美国本科化学教育对我国建设一流本科的启示

朱玉军?李川?王香凤

摘 要：建设一流本科是我国高等教育改革的重要目标。本文分析美国《本科化学专业教育：学士学位的指导和评估规范》，探讨美国本科化学教育的学生能力培养目标、课程体系、教学方法、师资要求、条件保障等，得出对我国建设一流本科的启示。

关键词：一流本科;本科化学教育;培养目标;课程体系;教学方法;教师专业发展

化学学科作为一门基础性实验科学，在疾病控制、能源问题解决、环境治理，乃至新生产力的创造和发展、国防建设、新材料新技术发明等方面发挥着关键作用[1]。在我国教育部公布的“双一流”建设名单中，一流化学学科建设高校有25所，排名第二，仅次于材料科学与工程。

一流本科教育是世界一流大学建设的重要基础，是世界一流学科建设的重要支撑。一流本科教育需要明确人才培养的目标和规格，优化课程体系和教学内容，重视能力和素质培养，改革教学方法和手段，倡导教学与科研融合，加强保障体系建设[2]。本文通过分析美国化学会（ACS）发布的最新版《本科化学专业教育：学士学位的指导和评估规范》（以下简称ACS规范）[3]，从人才培养目标、学生能力要求、课程体系、教学方法、保障条件等方面为我国一流本科建设提供参考。

一、美国本科化学教育的学生能力培养目标

ACS规范特别强调本科化学专业学生的能力培养目标，并以独立章节从6个方面给出了规定。

（1）问题解决能力。教会学生如何清晰地界定问题，形成可以验证的假设，设计并执行实验操作，使用恰当的统计方法分析数据，理解实验测量在本质上存在的不确定性，得出恰当的结论等问题解决的基本程序。要求学生不断挑战自我，应用自己对化学所有分支学科的理解，运用恰当的实验技能和仪器解决问题。这种能力的培养需要贯穿所有的课程中。

（2）化学文献及信息管理能力。包括通过检索化学文献高效地获取信息，批判性地评价科学技术文献，管理多种类型的化学信息等能力。在所有的课程与教学过程中，必须教会学生高效利用关键词、作者、摘要、引文、专利等信息评价文献资料的质量;注重评价学生在回答化学问题时阅读、分析、解释和引用化学文献的能力;帮助学生学习数据管理和归档技能，学习借助电子手段或其他方式保存阅读记录、管理引文和相关信息的方法。可以在本科生科学研究、个人或团队研究项目中发展和评价学生的文献检索和信息管理能力，也可以开设独立的课程来有效培养学生文献检索能力。

（3）实验室安全技能。包括学会使用可靠的废物处理技术，遵守安全规则;适当使用个人保护装备以减少危险;理解化学品对人体健康和环境的危险性类别;正确使用安全数据表和其他已经出版的安全标准以及线上安全参考资料;能够识别和评估实验室存在的化学或物理危险，知道如何降低安全风险，知道如何應对紧急突发事件。要创建相应的氛围和文化制度，促成学生在实验室中展示对安全技能的理解和运用。在第一节实验课时，就要着力促进实验安全意识和技能的培养，并渗透到此后的每一节实验课中。在开始本科生科学研究之前，学生既要接受普通的安全教育，也要接受特殊实验室的安全教育。在所有的课程中，无论是在教室，还是在实验室，都要强调安全实践，并让学生积极地参与实验室的安全风险评估。

（4）沟通交流能力。在化学课程中应该给学生书面和口头交流的机会，训练学生交流科技信息的能力，让学生学会清晰而有组织地呈现信息，学会用科学恰当的方式撰写内容清晰、组织合理、语言简明的研究报告，学习使用相关的技术来辅助表达和交流信息。化学是一项全球性的事业，学习一门或更多的外语，或者修读一门国际课程可以有效增强学生与世界上其他化学家进行交流的能力。

