摘要：教育对人的影响是深远的,自本科开始的高等教育更是如此。伟大的建筑可能经历百年沧桑仍然历久弥新,其原因在于结构,即所谓的 “四梁八柱”。什么是本科教育中的 “四梁八柱”,什么样的 “四梁八柱”可以历久弥新,是我们当下需要认真思考和回答的问题。以 “高分子材料与工程”专业为例,结合浙江大学和复旦大学的本科教学改革,阐述了对本科专业培养中的若干关键问题的看法。

1、学科建设的牌坊理论

  笔者之一以前在国外工作时,招收过不少国内一流大学高分子院系的一流学生,人都非常聪明,成绩又很好,困惑的是,博士资格考试不太顺利,问问学生,都说教授问的东西,着实没学过。几次挫折后,开始关注学生本科学过的课程。

  前些年回国做学术报告时,也常找学生聊聊,发现了一些有趣现象。比如,本科生对高分子科研前沿热点很熟悉,可以说得绘声绘色、头头是道,但对高分子工业和应用实践的情况不了解。又如,对占聚合物材料半壁江山的聚烯烃,不知道怎么生产出来的,对气相、淤浆,环管、Unipol反应器,好像没什么印象,更不用说聚烯烃弹性体(POE)、烯烃嵌段共聚物(OBC)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等,对占聚合物生产百分之十几的乳液聚合不熟悉,对占90%的大宗产品,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(Styrenics)、聚丙烯酸酯(Acrylics)、聚酰胺(Nylon)、聚酯(PET)、聚氨酯(PU)也不甚了了。

  国内高分子的科研和工业好像是两股道上跑的车。一方面许多大学都设了高分子院系所,相比之下,北美和欧洲就少得可怜,国内高分子领域的学术年会有好几千人参加,人才济济,很是值得自豪。而高分子制造工业却是另一番景象,三四十年来引进了许多成套设备和生产技术,由于改革开放,我国快速发展,只要生产得出来,就卖得出去,产量成了世界老大。但分析发现,低端产品趋于饱和,高端产品奇缺而依靠进口。

  什么是高分子? 成千上万的小分子用共价键结合在一起的大分子,macromolecule,准确地叫法应该是大(macro)分子(molecule),是日本人先翻译成高分子。高分子美就美在链结构的复杂性,相同的小分子(单体)排列组合千变万化,结果可以是性能完全不同的材料。这要感谢Staudinger,一百年前,他老人家把古老的希腊语polymer翻译成英文单词macromolecule,为此还拿了化学家们梦寐以求的诺贝尔奖,因为polymer是聚合物,许许多多(poly=many)小东西(mer=part)聚集在一起的大东西。poly是多少? 不知道,mer是啥东西? 也不知道。所以polymer是艺术,而macromolecule是科学, 有了科学, 才有学科,Staudinger也就成了高分子所有学科的老祖宗。

  高分子当然不仅仅是做材料,人体里和自然界就有许许多多高分子,核酸、蛋白质、淀粉、纤维素、木质素等,但应该说,高分子的最大出路还是材料。

  也许,这就是为什么教育部《普通高等学校本科专业目录》(2020年版)的本科专业里,只有一个“高分子材料与工程”(080407)的原因。教育部还有一份《硕博学位授予和人才培养学科目录》(2011年版),也只有一个“高分子化学与物理”(070305)。

  我们平常讲的学科,是指一级学科(专业类),是指相对独立的知识体系,二级学科是指专业,专业是培养特殊技能的人才。

  本科的“高分子材料与工程”专业(080407)依附在工学(08)材料类(0804),是232个工学专业之一;硕博的“高分子化学与物理”二级学科(070305) 挂靠在理学(07) 化学一级学科(0703),是理学的51个二级学科之一。高分子一个在工一个在理。

  学科设置和分类是科学的科学,很难拎得清,显然工科比理科受宠。其实归根到底,理科就是“数、理、化、天、地、生”,工科就是“机、电、土、化”,其他都是这几个老祖宗学科的子子孙孙,只不过分得更细些而已。

