化学工程学与化学工程教育
今天的社论是关于化学工程和化学工程教育。让我们来看看。
一、化学工程及其与化学的关系
化学工程是一门直接为化学生产和技术进步服务的现代工程科学。它诞生于20世纪初，经历了近百年的发展和演变。化学工程自诞生以来，就与社会经济中最活跃的泛化学工业紧密联系在一起，极大地推动了人类社会的工业化进程。自20世纪第二次世界大战以来，铜、铁、水泥、石化和聚合物工业促进了世界经济的振兴。多晶硅、硅、生化和纳米材料合成技术继续支持着世界科技和经济的发展。即使在后工业时代的美国，泛化学工业仍然是国民经济的支柱产业。21世纪，世界进入了一个资源稀缺的时代。可持续经济发展的核心问题是资源的有效利用、循环利用、能源的优化利用和可再生能源的开发、环境和生态污染源的防治。这些过程的工业化只有以化学工程为中心学科才有可能。
虽然化学和化学工程属于科学和工程，但它们是两个密切相关的学科。当代化学家研究反应中原子或单个分子的细节，可以解释和控制化学反应在化学键断裂或成键的飞秒(10-15秒)量级内的选择性，研究分子间作用力，解释物质的相态、性能变化和相互作用，并可以为化学工程师提供化学反应的力学解释。不仅如此，化学家们已经突破了分子水平的障碍，走向聚合物和大分子的组装，信息化学的探索也正在向工业化延伸。化学工程师开发新物质的大规模合成过程，并分析、优化、设计和控制非线性、强耦合的多变量巨型系统。当代化学工程师需要了解物质的微观结构和合成反应的瞬态过程，根据市场需求设定待开发产品的特性，并根据物质的结构和性能之间的关系找到合成的目标产品，从而将化学研究扩展到更多的机理和实践方向，将化学家的重要研究成果转化为生产力。化学与化学工程之间的联系和相互作用是新时代的需要。化学和化学工程的交叉要求学生有广阔的视野和能力将分子水平的化学与大规模制备工程科学结合起来。
二、化学工程的学科范式
范式的讨论非常重要。它决定着学科的价值和内涵，关系到学科创新的方向、新的生长点和交叉拓展，影响着学科的吸引力和生命力，关系到核心课程、辅助课程和延伸课程之间的配置，关系到其内容的深度、广度及其内在联系，也影响着教学方法的组织和应用。
1.1915年，美国学者利特尔提出了“单元操作”的概念。1921年，麻省理工学院建立了世界上第一个化学工程系。决定将流体力学、传热与热力学、动力学、扩散、混合等化学系的核心内容结合起来，建立“化学单元操作”课程的理论体系。从那时起，化学知识向工程的延伸已经完成，标志着化学工程学科的诞生。这是化学工程范例的第一阶段，可以称为单元操作阶段。
2.1957年第一届欧洲化学反应工程会议界定了化学反应工程的学科范畴和研究方法，完成了从化学工程科学到动量传递、传热、传质和反应工程的新范式演变，即“三转移一逆转”，为20世纪六七十年代石油化工的蓬勃发展奠定了基础。这可以称为化学工程范式的第二阶段。
3.自20世纪中叶以来，化学工业的规模迅速扩大。计算机技术的集成使得大规模多变量强耦合系统分析在化学工业中得到广泛应用。生物化学与其他学科的界限不断扩大，孕育了多种具有突破意义的化学工程新范式。第三阶段范式有以下不同的表达方式:
(1)“产品工程”范式:美国魏强光教授提出，第三阶段范式应摆脱原有的“过程工程”，定义为“产品工程”，以产品性能与材料结构的关系、产品的设计与制造为主要特征。“过程工程”和“产品工程”作为一种范式的结合似乎是一种更全面的创新理念，但在形式上，与第一阶段和第二阶段范式的连续性较差。
(2)“三个转变，一个反过来+X”范式:中国科学院院士郭慕孙教授建议保持新范式与范式第一、第二阶段概念的连续性，并提出范式第三阶段应为“三个转变，一个反过来+X”，其中X是一个待定的、可变的、形成的元素。
(3)“三个转变、三个转变”范式:清华大学根据化工研究对象中已经涉及的“物质-能量-信息”三要素的相互作用，提出“物质传递与转化”、“能量传递与转化”、“信息传递与转化”的“三个传递、三个转变”为新范式。物质传递包括分子扩散、湍流扩散、流体流动和其他过程。材料转化包括分子水平的化学反应、超分子结构的结构和转化、生物分子的代谢和融合以及其他过程。能量传递包括动能传递、热能传递以及各种形式能量(如光能、微波、超声波、等离子体等)的引入和输出。)，能量转换包括不同形式能量之间的转换。信息传递包括化学操作中的多变量信息收集、筛选和消除。信息转化包括各种物流参数的处理、优化和信息反馈。信息传递和转化与物质和能量传递和转化的优化过程密切相关。“物质-能量-信息”的相互作用是化学工程科学的基础，这是化学工程不同于其他工程科学的本质特征。
三。化学工程教育现状
在阐明了化学工程的范式之后，可以看出化学工程教育可以激发学生对职业的献身精神，因为化学工业是一个广阔的领域，人们不能离开生活的各个方面，如服装、食品、住房、交通、视觉、听觉和娱乐。它可以成就伟大的事业，创造巨大的财富。化学工程教育也能满足学生的好奇心。对于有兴趣学习的年轻人来说，他们可以涉足前沿学科，在生物化学工程、纳米化学技术、可再生能源技术、新一代信息材料、非平衡非线性巨系统的数学应用等科技领域取得一些成就。
