一：高校化学课程创建及革新

　　一、环境科学专业学科特点

　　环境科学专业是随着环境污染问题的研究与治理发展起来的一门新兴学科，因此与社会经济的发展密切相关。但由于学科本身的特殊性，又具有鲜明的特点:

　　(一)系统综合性

　　环境中的各种变化是多种因素的综合，在研究和解决环境问题时，必须在科学系统化过程中全面考虑，实行跨部门、跨学科的合作，充分运用各种学科知识，比如地学、生物学、化学、物理学、医学、工程学、数学以及社会学、经济学、法学等。因此，环境科学是一门系统综合性极强的学科。

　　(二)交叉性

　　环境科学的研究目标主要为环境污染、生态破坏以及环境系统在人类活动影响下的变化规律;确定当前环境质量恶化的程度及其与人类社会经济活动的关系;寻求人类社会与环境协调持续发展的途径和方法，以争取人类社会与自然界的和谐。因此，其研究具有广泛的对象和领域，比如从宏观上研究人类同环境之间的相互作用、相互促进、相互制约的对立统一关系，揭示社会经济发展和环境保护协调发展的基本规律，从微观上研究环境中的物质，尤其是人类活动排放的污染物在有机体内迁移、转化和蓄积的过程及其运动规律，探索它们对生命的影响及其机理等;其自身的理论和方法体系与其他学科相互渗透、交叉并形成的许多分支学科，比如环境化学，环境分析化学，环境毒理学，环境管理学等等。

　　(三)专业性

　　虽然环境科学是一个新兴的交叉学科，方法理论等涵盖自然科学、社会科学及技术科学诸多方面，但由于其研究环境问题很强的针对性，使得环境科学研究方法和技术手段等表现出极强的专业性，与其他学科一样随着社会、经济、环境问题等的形成、解决、发展而发展。

　　二、环境科学专业人才需求状况

　　环境科学专业学科具有系统综合性、交叉性、专业性的鲜明特点，而且随着社会、环境问题的形成、解决、发展而发展。这样，未来将需要更多知识型、专业型和能力型的环境科学人才和储备。高等院校作为环境科学专业人才培养的重要基地和主渠道，其专业人才的培养应该与社会需求紧密地联系起来。因此，高等学校环境科学专业本科的培养计划应与环境科学专业人才需求状况相适应，并受到广泛的重视。目前，从环境科学专业的学生所从事的工作岗位来看，就业渠道是多元化的，主要为教育行业、事业单位、环保企业、环境服务业[1，3，8，16]。从近几年来看，企业和环境服务业所需的环境科学专业人才明显增加，比如造纸、炼钢、石油化工类企业相关部门的检测工作和化工企业的污水处理，污染控制设备、环境监测仪器和设备开发销售等基础部门。通过对几届毕业生就业的调查，此类相关岗位的招聘87%以上单位都十分注重学生对化学基础课程学习的要求，甚至考核学生在大学期间所作过的化学实验课程和所掌握的化学分析检验等技能。所以，基础化学课程体系在环境科学专业的地位和规范设置应该受到各个高校的重视。

　　三、基础化学课程体系在环境科学专业人才培养中的地位和作用

　　化学作为理科的基础学科，穿插于众多学科之中，尤其是在环境科学学科领域起到无比重要的核心地位。单从我国有环境科学本科专业的高等学校对于环境科学系的设置来看，有的设在化学学院，有的设在地理学院，有的已经从原来化学系、地质系等的基础上发展成为独立的环境科学学院。这样，各个高校在设置环境科学培养计划时就根据本身的特色使得基础性的化学课程体系设置在环境科学本科教育中分布出现参差不齐，培养计划中出现了不同学时、学分的化学课程设置，缺乏系统性。虽然，有学者[4，8，12-15]曾提出对环境科学专业课程设置进行改革与探讨，但是对化学课程体系的系统设置讨论还是较少。笔者在美国杰克逊州立大学化学系作访问学者和德国耶拿大学短暂交流时，就看到美国众多高校和德国在环境科学专业培养上与我国有很大的区别，基本本科没有专门的环境科学专业和设立环境科学系，只有培养硕士和博士生阶段的环境科学项目(其结合了环境科学学科的特点，联合了全校众多学院所开设的综合性培养环境科学人才的项目)，凡是在此项目注册的学生必须在化学系修完所有的基础化学课程和相关的实验，其化学课程的比例相当高。比如学生必须修完3个学分的有机化学、3个学分的分析化学(仪器分析)、3个学分的生物化学和其他相关实验技能课程等，而德国则会更严格要求学生修满化学、生物的大部分课程。虽然，他们所培养的是硕士或博士生的环境科学类人才，但是从培养计划的课程中我们可以清楚地看到化学课程在整个环境科学人才培养上的重要位置。对于基础性的化学课程体系其内容应该包括无机与分析化学、无机与化学分析实验、有机化学、有机化学实验、物理化学、现代仪器分析、现代仪器分析实验、环境化学和环境化学实验等方面。而这些化学课程提供了环境科学中所涉及的基本理论、基本分析检测方法及相应的仪器设备使用和操作技能等方面的知识，在整个环境科学课程体系中起到理论基础、工程基础、技术基础和专业基础的重要作用;同时在培养大学生创业与创新技能上起到非常关键的作用。因此，构建环境科学专业中合理、系统、规范的化学课程体系势在必行。