（5）团队协作能力。团队协作能力即团队协作下的高效工作能力，其培养应该渗透所有化学课程学习中，为学生提供机会学习如何在团队内通过高效的互动来解决科学问题，如何与不同团队里的同行高效合作。有效的团队协作体验，将有助于培养学生的团队领导能力和协作能力。

（6）科学道德规范。应该教育学生负责任地对待科学研究数据，适当引用他人的研究成果，学习科学研究成果出版的标准，以及与抄袭、剽窃有关的标准等。让学生了解化学在当今社会和全球问题中扮演的角色，例如绿色化学与可持续发展。作为学生的楷模，教师应在教学、科研和其他专业活动中做好示范，展现自己负责任的行为与表现。

二、美国本科化学教育的课程体系和教学方法

为了全面达成学生能力培养目标，ACS规范将本科生需要修读的课程分为专业课程、实验课程、专业倾向课程（Degree Tracks or Concentrations）、高峰体验课程（Capstone Experiences）、关联课程（Cognate Course）、科学研究等6大类，满足不同学生的需求。另外，还提出了教学方法的要求。

1.化学专业课程体系

ACS规范将大学生应该学习的化学专业课程确定为5个二级学科分支：分析化学、生物化学、无机化学、有机化学、物理化学。化学专业课程体系则被分为3个层次：（1）引导性课程，主要是教给学生化学的基本概念;（2）基

础性课程，在引导性课程之上拓展化学学科的知识宽度，包括分析化学、生物化学、无机化学、有机化学、物理化学等5大化学分支学科的内容，使用专门的教材要求学生深刻理解各分支学科的基本概念，掌握深度学习化学所需的技能;（3）深度课程，是基础性课程内容的整合学习和深度研究，注重训练学生的批判性思维和问题解决能力，对学生使用化学文献的能力提出更高要求，并鼓励将现代化学研究主题整合到深度课程中，例如催化作用、环境化学、绿色/可持续发展化学、材料科学和毒理学等。

针对专业课程内容， ACS规范特别强调应同时包括小分子和大分子，必须要涵盖合成聚合物、生物大分子、超分子聚合、纳米材料等4个前沿领域中的2个，而且要用1个标准学期的1/4时间来保障其教学质量。

2.化学实验课程体系

ACS规范强调实验课程与专业课程的结合，规定了与专业课程体系相匹配的3个层次的实验课程：（1）引导性化学实验课程，主要是教师指导下的学生动手实验，教给学生基本的实验技能;（2）基础性实验课程，要求学生理解现代仪器的操作和理论，并能使用这些仪器解决物质合成、物质性质分析、物质结构测定等化学问题，全面发展学生的实验数据分析、操作现代仪器、计算机建模等多种能力，涵盖分析化学、生物化学、无机化学、有机化学、物理化学等5个分支学科中的4个;（3）深

度实验课程，要求学生综合运用各种技能，每周在实验室工作的时间至少要达到6个小时，需要自己设计实验方案、实施实验方案、分析实验数据，而且会利用化学文献指导实验

工作。

3.专业倾向课程、高峰体验课程和关联课程

（1）专业倾向课程，是ACS规范为满足不同学校的特色建设和不同学生的兴趣需要而设计的。其内容可以涵盖多个化学二级学科，也可以聚焦一个化学二级学科，还可以是与化学相关的交叉学科领域（如化学教育、化学物理学、环境化学、法医化学、材料科学、医药化学、聚合物化学等），还能将新兴化学研究领域和地方特色整合进去。

（2）高峰体验课程，被称为本科生课程的“皇冠”，其目标是进一步培养学生的能力[4]。ACS规范将高峰体验课程定位于学生从完成学业到走向未来专业实践的桥梁，要求学生综合运用所有课程学习过程中所掌握的知识和技能，通过纸笔测验（或口头测验）、口头报告、书面报告等方式评价学生整合知识、使用化学文献、有效交流等能力。

（3）关联课程，是指合格毕业生必须完成2个学期的微积分课程和2个学期的物理及其实验课程。ACS规范强烈推荐基于微积分的物理课程，多变量微积分、线性代数和微分方程等数学课程内容。

