中美高校化學(xué)專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容比較（一）
——高等化學(xué)教育咨詢?cè)u(píng)議項(xiàng)目系列之三

朱亞先　　林新萍　　周立亞　　鄭蘭蓀

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

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·教育專題·

中美高校化學(xué)專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容比較（一）
——高等化學(xué)教育咨詢?cè)u(píng)議項(xiàng)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(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建廈門361005；2廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，南寧530004）

摘要：通過(guò)美國(guó)高校的官方網(wǎng)站和在美攻讀博士學(xué)位留學(xué)生提供的相關(guān)材料，調(diào)研了美國(guó)部分高校化學(xué)專業(yè)課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)對(duì)比分析了解中美高校化學(xué)教學(xué)的異同，并在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)高校化學(xué)教學(xué)提出了一些思考和建議。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)置；教學(xué)內(nèi)容；差異分析

1　美國(guó)高校化學(xué)專業(yè)基本情況

全美國(guó)共有大約630所高校可授化學(xué)學(xué)士學(xué)位，大多數(shù)高校可授兩種化學(xué)學(xué)位：ACS（American Chemical Society）認(rèn)證的學(xué)士學(xué)位、非ACS認(rèn)證的學(xué)士學(xué)位（要求低于ACS學(xué)士學(xué)位）。

ACS學(xué)位課程設(shè)置基本出發(fā)點(diǎn)是基本原理（廣度）與化學(xué)及相關(guān)學(xué)科（深度）相結(jié)合。化學(xué)專業(yè)的課程主要分為3類：化學(xué)入門課、化學(xué)基礎(chǔ)課、化學(xué)專業(yè)課，其中，實(shí)驗(yàn)課程占了重要組成部分。

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

化學(xué)基礎(chǔ)課：二級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)課程至少安排3學(xué)分課程（每學(xué)分相當(dāng)于16學(xué)時(shí)）；無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)至少學(xué)習(xí)一學(xué)期，有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)可以要求修一年，第一學(xué)期為基礎(chǔ)課，第二學(xué)期為專業(yè)課［1］。也可以開設(shè)跨學(xué)科的課程，如高分子化學(xué)。

化學(xué)專業(yè)課：各學(xué)校統(tǒng)籌安排，至少需要學(xué)習(xí)4門課程以加深對(duì)各二級(jí)學(xué)科的理解，獲得評(píng)判性思維和解決問(wèn)題的能力，也可用來(lái)專修一個(gè)學(xué)科方向。

實(shí)驗(yàn)課程要求：ACS規(guī)定［1］，普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生應(yīng)有400學(xué)時(shí)以上的實(shí)驗(yàn)課程，可以是基礎(chǔ)課，也可以是專業(yè)課；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包含：分子合成、化學(xué)現(xiàn)象的觀測(cè)、化學(xué)性質(zhì)的測(cè)量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定、現(xiàn)代分析儀器的使用、數(shù)據(jù)分析和計(jì)算模擬等。學(xué)生須動(dòng)手使用各種現(xiàn)代儀器，如光譜、化學(xué)分離和電化學(xué)設(shè)備等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解現(xiàn)代儀器的原理、掌握基本操作、學(xué)習(xí)如何用這些儀器來(lái)解決化學(xué)問(wèn)題。

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

本科生科研要求：本科生科研可算4個(gè)學(xué)分，可相當(dāng)于400實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)中的180學(xué)時(shí)，但是需要學(xué)生撰寫詳細(xì)、全面的科研報(bào)告。

重視學(xué)生能力培養(yǎng)：美國(guó)高校注重培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，如解決問(wèn)題的能力、查閱化學(xué)文獻(xiàn)的能力、實(shí)驗(yàn)室安全方面的技能、交流溝通的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力等。

2　美國(guó)高校化學(xué)專業(yè)畢業(yè)學(xué)分要求

由于地域和學(xué)校的差異，美國(guó)高校的學(xué)制不同，所以畢業(yè)總學(xué)分的要求也會(huì)有所不同。常見(jiàn)主要是學(xué)期制與學(xué)季制。

學(xué)期制（Semesters）：一學(xué)年一般分為兩個(gè)16周的學(xué)期（8月底到12月中下旬、1月初到5月中下旬）。每學(xué)期15周學(xué)習(xí)，1周考試，正式學(xué)期結(jié)束后，學(xué)生可以自由選修暑期課程。學(xué)分與學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：每周上課1小時(shí)為1學(xué)期學(xué)分。畢業(yè)學(xué)分要求一般為120-130學(xué)分。