　　四、构建环境科学专业合理、系统、规范的化学课程体系

　　我校于2001年设立环境科学本科专业并开始招生，2002年和2007年分别获得环境科学专业硕士学位和区域环境学博士学位授予权，并相继开始招生。目前，环境科学系共计13人，其中博士生导师4人，教授6人(含博士生导师)，副教授1人，讲师4人，助教2人，平均年龄37岁，其中具有博士学位的人员达62%，硕士85%，师资结构合理。在第一届环境科学专业化学课程体系的设置中，化学课程设置了专业基础课普通化学(54学时)、普通化学实验(18学时)、专业必修课环境化学(54学时)和环境化学实验课程(36学时)。但是，在后续课程的开设和学生实习中，明显反映出基础化学课程开设的不足。普通化学课程涉及内容太多，过于综合而缺少无机、有机和分析化学等大部分内容，致使学生在学习后续的课程，比如环境生物学、环境化学、环境监测和环境工程学等课程时，对课程知识的理解、掌握和应用上表现出很多困难。为此，结合教育部对本科教学课时设置的有关规定和我校本科生创新性人才2+2培养模式，2003年对现有的教学计划进行了改革，特别是对化学课程体系进行了系统的设置(见表1)，使得在学科基础模块、专业课程模块和专业技能模块中化学课程的设置更加合理。目前，此课程设置已经实施。根据调查(包括目前在校学生的调查和毕业生从市场上反馈的环境科学专业人才需求信息状况)和开设的效果来看，96%的学生一致赞成目前化学课程的设置，98%的学生表现出明显的专业学习热情，86%的学生根据自己目前的所学知识和技能愿意跨学科申请陕西师范大学开放式实验基金和国家大学生创新性实验计划项目。而且从历届学生网上评教结果来看，化学课程教学名列前茅，效果非常明显。张甲耀[8]根据环境科学学科科技论文统计分析结果和中外环境专业课程设置比较的基础上，提出环境科学课程体系设置中，化学课程(包括分析化学、物理化学、无机化学、有机化学、催化化学、电化学、结构化学)的设置尤为重要，其比例要达到33.73%才较合理(整个环境科学课程体系设置中比例最大);马俊杰[13]也指出环境科学课程体系中，专业基础课程(包括数学计算机、物理、化学、生物、地学等)要占到总学时的30%，其中化学8%才是培养环境科学类人才的必要条件。这样，对于环境科学专业化学体系课程的设置就必须满足课程的设置和学时分布在8%～34%(平均21%)间较为合理。从对我校环境科学专业本科化学课程体系设置和实践来看，整个化学课程学时占总学时的19%(在8%～34%间)，接近平均数21%。所以无论从化学课程改革和实践的效果来看，还是从化学课程在整个环境科学课程体系中所占的百分数来看，都是非常合理和规范的。从表1化学课程体系的设置和分布来看，在每门课程占相应模块总学时中，11.8%比例的现代仪器分析较高，这是因为考虑到环境科学专业本科生未来所从事的大多是教育行业、事业单位、环保企业、环境服务业[1，3，8，16]，所以专业技能模块中要突出对学生动手实践能力的培养。当然有学者也认为[4]，仅靠单门课程的教学内容、方法和手段的建设和改革，是难以保证专业教学的整体效果的。但通过在这方面对环境科学课程中化学课程体系设置、改革和实践，使我们深深体会到，化学体系课程确实对整个环境科学主干课程的教学起到明显的支撑作用，比如对环境科学后续课程环境监测、环境工程、水及大气等污染控制课程、见习实习课程、综合性、开放性、设计性实验、毕业论文设计和培养学生创造性能力等方面都起到非常重要的作用;从另一个方面看，化学课程体系的设置也非常符合我国目前环境科学专业毕业生的就业去向和社会的需求。

