中美木材科学与工程类本科专业课程体系的比较研究

(南京林业大学材料科学与工程学院，南京 210037)

美国是世界林业大国，森林面积居世界第四[1]，工业用原木、锯材和木质纸浆的生产与消费均居世界第一[2]。与此相适应，美国拥有发达的林业高等教育体系。美国于1862年通过的《土地拨赠法案(Morrill Land-Grant Acts)》将120 km2的联邦政府土地划拨给各州用以建设以传授农业和机械知识为主的大学，规定农(林)和机械专业的设立与保留是大学获得赠地资格的主要条件。而这些“赠地大学”成为现代美国公立大学的主干力量。在此背景下，美国的木材科学与技术(Wood Science and Technology)本科专业始设于1929年[3]，经过近90年的发展，其教学和科研水平位居世界前列。目前，美国共有13所高校开设了木材科学与工程类本科专业(详见表1)，为美国的林产工业提供了有力的技术和人才支撑，是美国林业持续发展的重要保证。

与美国相似，中国也是一个林业大国，森林面积和森林蓄积量分别位居世界第5位和第6位，人工林面积居世界首位[4]，人造板、家具和木地板产量都位居世界第一。为了满足林产工业对科学技术和专业人才的巨大需求，1952年南京林学院(现南京林业大学)和东北林学院(现东北林业大学)率先创办了木材科学与工程本科专业。目前，我国共有17所高校开设了该专业(详见表2)。

当前，我国高等教育正处于向世界一流看齐的快速发展阶段。为了促进我国木材科学与工程本科教育质量和水平的提高，笔者以木材科学与工程类本科专业课程体系的建设为切入点，对中美两国高校在这一领域各自的优劣势进行比较分析，旨在寻求符合我国社会经济发展需求和林业行业发展要求的扬长避短、取长补短的借鉴途径，从而为我国林业产业培养合格的工程技术人才。

表2 中国开设木材科学与工程类本科专业的高校及具体的专业名称

一、中美木材科学与工程类本科专业课程体系的比较

(一)课程体系的基本框架

1.美国

美国高校木材科学与工程类本科专业的课程体系主要由通识教育(general education)课程和专业教育(major study)课程2部分构成，其中专业教育课程又分为专业核心(major requirements)课程和专业方向(option requirements)课程。由于美国的联邦政府并不直接管理各个高校，其高等教育具有多样化和去中心化特征，各高校的办学具有较强的自主性，可以根据自身的特点和所在地域的产业需求灵活构建课程体系、选择授课方式乃至修订专业名称，所以在美国高校木材科学与工程类本科专业的课程体系中，各类课程的构成比例不尽相同，课程开设时间和安排的先后顺序等都存在差别。

就每门课程而言，美国高校木材科学与工程类本科专业的多数课程被设定为3学分，每学分对应的教学安排通常包括每周1学时(约为50分钟)的课堂教学和2学时的课外学习。美国的一个学期一般为15周，所以木材科学与工程类本科专业每门课的教学通常包括45学时的课堂教学和90学时的课外学习。

同时，美国高校规定，要获取木材科学与工程类专业学士学位，学生需至少修满120学分(详见图1)。所以学生若要4年获得学位，则每学期需至少修满15学分，4年需学习约40门课程。

注：虽然OSU*要求的学分总数为180，但由于OSU每学年设置3个学期，其每门课的学时数约为每学年设置2个学期的学校课程的2/3，所以其要求的学分总数实质上相当于图中其他设双学期学校的120图1 美国各高校木材科学与工程类本科专业的最低学分要求

2.中国

中国高校木材科学与工程本科专业的课程体系也主要由通识教育课程和专业教育课程2部分构成，在构成比例和授课时间的安排上都较有规律，各高校基本一致。其中，通识教育课程在课程体系中约占20%～30%，一般在本科的第1、2学年开设；专业教育课程则从第2学年开始开设。多数情况下，每学分对应的教学时间为16学时(每学时为40～45分钟)的课堂教学。但是，每门课程被设定的学分数有较大的差异。

同时，我国高校规定，要获得木材科学与工程专业学士学位，学生一般需修满180学分。所以学生若要4年获得学位，共需学习60～70门课程。

3.比较

无论是在学分总量还是在课程数量方面，中国高校木材科学与工程类本科专业的要求都明显高于美国高校。此外，中美两国木材科学与工程本科专业课程体系的一个显著区别是：中国高校在大学四年级都设有本科毕业论文(设计)环节，一般历时16周，匹配8～12学分，是学生获得学士学位的重要前提条件；而美国高校则普遍没有设置这一环节，但部分高校在第四学年开设一门名为“Senior Capstone”的课程，要求学生综合运用所学专业知识完成一个工程方案设计，并在完成书面报告的同时进行口头汇报以及接受质询。

