绿色化学化工前景与人才培养

摘 要：发展绿色化学化工是人类社会可持续发展的根本保证.根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》,我国提出在高等学校实施“卓越工程师教育培养计划”,加速建设绿色化学化工特色专业,为我国创新型国家的建设以及绿色经济发展培养绿色化学化工人才.

关 键 词：绿色化学化工；高等工程教育；人才培养

化学化工是人类社会发展的重要基础,也是经济建设的关键支柱.国际大化工过程工业包括石化、精细化工、海洋化工、制药、能源、电子信息、轻工、农产品及食品产业等各种产品工程,可以说,化学化工已经与我们的生活生产密不可分.随着人类社会不断发展,越来越多的资源、环境等一系列严峻挑战摆在了我们面前,我们不得不面对如何持久地保持人类社会不断发展的问题.因此,发展绿色化学化工就成为可持续发展的根本保证与必要支撑,前景无限宽广.

一、人类社会的可持续发展

1.“可持续发展”的概念与挑战

1987年《我们共同的未来》一书发表,提出了“可持续发展”经典的定义：“满足当前的需要但不损及后代满足他们自己的需要”,即解决“代间不平等”问题.美国环保总署的国家风险管理研究室NRMRL将“可持续性”表述为：“当我们为了人类健康和环境去持久地保持或改进物质和社会条件,在不超出支持它们的生态承载能力的条件下所追求的目标.”

但是,“可持续发展”面临着资源、环境、粮食和能源等的一系列挑战.世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《2000年地球生态报告》显示,若按目前的速度继续消耗地球的资源,那么我们地球的资源会在2075年耗尽；环境的恶化导致自然灾害,近十年中导致世界6080亿美元的损失；过分对矿物燃料的使用,使气温变暖,继续变暖会导致水资源的极度缺乏,食品的减少和疾病的广为扩散.

2.绿色新政与绿色经济——低碳经济

“绿色新政”是由联合国秘书长潘基文在2008年12月11日的联合国气候变化大会上提出的一个新概念,是对环境友好型政策的统称,主要涉及环境保护、污染防治、节能减排、气候变化等与人和自然的可持续发展相关的重大问题.它的提出掀起了新一轮绿色发展的浪潮.

当前世界各主要经济体大力实施“绿色新政”,把发展绿色经济作为新的增长引擎、新经济发展模式和占领全球新一轮绿色工业革命制高点和全球经济的主导权抓手.

绿色经济是以市场为导向、以经济与环境的和谐为目的而发展起来的一种新的经济形式,是产业经济为适应人类环保与健康需要而产生并表现出来的一种发展状态.目前已形成了英、德、法引领绿色潮流,美、日、韩力推绿色新政的新格局.

二、绿色化学化工定义、原则以及发展趋势

1.绿色化学化工定义

作为经济建设的重要支柱,化学化工的绿色化已经成为必然选择.绿色化学化工作为应对21世纪可持续发展挑战的关键技术与基础,已成为21世纪世界科技研究前沿热点.

那么什么是绿色化学化工?绿色化学化工是指“为减少与消除有害物质对人类健康与环境的威胁所作的化学过程与产品的设计、开发和生产”.绿色化学化工是具有重大社会需求和明确科学内涵的新兴交叉学科,是人类及全球环境安全的保证,是当今国际化学与化工的前沿.

