觀摩美國密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的印象與思考

廖一平

(北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院 北京 100871)

根據(jù)北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院(以下簡稱北大化學(xué)院)與美國密執(zhí)安大學(xué)(University of Michigan)化學(xué)系教學(xué)交流合作項(xiàng)目協(xié)議，受北大化學(xué)院的派遣，我于2009年8月～12月觀摩了密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)課(CHEM 242 / Introduction to Chemical Analysis Laboratory )的開設(shè)過程。

在密執(zhí)安大學(xué)期間，從旁聽研究生助教培訓(xùn)到參加教學(xué)組會(huì)，從像學(xué)生一樣親手做教學(xué)實(shí)驗(yàn)到與學(xué)生交流討論，對(duì)密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系的化學(xué)分析課程設(shè)置、教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)效果以及其他實(shí)驗(yàn)課程和教輔工作等有了一些初步的印象。雖然只是很粗淺的了解，但我愿意把看到、聽到、想到的與同行分享、探討。

密執(zhí)安大學(xué)建于1817年，是全美第一所公立大學(xué)。1867年前后，密執(zhí)安大學(xué)已成為當(dāng)時(shí)美國最大的大學(xué)，擁有3個(gè)系和1255名注冊(cè)的全日制學(xué)生，其中醫(yī)學(xué)系525人、法律系395人、文學(xué)系335人；教職工33人。 現(xiàn)在的密執(zhí)安大學(xué)在Ann Arbor有3個(gè)校區(qū)，共有4萬多名學(xué)生，其中至少一半以上是研究生；有5000多名教職工。全校588個(gè)專業(yè)，每學(xué)期為本科生開設(shè)3000多門課程。根據(jù)《美國新聞與世界報(bào)道》2010年美國大學(xué)評(píng)估，密執(zhí)安大學(xué)的綜合排名為第29位，商學(xué)院為第14位，教育學(xué)院為第9位，法學(xué)院為第7位。

密執(zhí)安大學(xué)曾有數(shù)位教授和校友獲得過諾貝爾獎(jiǎng)，其中包括著名華裔科學(xué)家丁肇中。美國前總統(tǒng)福特是密執(zhí)安大學(xué)法學(xué)院的畢業(yè)生，中國著名核物理學(xué)家朱光亞畢業(yè)于密執(zhí)安大學(xué)研究生院物理系原子核物理專業(yè)。

雖然北京大學(xué)在國內(nèi)外享有很高的知名度，但與密執(zhí)安大學(xué)相比，無論是在師生比例、教師教輔人員比例和資金投入等方面，還是在教學(xué)理念和人才培養(yǎng)等方面，即不論是硬件還是軟件方面都有所不同，甚至存在較大差距。客觀比較之后，我們需要的是審慎的思考、科學(xué)的借鑒、理性的改革。

1 師資力量與教輔人員

密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系的教師大多畢業(yè)于美國名校，如麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、耶魯大學(xué)、康奈爾大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)等。在編教師36人，其中有5名專職教師從事基礎(chǔ)課教學(xué)。這個(gè)比例在中國的研究型大學(xué)中是少有的。從事專職教學(xué)的教師以教學(xué)和教學(xué)研究為主，并承擔(dān)教材的編寫、更新以及對(duì)中學(xué)教師或兄弟院校教師的培訓(xùn)。與教師數(shù)目相比，教輔人員的比例相當(dāng)高；而且分工明確，各盡其責(zé)(表1)。

密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系隸屬于文理學(xué)院(College of Literature, Science,and the Arts,LSA),每年要向1500名學(xué)生開設(shè)普通化學(xué)和有機(jī)化學(xué)理論課與實(shí)驗(yàn)課。但到了大學(xué)二年級(jí)以后，真正進(jìn)入化學(xué)系學(xué)習(xí)的學(xué)生只有50～60名，教師與本科生的比例相當(dāng)高。

表1 教師及教輔人員情況

2 分析化學(xué)課程教學(xué)安排

作為分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教師，我首先關(guān)注的是密執(zhí)安大學(xué)的分析化學(xué)教學(xué)情況。

2.1 學(xué)生人數(shù)