4.参与科学研究

ACS规范指出，本科生从事科学研究，并提供写作良好、证据充分、文献新颖的综合性研究报告，可以被计算为深度课程的学分和实验课程的学时。ACS规范提到，本科生参与科学研究项目，可以整合并强化学习到的化学知识，发展科研能力和专业技能，有机会使用更多的科研仪器，学习借鉴导师的专业知识和技能，使本科阶段的学习经历更加完整。

5.教学方法

（1）ACS规范特别注重有效教学方法的运用。强调无论是课堂教学还是实验课，教师应采取有效的教学方法，以适应学生的不同学习风格。而且，应该定期检查教学方法的有效性，以确保这些方法能够促进学生的学习。教师应该采用那些被证明为有效的教学方法：基于问题或探究的学习，同伴引领教学，学习共同体教学，技术辅助教学（如个人应答系统的使用、翻转课堂或混合课堂）。在实验课教学中，要采用探究驱动和结论开放的研究，促进学生发展独立思考能力、批判性思维能力和推理能力。

（2）ACS规范对在线教学和虚拟教学有特别规定。强调其提供的课程内容和培养的学生技能应当至少与师生面对面的教学处在同一水平。特别指出，应该保证参与在线课程学习的学生有足够的机会与教师接触，并有机会与同伴合作学习。而对于实验课程，ACS规范特别强调化学是实证科学，需要亲自动手接触和操控物质、设备和仪器，亲手操作的专业技能不能通过虚拟实验训练来培养，虚拟实验可以作为一种教学补充手段，但不能替代亲自动手实验。

三、美国本科化学教育的保障条件

1.师资要求及保障

（1）本科学位点建设的专职人员。ACS规范要求至少要有5位全职教师完全致力于化学本科学位点的建设与改进。

（2）教师的学历。ACS规范要求至少75%以上的化学教师必须拥有博士学位或同等的研究水平。

（3）对授课教师的要求。ACS规范强调开设的课程应当由永久聘用的教师来讲授，可以偶尔邀请高水平的外部专业人员讲授特别的课程或顶替因故而缺席的教师，但强烈反对过分依赖临时兼职教师代课。

（4）教师的专业发展保障。ACS规范强调：①要有保证教师专业能力发展的机制，给教师提供自身发展和前辈指导的机会，并对教师的表现定期给予反馈;②要有足够的从事行政、仓储、技术、机械、卫生等服务和支持工作的职员，以保障教师将时间和精力用在教学和学术研究活动上;③应当为教师提供参加学术活动的机会和资源，让教师了解科学研究前沿和现代教育理论;④应该为教师提供各种机会学习有效的化学教育实践知识和科学学习与认知的现代理论。

2.硬件要求及保障

（1）实验仪器配备。ACS规范强调必须要有正常运转的核磁共振仪供学生使用，还至少要配备分子光谱、原子光谱、质谱、色谱、电化学等5大类仪器中的4类（见下表）。

电化学 电位分析法，电流分析法，库仑分析法，伏安法等

另外，ACS规范还要求必须拥有一些辅助设备：满足真空和惰性气体系统的装置，示差扫描量热分析（DSC）、热重量分析法（TGA）等热分析仪器，X射线衍射仪，电子显微镜、扫描探针显微镜、共聚焦显微镜等成像和显微镜观察仪器，熱循环器、离心机、凝胶电泳系统等生物化学类仪器等。

（2）教学及科研场所。ACS规范对教室、教师办公室、实验室等教学及科研场所都给出了明确的要求：教室、教师办公室和实验室之间的距离要合理，便于教学场所的切换;教室要具有现代标准的照明、通风条件，具有适当的展示和投影设备，具有互联网接入功能等;所有实验室必须配备正常运行的通风橱、安全喷淋装置、洗眼器、急救药箱、灭火器等基本安全保障设备和措施。