2.绿色化学化工12条原则

国际上对绿色化学化工有着比较统一的认识,即：

（1）源头防止废弃物产生要比废弃物产生之后再去处理净化更为可取；

（2）设计的合成方法应使反应过程中所用物料最大限度地转化为最终产物；

（3）在任何可行的情况下,设计的合成方法都应当采用和产出那些对人类健康和环境毒性很小甚至是无毒的物质；

（4）化学产品的设计要考虑到维持高效并减少毒性；

（5）尽可能不使用辅助物质（如溶剂、析出剂等）,在不得不使用时,也尽量使用无害物质；

（6）应当认识到能量需求对环境及经济的影响并应使之降到最低,合成方法应在常温常压下进行；

（7）只要在技术和经济上可行,所用未加工材料或原料都应当是可回收而不是纯消耗的；

（8）尽量避免产生不必要的化学衍生物（如基团封闭、保护/去保护、在化学/物理过程中暂时修饰）；

（9）催化剂（尽可能具有选择性）更优于符合化学计量的试剂；

（10）设计出的化学产品在完成其效用后不应持续残留于环境,而应分解为无害的降解产物；

（11）需要进一步发展分析方法,以便在危险物质形成以前进行实时在线检测与控制；

（12）合理选择化学过程中所使用的物质及其形态,避免或尽量减少发生包括泄露、爆炸及火灾等化学事故.

这就要求我们在开展研究工作时,要向多尺度集成研究（时间及空间尺度）发展；在绿色化学与化工过程中,由传统流程向集约型耦合过程发展.

3.绿色化学化工竞先发展趋势

虽然受到一系列资源、环境等问题的困扰,但化学化工在目前仍是全球经济中强大的传统基础支柱产业之一.为了实现化工产业的可持续发展,近年来,国际上有关国家政府和石化业界都高度重视推动化学化工产业向绿色化方向发展,绿色化工技术创新仍是世界化工业不断发展的推动力.

（1）原料绿色化,即选择无毒、无害原料以及替代性和可再生原料的利用；

（2）化学反应绿色化,目标是实现“原子经济反应”；

（3）反应介质绿色化,即采用无毒、无害的催化剂、溶剂和助剂；

（4）产品绿色化,即生产环境友好的化工产品；

（5）能源绿色化,即开发石化替代原料,发展战略性新兴产业.

4.生态工业园区是发展绿色经济的关键举措

21世纪可持续发展的系统与园区的模式是“生态工业系统”与“生态工业园区”.生态工业园区应用系统工程的方法,去分析、研究、设计与规划化工业园区大系统中的基本流：物流、能量流、资金流与信息流,以达到环境友好、资源、能源与资金最优化利用目标.目前世界公认的成熟生态工业园区是卡伦堡（Kalunb）生态工业园区.该园区以一个炼油厂、一个硫酸厂、一个制药厂、一个火力发电厂、一个渔场和一个石膏板厂组成了一个工业网的核心,其他成员包括农场、大棚养殖、养鱼场,通过贸易方式把其他企业的废弃物或副产品作为本企业的生产原料,从而建立工业园区和代谢生态链关系,彼此交换与共建共生.Kaluindbory园区不但已达到了零排放的环保目标,物料和能量交换还为参与者提供了经济效益,其中亦包括了资金流与信息流优化的显著效益.目前,欧美发达国家已经或正在建设生态工业园区,如美国费尔菲尔德生态工业园区（马里兰）、布朗斯维尔生态工业园区（得克萨斯）,加拿大伏特萨斯喀彻温（萨斯克）、康沃尔（安大略湖）等.

三、中国绿色化学化工发展面对的挑战与机遇

1.中国面临资源、能源和环境严峻的挑战

中国人口占世界的21%,但国土面积只占全世界的7.1%、耕地占7.1%、水资源占7%、石油占2.34%、煤占10.97%.我国在发展经济时资源、能源消耗过大,环境污染严重.例如,我国2003年GDP增长幅度为9.1%,但原油消耗量增长幅度为12%,原煤消耗量增长幅度为13.6%,钢材消耗量增加8.6%.我国温室气体排放量大,如SO2排放近2000万吨/年,已为世界第一位.我国CO2排放量已超过20亿吨/年,也是世界首位.

2.中国化学工业还面临进入WTO的竞争

绿色化学化工科学与技术是新兴产业发展的技术基础与支撑,是产品高端化的核心共性技术,绿色化学化工技术与智能化设备是推动我国制造产业高质化、高端化发展的技术保证.但被国际专利所封锁.中国必须自主发展绿色化工创新能力,开拓绿色科学与技术自主创新的体系.只有在共性关键技术上取得重大突破,抢占国际高端技术的前沿,才能保证中国化工产业发展的技术安全.