課程設(shè)置要求CHEM241(Introduction to Chemical Analysis)與CHEM242 (Introduction to Chemical Analysis Laboratory)同時(shí)選修，但實(shí)際上比較寬松。2009秋季學(xué)期化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)課人數(shù)將近40人，分成兩個(gè)班(section100和section 200)，多數(shù)學(xué)生今后將主修化學(xué)，還有來自生物工程等外系的高年級(jí)學(xué)生。除了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立完成外，其他實(shí)驗(yàn)均為2人一組。

2.2 課時(shí)安排

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課共13周實(shí)驗(yàn)，前10周為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，分兩個(gè)下午完成，每次3學(xué)時(shí)。后3周實(shí)驗(yàn)稱為Special Project, 類似我們的設(shè)計(jì)(自擬方案)實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之間停課1周，為訂購設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需化學(xué)藥品和儀器調(diào)試做準(zhǔn)備，同時(shí)也為師生交流以及最后確定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案提供時(shí)間。

2.3 實(shí)驗(yàn)講授與教學(xué)組會(huì)

每兩周一次實(shí)驗(yàn)講授，由主講老師講解實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)，同時(shí)解答學(xué)生提出的問題。講授的ppt課件掛在教學(xué)網(wǎng)上，由主講教師設(shè)置權(quán)限，只有研究生助教和選課注冊(cè)的學(xué)生能夠打開文件并下載。研究生助教在實(shí)驗(yàn)課上不再做類似講解。研究生助教和主講教師每周都有固定的答疑地點(diǎn)和答疑時(shí)間(地點(diǎn)與時(shí)間在網(wǎng)上公布)；每兩周開一次教學(xué)組會(huì)。

2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告一律為電子版打印件，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交，不得延誤。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，由主講教師負(fù)責(zé)制定。每位研究生助教分工負(fù)責(zé)批改某一個(gè)或某幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的報(bào)告，以求公平。另外，實(shí)驗(yàn)課研究生助教還將參加所有相關(guān)理論課的監(jiān)考與閱卷工作。

3 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容

CHEM242以儀器分析實(shí)驗(yàn)為主，包括自動(dòng)滴定分析(流動(dòng)注射與可見光分子光譜)、離子選擇性膜電極分析、火焰原子吸收光譜分析、可見光分光光度法分析、熒光光譜法和色譜分析(氣相色譜與高效液相色譜)等，其中手動(dòng)操作滴定管的滴定分析實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)(圖1)。

圖1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課(CHEM242)內(nèi)容

密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系的主要實(shí)驗(yàn)課列于表2。隨著課程編號(hào)的數(shù)字增大，授課對(duì)象的水平也在提高。

4 教學(xué)服務(wù)

4.1 溶液配制與玻璃儀器

密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系有專為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)的藥品庫、實(shí)驗(yàn)用品庫房和玻璃儀器洗滌室。除了標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和樣品需要學(xué)生自己配制或進(jìn)一步預(yù)處理外，濃的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、滴定劑和所有要用的液體化學(xué)試劑(包括液體的未知樣品)均由化學(xué)系的一名退休返聘的技術(shù)人員專門負(fù)責(zé)。他不僅負(fù)責(zé)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，還負(fù)責(zé)有機(jī)化學(xué)和普通化學(xué)所有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的試劑配制，并管理藥品庫，同時(shí)還負(fù)責(zé)面向中小學(xué)生的科普宣傳。其他無需處理或配制的化學(xué)試劑均由負(fù)責(zé)采購的技術(shù)員直接配送。勤工儉學(xué)的學(xué)生定期為藥品庫、實(shí)驗(yàn)用品庫工作。公用滴定管和學(xué)生實(shí)驗(yàn)柜中的玻璃儀器開課前都由專人負(fù)責(zé)清洗干凈。

表2 密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系的主要實(shí)驗(yàn)課

4.2 實(shí)驗(yàn)消耗用品

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生和老師提供公用護(hù)目鏡、一次性橡膠手套、擦手紙、多種規(guī)格一次性玻璃試管、一次性塑料滴管、密封膜、鋁箔、一次性塑料稱量盤、標(biāo)簽?zāi)z帶等等，由專人負(fù)責(zé)及時(shí)補(bǔ)給，學(xué)生隨用隨取。

