朱亞先　　林新萍　　周立亞　　鄭蘭蓀

（1廈門大學化學化工學院，福建廈門361005；2廣西大學化學化工學院，南寧530004）

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·教育專題·

中美高校化學專業(yè)課程設(shè)置及教學內(nèi)容比較（一）
——高等化學教育咨詢評議項目系列之三

朱亞先1，*林新萍1周立亞2鄭蘭蓀1

（1廈門大學化學化工學院，福建廈門361005；2廣西大學化學化工學院，南寧530004）

摘要：通過美國高校的官方網(wǎng)站和在美攻讀博士學位留學生提供的相關(guān)材料，調(diào)研了美國部分高?；瘜W專業(yè)課程設(shè)置與教學內(nèi)容，通過對比分析了解中美高?；瘜W教學的異同，并在此基礎(chǔ)上對我國高?；瘜W教學提出了一些思考和建議。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)置；教學內(nèi)容；差異分析

1　美國高?；瘜W專業(yè)基本情況

全美國共有大約630所高校可授化學學士學位，大多數(shù)高?？墒趦煞N化學學位：ACS（American Chemical Society）認證的學士學位、非ACS認證的學士學位（要求低于ACS學士學位）。

ACS學位課程設(shè)置基本出發(fā)點是基本原理（廣度）與化學及相關(guān)學科（深度）相結(jié)合?；瘜W專業(yè)的課程主要分為3類：化學入門課、化學基礎(chǔ)課、化學專業(yè)課，其中，實驗課程占了重要組成部分。

化學入門課：化學概論/化學入門課程（Introductory or General Chemistry）：傳授基本化學概念/知識，為后面的基礎(chǔ)課程做準備。

化學基礎(chǔ)課：二級學科基礎(chǔ)課程至少安排3學分課程（每學分相當于16學時）；無機化學、分析化學、有機化學、物理化學、生物化學至少學習一學期，有機化學和物理化學可以要求修一年，第一學期為基礎(chǔ)課，第二學期為專業(yè)課［1］。也可以開設(shè)跨學科的課程，如高分子化學。

化學專業(yè)課：各學校統(tǒng)籌安排，至少需要學習4門課程以加深對各二級學科的理解，獲得評判性思維和解決問題的能力，也可用來專修一個學科方向。

實驗課程要求：ACS規(guī)定［1］，普通化學實驗后，學生應有400學時以上的實驗課程，可以是基礎(chǔ)課，也可以是專業(yè)課；實驗教學內(nèi)容應包含：分子合成、化學現(xiàn)象的觀測、化學性質(zhì)的測量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測定、現(xiàn)代分析儀器的使用、數(shù)據(jù)分析和計算模擬等。學生須動手使用各種現(xiàn)代儀器，如光譜、化學分離和電化學設(shè)備等，通過實驗理解現(xiàn)代儀器的原理、掌握基本操作、學習如何用這些儀器來解決化學問題。

分類培養(yǎng)：美國很多高校存在差別化教育，化學專業(yè)有BA（Bachelor of Arts）學位、BS（Bachelor of Science）學位、ACS學位，不同類別化學課程的要求學分不同。不少學校設(shè)立榮譽班（Honor Classes）和普通班，發(fā)現(xiàn)具有研究潛質(zhì)的化學專業(yè)“好苗子”，重點加以培養(yǎng)。榮譽班通常選擇成績好的學生（一般前5%），設(shè)立特殊獎學金，專門開設(shè)榮譽班課程（約占學生總課程的1/4），使用專用教材，教學內(nèi)容更深、教學速度更快，同時要求學生參加一定的科學研究。

本科生科研要求：本科生科研可算4個學分，可相當于400實驗學時中的180學時，但是需要學生撰寫詳細、全面的科研報告。

重視學生能力培養(yǎng)：美國高校注重培養(yǎng)學生各方面的能力，如解決問題的能力、查閱化學文獻的能力、實驗室安全方面的技能、交流溝通的能力、團隊協(xié)作的能力等。