　　五、结论

　　化学课程体系的改革与设置一方面符合环境科学系统综合性、交叉性和专业性的学科特点，适应环境科学专业人才培养宽口径、厚基础、重实践的模式;另一方面，非常符合我国对环境科学人才的需求与国家人才的储备。实践已经证明，我校化学课程体系设置在整个环境科学课程教学中所发挥的重要作用和学生非常满意的教学效果。为此，针对环境科学为新办或新增专业，其基础化学课程体系的设置严重受制于原来系或学院的教学，本着化学课程体系设置的模式可对我国其他高等学校环境科学专业化学课程体系建设、改革与实践提供一定的参考、指导与借鉴作用。各个学校可根据本学校的特色，加大或减少某些化学课程的学时，保证整个化学课程学时占总学时的比例在21%左右;开设课程的学期可以变动，但是无机与分析化学、物理化学、有机化学的开设应在环境化学、环境生物学、环境微生物课程之前，现代仪器分析开设应在环境监测之前;当然，实验课程是伴随着相应课程的教学同时开展的。

　　二：生物化学工程教学研究

　　一、生物化学工程基础的课程特点及内容

　　生物化学工程基础课程结合现代分子生物学及传统生物技术，不仅有扎实的理论基础，而且结合典型产品的开发过程进行阐述，反映了现代生物技术的发展方向，体现了生物技术发展和应用的最新前沿。生物化学工程基础是随着生物科学的发展而不断更新的课程，需及时调研最新的发展方向及研究热点。该课程全面阐述了基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程等课程的基础内容，其主要囊括以下几个方面。工业微生物工程：介绍微生物的特点、分类、生理、育种及培养等方面的技术和方法;代谢工程：介绍微生物次生代谢产物的代谢调控机制和方法;基因工程：介绍生物遗传的基本知识及应用现代基因工程技术改变微生物遗传特性的方法，并且介绍蛋白类药物的研发和生产过程;细胞工程：介绍应用植物组织培养和动物细胞培养生产高附加产值的花卉、药物等;酶工程：介绍工业用酶和药用酶的性质、结构、固定化及开发等方面的技术;生物反应器：介绍生物反应器的工作原理、设计方法以及应用;全面介绍生物技术的最新进展、应用以及生物技术应用过程中需要化工知识的范例。生物化学工程基础课程是在无机化学、有机化学、分析化学、生物化学基础上进行学习的。本课程对于非生物类专业学生进行了系统的生物学技术及最新研究进展的介绍，让学生了解生物学的基本思想及技术，同时将现代生物技术的应用与化学工程技术进行交叉讲授，重点说明了化学工程技术在生物工程领域可能的应用范围，使学生掌握现代生物技术的基本工艺流程及发展前沿。目前，化学工程与技术专业的学生普遍存在生物学基础知识薄弱的问题，如何在较短的学时内，将生物工程的关键基础问题讲解清楚，并且将生物工程技术和化学工程有机的结合起来，让学生充分感受到交叉学科带来的机遇和挑战，这无疑对授课教师提出了更高的要求，需要教师不断总结现有的教学模式，不断地改进教学过程和教学方法。

　　二、化工专业生物化学工程基础教学中存在的问题

　　鉴于该课程属于学科交叉，在教材选择、实验配套、讲解内容难易程度把握等方面，均需要不断地探讨和摸索。目前，该课程教学过程中存在的重点和难点问题主要有：如何在现有教材的基础上丰富教学内容，利用多媒体等手段，及时地更新课程内容并介绍最新的发展动态;如何把握教学过程中深度与广度的平衡;如何在现有基础上提高学生的学习热情，使他们能够主动深入地探讨生物工程与化学工程学科交叉所带来的机会与挑战;如何能够将课程讲解内容与生产实际结合起来，让同学们切实体会到化学工程在生物产品生产过程中的应用;如何鼓励学生在假期或平时寻找一切机会去生物制品生产企业进行实践，从中体会化学工程技术在生物产品生产中的具体应用。