4.3 儀器及計(jì)算機(jī)維護(hù)保養(yǎng)

密執(zhí)安大學(xué)的分析化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室只有一名實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員，負(fù)責(zé)CHEM242和高年級(jí)的CHEM480和CHEM485(表2)全部實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與儀器的調(diào)試(有時(shí)也會(huì)有勤工儉學(xué)的學(xué)生幫忙)。計(jì)算機(jī)的調(diào)試由化學(xué)系的計(jì)算機(jī)工程師負(fù)責(zé)；所有易燃易爆氣體的配送和安全檢查由專人負(fù)責(zé)。例如，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課開課之前，工程師到實(shí)驗(yàn)室檢查約20臺(tái)公用筆記本電腦工作是否正常，網(wǎng)絡(luò)是否暢通。負(fù)責(zé)安全的工程師用專用氣體探測器檢查乙炔(用于火焰原子吸收光譜測定)氣路的安全情況。

4.4 廢棄物及藥品的處理

密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系的所有廢棄物均分類存放(如可回收的紙質(zhì)品、一次性塑料制品),分別放入不同顏色的垃圾桶中，白色硬質(zhì)塑料箱專門盛放污染的破碎玻璃器皿和注射器針頭等鋒利物品。對(duì)于盛裝有毒或污染物的桶(箱)或廢液瓶，必須在專用標(biāo)簽上寫明每一種廢棄物的名稱、房間號(hào)、實(shí)驗(yàn)室或科研組名稱、導(dǎo)師及研究生或研究生助教的姓名，以及桶或瓶的啟用時(shí)間。所有廢棄物的存放時(shí)間不得超過兩個(gè)月。

4.5 實(shí)驗(yàn)室安全

密執(zhí)安大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)施及應(yīng)急措施等都很齊全，并有專人定期檢查。每一段樓道都貼掛著“緊急疏散方案圖”，滅火器和緊急噴淋器都安放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)而不是在樓道中。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)張貼著州立安全法條例以及大學(xué)的安全條例，從如何防范惡劣氣候如龍卷風(fēng)、洪水到如何面對(duì)不明包裹和槍擊事件，從如何防范化學(xué)、細(xì)菌、放射性泄露與污染到如何處置火災(zāi)和醫(yī)療救護(hù)等都很完善。

5 教學(xué)評(píng)估

密執(zhí)安大學(xué)的教學(xué)研究中心會(huì)定期抽簽或根據(jù)任課教師本人的要求派專人來做教學(xué)評(píng)估。有一種做法是學(xué)生自愿結(jié)合成小組(3～5人/組)，每組有一份調(diào)查問卷(圖2)，推選一名學(xué)生主持并執(zhí)筆，逐題討論并將討論結(jié)果寫入問卷。任課教師本人看不到學(xué)生書寫的調(diào)查問卷，研究中心的工作人員將問卷帶回去分析歸納，然后寫出總結(jié)報(bào)告交給任課教師。如果教師愿意的話，也可與教學(xué)研究中心的老師從教育方法論和教育心理學(xué)等角度討論如何解決這些問題。密執(zhí)安大學(xué)的教學(xué)評(píng)估只為改進(jìn)和提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，與任課教師的自身利益無關(guān)。

圖2 期中調(diào)查問卷

6 教學(xué)目的與教學(xué)理念

在旁聽CHEM241及CHEM447課程、觀摩和親身體驗(yàn)CHEM242實(shí)驗(yàn)、摘錄和閱讀CHEM211、CHEM216 等課件以及了解CHEM480和CHEM485的過程中，我感到美國大學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)的教學(xué)理念是：不強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性(盡管教材編寫很系統(tǒng))，強(qiáng)調(diào)對(duì)已學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用；不強(qiáng)調(diào)所學(xué)知識(shí)的全面性，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的整合和應(yīng)用；強(qiáng)調(diào)獨(dú)立性思考和批判性思維，強(qiáng)調(diào)自學(xué)能力的培養(yǎng)。教學(xué)目的是培養(yǎng)會(huì)思考、有想法、有能力、能夠以自己的努力為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的人才。