2　美國高?；瘜W專業(yè)畢業(yè)學分要求

由于地域和學校的差異，美國高校的學制不同，所以畢業(yè)總學分的要求也會有所不同。常見主要是學期制與學季制。

學期制（Semesters）：一學年一般分為兩個16周的學期（8月底到12月中下旬、1月初到5月中下旬）。每學期15周學習，1周考試，正式學期結(jié)束后，學生可以自由選修暑期課程。學分與學時對應關(guān)系為：每周上課1小時為1學期學分。畢業(yè)學分要求一般為120-130學分。

學季制（Quarters）：一年分為春、夏、秋、冬4個階段，各為10周左右的時間。分別為秋學季9-12月、冬學季1-3月、春學季4-6月以及暑期7-8月。學生每年至少就讀三季，夏季班提供正規(guī)課程，但為選修性質(zhì)。實行學季制的學分與學時對應關(guān)系為：每周上課1小時為1學季學分，一般需要180-192學季學分才可以畢業(yè)。每個quarter學分的學時是semester的2/3左右，學季學分×0.667≈學期學分。

表1列出了美國部分高校對化學專業(yè)本科生的畢業(yè)學分要求?？倢W分在120-132學分的學校一般是學期制（Semesters），總學分在180學分左右的學校一般是學季制（Quarters）。從表1可以看到，專業(yè)必修課程占總學分比例不等，但多數(shù)在30%左右。

3　美國高?；瘜W主要課程設(shè)置情況

根據(jù)調(diào)研情況，對美國部分高?；瘜W主要課程開設(shè)情況進行了統(tǒng)計，見表2。表3列舉了美國3所高校較詳細的化學課程設(shè)置情況。

從表2、表3中看到，美國高校專業(yè)必修課一般包括“普通化學”、“無機化學”、“分析化學”、“有機化學”、“物理化學”（含結(jié)構(gòu)化學）、“普通化學實驗”、“無機化學學實驗”、“有機化學實驗”、“分析化學實驗”、“物理化學實驗”等，此類課程學分所占的比重很大，以保證學生能夠打下堅實的基礎(chǔ)。部分高校將分析化學理論內(nèi)容放到“普通化學”課程中，不少高校結(jié)構(gòu)化學無單獨開課，而是包含在“物理化學”或“化學原理”課程中。有的學校將“高等無機化學”、“生物化學”等也作為基礎(chǔ)必修課程。

表1　美國部分高校畢業(yè)學分要求

美國高校對交叉學科很重視，化學專業(yè)普遍設(shè)置了生物化學類課程，融合了化學、生物學、信息科學和物理學等多個相關(guān)學科的理論和技術(shù)。如，麻省理工學院和華盛頓大學將“生物化學”作為必修課程，并開設(shè)有生物化學方面的實驗課程。加利福尼亞大學伯克利分校為高年級學生開設(shè)了“化學生物學”和“生物物理化學”等課程。還有一些學校開設(shè)了化學與其他學科的交叉課程，如法律和毒理學，香水、氣味和葡萄酒化學，地球行星形成中的化學等方面的課程。

美國高校對實驗課程都非常重視，多數(shù)學校分別設(shè)置了基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗課程，“普通化學”、“無機化學”、“分析化學”、“有機化學”和“物理化學”課程都設(shè)相應的實驗課程。美國高校實驗課的特點是，部分理論課與相應的實驗課作為一門課程開設(shè)。例如：加利福尼亞大學伯克利分?！捌胀ɑ瘜W與定量分析”課程，每周有3小時授課、4小時的實驗，“有機化學”課程每周有3小時授課、1小時的討論和5小時的實驗，康奈爾大學“普通化學”課程每周有2小時授課、4小時實驗。理論課與實驗作為1門課開設(shè)的優(yōu)點在于內(nèi)容可互相銜接，便于學生理論實驗相結(jié)合，當然也有一些負面的問題，造成實驗課依附于理論的局面。

