化學(xué)學(xué)科發(fā)展與化學(xué)教育：挑戰(zhàn)與機(jī)遇

房　喻

摘要：在簡(jiǎn)要介紹化學(xué)學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上，本文從化學(xué)學(xué)科的地位和作用，化學(xué)學(xué)科發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，化學(xué)教育的責(zé)任與變革機(jī)遇，以及化學(xué)課程結(jié)構(gòu)與化學(xué)課程內(nèi)容構(gòu)建等四個(gè)方面論述了傳統(tǒng)化學(xué)教育面臨的挑戰(zhàn)和進(jìn)行歷史變革的機(jī)遇。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教育；課程結(jié)構(gòu)；課程內(nèi)容

2008年12月31日第63屆聯(lián)大通過(guò)決議，將2011年確定為“國(guó)際化學(xué)年”，以紀(jì)念化學(xué)學(xué)科所取得的成就以及對(duì)人類(lèi)文明作出的貢獻(xiàn)。同時(shí)，也以此增進(jìn)公眾對(duì)化學(xué)的了解，提高年輕人對(duì)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)年輕人對(duì)化學(xué)未來(lái)發(fā)展的熱情。事實(shí)上，當(dāng)今化學(xué)學(xué)科發(fā)展已經(jīng)到了從定性到定量，從宏觀到微觀，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從描述到推理的階段。除了傳統(tǒng)的新反應(yīng)、新方法、新化學(xué)物質(zhì)研究之外，化學(xué)工作者的研究興趣極大拓展，研究?jī)?nèi)容極大豐富，研究手段日益多樣。

近二十年來(lái)，化學(xué)工作者以更大的注意力關(guān)注分子間的相互作用和分子群的協(xié)同作用，關(guān)注分子的有序聚集規(guī)律和有序聚集體的性質(zhì)，以及有序聚集體的可控制備和應(yīng)用等。另一方面，前所未聞的單分子行為、單分子器件的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。與之相應(yīng)，化學(xué)表征的內(nèi)涵也日益豐富，傳統(tǒng)的用于確定組成與結(jié)構(gòu)的化學(xué)分析、有機(jī)分析和晶體結(jié)構(gòu)分析方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足當(dāng)今化學(xué)研究的需要，用于構(gòu)象、形貌、分子間弱相互作用和單分子行為研究的新的表征手段不斷涌現(xiàn)，理論模擬的輔助作用更加突出。就創(chuàng)造新物質(zhì)而言，當(dāng)今的化學(xué)工作者不僅僅可以合成新物質(zhì)，還可以“組裝”新物質(zhì)。可以說(shuō)，化學(xué)學(xué)科發(fā)展呈現(xiàn)出一派活力四射、欣欣向榮的景象。

一、化學(xué)學(xué)科的地位和作用

關(guān)于化學(xué)學(xué)科的地位和作用，歐洲化學(xué)與科學(xué)技術(shù)聯(lián)盟(ALLChemE)認(rèn)為化學(xué)品的制造和銷(xiāo)售是歐洲經(jīng)濟(jì)的最主要支撐之一。美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和美國(guó)政府能源局資助形成的研究報(bào)告“The Future of U.S.Chemistry Research：Benchmarks and Challenges”則認(rèn)為：在疾病控制、能源問(wèn)題解決、環(huán)境治理，乃至孕育新工業(yè)的發(fā)明創(chuàng)造和發(fā)展加強(qiáng)國(guó)防、增強(qiáng)國(guó)內(nèi)安全的新材料、新技術(shù)方面，化學(xué)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。報(bào)告特別強(qiáng)調(diào)：美國(guó)的化學(xué)人才培養(yǎng)面臨危險(xiǎn)，美國(guó)在化學(xué)學(xué)科的一些關(guān)鍵領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位正在銷(xiāo)蝕。人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到，制約人類(lèi)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代文明可持續(xù)發(fā)展的新能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境污染治理等重大問(wèn)題的解決都有賴(lài)于化學(xué)工作者的努力和化學(xué)學(xué)科的發(fā)展?；瘜W(xué)對(duì)生物和新材料等學(xué)科或領(lǐng)域發(fā)展的支撐和推動(dòng)作用日益凸顯，化學(xué)與生物、環(huán)境、能源等學(xué)科的關(guān)系從未像今天這么密切過(guò)。