我很同意北京大學(xué)副校長李巖松在亞洲大學(xué)校長論壇上發(fā)言中的一段話：我們的學(xué)生“謙和內(nèi)斂、不善于表達(dá)，更不善于挑戰(zhàn)與批判權(quán)威。受到多年應(yīng)試教育的影響，他們非常重視分?jǐn)?shù)和排名，習(xí)慣尋找并接受唯一的‘標(biāo)準(zhǔn)答案’，很少愿意挑戰(zhàn)知識(shí)權(quán)威，缺乏創(chuàng)新所必需的批判精神，也沒有形成批判性思維”[1]。我們?cè)诮虒W(xué)中留給學(xué)生思考和批判性思維的時(shí)間和機(jī)會(huì)太少了。如果沒有獨(dú)立思考的習(xí)慣，沒有批判性思維的勇氣，很難有創(chuàng)新的意識(shí)、想法和行為。在這方面，2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、以色列科學(xué)家謝赫特曼就是一個(gè)很好的實(shí)例。1982年他在美國約翰·霍普金斯大學(xué)學(xué)術(shù)休假期間發(fā)現(xiàn)了五重軸對(duì)稱的準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)，但他的觀點(diǎn)遭到質(zhì)疑甚至貶低。如兩次諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Pauling曾公開聲稱謝赫特曼是在胡言亂語。而謝赫特曼說：“往事給我的教訓(xùn)是，好科學(xué)家是一位謙卑、聆聽的科學(xué)家，而不是100%地捍衛(wèi)他在教科書上讀到的知識(shí)。” 奈爾大學(xué)的物理學(xué)家維伊特·埃爾塞說：“考慮到制備這些材料的簡單性，在謝赫特曼之前，應(yīng)該有許多科學(xué)家已經(jīng)見過這種五次對(duì)稱圖形，但是因?yàn)檫@不符合晶體學(xué)的嚴(yán)格規(guī)定，他們放棄了所見。”

大家都知道，教師在講課時(shí)往往離不開教科書和參考書?，F(xiàn)在正處于一個(gè)信息和知識(shí)大爆炸的時(shí)代，傳統(tǒng)與現(xiàn)代知識(shí)既在不斷地碰撞，也在不斷地融合。高速發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)使人們能夠觀察到以前不曾看到的現(xiàn)象，推測出以前不曾想到的結(jié)論，甚至有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論假設(shè)會(huì)顛覆以前的理論。因此，教師應(yīng)該教什么，怎么教？學(xué)生應(yīng)該學(xué)什么，怎么學(xué)？如何使學(xué)生既了解學(xué)科核心知識(shí)的真諦又不固守書本知識(shí)與概念？這些都是教師需要思考的問題。人類對(duì)自然真理的認(rèn)識(shí)在很大程度上受到個(gè)人知識(shí)水平、學(xué)術(shù)價(jià)值觀和科技發(fā)展水平的限制，要想不受這些限制的束縛，就要樹立終身學(xué)習(xí)的觀念，不計(jì)較考試分?jǐn)?shù)，不追求成績排名，不被眼前的功利所左右，將眼光放得更遠(yuǎn)，追求更有意義的人生，這是我們應(yīng)該向?qū)W生不斷灌輸?shù)摹?/p>

聯(lián)合國教科文組織21世紀(jì)委員會(huì)在1996年提出支撐終身學(xué)習(xí)的四大支柱：學(xué)會(huì)做人(Learning to Be)，學(xué)會(huì)求知(Learning to Know)，學(xué)會(huì)做事(Learning to Do)，學(xué)會(huì)共處(Learning to Be together)[2]。我們應(yīng)該圍繞這些宗旨分析、思考、比較，找出我們教學(xué)中存在的問題。英國學(xué)者麥爾·韋斯特介紹了美國著名教育家貝內(nèi)特列出的兩種教育方法的比較(表3)[2]。 我個(gè)人認(rèn)為，多年來國內(nèi)的教學(xué)很多還是在考慮如何更有效地傳授知識(shí)，更有效地考試，更有效地拿到高分，等等。僅就兩種教學(xué)方法本身而言，并沒有嚴(yán)格的對(duì)與錯(cuò)，而是需要相互借鑒，取長補(bǔ)短。既不能全盤肯定，也不能全盤否定。