美国“Senior Capstone”课程的考查内容和形式与我国本科毕业论文(设计)的要求虽有相似之处，但又有很大区别，即“Senior Capstone”课程设定的学时数和学分数与其他课程基本一样，而且允许以团队形式完成课程要求的工作，而并非一定是本科毕业论文(设计)所要求的以个体形式完成。

(二)通识教育课程

1.美国

美国的本科教育是建立在“文理教育”理念基础上的，其目标是通过提供全面综合的学术教育发展学生的表达、书写和推理能力，所以即使是工科专业的学生一般也需要学习占课程总量25%左右的人文与社科类课程[5]。所谓“文理教育”，又被译为“通识教育”，其中“文理”是人文艺术与科学的简称；不同于专业教育，其不指向功利性实际目的，旨在培养具有广博知识和优雅气质的人。以弗吉尼亚理工学院暨州立大学(Virginia Polytechnic Institute and State University，以下简称“弗吉尼亚理工学院”)为例，可持续生物质材料(Sustainable Biomatierals)专业要求学生完成36学分(占总学分30%)的文理教育，学习内容包括写作与讨论、价值观、文化传统与思想、经济学、生物与化学、微积分、美学与创新、可持续发展等方面的课程。

2.中国

中国高校的本科课程体系也设置了类似的通识课程，如写作、文化艺术、生态环境、哲学、政治等方面的课程。部分高校还将微积分、物理和化学等课程纳入通识教育课程体系，形成文理兼备的通识教育课程体系。但是，在中国高校开设的通识教育课程中，哲学、政治和外语等方面的课程占比很大，且多为必修课程，而其他通识课多为公共选修课。

(三)专业教育课程

1.美国

美国高校木材科学与工程类本科专业的一个主要特点是，各高校可以根据自己的办学特点和所在地域的产业需求在专业下设置很多专业方向供学生选择。

例如，弗吉尼亚理工学院在可持续生物质材料(Sustainable Biomatierals)专业下设置了林产品商务(Forest Products Business)、可持续民用建筑结构(Sustainable Residential Structures)、可持续生物质材料科学(Sustainable Biomatierals Science)和社会可持续发展(Creating Sustainable Society)4个专业方向，俄勒冈州立大学(Oregon State University)在可持续材料(Renewable Materials)专业下设置了科学与工程(Science and Engineering)、市场营销与管理(Marketing and Management)和艺术与设计(Art and Design)3个专业方向，西弗吉尼亚大学(West Virginia University)在木材科学与技术(Wood Science and Technology)专业下设置了加工(Processing)、利用(Utilization)、可持续材料营销(Renewable Materials Marketing)和可持续低层民用建筑(Sustainable Low-rise Residential Construction)4个专业方向，明尼苏达大学(University of Minnesota)在生物质产品与生物质系统工程(Bioproducts and Biosystems Engineering)专业下设置了生物质产品工程(Bioproducts Engineering)、环境与生态工程(Environmental and Ecological Engineering)和食品工程(Food Engineering)3个专业方向。

同时，在与专业方向相配套的课程体系构建方面，美国高校木材科学与工程类本科专业下的所有专业方向在共享相同的专业核心课程(主要包括“木材构造”“木材物理与力学性能”“木基复合材料”“木材化学”“木材加工工艺”等课程)的基础上，各自构建了自己的专业方向课程体系。所以众多的专业方向导致各校木材科学与工程类本科专业的专业课程体系结构大相径庭。

2.中国

中国高校的木材科学与工程类本科专业虽然也普遍下设了专业方向，但专业方向的多样性不及美国，除加工工程专业方向外，其他专业方向大都围绕家具产业设置。例如，在木材科学与工程专业下，北京林业大学设置了“家具与室内设计”专业方向，西南林业大学设置了“家具工程”专业模块，福建农林大学设置了“家具”专业模块，四川农业大学和天津科技大学设置的专业方向更是以培养家具与室内设计人才为主[6]。

中国高校设置的这些专业方向同样可以理解为是市场导向作用的结果。2016年中国林产加工业的总产值突破30 000亿元，其中家具产业的贡献值达8 559.46亿元[7-8]，所以在木材科学与工程专业下设置家具专业方向或模块可以说是巨大产业需求下的必然结果。

3.比较

对比中美两国在木材科学与工程类本科专业下设置的专业方向，两国在木材加工业上的差别也就一目了然了。在美国，建筑与户外产品生产是木材加工业的主流；在中国，室内装饰与家具产品是木材加工业的主体。从这一点上看，中美两国的木材科学与工程类本科专业都很好地适应了本国产业格局的特点，并较为精准地满足了本国产业发展的需求。