關(guān)于化學(xué)學(xué)科的地位和作用，化學(xué)大師們有精辟的描述。例如，超分子化學(xué)之父、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者法國(guó)化學(xué)家Jehan-Marie Lehn就認(rèn)為：“生物體和非生物體，有生命的和無(wú)生命的物質(zhì)都是由分子和分子有序聚集體所構(gòu)成，化學(xué)扮演著將組成無(wú)生命物體的分子與組成有生命物體的復(fù)雜分子聚集體和分子體系聯(lián)系在一起的橋梁作用?！碑?dāng)今物質(zhì)世界的產(chǎn)生和發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期的化學(xué)進(jìn)化的過(guò)程。伴隨著化學(xué)進(jìn)化，物質(zhì)世界由無(wú)序走向有序，由無(wú)意識(shí)走向有意識(shí)。而且，可以預(yù)期，化學(xué)進(jìn)化還將繼續(xù)下去，人類(lèi)文明絕對(duì)不是物質(zhì)世界化學(xué)進(jìn)化的終極。同樣，國(guó)際著名的化學(xué)戰(zhàn)略家、美國(guó)化學(xué)家George M．Whitesides認(rèn)為：“化學(xué)處在革命性變革的前夜，化學(xué)就是未來(lái)，沒(méi)有化學(xué)就沒(méi)有未來(lái)，化學(xué)不能代表一切，但沒(méi)有化學(xué)肯定沒(méi)有一切?！边@些論述都表明了化學(xué)學(xué)科對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要支撐作用。

根據(jù)自然科學(xué)發(fā)展的歷史和現(xiàn)實(shí)不難做出判斷，在自然科學(xué)中，化學(xué)居于基礎(chǔ)核心地位，沒(méi)有化學(xué)學(xué)科的支撐，要?jiǎng)?chuàng)制新材料、發(fā)現(xiàn)新藥物、理解生命過(guò)程、解決環(huán)境問(wèn)題、開(kāi)發(fā)利用新能源也是幾乎不可能的。由此可見(jiàn)，化學(xué)學(xué)科在整個(gè)自然科學(xué)學(xué)科體系中的基礎(chǔ)地位是不容懷疑的。當(dāng)然，事物發(fā)展都是一分為二的，化學(xué)學(xué)科在為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展作出不可替代貢獻(xiàn)的同時(shí)，自身存在的問(wèn)題也不容忽視，這就是為什么以高效能、無(wú)污染化學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)的綠色化學(xué)備受重視的原因。

二、化學(xué)學(xué)科發(fā)展面臨的主要問(wèn)題

然而，令人遺憾乃至不可思議的是，化學(xué)學(xué)科發(fā)展卻面臨學(xué)科聲譽(yù)不佳、吸引力不強(qiáng)、后繼相對(duì)乏人的窘境。人們總是將化學(xué)與化學(xué)災(zāi)難、環(huán)境污染、恐怖威脅等負(fù)面的東西或事件聯(lián)系在一起，化學(xué)被冷落了，被邊緣化了。作為化學(xué)工作者，我們可以說(shuō)：化學(xué)無(wú)處不在。但是對(duì)于非化學(xué)工作者，他們可以說(shuō)：根本就沒(méi)有化學(xué)。有人甚至憂(yōu)慮，化學(xué)有被臨近和相關(guān)學(xué)科逐步消解的可能，百年之后化學(xué)這個(gè)學(xué)科可能就不存在了，物理化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)會(huì)加入物理學(xué)陣營(yíng)，分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)會(huì)加入到生命科學(xué)陣營(yíng)，環(huán)境化學(xué)可能會(huì)加入到環(huán)境科學(xué)去?；瘜W(xué)不受歡迎、不被重視、被邊緣化幾乎表現(xiàn)在日常生活的方方面面。最近，Whitesides在美國(guó)麻州大學(xué)Amherst分校作了一場(chǎng)化學(xué)家要“Reinventing Chemistry(重建化學(xué))”的報(bào)告，提出：“除了周期表之外，化學(xué)家要提出真正屬于自己的中心理論，就像物理學(xué)有量子力學(xué)，生物學(xué)有DNA結(jié)構(gòu)一樣”。

