高校本科化學類專業培養方案結構分析

李麗萍?盧曉東

摘 要：本文以5所高校本科化學類專業中的化學、應用化學、化學（師范）共8個專業為研究對象，結合學科特點根據培養方案的結構設計了簡化模型，提出均衡參數、學習量參數、特色參數和預期效果的表征公式，通過構建模型和參數計算，對培養方案的課程結構進行了有效分析，指出均衡—特色—學習量的平衡是專業培養方案的關鍵，8個專業培養方案的優缺點得以清晰呈現。相關方法對其他學科專業培養方案的設計和研究具有參考價值。

關鍵詞：課程；結構；通識教育；理科；創造性；師范

由于專業與學科在概念內涵上的交織關

系[1]，以及綜合性大學在學科建設方面的優勢和積累，高等教育中對某一專業的整體探討經常以綜合性大學為中心。師范類專業通常開設在師范院校，應用型專業多開設在地方院校，故綜合性大學、師范院校和地方院校的專業建設一般被分別討論。圍繞同一學科開設的不同專業，其培養方案存在緊密的內在聯系，實踐中也互相借鑒，因此有必要將師范類專業、應用型專業也納入本學科對應專業培養方案的探討中。

目前我國化學類本科設有化學、應用化學、化學工程、化學生物學等專業，其中化學和應用化學專業分別對應基礎研究型人才和應用型人才，在中國高校開設數量最多、經驗積累最豐富[2]；另一方面，在知識傳遞與知識生產方面，中小學化學教師在化學知識傳承中發揮重要作用，因此化學（師范）專業至關重要，其培養方案一直與化學、應用化學專業培養方案密切聯系。過去十年來中國科技論文SCI論文數排行榜上化學學科長期高居首位，“雙一流”建設名單中化學學科入選25所高校，化學工程與技術入選9所高校，不少高校的化學學科排名已進入國際前列。因此，對化學類本科專業培養方案進行多角度研究十分必要。本文對化學專業（基礎研究型）、應用化學專業（應用型）和化學（師范）專業的8個培養方案進行綜合分析，對課程結構進行模塊化處理，形成綜合描述培養方案課程結構的簡化模型，創造性地設置了均衡參數、學習量參數和特色參數等關鍵變量，在此基礎上建立直觀模型和表征公式，通過數學描述以完成分析。

一、培養方案簡化模型的構建

本文選擇了加州大學伯克利分校（UC Berkeley，以下簡稱伯克利）、 北京大學、北京師范大學、南京師范大學和首都師范大學五所高校的化學、應用化學和化學（師范）八個專業的培養方案進行分析。相應專業基本情況如表1所示。

1.培養方案課程模塊化和結構模型

為方便校際間比較，結合化學學科的知識特點，將上述專業培養方案中的公共基礎課、數理基礎課、學科核心課、學科限選課、通識選修課、自由選修課、教師教育課程、教育實踐實習、畢業論文（或畢業設計）和其他實踐實習等整合，劃分出通識教育（簡化為通識和自由選修課程學分之和）、數理基礎（簡化為數學和物理課程學分之和）、學科基礎（簡化為學科核心課程和本學科限選課程之和）三大課程模塊。對課程結構的模塊劃分具有以下科學和教育基礎。首先，化學一般被認為是自然科學體系的“中心學科”，與其前導學科物理學、后繼學科生物學彼此銜接，與環境科學、地質學、考古學等密切聯系，與化工、軍工、生物醫藥、食品等行業密切聯系，天然處于學科交叉地帶[3]。數理基礎影響了化學人才對本學科理論理解的深度，而通識教育則影響了化學人才的學術格局、價值取向和科學人文精神，掌握化學知識與技術但缺失科學人文精神會帶來危險后果。

綜合性大學化學專業的培養目標通常是“拔尖創新人才”，可稱為“研究型化學專業”。北京大學化學專業的培養目標中明確提出，畢業生需要“初步具有從事科學研究的能力” “擁有跨學科解決問題的能力”；北京師范大學化學專業的培養目標為“精英人才”；伯克利化學專業希望學生“為成為專業的化學家做準備，并為從事生物、醫藥等相關領域奠定基礎”。因此，在三大模塊之外，“研究型化學專業”培養計劃中一般都包含化學科學研究和跨學科發展的內容，如有學分的本科生科學研究課程和其他科研實踐，還有生物、醫藥、環境等領域跨學科限選課等。這些內容構成培養方案的第四個重要模塊——特色模塊。應用化學專業與化學（師范）專業培養方案特色模塊包含工科（化工、冶金、醫藥、紡織等領域）或教育學課程。

