学初衷的偏离，也是对未来社会人才需求的曲解。夸美纽斯认为，终生的学业应该组成一个百科全书式的整体，其中一切部分都来自同一来源，并且有它自己的地位[5]。

在化学类专业培养方案中，数理基础模块有助于学生理解化学学科的“来源”以及在自然科学体系中的地位，而通识教育有助于形成学生学业的“百科全书”、塑造学生的科学人文精神。

学习量参数y的本质体现了“知识的活力”和“大学的活力”。“知识的活力”力图使学生习得的知识被深刻理解和内化，让学生摆脱细节的束缚去掌握原理，避免教育带来 “呆滞的知识”（inert idea）。这就要求“不可教太多的科目”而且“所教科目务须透彻”[6]。总学习量过大可能导致学生的大脑处于连续的被动接受状态，难以有充分的空间建立脑、认知与情绪之间的深度互动，只是将大脑当作工具而忽视了作为人的生命，这与现代脑科学、神经科学和认知科学的研究结果相悖[7]。

总学分量过高情况下，“大学的活力”也会不足，教师也与学生一起被日常教学任务所累，整个大学成为表面知识传递的机器，其后果并不陌生，在国内很多大学可以发现：受限于时间不够和精力不足，师生不得不对教学任务的重要性和投入比重进行排序和取舍，因此催生虚假的通识教育；过高的学分量挤压了科研实践、行业实践、社会实践和学生自我探索的空间和时间，加剧人才培养过程与实际需求的脱节、与学生身心发展的脱节；忙于应对教学负荷的师生也没有时间深度互动、无暇对学术进行“充满想象力的探索，从而在知识和追求生命的热情之间架起桥梁”——这与大学精神相悖。“范式陷阱”概念集中呈现出学习量过多对创新人才培养的潜在伤害[8-11]。对应用型人才而言，学习量过大可能导致学习与行业实践鸿沟加大。学生忙于应对校内的课程，无暇关注行业发展动态、无暇参与行业的相关实践，既难以深刻吸收理论知识，也少有时间获得充分的实践性知识和行业缄默知识。

特色参数z的本质体现在人类社会需求与个体需求中。世界一流大学无不具有历史积淀和时代孕育出的鲜明个性，而大学的办学特色、专业的培养特色在中国高校中却并不显著。社会对人力资本的需求是多样的，学生天赋、志趣、性格方面的差异导致个体在自我发展过程中的成长需求多样。如果所有大学都有相似的办学目标和培养方案，于社会和个体都会出现资源错配与供求错配，反映到培养结果上就是“结构性失业”危机。因此综合性大学和地方性大学都面临建设特色本科专业的挑战[12-15]。具体到三类化学专业，“研究型化学专业”的科学创新人才、行业应用型的产业技术人才和化学教师需要具有不同特色。不加审视地相互模仿会带来自身定位与特色不足，导致培养目标与培养效果的落差，这种与特色专业建设相背离的情况即为培养方案的同质化[16]。

因此，我们特别定义培养方案的预期效果E：

E=z/xy.

通過计算x，y，z和E，能够一目了然地了解培养方案在均衡—特色—学习量三方面的兼顾情况。上述公式中，总学分量过大会使E值降低，各基础模块越均衡（x越小）、特色越突出（z越大），则E值越大。E值越大则说明培养方案模块均衡、特色突出、设置较为合理。如果培养方案内部自主选择空间大，x和z的数值可以在一个区间范围而非固定值，E值结果也将在一个区间内。区间范围反映培养方案内部的课程弹性大小。

二、培养方案结构分析

将五校8个专业培养方案对应的数据整理计算，可以得到均衡参数x、学习量参数y、特色参数z的数值，进而求出E值，方便我们从数值上得出简明结论。具体如表2所示。

在表2中，北京大学的化学专业、北京师范大学的化学（师范）专业和南京师范大学的应用化学专业E值得分较好（绝对值大，或者区间上限高），定位明确、特色突出。伯克利化学专业培养方案得分并非最高，E值区间也并非最宽，但由于最低仅要求120学分的总学习量，学生自主选择辅修或双学位的条件充分，培养方案的内部弹性基础上还有很大的外部空间。

对于“研究型化学专业”而言，伯克利（x取值0.100-0.115）和北京大学（x取值0.041-0.142）培养方案的均衡程度均优于北京师范大学（x=0.169）。北京师范大学的通识课程比重仅为伯克利的一半，而学科基础学分比重是通识课程的三倍；伯克利培养方案以相当的自由度给学生自主选修、辅修和双学位的空间，北京大学的培养方案提高了自由选修比重，并设置了较多科研与跨学科限选学分，学生可以将必修之外的时间自主分配给自选化学学科课程、自选科研、生物和物理等跨学科课程或其他通识课程，保障通识教育的同时也为基础研究特色的发挥创造了条件，两所高校的培养方案特色参数z更具优势。这意味着每一个学生毕业时都可能绘出一份专属的专业培养模型图像，其知识结构具有个性，学生未来有更丰富的可能性。参数上，伯克利和北京大学化学培养方案的E值都在区间范围而非固定值。与此相对，灵活性过低的培养方案会导致同一个专业所有同学毕业时的培养模型图像十分相似，知识结构单一，难以实现培养目标中的“自主学习”与“创新能力”；没有充分尊重学生原本的差异和成长变化的空间，对学生多元化成长带来了阻碍。