造成這種局面的原因是多方面的，但化學(xué)工作者不會(huì)也不去宣傳自己的學(xué)科，不注意培養(yǎng)后來(lái)者絕對(duì)是最主要的原因。對(duì)此，Whitesides教授、我國(guó)國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者徐光憲教授等都深有感受。他們?cè)诙喾N場(chǎng)合發(fā)表演說(shuō)，撰寫(xiě)文章為化學(xué)學(xué)科正名。公眾對(duì)化學(xué)的不公，不僅僅為化學(xué)工作者所感受，其他學(xué)科工作者也有感受。例如，幾年前《自然》雜志就發(fā)表了一篇社論，認(rèn)為：“化學(xué)的形象被其交叉學(xué)科的成功所埋沒(méi)，化學(xué)這門(mén)原本是重要的中心科學(xué)(Central science)反而被社會(huì)看做是伴娘科學(xué)(Bridesmaid science)而不受重視，化學(xué)家居然不喊不叫也不抱怨?；瘜W(xué)家的謙虛本是美德，但因此而在社會(huì)上造成化學(xué)是落日科學(xué)(sunset science)的印象，吸引不到優(yōu)秀的年輕學(xué)生，這個(gè)問(wèn)題就大了?！?/p>

作為化學(xué)教育工作者，職業(yè)決定了我們對(duì)學(xué)科不僅僅承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)科后來(lái)者的責(zé)任，而且也承擔(dān)著讓社會(huì)客觀了解化學(xué)、認(rèn)識(shí)化學(xué)、支持化學(xué)的責(zé)任。而通過(guò)面向不同群體開(kāi)展的化學(xué)教育無(wú)疑是我們宣傳化學(xué)，讓公眾了解化學(xué)的主要渠道，因此，根據(jù)化學(xué)學(xué)科發(fā)展面臨的問(wèn)題和化學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)實(shí)，集思廣益，做好化學(xué)課程體系和課程內(nèi)容的頂層設(shè)計(jì)顯得特別重要。

三、化學(xué)教育的責(zé)任與變革機(jī)遇

眾所周知，我國(guó)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的課程結(jié)構(gòu)和非化學(xué)專(zhuān)業(yè)的化學(xué)基礎(chǔ)課程的課程體系和內(nèi)容雖經(jīng)多次調(diào)整和修訂，但基本上還是20世紀(jì)50年代初從前蘇聯(lián)引進(jìn)的模式，在課程體系上還是無(wú)機(jī)、分析、有機(jī)、物化、結(jié)構(gòu)等，與當(dāng)今化學(xué)學(xué)科發(fā)展的要求很不適應(yīng)。以這樣的體系和內(nèi)容，難以擔(dān)當(dāng)起宣傳化學(xué)、普及化學(xué)，讓社會(huì)認(rèn)識(shí)化學(xué)的責(zé)任。

這一體系和依附于這一體系的教材，過(guò)分強(qiáng)調(diào)各門(mén)課程自身的系統(tǒng)性、完整性。課程內(nèi)容之間，既存在互不聯(lián)系、彼此脫節(jié)的現(xiàn)象，也存在相互重復(fù)的現(xiàn)象。此外，課程內(nèi)容相對(duì)陳舊，與現(xiàn)代化學(xué)脫節(jié)。真正反映現(xiàn)代化學(xué)內(nèi)容的半導(dǎo)體化學(xué)、新能源化學(xué)、分子材料、分子電子學(xué)、軟物質(zhì)等沒(méi)有得到應(yīng)有的介紹?，F(xiàn)代化學(xué)不可或缺的形貌表征技術(shù)、分子之間弱相互作用表征技術(shù)也沒(méi)有得到應(yīng)有的介紹。類(lèi)似地，在現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展中扮演重要角色，發(fā)揮重要作用的分子模擬原理和技術(shù)遲遲進(jìn)不了教材，而一些應(yīng)該精簡(jiǎn)或壓縮的內(nèi)容沒(méi)有壓縮或壓縮的很不夠?？梢韵胂?，以這樣的課程體系和課程內(nèi)容很難吸引優(yōu)秀青年學(xué)習(xí)化學(xué)、獻(xiàn)身化學(xué)。當(dāng)今的化學(xué)教育與教學(xué)已經(jīng)嚴(yán)重滯后于化學(xué)學(xué)科發(fā)展已經(jīng)是不爭(zhēng)的事實(shí)?？梢哉f(shuō)，化學(xué)學(xué)科發(fā)展面臨的諸多問(wèn)題無(wú)不與化學(xué)教育有關(guān)。因此，以全新的思路，構(gòu)建新的具有我國(guó)自己特色的化學(xué)課程體系和課程內(nèi)容已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)要求，也是我們面臨的一個(gè)超越過(guò)去、超越他人的歷史機(jī)遇。基于這些考慮，筆者認(rèn)為，當(dāng)今我國(guó)化學(xué)教育的改革與發(fā)展首先是要做好化學(xué)課程體系的頂層設(shè)計(jì)，然后才是化學(xué)課程內(nèi)容的選定。