表3 兩種教育方法比較

知識(shí)不是“教”出來的，而是需要我們創(chuàng)造條件，營造一個(gè)自主學(xué)習(xí)的環(huán)境和鼓勵(lì)探究的氛圍，讓學(xué)生通過自己的實(shí)踐去“悟”出來的。知識(shí)也是“裝”不完的。要?jiǎng)?chuàng)造更多的條件，給學(xué)生更多實(shí)踐和體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，更多的時(shí)間去思考和反思。讓他們找到適合個(gè)人發(fā)展的興趣愛好及學(xué)習(xí)方法，體會(huì)到與人交流、相互幫助、共同合作的快樂和重要性。

在旁聽密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系相關(guān)課程的過程中，我還感受到，不同教師講授相同課程時(shí)，其內(nèi)容覆蓋面相近，但根據(jù)講課者的個(gè)人所好，側(cè)重點(diǎn)會(huì)有所不同。課上常常會(huì)給出參考資料和網(wǎng)址，學(xué)生可以對(duì)自己有興趣的問題進(jìn)一步去探究。對(duì)于只需了解、不必記住的內(nèi)容，以及考試會(huì)涉及到的內(nèi)容，都會(huì)明確指出。但是習(xí)題、思考題和考題多參考自文獻(xiàn)資料，其答案在教科書中是不易直接找到的，必須經(jīng)過自己的消化和理解。給你的感覺是，密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系的很多老師在利用課堂講授的機(jī)會(huì)為學(xué)生指引通往知識(shí)寶庫大門的方向，他們會(huì)津津樂道地告訴學(xué)生找到這些“門”的體驗(yàn)和感想，他們是如何理解和享受尋找這些“門”的過程以及進(jìn)入“門”內(nèi)的感受。至于學(xué)生是否愿意自己去找“門”、再進(jìn)“門”看一看“屋子”里有什么東西，那就是學(xué)生自己的事情了。教師在課上與課下的講授和交流中，以自己淵博的知識(shí)、豐富的閱歷和個(gè)人的魅力向?qū)W生傳達(dá)著“為何求知”、“求何知”以及“如何求知”的理念。而學(xué)生在聽取老師講述找“門”的過程和做習(xí)題、復(fù)習(xí)考試以及與同學(xué)和教師的交流討論，就是在學(xué)習(xí)如何攝取知識(shí)、如何思考、如何制定探究知識(shí)的“路線”。

此次美國之行看到了很多，學(xué)到了很多，也想了很多。總的感覺是：密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)系與北大化學(xué)院的學(xué)生水平不同(大學(xué)前教育水平不同)、學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的愿望和目的不同、師生比例不同、辦學(xué)條件不同、文化與社會(huì)背景不同，…… 。這些不同和差異導(dǎo)致了教學(xué)理念上的不同和差異。牛津大學(xué)前校長、大英圖書館前主席克林·盧卡斯先生在2011年北京論壇上的講話中談到：“差異十分必要。差異之所以必要，因?yàn)樗谡麄€(gè)世界起著糾正作用。差異是必要的，還因?yàn)椴町愂侨祟惖墓逃性?，它也是?chuàng)造力的核心，……?！鼻∏∈敲軋?zhí)安大學(xué)和北大化學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的這些不同和差異讓我們看到了可以互相借鑒與學(xué)習(xí)的地方，也恰恰是這些不同與差異讓我們看到了向國外學(xué)習(xí)是不能盲從的，也不能一概而論，一定要有科學(xué)分析的頭腦，清醒地看到自己的優(yōu)勢(shì)與不足，堅(jiān)持和保護(hù)我們的優(yōu)良傳統(tǒng)，不斷開拓進(jìn)取。

美國教育界和教育人士已經(jīng)感到中國教育界給他們帶來的挑戰(zhàn)與競爭，他們也在研究與思考向中國學(xué)習(xí)好的經(jīng)驗(yàn)。我們千萬不要在向國外學(xué)習(xí)的同時(shí)丟掉了他們正要向我們學(xué)習(xí)的東西。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 北京大學(xué).世界教育信息,2011(3):18

[2] 麥爾·韋斯特.世界教育信息,2011(2):10