  大学需要培养什么样的人才? 我们有个观点,本科要博,研究生(包括硕士、博士)要专,本科毕业应该叫“博士”,研究生应该叫“专士”,本科知识面要广,要像鸟儿一样飞向天空,鸟瞰大地,领略江山如此多娇,应该是通才。研究生特别是博士生,要看准一块风水宝地,俯冲下去深挖,挖出宝藏,应该是专才。再来讲讲国外博士资格考试的事,国外高分子院系所少,留学去北美或欧洲,多半去的是化学、物理、化工、材料的研究机构,找做高分子的教授。从“高分子材料与工程”这个本科专业名字来看,应该也都对口,又是材料,又是工程的,教授们问的资格考试问题,也都是化学、物理、化工和材料方面的基础知识,学生的回答却令人失望。

  查了几所令人神往的高分子圣地,把本科课程表打印了出来,好好地学习了一番,受益匪浅,但也有些困惑。

  首先,整张课程表里少见“材料”的佐料,也闻不出“工程”的味道。其次,是碎片化,理不出主线,许多课很深但很窄,基本上是独门武功,这类课适合“专士”硕博生,对于“博士”本科生则太专了。

  怎么会有这种课程表呢? 主要原因还是学校的指挥棒。大学是培养人才的,学生到大学里学知识,从创造知识的教授那里学。创造知识就要科研,传授知识就要教学,科研和教学是大学的两条腿。一所大学要走得远,两条腿都得粗才行。但是走路也罢,跑步也罢,两条腿还是有个先后,两条腿一起蹦,蹦不远,而且累人。科研和教学虽然都重要,但是教学更重要,如果在某个时段里,时间投入或资源分配有冲突,一定优先教学,如果本科生和研究生不能两全其美,一定优先本科生。

  大家都知道这些是常识,可做起来,还真不容易,学校头上也有指挥棒。现在招聘教授的做法基本看文章,先去申请人才项目,申请到了再入职。千辛万苦地戴上了一顶以名山大川或阿拉伯数字命名的人才帽子,入职了,继续努力地写文章。

  升职有要求,需要完成一两门课的教学工作量,上什么课好呢? 基础课就那几门,老同事教了一辈子了,也不好意思去挤,这样吧,开门新课,教自己拿手的,科研讲座用过的PPT 是现成的,正好用上。于是乎,高精尖选修课横空出世。据说,这类选修课多了,顺便还成就了通识教育。

这里有3个基本问题：

  一是,课是为谁开的? 当然为学生啊。没错,这课是讲给学生听的,但的的确确,是为教授开的,是为方便教授而开的,这种本末倒置,后果很严重。建议在增减课程时,改“为教授私人定制”为“为学生量身定做”。

  二是,开课多就是通识吗? 开课多不等于通识。课数是分母,学时是分子,学时有限制,是个定数,课多就是分母大,分数反而小了,在几十门“通识”课中选修三五门,是最不通识的做法。通识课需要按大类整编,同样的道理适用于众多选修课。

  三是,教学和科研矛盾吗? 时间投入上是有矛盾,每天每人都是24小时,但在知识上是相互促进的。不建议给新进教授全免课,学校就是学校,以培养人为主。上课对教授也是学习,有助科研。

  还有,讲课的内容是科学,但讲课本身是艺术,要有经验积累、感悟及不断改进。教的课既不宜常换,也不宜一上几十年,以五至十年为佳,短了,备课工作量过大,长了,审美疲劳,教授都缺乏激情,还能指望学生有学习的热情?

  做老师的最终成就感,不是来自文章,而是来自学生。我们念念不忘的人,也是那些尽心尽力教过我们的上课好的老师。

  国外学校招聘教授是这样的:简历筛选出三四个候选人,逐一邀请来面试,礼遇有加,同事都很重视,因为这几个人里,会有一位成为你今后几十年朝夕相处的同事,其重要性仅次于你家人。

  系主任拿出一张课程表,都是些本学科的基础课,问:有哪些课不会上? 如答多半不会,接下来的面试就是给你留点面子走过场了。有些学校还让你真刀真枪地给本科生上一节课,教授们也去听,只有教学能力满意了,才有心情谈科研。