同时,我们必须清楚地认识到,虽然我国化学工业总产值居世界第二位,但人均化工产值仅为世界人均的1/2；我国化学工业经济增长很大程度建立在大量消耗能源及原材料的基础上,以牺牲环境为代价；我国化学工业总能耗为美、加、墨三国之和的4.1倍,但产值相当三国之和的23.8%；万元产值水耗为美国的3.5倍,而万元产值的污染物排放强度是美国的近百倍.我国化工产业生产成本显然缺乏竞争性.

3.要以发展绿色化学与化工为契机,建设一流生态工业园区

为落实“国家中长期科学和技术发展规划纲要”,要以“发展绿色化学与化工创新能力建设”为目标,依托“产学研用”创新联盟及多学科交叉融合的团队,开展有组织的创新,开拓绿色化学与化工科学与技术的自主创新体系,提升我国大化工产业至国际前沿水平.

要设计并建设好具有中国特色的国际一流生态工业园区——建设成循环经济示范区,这是中国应对全球资源、能源与环境危机的挑战,保持可持续发展的重要战略举措.

四、绿色化学化工卓越人才的培养

1.培养绿色化学化工卓越人才,我们首先要贯彻落实教育规划纲要,办人民满意的教育

培养绿色化学化工卓越人才,当务之急是落实国家教育规划纲要.该纲要提出了“优先发展、育人为本、改革创新、促进公平、提高质量”20字工作方针,把社会主义核心价值体系融入国民教育全过程.其战略目标为：到2020年,基本实现教育现代化,基本形成学习型社会,进入人力资源强国行列.着力培养信念执著、品德优良、知识丰富、本领过硬的德智体美全面发展的高素质专门人才和拔尖创新人才.

工科大学是培养工程师的摇篮,培育卓越工程师为建设创新型国家怎么写作,是历史赋予的神圣使命.为此高校要创新人才培养体制、办学体制、教育管理体制,改革质量评价和考试招生制度,改革教学内容、方法、手段,建设现代学校制度,构建中国特色社会主义现代教育体系.充分发挥高校在国家创新体系中的重要作用,促进学生主动适应社会,开创美好未来.鼓励高校在知识创新、技术创新、国防科技创新和区域创新中做出更突出的贡献.

对于化工类人才培养,尤其要注意紧跟国际先进工程教育发展步伐,不断更新教学内容,加速建设绿色化学化工特色专业.

2.国际工程教育研究与总体发展趋势

知识经济时代,国家的竞争主要表现为科技的竞争——即人才的竞争.所以国际工程教育都以培养创新人才为目标,研究实施进行可持续发展的教学改革.

（1）世界工程教育主要有两大模式：美国模式和德国模式

美国的工程教育模式的培养方向是：通过学习专业性的工程课程,培养能为工程实践作出贡献的毕业生；培养能在工程方面继续攻读工程硕士研究生的毕业生；为终身学习和职业发展打下基础,以支持不断发展的职业目标.

德国的工程教育模式十分重视工程实践教学,以培养工程专业人才为目标.只分本科和博士研究生两段,本科实际学习年限较长,理论与实践并重,培养的是工程师“成品”而非“毛坯”.德国的工程教育向来重视设计,以理论联系实践而著名.在这种模式下,特别强调实际动手能力的培养,要求毕业生一走出校门就能从事具体工程实践活动.在德国拿到毕业文凭也就自动取得了工程师专业资格.