北京师范大学化学专业希望培养出“能胜任在科研机构、高等学校、企事业单位和重点中学的科学研究、教学及管理工作的精英人才”。但事实上，要想通过一套弹性不大的固定方案同时实现“科学研究、教学及管理”几类不同的培养目标非常困难，适合去科研机构和适合去重点中学的可能是两种性格志趣各异的学生。该校化学专业试图兼顾上述多种培养需求，设置了较多不同种类的必修和限选课，可能导致学生根据自身志趣进行通识和自由选修的空间很小，所产出的既不是典型的学术人才，也不是典型的教育人才或管理人才。在本校已经开设了化学（师范）专业的情况下，化学专业可以更明确自身的差异化定位，并不培养中小学教师而更突出基础研究特色。如果希望学生有科研、教育和管理等方面的多元化出路，参考伯克利化学专业的思路更为可取，那就是大幅度减少学习量从而留出较大自主空间（留白），让不同志趣的学生有足够时间和空间选修各类课程——包括教育类课程、辅修教育/攻读教育双学位，选修或者辅修其他学科课程和双学位。

应用化学和化学（师范）专业培养方案所需的化工、教育有关知识背景的特色课程模块，需要在化学学科知识基础上加入跨学科、跨领域的内容。具体操作可有几种不同方式：一是采用单纯学习量增量跨学科专业的处理方式，即维持与化学专业培养方案基本不变的学科内容，在此基础上增加特色模块学分。这种方式操作简便，但学习量过大，可能削弱培养效果；二是采用无增量跨学科专业的处理方式，即重新整合原有内容，适当削减化学领域学分而增加跨学科课程学分，这种方式需要对培养方案内容重整，但能保持学习量较少；三是通过前文讨论的自由辅修/双学位方式提供跨学科学习机会，例如通过主修化学、辅修教育学专业获得化学教学知识和能力，成为未来的化学教师。

首都师范大学的化学（师范）专业、南京师范大学的化学（师范）专业和应用化学专业均采用了学习量增量跨学科专业的实现方式。首都师范大学的培养方案缺乏自主选择空间，学生只能按照为师范学生设定的固定知识结构完成课程学习；南京师范大学的设置有一定弹性，学生可以在师范（或化工）特色课程和化学学科基础课程中有所取舍和自主调整，既为专业特色留有空间，也为对基础研究感兴趣的学生留有余地，E区间上限较高。但是，两所高校总学分超过170的学习量增量模式使得学生难以有额外时间参与辅修或者双学位学习，也难以有额外精力参与本科生科学研究、涉猎更多学科领域，限制了学生多元发展可能。在模型上，这些专业的特色模块是已经是“成键”的实线段，而不是能与更多元领域发生潜在结合的“孤对电子”。

不同的是，北京师范大学化学（师范）专业和首都师范大学应用化学专业采用了无增量跨学科专业的实现方式，培养计划效果的关键是如何对课程内容进行高质量整合。综合来看，北京师范大学化学（师范）专业整合后的培养方案特色显著，数理基础、学科基础和师范特色三模块较充实，但是为了实现“无增量”，其通识教育比重被压缩而有些不足。不过，较低的总学分为学生自行选修弥补通识教育提供了可能性。首都师范大学应用化学专业在总学分量没有显著增加的情况下，其培养方案设置与综合性大学化学专业课程组成差异不大，产业应用特色课程不足，特色模块与南京师范大学的应用化学专业有较大差距。当然，化工类特色课程设置不足也与学校自身条件有关。

三、结语

本文通过简化模型构建和参数设计，对化学类五所高校8个专业培养方案的课程结构进行了分析，指出均衡—特色—学习量的平衡是专业培养方案的关键。在效率層面，简化直观的模型和参数有利于一目了然地比较和分析不同培养方案的课程结构，比较和发现培养方案的特点和问题，快速建立整体认识。在实践层面，简化直观的模型和计算结果有利于消除学科专家与教育专家之间的对话壁垒，在培养方案设计与改革创新方面更好地协同研究和合作。在研究层面，这是将高等教育课程与教学领域多因素复杂问题经由简化和模型进而量化处理的一次尝试。相关方法对其他学科专业培养方案的设计和研究具有参考价值。此外，本文所建立的简化模型的特征参考了化学分子结构的思想，研究本身也是跨学科的。

参考文献：

[1] 陆军，宋筱平，陆叔云. 关于学科、学科建设等相关概念的讨论[J]. 清华大学教育研究，2004，25（6）：12-15.

[2] 张树永. 本科化学类专业特色培养方案的构建策略浅议[J]. 中国大学教学，2014（4）：48-51.

[3] 吕迺基. 以自然史的观点看化学在自然科学中的地位和作用[J]. 化学通报，1987（9）：48-51.

[4] 朱红，陈晓宇. 我国高等理科教育发展现状：成就与挑战——高等理科教育改革调研专家调查分析[J]. 高等理科教育，2014（5）：19-27.

[5] 夸美纽斯.大教学论[M]. 北京：教育科学出版社，2014：101

[6] 怀特海，徐汝舟.教育的目的[M].北京：北京师范大学出版社，2018：8.

[7] 伍海燕，王乃弋，罗跃嘉. 脑、认知、情绪与教育——情绪的神经科学研究进展及其教育意义[J]. 教育学报，2012（4）：48-54.

[8] 卢晓东. 论学习量[J].中国高教研究，2015（6）：38-48.

[9] 卢晓东. 本科学习量过大抑制学生的创造力[N].光明日报，2015-07-21.

[10] 卢晓东. 考试如何激发创新[J]. 教育学术月刊，2017（2）：3-18.

[11] 卢晓东. 关于北京大学“十六字”教学方针的反思[J]. 中国大学教学，2014（1）：19-28.