  “高分子材料与工程”这个本科专业很有特点。首先,这是个强调应用的工科专业,源自于高分子科学,主要是高分子化学与物理,这是理科。理是干什么的? 理是发现,是观察及解释现象,是透过现象看本质,找出本质,找出原理。其次,高分子是材料,三大材料之一,全球平均每人每年消耗量高达六七十公斤。材料需要制造,这是工科,工科是创新,是解决问题,做出没有的东西来,无中生有,这东西可能以前根本没有,这叫横空出世,这东西也可能人家有,这叫填补空白。

  没有理的工是无源之水、无本之木;没有工的理是坐而论道、纸上谈兵,理和工只有融会贯通才能情高致远,才有一泻千里之畅快淋漓,高分子尤为如此。

  高分子化学与物理是基础,高大上;高分子生产与加工是应用,接地气。

  建学科就像树牌坊,讲究规矩,讲究结构。个人观点,“高分子材料与工程”学科的建设,应是如图1所示。

Fig.1 Chinese honorific arch illustration of“Macromolecular Materials and Engineering” as a discipline: Chemistry and Physics are the corner stones, Reaction Engineering and Processing are the pillars, Materials is the beam

图1 “高分子材料与工程”专业学科建设牌坊理论示意图:化学与物理是基石,生产与加工是柱子,材料是横梁

  基石,一块化学,一块物理,基石不牢,地动山摇;支柱是生产与加工,也就是化工,化工是有关材料与化学品生产与加工的学科;最后是材料,材料是有关结构与性能关系的学科。此处要感谢一下张希老师,他曾建议,这牌坊要建在有机土地上。我们的理解,这个有机,不仅仅是有机化学,更是绿色、可持续和安全。

  按照这个学科建设的“牌坊理论”,浏览了一下几个院系的高分子专业课程表,发现问题不少,有的没柱子,爬都爬不上,有的没横梁,有的基石是泥巴,撑不起柱与梁。

  比较合理的专业课程设计应该有以下内容:高分子化学,高分子物理,聚合反应工程与生产技术,聚合物流变与加工技术,高分子材料,结构高分子,功能高分子等等。

  有些分析化学的课时很多,但没有高分子分析与表征内容,有些物理化学的课时多,但不讲高分子溶液理论。更多的是教授们私人定制的五花八门的选修课,许多可以整合成“功能高分子”和“结构高分子”2门材料课,或高分子前沿Ⅰ、Ⅱ。挤出些课时,增设几门材料与工程的必修课很有必要。因为是工科,工程伦理课也是必须的,科学可以尝试,工程不能出错,人命关天。再就是学点管理与经济,一辈子替人打工滋味也不太好。

  建学科如同树牌坊,要讲究结构与美感,相信“高分子材料与工程”的情况不是唯一的,这个学科建设的“牌坊理论”有普适性,只是不同的学科,基石、柱子和横梁的数目会不一样,还有更高大上的“四梁八柱”。

2、浙江大学的专业方案调整

  2013年,在与校友朱世平教授的深入交流中,我们了解了国外本科专业培养体系的情况,认识到了所存在的问题,基于以上“牌坊理论”,浙江大学高分子科学与工程学系对“高分子材料与工程”本科专业课程作了分析。该专业创建于1992年,其前身是化学专业中的“高分子化学专门化”,创建于1958年。在创立伊始,就提出依托化学和材料2个一级学科,突出“理工结合”的专业特色,同时加强与化学、材料、信息、环境和生命科学等学科的交叉融合,突出宽、专、交的特点。在“985”高校中,浙江大学的高分子材料与工程专业具有比较显著的理工结合的特色。

  2006年开始,浙江大学在国内率先开始进行本科大类招生和培养的改革,逐步将本科培养定位在专业基础教育。培养方案是引导学生在一、二年级的大类学习阶段打好数理、化学、化工、材料、信息等理工学科基础;在二、三年级建立高分子理化、材料和工程方面的基础知识及实验技能,体现出理工结合的特色;在三、四年级学生可根据自己的兴趣、志向和社会需求,在高分子合成、功能高分子、高分子材料加工等专业方向中选择一个主攻方向,进行重点学习与实践,为就业或深造打好基础。

  通过交流与分析,了解了国外本科专业培养体系的情况,进一步认识到所存在的问题。一方面,本科生的去向将更加多元化,扎实的专业基础知识是他们未来发展的核心竞争力,过窄的知识体系将不能满足学生的职业发展需求。另一方面,目前的本科和研究生培养没有显著的差别,整体偏理、偏化学,离“大材料”和“大工程”相去甚远。在本科生阶段,通识教育与大类培养的本质是把真正经典和系统的专业基础知识教给学生,在这个过程中培养学生研究能力和创新性思维。