（2）工程教育的总体发展趋势

工程教育大体上经历了3个相继的发展阶段：重视工程实践-重视工程科学-重视工程综合（为适应21世纪发展需要）,现在美德两种教育体系有趋于融合的趋势.MIT在20世纪90年代重建工程教育时候,明确提出“回归工程实践”的口号,这些理念在一流大学工程教育的改革实践中得到了充分体现.德国大学则在适度地拓宽专业,如慕尼黑工业大学明确提出跨学科教学与科研、理论联系实际三大办学战略.但美德两种人才培养模式,近期都在内容和形式上加强了工程实践教学.注重综合与创新已是发达国家工程教育的共识和普遍行动：大力强调为学生提供处理现实的挑战性设计问题的机会,强调小组团队工作、交流等.美国高校对培养学生的创新能力和实践能力非常重视.从美国工科培养目标的11条标准可以看出,实践教学在美国工程教育中的重要地位：有应用数学、科学与工程等知识的能力；有进行设计、实验分析与数据处理的能力；有根据需要去设计一个部件、一个系统或一个过程的能力；有多种训练的综合能力；有验证、指导及解决工程问题的能力；有对职业道德及社会责任的了解；有效地表达与交流的能力；懂得工程问题对全球环境和社会的影响；学会终生学习的能力；具有有关当今时代问题的知识；有应用各种技术和现代工程工具去解决实际问题的能力.这11条评估标准是一名合格的现代工程师应具备的基本能力和素质.

实践能力的培养才是工程教育的关键,德国工程师教育也一贯非常重实践过程、重方法训练、重能力培养.在工程教育中,德国的工科院校普遍注重面向实际开设课程,安排学生在学校期间就接触在今后职业工作中需要解决的实际问题,把科学地解决实际问题的知识与方法作为教学内容,培养学生解决当前实际问题的能力.德国工科教育与企业联系紧密,非常注重学生企业实习的环节.德国的企业也热心参与工程师后备力量的培养,把工程人才培养视为企业的一种社会义务,主要通过三种形式与工程技术学院展开合作：一是提供实习单位,二是提供毕业论文项目,三是参与培训.近年来,德国专业学院（FH）的工程系科毕业设计与工业企业界合作的已经达到60%～70%.

（3）国际高等教育持续更新教育理念、课程设置和教学方式

①新生能力培养.麻省理工学院认为大学一年级是整个大学学习的基础,一年级学生应通过选修不同的核心课程为以后三年的本科学习做好准备.除了选修一门数学课程,一门生物课程,一门物理课程和一系列人文、艺术和社会科学领域的通识教育课程外,新生还必须参加由导师组织的新生指导“研讨会”（FreshmanAdvisingSeminars）、本科生研讨会、解决复杂问题课程以及面向新生的学习共同体（联合课项目、实验研究组、新生媒体艺术和科学项目以及交换项目）.

②高年级学生领导能力培养项目.为实现培养领袖人才的教育目标,麻省理工学院将领导能力的形成与学术、职业生涯发展放在同等重要的地位,并提供了大量的培养领导能力的机会和项目.比如助理导师（AssociateAdvising）,高年级本科生作为助理导师,帮助新生顺利过渡到本科阶段的学习；助理导师与新生导师合作,在选课、制订研究机会活动计划、实习、暑检测工作等方面为新生提供指导.又如领导能力培训项目（Leadership）,该项目为学生开设为期六天的领导能力培训课程,使学生形成确定和解决问题的能力、职业道德、决策能力、处理不确定性的能力、合作能力和处理人际关系能力.每一个参加培训的学生必须设计一个能使学校发生积极变化的个人行动方案,并在接下来的一年中贯彻实施.还有学生代表项目（StudentAmbassadorsProgram）,麻省理工学院的学生代表项目由许多经过精心挑选的学生组成,作为代表的学生必须成为在校学生、学校、校友和未来学生之间的联系人,为学校的公共关系怎么写作.除此以外,麻省理工学院还提供了学生管理组织、计算机小组等项目来培养学生的领导和管理能力.

③扩大学生团队意识,支持学生组织和机构（StudentGroupandOrganization）.麻省理工学院有300多个学生组织,包括音乐和戏剧表演社团、国际和语言社团、学术共同体、怎么写作和具体兴趣小组、工商管理社团等.这些组织和社团为学生组织、策划、领导、执行等能力的形成提供了实践平台.