學(xué)季制（Quarters）：一年分為春、夏、秋、冬4個(gè)階段，各為10周左右的時(shí)間。分別為秋學(xué)季9-12月、冬學(xué)季1-3月、春學(xué)季4-6月以及暑期7-8月。學(xué)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(shí)行學(xué)季制的學(xué)分與學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：每周上課1小時(shí)為1學(xué)季學(xué)分，一般需要180-192學(xué)季學(xué)分才可以畢業(yè)。每個(gè)quarter學(xué)分的學(xué)時(shí)是semester的2/3左右，學(xué)季學(xué)分×0.667≈學(xué)期學(xué)分。

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

3　美國(guó)高校化學(xué)主要課程設(shè)置情況

根據(jù)調(diào)研情況，對(duì)美國(guó)部分高校化學(xué)主要課程開設(shè)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。表3列舉了美國(guó)3所高校較詳細(xì)的化學(xué)課程設(shè)置情況。

從表2、表3中看到，美國(guó)高校專業(yè)必修課一般包括“普通化學(xué)”、“無(wú)機(jī)化學(xué)”、“分析化學(xué)”、“有機(jī)化學(xué)”、“物理化學(xué)”（含結(jié)構(gòu)化學(xué)）、“普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)”、“無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)”、“有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”、“分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”、“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”等，此類課程學(xué)分所占的比重很大，以保證學(xué)生能夠打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。部分高校將分析化學(xué)理論內(nèi)容放到“普通化學(xué)”課程中，不少高校結(jié)構(gòu)化學(xué)無(wú)單獨(dú)開課，而是包含在“物理化學(xué)”或“化學(xué)原理”課程中。有的學(xué)校將“高等無(wú)機(jī)化學(xué)”、“生物化學(xué)”等也作為基礎(chǔ)必修課程。

表1　美國(guó)部分高校畢業(yè)學(xué)分要求

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

美國(guó)高校對(duì)實(shí)驗(yàn)課程都非常重視，多數(shù)學(xué)校分別設(shè)置了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，“普通化學(xué)”、“無(wú)機(jī)化學(xué)”、“分析化學(xué)”、“有機(jī)化學(xué)”和“物理化學(xué)”課程都設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。美國(guó)高校實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)是，部分理論課與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課作為一門課程開設(shè)。例如：加利福尼亞大學(xué)伯克利分校“普通化學(xué)與定量分析”課程，每周有3小時(shí)授課、4小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，“有機(jī)化學(xué)”課程每周有3小時(shí)授課、1小時(shí)的討論和5小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，康奈爾大學(xué)“普通化學(xué)”課程每周有2小時(shí)授課、4小時(shí)實(shí)驗(yàn)。理論課與實(shí)驗(yàn)作為1門課開設(shè)的優(yōu)點(diǎn)在于內(nèi)容可互相銜接，便于學(xué)生理論實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，當(dāng)然也有一些負(fù)面的問(wèn)題，造成實(shí)驗(yàn)課依附于理論的局面。

表2　美國(guó)部分高校化學(xué)主要必修課程設(shè)置情況

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

美國(guó)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(xué)分不同的基礎(chǔ)課程，供不同需求的學(xué)生選擇。如，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校開設(shè)“普通化學(xué)”1A 3學(xué)分、“普通化學(xué)”1B 4學(xué)分、“普通化學(xué)與定量分析”4+4學(xué)分等；二是開設(shè)深度遞進(jìn)課程，如，“有機(jī)化學(xué)”是必修基礎(chǔ)課程，“有機(jī)化學(xué)進(jìn)展”、“有機(jī)合成”、“金屬有機(jī)化學(xué)”、“有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理”等則是為學(xué)有余力的本科生開設(shè)的系列選修課程。

美國(guó)部分高校開設(shè)了一些與研究前沿、產(chǎn)業(yè)以及社會(huì)發(fā)展熱點(diǎn)相關(guān)的課程，如，麻省理工學(xué)院開設(shè)了化學(xué)問(wèn)題、能源、環(huán)境和社會(huì)等課程，讓學(xué)生在掌握本專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，掌握其他學(xué)科和工程所需的知識(shí)和技能。