　　1.教材很难在深度和广度间平衡

　　目前，本课程所选教材为化工出版社的《生物化学工程基础》(工科专业适用，李再资主编，2006年版本)，该教材在国内高校化学工程专业有较为广泛的应用，具有简单明了、讲解清楚的特点，适合于生物工程专业以外的其他专业使用。但是该教材也存在诸多不足之处，如教材内容仍然没有摆脱理科教学的模式和框架，生物工程原理的讲解深度不足，同时，教材对于化学工程与生物工程如何结合方面的内容也讲解得太少。为了做好生物化工导论的教学工作，必需结合化学工程专业学生的特点和研究应用实例，选择相关学科的教材作为补充，以便在授课过程中增加相应的内容，进而提高学生的理解和吸收程度。

　　2.实验环节缺乏

　　现在的课堂教学仍然以教师讲授为主，学生处于被动接受的状态。由于生物化工导论是理论与实践紧密结合的课程，而教学实验环节缺乏，学生往往很难理解生化反应及其应用过程。所以，需要进一步改变传统的课堂教学模式，可以采用讲授与讨论相结合、课堂内外相结合、理论与实际相联系等多种教学形式，利用先进的多媒体技术和网络技术，丰富和活跃教学过程，激发学生的学习热情，提高整体教学质量。同时，也可以通过讲解学生身边的研究实例，调动学生的积极性，并且配备一些实验讲解及生产实习来提升学生的兴趣和理解程度。

　　三、生物化学工程基础课程教学的几点体会

　　笔者从2001年开始一直从事生物化学工程基础的教学工作，课程面向对象主要为化学工程与工艺专业、过程控制专业及分子工程专业的学生，每年选修人数在200人以上。在授课过程中，注重以产品为例，说明化学工程技术在生物产品开发过程中的重要性，从而加强了学生对于化学工程知识应用于生物工程领域的信心。另外，注重将理论内容与本校化工学院及兄弟院系的科研内容进行融会贯通地讲授，大大提高了同学们对于该课程的理解和热爱，也促进了学生对于生物工程与化学工程有机结合的全新认识。在教学实践中，结合介绍天津市著名生物工程企业大量需要化学工程的实例，力求让同学们明白，生物工程的下游产业化的实质就是化学工程的应用。教学实践也使笔者体会到，要完成好该课程的教学任务，需要授课教师熟悉生物化学、生物工程、化工原理等教学内容，更需要授课教师不断总结教学经验，以便逐步提高教学质量。

　　1.建设教学团队，认真调研学习

　　授课教师需要组织强有力的课程建设小组，对国内外工科类生物化工导论课程进行调研，包括其他院校的教改情况、已有的化工类的生物化工导论教材、学生本人对课程内容及授课方式的期望、相关专业对该课程的反馈信息等诸多方面。授课教师还需要吸收先进的教学思想、技术与内容，借鉴国内外其他院校教学情况，结合专业设置的特点和实际，总结教学经验与效果。针对面向21世纪的教学和培养要求，要认真总结化工类本科生生物化学工程基础课程的教学内容、教学计划及教学方式及教学中的注意事项，要通过对其他优秀或重点课程的学习观摩或邀请教学经验丰富的老教授亲临课堂指导等多种途径，进行教育素质训练，以提高教师的授课水平。

　　2.提供并选好主讲教材和高水平的辅助教材

　　针对现有的试用教材，及时引入前沿科学和技术的最新成果，筛选、引进配套的辅助教材(包括国外教材)，编写与之相配的教学大纲。李再资老师主编的生物化学工程基础教材知识点全面，重点内容详尽。除此之外，我们还注重推荐国内知名的生物化学、生物工程、工业微生物学等相关教程以及国外英文原版教材作为课外辅助教材，建议学生每人手里都有一本英文原版教材。另外，在每次授课结束时，都提前告之下次课程内容的基本点和重点，要求学生提前做好预习或难点标注，注重发挥学生自身学习的主动性和积极性，使他们永葆学习的热情和动力。实践表明，学生通过使用英文教材独立预习课程，他们的专业英语水平也会得到快速提高，为今后使用英语完成相关工作任务打下良好的基础。