我們借鑒分子結構模型以直觀描述化學類專業培養方案的課程結構。如圖1所示，以培養方案的預期效果E為中心，線段EA、EB、EC代表培養方案中數理基礎、學科基礎和通識教育三個課程模塊。特色模塊ED對于“研究型化學專業”而言，其學分設置具有很大彈性——參與本科生科研和跨學科學習研究通常可選，具體投入哪個跨學科方向、投入學分多少是可變的；應用化學和化學（師范）專業的特色模塊十分明確并且相對固定——即工科類學分和教育類學分。因此，“研究型化學專業”方案的圖像更類似一個氨分子（圖1a，氨分子留有一對未與其他原子成鍵的孤對電子，表示可能與潛在的相關領域發生相互作用），而應用化學和化學（師范）專業的課程結構更類似一個甲烷分子（圖1b）。

2.簡化模型參數設計

由于課程模塊比重不同，不同培養方案的實際圖像也各不相同，對這些差別的精準描述是綜合評估和對比分析的基礎。我們通過引入關鍵參數對不同培養方案的模型進行數學描述。

上述培養方案需要在兼顧三個基本模塊平衡的基礎上突出特色，包括基礎研究和跨學科研究特色、師范特色、化學化工產業應用特色。在教育實踐中，各模塊課程量不能無限增加，培養方案總學分量也不能太多，因為學習量也成為一個限制因素。均衡—特色—學習量三者關系的處理是培養方案中課程結構關系的核心，據此我們定義如下參數：

均衡參數x=各模塊學分比重之間的標準偏差（可直接引用統計學公式）

學習量參數y=學分總數/100（對于中國高校，估測取值區間1.4

特色參數z=特色模塊所占學分比重

“研究型化學專業”的特色變量z為與科研實踐、跨學科課程學分所占比重；應用化學的z為化學工程、化學產業有關學分所占比重；化學（師范專業）的z為教育教學類學分所占比重。均衡參數x的本質可以追溯到科學的本源與發展歷程。科學從一開始就不是“分科而學”的，專業聚焦于“專門的學問”也是伴隨工業社會細化分工的趨勢而逐漸發生。當今時代表現出的世界多極化、經濟全球化、社會信息化、文化多元化的顯著特征，意味著面向未來的人才須具備理解與適應復雜多變環境的能力，學科交叉融合已成為知識生產與學術創新中的大勢所趨。因此，只側重單一學科知識的培養方案既是對科學初衷的偏離，也是對未來社會人才需求的曲解。夸美紐斯認為，終生的學業應該組成一個百科全書式的整體，其中一切部分都來自同一來源，并且有它自己的地位[5]。

在化學類專業培養方案中，數理基礎模塊有助于學生理解化學學科的“來源”以及在自然科學體系中的地位，而通識教育有助于形成學生學業的“百科全書”、塑造學生的科學人文精神。

學習量參數y的本質體現了“知識的活力”和“大學的活力”。“知識的活力”力圖使學生習得的知識被深刻理解和內化，讓學生擺脫細節的束縛去掌握原理，避免教育帶來 “呆滯的知識”（inert idea）。這就要求“不可教太多的科目”而且“所教科目務須透徹”[6]。總學習量過大可能導致學生的大腦處于連續的被動接受狀態，難以有充分的空間建立腦、認知與情緒之間的深度互動，只是將大腦當作工具而忽視了作為人的生命，這與現代腦科學、神經科學和認知科學的研究結果相悖[7]。