眾所周知，一個(gè)課程體系是由課程理念、課程目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、課程標(biāo)準(zhǔn)、課程評(píng)價(jià)等組成的一個(gè)系統(tǒng)。要解決當(dāng)今化學(xué)教育面臨的學(xué)科吸引力不強(qiáng)、學(xué)科內(nèi)容陳舊、學(xué)科教育不利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)等問(wèn)題就必須在課程體系設(shè)計(jì)，特別是課程理念、課程標(biāo)準(zhǔn)、課程結(jié)構(gòu)以及課程內(nèi)容等方面下工夫?？紤]到化學(xué)學(xué)科的重要性、化學(xué)學(xué)科對(duì)自然科學(xué)中眾多實(shí)驗(yàn)學(xué)科的支撐作用，以及國(guó)外在化學(xué)教育方面已有的成功實(shí)踐。筆者就如何建構(gòu)我國(guó)高等教育化學(xué)課程結(jié)構(gòu)，如何組織實(shí)施化學(xué)課程教育，如何把握化學(xué)課程內(nèi)容提出一些不成熟的意見(jiàn)和建議，供有關(guān)方面和化學(xué)同行參考。

四、化學(xué)課程結(jié)構(gòu)與化學(xué)課程內(nèi)容

化學(xué)課程體系的建構(gòu)要著重于解決：(1)對(duì)非化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生和人員，化學(xué)需要記憶的內(nèi)容偏多，課程美譽(yù)度不夠，課程缺乏足夠的吸引力；(2)對(duì)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，課程內(nèi)容過(guò)于陳舊，與化學(xué)學(xué)科的現(xiàn)實(shí)發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)；(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)游離于理論教學(xué)，教學(xué)條件建設(shè)游離于科學(xué)研究條件建設(shè)；(4)不同學(xué)校，化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程結(jié)構(gòu)雷同、內(nèi)容相似，缺乏特色等問(wèn)題。

基于同樣的認(rèn)識(shí)，近年來(lái)，南開(kāi)大學(xué)申泮文院士所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，提出以化學(xué)概論為前導(dǎo)，以物理化學(xué)和實(shí)驗(yàn)化學(xué)為主體，以無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)為基礎(chǔ)的化學(xué)基礎(chǔ)課程體系。申泮文院士特別強(qiáng)調(diào)化學(xué)概論課程的作用，認(rèn)為化學(xué)概論是化學(xué)科學(xué)的一門(mén)啟蒙課程。該課程主要承擔(dān)介紹化學(xué)學(xué)科的科學(xué)屬性，化學(xué)學(xué)科在科學(xué)體系中的地位，化學(xué)學(xué)科與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，化學(xué)學(xué)科對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活與生產(chǎn)的作用，以及化學(xué)學(xué)科的發(fā)展前景等內(nèi)容。通過(guò)化學(xué)概論課程開(kāi)設(shè)，主要解決通才教育、素質(zhì)教育和基礎(chǔ)知識(shí)教育三大任務(wù)，為化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)奠定寬厚的基礎(chǔ)。應(yīng)該說(shuō)，申泮文院士團(tuán)隊(duì)的設(shè)想和實(shí)踐是符合化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律的。也是國(guó)外，特別是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的通用做法。例如，美國(guó)的哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校等世界著名大學(xué)的化學(xué)專(zhuān)業(yè)必修課程體系就是由“化學(xué)概論”、“物理化學(xué)”、“有機(jī)化學(xué)”、“無(wú)機(jī)化學(xué)”和“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”等課程所組成。而隨后的專(zhuān)業(yè)選修課程則因?qū)W校的不同而不同。這些化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程可以劃分為：入門(mén)課程(Introductory or General Chemistry)，基礎(chǔ)課程(Foundation Coupe Wok)，提高課程(In-Depth Course Wok)和實(shí)踐課程(Laboratory Experience)。而在以英國(guó)為代表的英聯(lián)邦國(guó)家，化學(xué)專(zhuān)業(yè)必修課程更是以分層次開(kāi)設(shè)為特點(diǎn)。包括牛津大學(xué)、伯明翰大學(xué)、謝菲爾德大學(xué)、拉夫堡大學(xué)在內(nèi)的英國(guó)大學(xué)將化學(xué)專(zhuān)業(yè)的普通化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)，乃至化學(xué)實(shí)驗(yàn)等都分成兩個(gè)甚至三個(gè)層次開(kāi)設(shè)。這種課程結(jié)構(gòu)有利于專(zhuān)業(yè)分流，有利于學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)。