　　3.探索新的授课模式和教学手段

　　多媒体教学可以让学生通过图和动画直观地理解生物过程和反应机理，也可以直观地学习生物工程科学研究和生产的各个环节。为此，要完善多媒体系统，适时增加课堂教学信息量。同时，可以采用启发式、讨论式、研究式等教学方法，将课堂讲授与课外辅导相结合，培养学生的创新与自学能力。如果能够将课程讲解内容与生产实际结合，将课堂讲授内容与具体的实验相结合，加强与学生交流，深入探讨生物工程与化学工程学科交叉所带来的机会与挑战，必将会进一步激发学生学习的积极性，提高教学质量。

　　4.课堂讲授内容与前沿性专业知识紧密结合

　　在大学课堂里，让学生随时了解相关学科的前沿进展是一个重要的授课内容。因此，在每节课学习重点知识的过程中，需要用最新发表的相关研究进展信息丰富课堂内容，使学生了解学科前沿和发展方向。比如，在介绍酶的开发过程时，可介绍量子力学、分子动力学和计算机工具在研究酶的反应过程和机理中的应用，并且把研究中的困难展示给大家，激发学生探究和追寻科学发展的欲望，吸引他们投入到生命科学的研究和生物技术的开发中去。同时，也可以介绍酶的生产过程中所面临的问题和挑战，鼓励学生用化工知识尝试解决生产中的问题。

　　5.鼓励课堂教学和生产实践结合

　　生物化学工程基础偏向实际应用，课堂讲授内容需要与具体的生产实践相结合，因此，要让同学们切实体会到化学工程的知识在生物制品生产过程中的应用。另外，要积极联系生物工程方面的生产企业，组织同学们进行参观，结合课堂教学内容，让同学们充分体会到化学工程技术与生物工程技术学科交叉的意义和重要性，鼓励感兴趣的同学去相关的生物工程企业进行短期实习，了解生物工程产品的生产原理、生产流程和注意事项，体会化学工程技术在生物产品开发和生产过程中的重要地位。

　　6.培养学生良好的学习方法

　　生物化学工程基础在化学工程与技术专业的要求不仅局限于重点知识的掌握和基本技能的培养，对学生的学习方法的培养也是一个重要的内容。如果学生在学习过程中能够有一套行之有效的学习方法，将会起到事半功倍的效果。例如，笔者在组织学生讨论酶的研究与开发时，有意识地向同学提问：请你结合所熟悉的酶(比如脂肪酶)的结构、性能以及应用，再提出你认为的其它应用。这样的问题，对学生来说是有一定难度的。实践中，笔者对回答问题深入详尽的学生加分并且作为最终评价学生本门课程成绩的一个重要依据，从而大大提高了学生思考的积极性。尽管最初学生觉得这样的问题很有压力，但是几次课后，学生不仅适应了这种教学方式，也深感这种方法很有启发性，学习效果非常好。课后复习和作业是巩固知识的一个很好的办法。作业可以分为课本上的课后题和课本外的题目两种形式，课后题一般都有答案，不需要花费很多时间去推敲;而课外作业的内容应该具有一定的难度和挑战性，是对学生的课堂重点内容的补充，有利于提高同学对于知识难点的理解，激发学生的主动性和求知欲。如果学生能积极完成类似的作业，他们对课堂所学知识就会有更加全面和深刻的理解。这种完成课外作业的方式还能够培养学生良好的科研习惯，提高学生阅读文献以及使用电子信息资源的能力，是一举多得的好方法。

　　总之，生物化学工程基础的重点是要求学生能够掌握现代生物技术的基本方法，了解生物工程发展的最新动态，能在掌握的基础上灵活运用，对生物科学及生物技术有较为深刻的认识。该课程不仅为化学工程与技术本科专业的学生将来从事生物类产品的开发和生产工作奠定基础，也为拓展研究和就业领域提供了新的选择。对于教师来说，在一个传统的化学工程与工艺专业领域开设生物学应用方面的课程，会有很多从未遇到的困难，需要教师根据学生的实际情况，有针对性地开展教学活动，合理运用教学方法。这样，才有可能取得满意的效果。