表3　美國(guó)3所高校化學(xué)主要課程設(shè)置情況

4　美國(guó)高校化學(xué)教學(xué)內(nèi)容

表4列出加利福尼亞大學(xué)伯克利分校網(wǎng)站上公布的化學(xué)必修課程教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)美國(guó)高校網(wǎng)站的課程內(nèi)容介紹，對(duì)美國(guó)10余所高校化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)研統(tǒng)計(jì)，歸納如下：

（1）美國(guó)多數(shù)高校為化學(xué)專業(yè)新生開設(shè)化學(xué)入門類課程，如，普通化學(xué)、化學(xué)原理等。在低年級(jí)課程中，基礎(chǔ)理論所占的比重很大，主要介紹無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)、基本化學(xué)計(jì)算、原子的量子力學(xué)的描述、元素和元素周期表（律）、化學(xué)鍵、實(shí)際和理想氣體、熱化學(xué)、熱力學(xué)、酸堿和溶解平衡、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)等知識(shí)。但麻省理工學(xué)院的“無(wú)機(jī)化學(xué)原理”課程，除了介紹原子、分子結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、酸堿性和氧化還原平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化作用等方面的基本原理與知識(shí)外，也涉及到了分子對(duì)稱性、對(duì)稱操作、點(diǎn)群等較深內(nèi)容。

表4　加利福尼亞大學(xué)伯克利分校化學(xué)必修課程內(nèi)容

（2）雖然美國(guó)多數(shù)高校低年級(jí)課程教學(xué)內(nèi)容較淺，但是深度遞增較快，高年級(jí)專業(yè)課內(nèi)容較深，注重加入前沿知識(shí)，增加一些在課本中沒(méi)有的知識(shí)，以拓寬學(xué)生的知識(shí)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(jìn)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(xué)伯克利分校為高年級(jí)學(xué)生開設(shè)了“化學(xué)生物學(xué)”和“生物物理化學(xué)”等課程，不僅講授生物化學(xué)的基本知識(shí)和原理，也將熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理應(yīng)用于化學(xué)和生物分子結(jié)構(gòu)（蛋白質(zhì)、DNA 和RNA）。并對(duì)生物能量學(xué)、電化學(xué)勢(shì)、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(cè)定等知識(shí)進(jìn)行了介紹。

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

（4）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面，各學(xué)校各有偏重，往往根據(jù)課程的階段性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容注重設(shè)計(jì)性和綜合性，同時(shí)十分重視實(shí)驗(yàn)室安全方面的教育。如，麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)有許多視頻教程，為學(xué)生提供安全培訓(xùn)、基礎(chǔ)操作和儀器操作的教學(xué)，向?qū)W生開放報(bào)廢儀器，介紹儀器的內(nèi)部構(gòu)造和維修常識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自行組裝成新的儀器。

（5）美國(guó)多數(shù)高校選修課程的內(nèi)容豐富并且差異較大，提倡學(xué)生跨專業(yè)進(jìn)行選課。如，麻省理工學(xué)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(xué)”、“雜環(huán)化學(xué)”、“核磁共振光譜和有機(jī)結(jié)構(gòu)測(cè)定”等選修課程；加利福尼亞大學(xué)伯克利分校設(shè)置的選修課程更是涉及化學(xué)專業(yè)或物理、生物、地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、材料科學(xué)、核科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究。

（6）美國(guó)多數(shù)高校的部分課程教學(xué)內(nèi)容來(lái)源于實(shí)際生活，注重能力培養(yǎng)，沒(méi)有選定的教材。例如：麻省理工學(xué)院開設(shè)的“化學(xué)生物學(xué)前沿”課程，采用課堂討論和學(xué)生報(bào)告的形式介紹界面化學(xué)、生物學(xué)和生物工程當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，包括生物過(guò)程成像、代謝途徑工程、蛋白質(zhì)工程、DNA損傷的機(jī)制等內(nèi)容。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校“化學(xué)熱點(diǎn)”課程就一個(gè)或幾個(gè)社會(huì)中與化學(xué)有重大影響的相關(guān)問(wèn)題與學(xué)生進(jìn)行探討交流等。

（未完待續(xù)）

中圖分類號(hào)：O6；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201604016

*通訊作者，Email:yaxian@xmu.edu.cn

基金資助：中國(guó)科學(xué)院咨詢項(xiàng)目——我國(guó)高等化學(xué)教育問(wèn)題及對(duì)策；國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)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