（3）文献信息资源。ACS规范要求必须提供14种以上的同行评议期刊，而且这些期刊要涵盖所有化学科学研究领域，还要包括现刊和过刊，至少有1种期刊分别来自分析化学、生物化学、无机化学、有机化学、物理化学和化学教育等领域，另外要求至少有3种综合性的期刊（如《科学》《美国化学会志》《德国应用化学》《欧洲化学》《化学通讯》等）。图书馆还必须通过馆际互借或文献传递等方式，及时提供在本校图书馆内无法获取的期刊论文，并为学生提供可以利用的技术数据和其他资源，培养学生的文献检索能力。

四、对我国建设一流本科的启示

通过对ACS规范的分析，可以得到美国本科化学教育对我国建设一流本科的有益启示。

（1）着眼学生未来发展，明确一流人才的能力培养目标。ACS规范按照化学专业从业者、继续接受研究生教育和未来成长为专业的化学家的素质要求，对本科生的能力培养提出了明确的目标和要求。我国建设一流本科应该在考虑学科特点的基础上，结合《关于深化教育体制机制改革的意见》提出的认知能力、合作能力、创新能力、职业能力等关键能力[5]，着眼学生未来发展，明确一流人才的能力培养目标及操作要求。这样一来，将有利于形成一流人才和创新人才培养的实践路径、落地机制和保障体制。

（2）着眼学科发展和地方优势，建设一流的课程体系。ACS规范中的课程体系注重理论与实验的结合，注重层次性和选择性，课程内容兼顾学科基础、学科前沿和学科交叉，考虑不同学校的特色和学生的不同需求。我国一流本科建设需要一流的课程体系作为保障。各个一流本科建设的高校不仅要着眼学科未来发展趋势，而且要着眼于地方的优势和需求，考虑学生的差异性和选择性，统筹规划，调整和完善现有的课程体系，建设成层次递进、相互配合、特色鲜明、有选择性的一流课程体系。

（3）着眼教师专业发展，建设一流的师资队伍。ACS规范对师资提出了人力、学历、授课、专业发展及其保障机制等要求，特别强调要促进教师的专业发展，不仅涉及学术研究，还要求发展教师的教育理论水平和教学技能。建设一流的师资队伍是我国一流本科建设的首要任务。建设一流的师资队伍，需要着眼于教师专业发展的需要、困境、规律，建立促进教师专业发展的资源、机制和体制，增强师资队伍的自我帮扶、梯队建设和可持续发展的能力。

（4）着眼教学研究成果，运用先进而有效的教学方法。ACS规范注重教学方法的有效性和先进性，强调教师要使用有效的教学方法，学习先进的教育理论。过去，大学教学主要是靠教师的经验，而随着教育研究的发展，教学应该建立在教学研究的基础上。国外某些大学已经开始聘用专门的教学研究人员，剑桥大学就是其中的先行者[6]。我国一流本科建设需要着眼于教学研究及其成果推广，让被证明为有效的教学方法、教育技术、学习方式走进课堂，保证一流课程实施和一流人才培养的有效性。

参考文献：

[1] 裴坚.化学学科发展与化学教育[J].中国大学教学，2014（9）：17-18.

[2] 钟秉林. 一流本科教育是“双一流”建设的核心任务和重要基础[EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/moe_2082/zl_2017n/2017_zl46/201709/t20170922_315.

[3] American Chemical Society.Undergraduate Professional Education in Chemistry：ACS Guidelines and Evaluation Procedures for Bachelors Degree Programs[M].Washington：American Chemical Society，2015.

[4]  劉宝存. 美国研究型大学的高峰体验课程[J]. 中国大学教学，2004（11）：60-61.

[5] 中共中央办公厅、国务院办公厅.关于深化教育体制机制改革的意见[EB/OL]. http：//www.gov.cn/xinwen/2017-09/24/content_5227267.htm.

[6]  Educating scholars. Chemistry World[EB/OL]. http：//www.rsc.org/chemistryworld/2012/05/educating-scholars.