在課程內(nèi)容和教學(xué)組織上，我們與這些國(guó)家和地區(qū)的做法也有很大的差異。在發(fā)達(dá)國(guó)家，一門(mén)化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程往往是由多個(gè)課程模塊構(gòu)成的，相應(yīng)于每一個(gè)課程模塊有一個(gè)教學(xué)小組。例如：在倫敦帝國(guó)理工學(xué)院化學(xué)系，物理化學(xué)課程被分為三個(gè)層次，分別為物理化學(xué)Ｉ，物理化學(xué)Ⅱ(A和B)，物理化學(xué)(高等理論化學(xué))Ⅲ(A和B)。2009年，這個(gè)學(xué)校的物理化學(xué)Ｉ(30學(xué)時(shí))由一位教授，三位博士共同承擔(dān)；物理化學(xué)ⅡA(20學(xué)時(shí))由一位教授、一位博士共同承擔(dān)；物理化學(xué)ⅡB(30學(xué)時(shí))則是由一位教授和兩位博士聯(lián)合承擔(dān)；物理化學(xué)ⅢA(32學(xué)時(shí))由一位教授和兩位博士聯(lián)合承擔(dān)；課時(shí)數(shù)達(dá)40學(xué)時(shí)的物理化學(xué)ⅢB則是由2位教授和5位博士聯(lián)合承擔(dān)。這種安排不僅僅存在于帝國(guó)理工這樣的高水平大學(xué)，其他學(xué)校也采取類(lèi)似的安排。

這種課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)安排的最大優(yōu)點(diǎn)在于教學(xué)不再是教師的負(fù)擔(dān)，每位教師承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)就是他的專(zhuān)長(zhǎng)所在，教學(xué)質(zhì)量因此可以得到切實(shí)保證。當(dāng)然，以這種方式組織教學(xué)也存在教學(xué)內(nèi)容不再那么系統(tǒng)，前后不再那么照應(yīng)。但這些可以通過(guò)加強(qiáng)討論課、學(xué)生自我學(xué)習(xí)和“化學(xué)導(dǎo)論”課的教學(xué)得到補(bǔ)償。需要特別指出的是，不同于化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程和選修課程，在化學(xué)教育中，化學(xué)導(dǎo)論課程扮演著十分特殊的角色，因此，無(wú)論是否是化學(xué)專(zhuān)業(yè)，只要學(xué)習(xí)化學(xué)，就必須首先學(xué)好化學(xué)導(dǎo)論。至于其他化學(xué)課程，則可以根據(jù)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)和志趣，以?xún)?nèi)容模塊為基礎(chǔ)組織教學(xué)。很顯然，這樣組織教學(xué)有助于淡化二級(jí)學(xué)科壁壘，避免各成系統(tǒng)、簡(jiǎn)單重復(fù)，方便加強(qiáng)現(xiàn)代化學(xué)內(nèi)容。也有利于根據(jù)學(xué)生興趣差異、基礎(chǔ)差異，安排課程，組織教學(xué)。同時(shí)，以這種方式組織教學(xué)，還有利于教師的專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)，促進(jìn)教師在相關(guān)領(lǐng)域縱深發(fā)展。由此可見(jiàn)，化學(xué)教育改革與發(fā)展的關(guān)鍵在于做好課程體系和課程內(nèi)容的頂層設(shè)計(jì)，組織好教材，特別是《化學(xué)導(dǎo)論》教材的編寫(xiě)，以及根據(jù)課程模塊組建教學(xué)小組，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。

總之，“化學(xué)導(dǎo)論+分層次開(kāi)設(shè)的各門(mén)化學(xué)課程(由若干內(nèi)容模塊組成)+專(zhuān)業(yè)選修課程”是一種相對(duì)合理，符合化學(xué)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，便于組織教學(xué)的現(xiàn)代化學(xué)課程體系。特別是以課程模塊為基礎(chǔ)，組織教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)可以最大限度地滿(mǎn)足不同專(zhuān)業(yè)、不同層次學(xué)校對(duì)化學(xué)專(zhuān)業(yè)教育的需要，也為廢除教研室建制后，探索新的基層教學(xué)組織形式提供了思路。

[責(zé)任編輯：余大品]