  我们明确了培养方案的调整原则:一方面,教学要体现以学生为中心的思想,即教学要围绕着学生的未来发展;另一方面,课程体系接近一流大学,体现本科与研究生培养的差别,即本科教育立足于专业基础教育,体现“宽基础、重能力、轻方向”。

  培养方案具体的调整包括以下几个方面: (1)注重化学、材料和工程等3个与高分子紧密关联学科的专业基础教育,新增了“材料科学基础”和“材料工艺基础”课程,打好材料科学的基础。(2)注重高分子材料与工程方面的教育,新增了“天然高分子”和“聚合反应工程”课程,充实了高分子合成工艺和材料加工方面课程。特别是对主流的高分子材料的合成方法、制造技术、加工成型、性能和应用进一步强化。(3)取消了专业性过强、知识面过窄的课程,压缩功能高分子方面的课程,将压缩和取消的内容并入研究生课程体系。相比于2008年的方案,新方案作了较大的改进(见表1)。

表1 2008与2014年浙江大学本科培养方案调整对比(只涉及专业课程,括号内为学分)

Table1 Comparison between the 2008 and 2014 curriculums of Zhejiang University

(major courses only,in brackets are credits)

  方案的优化和课程的调整也给教师带来了新的挑战。特别是涉及工科类的课程,对现有的师资是个考验,也一度面临教师短缺的困境。一方面我们要优先引进高分子工程方面的优秀师资,另一方面也利用浙大学科齐全的优势,请外系的教师承担我们部分课程的教学工作。

  经过此次调整,形成了浙大“高分子材料与工程”专业比较结实的“梁柱结构”。化学“基石”材料“梁”化工“柱”设计更趋合理,高分子合成、加工和制造、结构与性能、功能与应用更加连贯。

  教育对人的影响是深远的,自本科开始的高等教育更是如此。现有的本科培养方案为培养具有国际竞争力和鲜明“理工结合”特色的一流人才绘制了蓝图。进一步的工作就是搞好课程建设和教学方法的改革,把培养方案真正地实施好、出成效。

3、复旦大学的专业方案调整

  复旦大学高分子学科从20世纪50年代开始从事高分子教学,是我国高等学校中最早从事高分子科学本科教学和科学研究的单位之一,早期从属于化学系高分子教研组(1958—1982)和材料科学系高分子教研室(1983—1993),直至1993年5月,复旦大学高分子科学系成立,形成了独立的教学体系。2012年高分子科学系成为“聚合物分子工程国家重点实验室”的依托单位,是我国从事高分子教育的重要基地。从1993年开始,以“高分子材料与工程”专业招收本科生,毕业时授予理学学士学位,2013年改为授予工学学士学位。

  由于学科渊源和自身发展特点,该专业多年来一直作为化学的二级学科进行课程设置,课程体系偏重理科,而对工科课程则没有予以足够的重视,同时也在一定程度上存在前述的课程碎片化的倾向。按照前述牌坊理论,属于理科基础很强,工科梁柱支撑偏弱,结构相对失衡的状态。为了进一步体现高分子学科特点,提升培养方案和课程设置的契合度,高分子科学系于2015—2016连续2年邀请朱世平教授利用参与复旦本科学生暑期班的机会,对本专业的课程设置进行了指导和建议。同时,本系也与国内兄弟院校多次举行双边本科教学研讨,包括浙江大学的徐志康教授,讨论高分子材料与工程专业课程设置。

  在这些讨论中,我们意识到应当按照教育部颁发的本科专业目录,进一步明确高分子材料与工程工科专业的办学目标,在保持原有办学特色的基础上,加强材料与工程类课程建设,完善现有课程体系,形成以理科(物理、化学)为基础、以工科(化工及材料加工)为支撑、以材料为特色的知识框架,搭建起本学科独有的“四梁八柱”。同时,注重厘清课程之间的内在逻辑关系,注重知识传授的深度和完整性,降低课程碎片化、随意化的倾向,提高课程设置的层次感和系统性;重视学科发展主线,培养学生的科研或研发兴趣、创新能力和沟通能力;重视培养学生的国际视野。在此基础上,根据“复旦大学本科教育2+X培养方案指导意见”和“复旦大学工程与技术学科大类课程设置方案”,修订形成了新的培养方案和课程体系。新方案加强了工科和材料方面的教学,完善了课程设置的系统性,增加了实践课程,同时为不同学术兴趣的学生设置了多个专业出口。