表2　美國部分高?；瘜W主要必修課程設(shè)置情況

美國高校選修課程分的比較細，不少高校開設(shè)一些短、細、深的課程，為將來研究生階段打下基礎(chǔ)。例如，麻省理工學院開設(shè)“催化反應中的有機金屬化合物”、“雜環(huán)化學”、“分子結(jié)構(gòu)和反應性”、“統(tǒng)計熱力學在生物系統(tǒng)的應用”等課程。加州大學圣地亞哥分校開設(shè)“X射線晶體學介紹”、“生化分子結(jié)構(gòu)和功能”、“酶催化化學”等。

美國多數(shù)高校課程設(shè)置層次比較明顯，包含兩類：一是開設(shè)多門同類、但學分不同的基礎(chǔ)課程，供不同需求的學生選擇。如，加利福尼亞大學伯克利分校開設(shè)“普通化學”1A 3學分、“普通化學”1B 4學分、“普通化學與定量分析”4+4學分等；二是開設(shè)深度遞進課程，如，“有機化學”是必修基礎(chǔ)課程，“有機化學進展”、“有機合成”、“金屬有機化學”、“有機化學反應機理”等則是為學有余力的本科生開設(shè)的系列選修課程。

美國部分高校開設(shè)了一些與研究前沿、產(chǎn)業(yè)以及社會發(fā)展熱點相關(guān)的課程，如，麻省理工學院開設(shè)了化學問題、能源、環(huán)境和社會等課程，讓學生在掌握本專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時，掌握其他學科和工程所需的知識和技能。

表3　美國3所高校化學主要課程設(shè)置情況

4　美國高?；瘜W教學內(nèi)容

表4列出加利福尼亞大學伯克利分校網(wǎng)站上公布的化學必修課程教學內(nèi)容。通過美國高校網(wǎng)站的課程內(nèi)容介紹，對美國10余所高校化學課程教學內(nèi)容進行了調(diào)研統(tǒng)計，歸納如下：

（1）美國多數(shù)高校為化學專業(yè)新生開設(shè)化學入門類課程，如，普通化學、化學原理等。在低年級課程中，基礎(chǔ)理論所占的比重很大，主要介紹無機和有機化學反應、生物化學、基本化學計算、原子的量子力學的描述、元素和元素周期表（律）、化學鍵、實際和理想氣體、熱化學、熱力學、酸堿和溶解平衡、氧化還原反應、化學動力學等知識。但麻省理工學院的“無機化學原理”課程，除了介紹原子、分子結(jié)構(gòu)、熱力學、酸堿性和氧化還原平衡、化學動力學、催化作用等方面的基本原理與知識外，也涉及到了分子對稱性、對稱操作、點群等較深內(nèi)容。

表4　加利福尼亞大學伯克利分?；瘜W必修課程內(nèi)容

（2）雖然美國多數(shù)高校低年級課程教學內(nèi)容較淺，但是深度遞增較快，高年級專業(yè)課內(nèi)容較深，注重加入前沿知識，增加一些在課本中沒有的知識，以拓寬學生的知識面和視野。一些較深的方向性課程，通常與研究生課程相銜接。課程內(nèi)容包含一些先進的技術(shù)，如，二維與三維的核磁共振技術(shù)等。加利福尼亞大學伯克利分校為高年級學生開設(shè)了“化學生物學”和“生物物理化學”等課程，不僅講授生物化學的基本知識和原理，也將熱力學和動力學原理應用于化學和生物分子結(jié)構(gòu)（蛋白質(zhì)、DNA 和RNA）。并對生物能量學、電化學勢、膜和離子通道、分子結(jié)構(gòu)、分子間作用力和相互作用、生物分子光譜、高分辨率結(jié)構(gòu)測定等知識進行了介紹。