總學分量過高情況下，“大學的活力”也會不足，教師也與學生一起被日常教學任務所累，整個大學成為表面知識傳遞的機器，其后果并不陌生，在國內很多大學可以發現：受限于時間不夠和精力不足，師生不得不對教學任務的重要性和投入比重進行排序和取舍，因此催生虛假的通識教育；過高的學分量擠壓了科研實踐、行業實踐、社會實踐和學生自我探索的空間和時間，加劇人才培養過程與實際需求的脫節、與學生身心發展的脫節；忙于應對教學負荷的師生也沒有時間深度互動、無暇對學術進行“充滿想象力的探索，從而在知識和追求生命的熱情之間架起橋梁”——這與大學精神相悖。“范式陷阱”概念集中呈現出學習量過多對創新人才培養的潛在傷害[8-11]。對應用型人才而言，學習量過大可能導致學習與行業實踐鴻溝加大。學生忙于應對校內的課程，無暇關注行業發展動態、無暇參與行業的相關實踐，既難以深刻吸收理論知識，也少有時間獲得充分的實踐性知識和行業緘默知識。

特色參數z的本質體現在人類社會需求與個體需求中。世界一流大學無不具有歷史積淀和時代孕育出的鮮明個性，而大學的辦學特色、專業的培養特色在中國高校中卻并不顯著。社會對人力資本的需求是多樣的，學生天賦、志趣、性格方面的差異導致個體在自我發展過程中的成長需求多樣。如果所有大學都有相似的辦學目標和培養方案，于社會和個體都會出現資源錯配與供求錯配，反映到培養結果上就是“結構性失業”危機。因此綜合性大學和地方性大學都面臨建設特色本科專業的挑戰[12-15]。具體到三類化學專業，“研究型化學專業”的科學創新人才、行業應用型的產業技術人才和化學教師需要具有不同特色。不加審視地相互模仿會帶來自身定位與特色不足，導致培養目標與培養效果的落差，這種與特色專業建設相背離的情況即為培養方案的同質化[16]。

因此，我們特別定義培養方案的預期效果E：

E=z/xy.

通過計算x，y，z和E，能夠一目了然地了解培養方案在均衡—特色—學習量三方面的兼顧情況。上述公式中，總學分量過大會使E值降低，各基礎模塊越均衡（x越小）、特色越突出（z越大），則E值越大。E值越大則說明培養方案模塊均衡、特色突出、設置較為合理。如果培養方案內部自主選擇空間大，x和z的數值可以在一個區間范圍而非固定值，E值結果也將在一個區間內。區間范圍反映培養方案內部的課程彈性大小。

二、培養方案結構分析

將五校8個專業培養方案對應的數據整理計算，可以得到均衡參數x、學習量參數y、特色參數z的數值，進而求出E值，方便我們從數值上得出簡明結論。具體如表2所示。

在表2中，北京大學的化學專業、北京師范大學的化學（師范）專業和南京師范大學的應用化學專業E值得分較好（絕對值大，或者區間上限高），定位明確、特色突出。伯克利化學專業培養方案得分并非最高，E值區間也并非最寬，但由于最低僅要求120學分的總學習量，學生自主選擇輔修或雙學位的條件充分，培養方案的內部彈性基礎上還有很大的外部空間。

對于“研究型化學專業”而言，伯克利（x取值0.100-0.115）和北京大學（x取值0.041-0.142）培養方案的均衡程度均優于北京師范大學（x=0.169）。北京師范大學的通識課程比重僅為伯克利的一半，而學科基礎學分比重是通識課程的三倍；伯克利培養方案以相當的自由度給學生自主選修、輔修和雙學位的空間，北京大學的培養方案提高了自由選修比重，并設置了較多科研與跨學科限選學分，學生可以將必修之外的時間自主分配給自選化學學科課程、自選科研、生物和物理等跨學科課程或其他通識課程，保障通識教育的同時也為基礎研究特色的發揮創造了條件，兩所高校的培養方案特色參數z更具優勢。這意味著每一個學生畢業時都可能繪出一份專屬的專業培養模型圖像，其知識結構具有個性，學生未來有更豐富的可能性。參數上，伯克利和北京大學化學培養方案的E值都在區間范圍而非固定值。與此相對，靈活性過低的培養方案會導致同一個專業所有同學畢業時的培養模型圖像十分相似，知識結構單一，難以實現培養目標中的“自主學習”與“創新能力”；沒有充分尊重學生原本的差異和成長變化的空間，對學生多元化成長帶來了阻礙。

