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学科范式决定着学科的价值观和内涵，关系到学科创新方向、新的生长点和交叉扩张，影响到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，其内容深度、广度以及它们的内在联系等方面。
化学工程学范式的演变大致可分为三个阶段。
1．单元操作
1915年A．D．Little提出单元操作概念，将复杂的化工生产过程归纳为有限的单元操作，如粉碎、过滤、萃取、精馏等等，初步奠定了化学工程的科学基础。1921年美国麻省理工学院组建世界第一个化工系，确立了“化工单元操作”课程的理论体系。从此化学知识向工程延伸得以完成，标志着化学工程学科的诞生。“单元操作”被公认为化学工程学范式的第一阶段。
2．三传一反
1957年反应工程形成独立学科及1960年R．B．Bird等编著的《传递现象》将化学工程学科发展引向第二阶段，即从分子水平来研究单元操作，由此形成了由多组分热力学与动力学、传递现象、单元操作、反应工程、设备设计与控制、工厂设计与系统工程组成的化学工程学科基本体系，其特征被归纳为“三传一反”，即动量传递、热量传递、质量传递和反应工程，可称为化学工程学范式的第二阶段。
3．三传三转
20世纪后期，化学工程发展进入第三阶段。由于人类工程实践所面临的资源、能源和环境挑战日趋严重，要求化学工业必须从不可再生的化石原料逐步过渡到可再生的生物质原料，同时实现过程节能、降耗、减排；信息技术的融入使多变量、强耦合的大系统分析在化工中大量使用，与此同时，生物、纳米和信息等科学技术的发展迫切需要建立与其产业化相适应的工程桥梁和平台，生物化工、生物医药、电子化学品等新兴产业相继诞生，在推进这些产业的形成和发展过程中，化工专业自身的内容也得到丰富和发展。
清华大学金涌团队根据化工的研究对象涉及“物质—能量—信息”三要素的相互作用，提出以“物质传递与转化”“能量传递与转化”和“信息传递与转化”的“三传三转”为化学工程学新范式。物质传递包括分子扩散、湍流扩散及流体流动等过程，物质转化包括分子水平的化学反应、超分子间结构的构造与转化、生物分子的代谢与融合等过程。能量传递包括动能传递、热能传递及各种形式能量的引入与输出，能量转化包括不同能量形式之间的转化。信息传递包括化工操作中多变量的信息收集、筛选和剔除，信息转化包括各种物流参数的处理、优化、信息反馈等。信息传递与转化同物质和能量传递与转化的优化过程密切关联。以“物质—能量—信息”三要素相互作用为化学工程学科的基础，是化学工程学区别于其他工程学科的本质特征。