④扩大学生视野.比如加州大学伯克利分校,进行了通识教育改革,开设新课程——通识教育的一个中心目标就是为学生提供从不同的角度观察世界的机会.

群课程（ClusterCourse）.跨学科的群课程在通识教育课程中具有重要的作用.群课程用1/4的时间讨论一个主题,并从不同学科的视角来考察它.群课程为学生提供了获得普通课程所不能获得的知识的机会,并具有以下特点：使学生从多角度思考问题,增加学生非主修领域知识的广度和深度,培养学生的共同体意识,增进不同院系教师之间的联系,促进跨学科的对话.群课程包括以下几个方面的知识：知识演变的结构、人类和环境的关系、人类和健康、城市文化.

复合课程（MiscellaneousCourse）.为大一新生设计了复合通识教育课程.该课程规定学生一学期读一本书,每学期读的书都不一样.为了吸引跨学科的教师参与该课程,所挑选的书必须满足通识教育的通识和整合学习原则.

3.国内外大学课程设置和教学方式的比较

（1）专业设置

我国为了保证开设专业的教学质量以及专业布点的控制,要求各高校的专业设置需按照教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录》以及《普通高等学校本科专业设置规定》等法规性文件进行申请、备案、审批.

美、欧各国对专业设置没有统一的规定,各校根据自己的学科发展方向和特色设置专业,同一类型的专业其名称也可以根据各校的特色而有所不同.

（2）课程设置与课堂教学

我国大学课程体系一般公共基础课的比重较高,教学安排明显呈现出重课堂教学、轻实践教学的特点.国外大学的课程设置则具有宽专业、多层次、接触专业早、注重专业基础和实践教学的特点.

我国大学注重的是知识的传授,教师在讲台上讲,学生在下边记笔记.这样的教学方式是以教师为主体,教学的重心在于理论知识.反观美、欧各国的课堂教学则具有灵活、多样性的特点,除讲课外还常常采用专题讨论、小组合作研究等多种形式进行教学.使每一个被动的受教育者变成了主动的教育者,学生成为真正的教学主体.

（3）教学内容

我国的本科教学大多以书本内容为主导,内容组织上往往首先介绍概念、原理,然后再验证理论在实践中的应用,讨论理论如何来指导实践.

美、欧各国的课程教学,教师一般会首先列出一系列的参考书以及相关文献,供学生阅读.教学内容的组织往往首先从实际出发,根据现实存在的例子归纳总结出抽象概念、原理,最终形成理论.

（4）实践教学

我国高校的学生实习由学校统一联系,落实相关企业,实习经费来自于学校的教学经费,同一专业的学生在同一时间内进入同一个企业实习.

国外高校学生的实习由学生自己寻找企业进行联系,学校会提供相关信息和条件,学生实习期间的工资由企业支付,一般学生的实习安排在暑检测的三个月时间内.这样,同一专业的学生毕业时实习经历各不相同,知识结构也各有所长,如果将高校比作企业,其“产品”——培养出的学生,则是具有个性化的.

（5）毕业论文

由于中外高校教学管理模式的不同,毕业论文环节也存在着类似的差别.中国高校同一专业学生的毕业论文环节是统一进行的.而国外高校学生毕业论文的完成则是由学生根据学校对申请学位的要求以及自己的情况在规定的时间内分别向学校提出论文项目申请、研究工作计划及指导教师,经教学委员会的评审同意后开始论文工作.

4.根据国家教育规划纲要的安排,国家决定实施“卓越工程师教育培养计划”

实施“卓越工程师教育培养计划”的主要目标是面向工业界、面向世界、面向未来,培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才.我们应该以实施“卓越工程师教育培养计划”为突破口,促进化学化工工程教育改革和创新,并且紧跟国际发展潮流,加强绿色化学化工特色专业建设,更新教学内容和教学理念,全面提高我国化学化工人才培养质量,促进我国从工程教育大国走向工程教育强国.