（3）美國多數(shù)高校課程內(nèi)容分階段教學，循序漸進，例如：麻省理工學院的“無機化學原理課程”就連續(xù)開設(shè)了無機化學原理I、II、III，從化學鍵和分子結(jié)構(gòu)的原理、元素周期律、特征元素的應用，逐漸過渡到系統(tǒng)地介紹群論知識及應用，過渡金屬配合物的電子結(jié)構(gòu)、磁性質(zhì)及光譜，最后強調(diào)元素與化合物的合成、結(jié)構(gòu)、成鍵和反應機理。加利福尼亞大學伯克利分校為學生開設(shè)“化學結(jié)構(gòu)與反應”課程，介紹有機化學結(jié)構(gòu)、鍵、化學反應性，涉及有機化學的烷烴、烷基鹵化物、醇、烯烴、炔烴、共軛芳香化學、羰基化合物、碳水化合物、胺、羧酸、蛋白質(zhì)與核酸化學、紫外光譜和質(zhì)譜法的介紹等，也開設(shè)“有機化學”課程，介紹基礎(chǔ)有機化學的所有內(nèi)容，包括命名法、化學和物理性質(zhì)，合成反應和主要類別的有機化合物等?！坝袡C化學”課程內(nèi)容比“化學結(jié)構(gòu)與反應”課程內(nèi)容更廣泛和深入，更著重強調(diào)反應機制和多步驟的合成方法。

（4）在實驗教學內(nèi)容方面，各學校各有偏重，往往根據(jù)課程的階段性進行實驗內(nèi)容調(diào)整。實驗內(nèi)容注重設(shè)計性和綜合性，同時十分重視實驗室安全方面的教育。如，麻省理工學院實驗教學有許多視頻教程，為學生提供安全培訓、基礎(chǔ)操作和儀器操作的教學，向?qū)W生開放報廢儀器，介紹儀器的內(nèi)部構(gòu)造和維修常識，鼓勵學生自行組裝成新的儀器。

（5）美國多數(shù)高校選修課程的內(nèi)容豐富并且差異較大，提倡學生跨專業(yè)進行選課。如，麻省理工學院開設(shè)了“能源技術(shù)與政策”、“晶體結(jié)構(gòu)精修”、“考古科學”、“雜環(huán)化學”、“核磁共振光譜和有機結(jié)構(gòu)測定”等選修課程；加利福尼亞大學伯克利分校設(shè)置的選修課程更是涉及化學專業(yè)或物理、生物、地質(zhì)學、數(shù)學、材料科學、核科學等相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究。

（6）美國多數(shù)高校的部分課程教學內(nèi)容來源于實際生活，注重能力培養(yǎng)，沒有選定的教材。例如：麻省理工學院開設(shè)的“化學生物學前沿”課程，采用課堂討論和學生報告的形式介紹界面化學、生物學和生物工程當前的研究熱點，包括生物過程成像、代謝途徑工程、蛋白質(zhì)工程、DNA損傷的機制等內(nèi)容。加利福尼亞大學伯克利分?！盎瘜W熱點”課程就一個或幾個社會中與化學有重大影響的相關(guān)問題與學生進行探討交流等。

（未完待續(xù)）

中圖分類號：O6；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201604016

*通訊作者，Email:yaxian@xmu.edu.cn

基金資助：中國科學院咨詢項目——我國高等化學教育問題及對策；國家基礎(chǔ)科學人才培養(yǎng)基金（J1210014）

Comparison of the Curriculums and Teaching Contents for the Major of Chemistry of Universities between China and USA（Part l）

ZHU Ya-Xian1，*LIN Xin-Ping1ZHOU Li-Ya2ZHENG Lan-Sun1
（1College of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen 361005，F(xiàn)ujian Province，P.R.China；2School of Chemistry&Chemical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，P.R.China）

Abstract:The paper focuses on the research of the chemistry curriculums and teaching contents in the universities at home and USA based on information from the official websites of overseas colleges and doctorate students abroad.On the basis of the comparison and analysis，we can understand the different professional course systems and teaching contents in universities between China and USA.Moreover，some suggestions and thoughts for the major problems in chemistry teaching in China are put forward.

Key Words:Curriculum；Teaching content；Analysis of the differences