德国化学工业协会调查了几十个国家的大量化学专业人员。统计显示，95%的美国人认为学习化学工业非常愉快，而33%的中国人认为学习化学工业不愉快。这个调查结果不得不引起我们的注意。由于种种原因，许多中国家长和学生妖魔化了对化工等实体经济领域的认知，盲目追求虚拟经济，严重阻碍了高素质的高中生进入这些领域。为了防止对中国经济发展的长期负面影响，必须澄清这一误解。
与此同时，我们也注意到，我国目前的化学工程教育正逐步从工程走向工程。有两个根本原因:第一，教师工程背景弱化。大批年轻的博士和硕士进入了教师队伍，这对提高教师的学术水平起到了很好的作用。然而，许多年轻的工程教师缺乏必要的工程实践经验。在SCI论文、引用因子等适用于科学的评价指标的支配下，大量的工程教师倾向于选择科研课题，而倾向于选择基础理论和软课题。实践和工程研究课题的数量已经显著减少，而它们的基础研究成果很难找到工程应用转化的机会。第二，工程教育体系被削弱。由于实习经费和安全等原因，化工专业学生的工厂意识实习和生产实习变得越来越肤浅，有的甚至被大大压缩或切断，将“工程教育”和“工程实践”相互推开。迫切需要建立一种机制来从根本上改变这一现象。
第四，构建具有跨学科教育思想的化工学科教育体系
著名的哈佛大学一贯的教学理念是专注于培养领导世界并具有国际视野的各行各业的领导者。但是当哈佛大学变得越来越出名的时候，它觉得它的学生正在失去他们的灵魂功能。反思的结果是，哈佛大学自20世纪70年代以来实施的核心课程体系过于注重学术专著而忽视实际问题，导致专业设置的内容越来越专业化，而大学毕业生面临越来越广泛、全面和复杂的命题，涉及各个领域。从过去吸取的教训是未来的命运。为了彻底扭转我国化学工程教育远离工程、化学工程专业学生学习兴趣低的现状，我们主张在人的培养理念上坚持“全面、选择性、基础性、灵活性”的原则，在广泛普及正确认识化学工程学科内涵和功能的基础上，构建具有跨学科教育思想的化学工程学科教育新体系，并提供充分的政策保障。
当前，振兴化学工程教育的实质是要扭转中国社会对化学工业的错误认识。这表明它的学科基础植根于化学、物理和生物学的交叉领域。研究涉及“物质-能量-信息”的三个重要元素。当人类社会进入自然资源匮乏的时代，面临严重的可持续发展问题时，它是对解决资源、能源和环境问题做出最大贡献的学科之一。
爱因斯坦曾经说过，交叉组合似乎是创造性思维的本质特征。通过跨学科的教学和科研模式，我们可以打破学科之间的隔阂，从不同的学科角度研究和阐明一个学科的全貌，从而克服基础知识与实践脱节的问题。特别是，跨学科教育在化学工程学科向炼油、化工、冶金、建材、制药、生化等许多工业领域的辐射中发挥着关键作用。
关于跨学科课程的设置，密歇根大学提出了以下形式:(1)合作课程:不同学科的教师共同选择课题，组织和教授同一课题的不同方面；(2)一体化教学:通过顶层规划和不同课程的协调，以相互联系的方式将教学分成不同的课程；(3)合作课程:同时教授两个或两个以上独立但相关的课程，具有不同的视角，并定期进行联合讨论、整合和交流；(4)阶梯式课程:不同深度的课程，可以相互指导，可以在不同的时间段讲授，实现整体跳跃；(5)综合课程:针对不同院系和共同兴趣的专业设计的选修课程也可以通过研讨会的形式讲授。让学生关注社会、国家和国际社会面临的紧迫问题，树立社会责任感，提高学生分析、论证和解决实际问题的能力。
清华大学化工系借鉴国际惯例，进行创新，为全体学生开设了“资源、能源、环境与社会”选修课。中国工程院院士金勇和荷兰皇家科学院院士阿伦斯共同主持了此次课程。本课程从社会科学、自然科学、工程科学和其他学科出发，研究影响资源、能源、环境和社会发展领域可持续发展的具体问题，并探索化学工业与其他学科合作的可能解决方案。该课程与现实社会问题密切相关，具有一定的基础科学深度。与传统的“单学科理论演绎”教育模式相反，学生接受的是“多学科问题分析”教育，注重学科之间的强非线性交叉，注重向学生展示基本信息，培养独立思考能力，分析和总结问题，探索不同的解决方案，而不是给出标准答案。让学生直接进入宏大科学、工程和社会发展的漫长历史，直接体验一流工程科学家的视野、头脑和智慧，对于学生树立科学发展观、培养对化学工业的兴趣非常重要，也是解决化学工业教育前进困境的有效途径。事实上，这门课程的开设在宣传现代化学工业和促进跨学科教育方面也起到了很好的作用。近一半的学生来自化学工业以外的多个学科，如科学、工程和社会科学，这是跨学科教育模式的一种尝试。
21世纪，世界进入了一个资源和能源短缺的时代。社会经济的可持续发展，特别是中国提出的转变经济发展方式，要求发展化学化工，解决节约资源和保护自然生态环境的国家任务。因此，化学教育首先要纠正学生和家长对化学工业的片面理解。现代化学工程教育的内容不仅要跨越和覆盖整个化学和化学工程领域，整合从分子水平化学到大规模制备工程科学的广阔视野，还要重视工程教育的特点，加强工程实践环节。正确理解化学工程的学科范式和内涵，探索化学工程与其他学科的交叉学科，并在教学实践中实施，培养学生解决复杂问题的能力，完成化学工程教育的历史任务。