但是，在比较中还发现，美国木材科学与工程类本科专业的内涵要比我国宽广很多。从上述美国木材科学与工程类本科专业设置的专业方向看，除加工工程专业方向外，林业经济管理和木结构建筑也是美国高校普遍设立的专业方向。林业经济管理专业方向的设置说明市场因素的影响巨大，所以管理与营销成为工程类学科教育的重要组成部分。同样，木结构建筑专业方向的设置也是市场因素作用的结果。由于美国近80%的民用建筑为木质结构，木材加工业的主要服务领域是住宅建筑业，所以在此背景下设置木结构建筑专业方向也就不难理解了。

值得一提的是，近年来我国高校也开始在木材科学与工程专业下设置木结构建筑专业方向，如南京林业大学于2007年、西南林业大学于2015年、北京林业大学于2017年都分别设置了木结构建筑专业方向。这一专业方向的兴起同样也与近年来我国对木结构建筑的鼓励政策和国内木结构建筑产业的快速发展密切相关。

(四)实践环节

实践环节，在美国高校一般归属于专业教育课程，而在我国高校则往往单列，所以笔者将实践环节单列予以讨论。

美国高校木材科学与工程类本科专业的实践环节包括实验、项目设计和实习。其中，实验和项目设计在形式上与我国较为相似，但是实习则有很大不同。多数美国高校将实习作为专业的核心考核指标，并以课程形式固化；而且实习时间多安排在夏季，历时较长，一般为12～24周(详见图2)，可以分阶段完成，但多数以全职方式开展。此外，部分美国高校允许学生以科研、海外游学等方式替代实习。

相比之下，中国高校木材科学与工程本科专业安排的专业实习(不包括工科统一安排的金工实习)一般仅有3～4周，由学校统一组织，内容以企业参观为主，学生一般不进行生产岗位上的实际操作。我国高校现行的实习模式是经济体制、实习成本和安全等多种因素综合作用的结果，在专业认知、技术应用、实际操作和组织协调等方面对学生的锻炼作用显著不如美国高校全时在岗的实习方式。可见，实践环节是中国高校木材科学与工程本科专业课程体系建设的一个短板。

图2 美国部分高校木材科学与工程类本科专业的实习时间

二、美国高校木材科学与工程类本科专业名称的调整趋势及其对课程体系的影响

(一)专业名称的调整趋势

从表1可见，美国13所高校设置的木材科学与工程类本科专业采用的专业名称无一相同。同类专业名称的多样性是美国高等教育去中心化的一个重要体现。需要指出的是，表1中的专业名称多是近几年刚刚调整的，从字面上理解，木材科学与工程类本科专业的内涵已从传统的“木材(wood)”延伸到“生物质(bio-)”，并强调“可持续性(sustainable)”和“可更新(renewable)”。从表3所列的6所美国高校的木材科学与工程类本科专业名称的变化情况看，4个新变更的专业名称中都出现了“sustainable”一词，同时有4个新变更的专业名称中出现了词头为“bio-”的词以表示新专业的研究对象。

(二)专业名称调整对课程体系的影响

专业名称的变化势必会对课程体系的构建产生影响。对比分析美国高校木材科学与工程类本科专业名称调整前后的课程体系可以发现：①虽然专业名称变化后专业方向和课程体系进行了相应的调整，但是课程体系中的专业核心课程并没有发生实质性变化。以弗吉尼亚理工学院为例，从木材科学与工程类本科专业名称变化后专业核心课程名称的变化情况(详见表4)看，最明显的变化是课程研究对象从木材延伸至生物质材料，而课程内容仍是从结构、物理力学性能、化学性能、材料复合与转化等方面进行组织。②专业名称调整对专业课程的影响更多的是体现在新的专业方向课程的设置上。例如，在木材科学与工程类本科专业名称调整后，弗吉尼亚理工学院新设了Creating Sustainable Society专业方向，明尼苏达大学新设了Environmental and Ecological Engineering专业方向等，并都新设计了相应的专业方向课程体系，引入了绿色建筑、环境评价和环境工程等方面的课程。

表3 美国部分高校木材科学与工程类本科专业名称的调整情况

表4 弗吉尼亚理工学院暨州立大学木材科学与工程类本科专业名称变化前后专业核心课程的比较

综上，从专业名称的调整和专业课程体系的相应变化看，美国木材科学与工程类本科专业正经历着办学思路的方向性转变，而这一转变的核心不在于由木材(wood)向生物质材料(biomaterials)拓展，而在于从强调产品(products)和技术(technology)向强调可持续发展(sustainability)转变。这种转变与近年来美国林产工业的发展趋势以及所面临的挑战密切相关。一方面，将可持续性理念融入工业产品设计和生产过程已成为现代工业的主流，木材作为可再生资源在可持续性方面具有天然优势，林产工业在可持续发展领域拥有巨大潜力。另一方面，从21世纪之初开始，由于国内需求的下降和国际竞争的加剧，美国林产工业的三大板块——板材与人造板、造纸、家具与木制品都经历了持久性衰退，其中家具产业的衰退最为严重[9-10]，而生物质能源等领域因其供给的可持续性被视为林业产业的潜在增长点。正如前文所述，市场对美国高校办学的导向作用显著，所以产业发展模式的变化和传统产业的衰退必然会对专业建设产生影响，在此背景下调整专业名称、拓展专业内涵以及优化与此密切相关的课程体系可谓必然。