  复旦大学高分子材料与工程专业“2+X”本科培养体系,是根据“大类招生、通识教育、专业培养、多元发展”原则构筑的厚基础、重质量的高分子学科综合育人体系。“2”是指从通识教育和专业培养2个方面入手,夯实学生发展基础,包含通识教育课程、理工科大类基础课程及高分子专业核心课程; “X”是指基于学生个性化成长需求,在学分制下提供专业进阶、本科荣誉项目、跨学科发展(学程项目/第二专业)、创新创业等多种路径,更好地为学生创造专兼结合、互相贯通的多元发展空间。本专业学生在学期间,须修满教学计划规定的154学分,可弹性修读至165学分。

  修订后的培养方案中,专业培养包括大类基础教育和专业核心教育。大类基础教育课程包括数学、物理、生物和普通化学等自然科学和技术科学类的公共课程。专业核心教育课程包含各专业最核心的知识体系,包括有机化学、分析化学、物理化学、化工原理、高分子化学、高分子物理、高分子实验等课程,以及生产实习和毕业论文等必修环节,这些课程构成了本专业最为牢固的基础。

  专业进阶路径目的是帮助学生在高分子材料与工程专业培养基础上继续深入学习,成为专业学术和应用人才。专业进阶路径含2个专业进阶课程模块(Ⅰ和Ⅱ),包括材料科学导论、高分子反应工程、高分子加工原理、高分子结构材料、高分子功能材料等,其中反应工程和加工原理2门工科类课程是高分子学科独有的支柱,材料导论、结构材料和功能材料等课程能使学生全面掌握高分子材料的结构-性能-加工-应用之间的关系。

  专业进阶路径特别设立本科荣誉项目,其目标是通过内容更加深入且反映本学科前沿进展的荣誉课程和高质量的科研实践,激发有志于在高分子科学方向发展的优秀本科生的巨大潜能,培养宽广的国际视野和持久的学术竞争力。特别遴选了一批内容强化的大类基础和专业核心课程作为荣誉课程的重要部分。

  对于希望跨专业发展的学生,也可以通过跨学科发展路径(学程项目、第二专业和创新创业)完成本科阶段的发展目标。

  培养方案修订前后的变化对照见表2。除了上述课程的增加和整合以外,还将核心课高分子实验增加到6学分,学时延长到2个学期。以此,形成了以化学和物理等理科课程为基础,以高分子生产和加工为梁柱支撑,以材料和应用为目标定位,以学术和创新为引领的“四梁八柱”完整的高分子课程体系。

  最后需要指出的是,本文的理论和实践虽然针对材料类“高分子材料与工程”专业,但对其他专业类特别是化学类的化学专业和应用化学专业下的高分子方向也是适用的,除了基本的高分子化学与物理外,高分子生产与加工工艺及材料相关的课程也是必需的,毕竟高分子的最大出路还是材料,没有化学的高分子材料是无本之木,没有材料的高分子化学也是纸上谈兵。只有具备了化学与物理的基本理论、生产和加工的基本原理和工艺、以及材料的性能和应用,这样的课程体系才能体现高分子学科的完整牌坊框架。

表2 复旦大学高分子材料与工程专业培养方案调整对照表(只涉及专业课程,括号内为学分)

Table2 Comparison between the curriculums of Fudan University before and after the revision (major courses only,in brackets are credits)

  化 学 教 育，2021年第42卷第2期，题目：建学科犹如树牌坊-高分子材料与工程专业建设漫谈暨浙江大学和复旦大学本科专业方案调整纪事，作者：朱世平（香港中文大学 (深圳)理工学院），王齐和徐志康(浙江大学），何军坡和汪长春（复旦大学）

  原文链接：http://www.hxjy.chemsoc.org.cn/CN/abstract/abstract12531.shtml