北京師范大學化學專業希望培養出“能勝任在科研機構、高等學校、企事業單位和重點中學的科學研究、教學及管理工作的精英人才”。但事實上，要想通過一套彈性不大的固定方案同時實現“科學研究、教學及管理”幾類不同的培養目標非常困難，適合去科研機構和適合去重點中學的可能是兩種性格志趣各異的學生。該校化學專業試圖兼顧上述多種培養需求，設置了較多不同種類的必修和限選課，可能導致學生根據自身志趣進行通識和自由選修的空間很小，所產出的既不是典型的學術人才，也不是典型的教育人才或管理人才。在本校已經開設了化學（師范）專業的情況下，化學專業可以更明確自身的差異化定位，并不培養中小學教師而更突出基礎研究特色。如果希望學生有科研、教育和管理等方面的多元化出路，參考伯克利化學專業的思路更為可取，那就是大幅度減少學習量從而留出較大自主空間（留白），讓不同志趣的學生有足夠時間和空間選修各類課程——包括教育類課程、輔修教育/攻讀教育雙學位，選修或者輔修其他學科課程和雙學位。

應用化學和化學（師范）專業培養方案所需的化工、教育有關知識背景的特色課程模塊，需要在化學學科知識基礎上加入跨學科、跨領域的內容。具體操作可有幾種不同方式：一是采用單純學習量增量跨學科專業的處理方式，即維持與化學專業培養方案基本不變的學科內容，在此基礎上增加特色模塊學分。這種方式操作簡便，但學習量過大，可能削弱培養效果；二是采用無增量跨學科專業的處理方式，即重新整合原有內容，適當削減化學領域學分而增加跨學科課程學分，這種方式需要對培養方案內容重整，但能保持學習量較少；三是通過前文討論的自由輔修/雙學位方式提供跨學科學習機會，例如通過主修化學、輔修教育學專業獲得化學教學知識和能力，成為未來的化學教師。

首都師范大學的化學（師范）專業、南京師范大學的化學（師范）專業和應用化學專業均采用了學習量增量跨學科專業的實現方式。首都師范大學的培養方案缺乏自主選擇空間，學生只能按照為師范學生設定的固定知識結構完成課程學習；南京師范大學的設置有一定彈性，學生可以在師范（或化工）特色課程和化學學科基礎課程中有所取舍和自主調整，既為專業特色留有空間，也為對基礎研究感興趣的學生留有余地，E區間上限較高。但是，兩所高校總學分超過170的學習量增量模式使得學生難以有額外時間參與輔修或者雙學位學習，也難以有額外精力參與本科生科學研究、涉獵更多學科領域，限制了學生多元發展可能。在模型上，這些專業的特色模塊是已經是“成鍵”的實線段，而不是能與更多元領域發生潛在結合的“孤對電子”。

不同的是，北京師范大學化學（師范）專業和首都師范大學應用化學專業采用了無增量跨學科專業的實現方式，培養計劃效果的關鍵是如何對課程內容進行高質量整合。綜合來看，北京師范大學化學（師范）專業整合后的培養方案特色顯著，數理基礎、學科基礎和師范特色三模塊較充實，但是為了實現“無增量”，其通識教育比重被壓縮而有些不足。不過，較低的總學分為學生自行選修彌補通識教育提供了可能性。首都師范大學應用化學專業在總學分量沒有顯著增加的情況下，其培養方案設置與綜合性大學化學專業課程組成差異不大，產業應用特色課程不足，特色模塊與南京師范大學的應用化學專業有較大差距。當然，化工類特色課程設置不足也與學校自身條件有關。

三、結語

本文通過簡化模型構建和參數設計，對化學類五所高校8個專業培養方案的課程結構進行了分析，指出均衡—特色—學習量的平衡是專業培養方案的關鍵。在效率層面，簡化直觀的模型和參數有利于一目了然地比較和分析不同培養方案的課程結構，比較和發現培養方案的特點和問題，快速建立整體認識。在實踐層面，簡化直觀的模型和計算結果有利于消除學科專家與教育專家之間的對話壁壘，在培養方案設計與改革創新方面更好地協同研究和合作。在研究層面，這是將高等教育課程與教學領域多因素復雜問題經由簡化和模型進而量化處理的一次嘗試。相關方法對其他學科專業培養方案的設計和研究具有參考價值。此外，本文所建立的簡化模型的特征參考了化學分子結構的思想，研究本身也是跨學科的。

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[本研究得到北京市優秀人才培養資助（項目編號：2017000020124G165）]

[責任編輯：周 楊]