三、中美木材科学与工程类本科专业课程体系比较分析的结论

(一)美国木材科学与工程类本科专业课程体系建设值得借鉴之处

1.以市场为导向

美国高校有较大的办学自主权，能够根据产业格局的变化灵活调整专业名称、专业方向以及相应的课程体系。对我国高校而言，市场对专业建设的影响是一个复杂的课题。但是无论如何，对工程类本科专业来说，培养合格的应用型技术人才应是专业建设的首要任务。所以将产业和市场因素纳入专业建设的研究范畴并作为专业及其课程体系调整的依据是合理且必要的。

2.课程体系的主干清晰

美国高校木材科学与工程类本科专业的专业基础课程丰富、内容饱满；虽然对学分和修读课程数量的要求都低于中国高校的要求，但每门课程设定的学时数和每学时对应的授课时间都普遍高于中国高校。相比之下，我国高校木材科学与工程类本科专业的专业课程体系存在碎片化问题，不利于培养学生扎实的专业功底。

3.重视实践能力和实务能力的培养

美国高校木材科学与工程类本科专业的课程体系建设对通识教育的重视程度普遍高于中国高校，而且特别注重对学生写作、表达、统计和分析等能力的培养和锻炼；同时，重视专业教育课程中实践环节的建设，通过长周期全职形式的实习，加强学生工程实践能力的培养，从而使学生能够更快地适应就业岗位的要求。

4.建有与课程体系相配套的灵活学制

美国高校的学制较为灵活多样，建立了学分互换/替代机制。例如，部分高校木材科学与工程类本科专业的实习环节是可以以本科生科研或海外访学替代的；有的高校设置了夏季学期，不仅有助于学生充分利用假期时间，而且可以解决部分学生因时间或精力问题无法在春秋季学期修课的问题。

(二)美国木材科学与工程类本科专业课程体系建设的缺陷

美国高校木材科学与工程类本科专业的课程体系在一些方面与中国的产业或教育现状有较大偏差，所以我国高校在借鉴其成功经验时不能简单套用。

首先，在课程设置方面，美国高校普遍未能根据木材加工业智能化的发展趋势对技术、装备和管理等方面的课程进行系统性更新。造成这一课程体系建设缺陷的根源在于高成本背景下美国木制品加工产业的衰退以及相关人才的需求不足。但是，需要指出的是，在研究生教育领域，美国高校在智能化加工、生物质燃料和纳米纤维素等生物质材料加工领域的前沿性研究十分活跃。这在很大程度上保障了美国高校木材科学与技术专业的竞争性，也保存了本科教育随产业需求变化而及时调整的能力。相较而言，中国已是世界上最大的木质制品生产国，在橱柜、衣柜和办公家具等领域，大规模定制和智能制造已从技术探索走向产业主流。所以我国高校木材科学与工程本科专业应根据国情和产业发展的实际情况，对现行的专业课程体系以及部分课程的内容进行及时调整，将智能制造技术、企业资源管理等方面的课程或内容纳入专业课程体系。

其次，美国高校的木材科学与工程类本科专业虽然在专业名称上体现了由木材拓展到生物质材料的专业内涵，但是并没有对专业核心课程体系的结构进行相应的实质性调整。而在中国，以竹藤材料和农业加工剩余物为原料的产品开发与规模化生产早已展开，竹材加工更是中国林产工业的特色产业。因此，以由木材拓展到生物质材料的专业内涵为指引，同时对专业核心课程体系和专业方向课程体系进行优化调整，是符合中国产业特点的举措。

综上所述，美国是世界林业大国，木材科学与工程类高等教育的历史悠久、质量位居世界前列，仅在课程体系建设方面就有诸多值得借鉴的经验。同样，中国也是世界林业大国，更是全球林产工业的绝对主导力量，国内市场对木材科学与工程专业技术人才具有长期而旺盛的需求。近年来，我国的一些农林高校乃至非农林高校开设或恢复设置了木材科学与工程专业，如广西大学于2000年复办了该专业，四川农业大学、天津科技大学和山东农业大学分别于2001年、2001年、2006年创办了该专业。因此，在专业建设和发展过程中，我国木材科学与工程本科专业的课程建设一方面要吸取美国高校的先进经验，另一方面也要意识到中美两国在产业格局和发展方向上的巨大差异，因地制宜地优化自己的课程体系。只有这样，才能更好地为学科和产业培养合格的专业人才。