觀摩美國密執安大學化學基礎實驗課教學的印象與思考

廖一平

(北京大學化學與分子工程學院 北京 100871)

根據北京大學化學與分子工程學院(以下簡稱北大化學院)與美國密執安大學(University of Michigan)化學系教學交流合作項目協議，受北大化學院的派遣，我于2009年8月～12月觀摩了密執安大學化學系化學分析實驗課(CHEM 242 / Introduction to Chemical Analysis Laboratory )的開設過程。

在密執安大學期間，從旁聽研究生助教培訓到參加教學組會，從像學生一樣親手做教學實驗到與學生交流討論，對密執安大學化學系的化學分析課程設置、教學目的、教學內容、教學效果以及其他實驗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。

密執安大學建于1817年，是全美第一所公立大學。1867年前后，密執安大學已成為當時美國最大的大學，擁有3個系和1255名注冊的全日制學生，其中醫學系525人、法律系395人、文學系335人；教職工33人。 現在的密執安大學在Ann Arbor有3個校區，共有4萬多名學生，其中至少一半以上是研究生；有5000多名教職工。全校588個專業，每學期為本科生開設3000多門課程。根據《美國新聞與世界報道》2010年美國大學評估，密執安大學的綜合排名為第29位，商學院為第14位，教育學院為第9位，法學院為第7位。

密執安大學曾有數位教授和校友獲得過諾貝爾獎，其中包括著名華裔科學家丁肇中。美國前總統福特是密執安大學法學院的畢業生，中國著名核物理學家朱光亞畢業于密執安大學研究生院物理系原子核物理專業。

雖然北京大學在國內外享有很高的知名度，但與密執安大學相比，無論是在師生比例、教師教輔人員比例和資金投入等方面，還是在教學理念和人才培養等方面，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、科學的借鑒、理性的改革。

1 師資力量與教輔人員

密執安大學化學系的教師大多畢業于美國名校，如麻省理工學院、斯坦福大學、耶魯大學、康奈爾大學、哥倫比亞大學等。在編教師36人，其中有5名專職教師從事基礎課教學。這個比例在中國的研究型大學中是少有的。從事專職教學的教師以教學和教學研究為主，并承擔教材的編寫、更新以及對中學教師或兄弟院校教師的培訓。與教師數目相比，教輔人員的比例相當高；而且分工明確，各盡其責(表1)。

密執安大學化學系隸屬于文理學院(College of Literature, Science,and the Arts,LSA),每年要向1500名學生開設普通化學和有機化學理論課與實驗課。但到了大學二年級以后，真正進入化學系學習的學生只有50～60名，教師與本科生的比例相當高。

表1 教師及教輔人員情況

2 分析化學課程教學安排

作為分析化學實驗課的教師，我首先關注的是密執安大學的分析化學教學情況。

2.1 學生人數

課程設置要求CHEM241(Introduction to Chemical Analysis)與CHEM242 (Introduction to Chemical Analysis Laboratory)同時選修，但實際上比較寬松。2009秋季學期化學分析實驗課人數將近40人，分成兩個班(section100和section 200)，多數學生今后將主修化學，還有來自生物工程等外系的高年級學生。除了第一個實驗是獨立完成外，其他實驗均為2人一組。

2.2 課時安排

分析化學實驗課共13周實驗，前10周為基礎實驗，每個實驗6學時，分兩個下午完成，每次3學時。后3周實驗稱為Special Project, 類似我們的設計(自擬方案)實驗。基礎實驗與設計實驗之間停課1周，為訂購設計實驗所需化學藥品和儀器調試做準備，同時也為師生交流以及最后確定設計實驗方案提供時間。

2.3 實驗講授與教學組會

每兩周一次實驗講授，由主講老師講解實驗原理和注意事項，同時解答學生提出的問題。講授的ppt課件掛在教學網上，由主講教師設置權限，只有研究生助教和選課注冊的學生能夠打開文件并下載。研究生助教在實驗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和答疑時間(地點與時間在網上公布)；每兩周開一次教學組會。

2.4 實驗報告

學生的實驗報告一律為電子版打印件，必須在規定時間內提交，不得延誤。每個實驗都有評分標準，由主講教師負責制定。每位研究生助教分工負責批改某一個或某幾個實驗的報告，以求公平。另外，實驗課研究生助教還將參加所有相關理論課的監考與閱卷工作。

3 分析化學實驗課教學內容

CHEM242以儀器分析實驗為主，包括自動滴定分析(流動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，其中手動操作滴定管的滴定分析實驗只有一個(圖1)。

圖1 分析化學實驗課(CHEM242)內容

密執安大學化學系的主要實驗課列于表2。隨著課程編號的數字增大，授課對象的水平也在提高。

4 教學服務

4.1 溶液配制與玻璃儀器

密執安大學化學系有專為實驗教學服務的藥品庫、實驗用品庫房和玻璃儀器洗滌室。除了標準系列溶液和樣品需要學生自己配制或進一步預處理外，濃的標準儲備液、滴定劑和所有要用的液體化學試劑(包括液體的未知樣品)均由化學系的一名退休返聘的技術人員專門負責。他不僅負責分析化學實驗，還負責有機化學和普通化學所有基礎實驗教學的試劑配制，并管理藥品庫，同時還負責面向中小學生的科普宣傳。其他無需處理或配制的化學試劑均由負責采購的技術員直接配送。勤工儉學的學生定期為藥品庫、實驗用品庫工作。公用滴定管和學生實驗柜中的玻璃儀器開課前都由專人負責清洗干凈。

表2 密執安大學化學系的主要實驗課

4.2 實驗消耗用品

每個實驗室為學生和老師提供公用護目鏡、一次性橡膠手套、擦手紙、多種規格一次性玻璃試管、一次性塑料滴管、密封膜、鋁箔、一次性塑料稱量盤、標簽膠帶等等，由專人負責及時補給，學生隨用隨取。

4.3 儀器及計算機維護保養

密執安大學的分析化學教學實驗室只有一名實驗技術人員，負責CHEM242和高年級的CHEM480和CHEM485(表2)全部實驗準備與儀器的調試(有時也會有勤工儉學的學生幫忙)。計算機的調試由化學系的計算機工程師負責；所有易燃易爆氣體的配送和安全檢查由專人負責。例如，分析化學實驗課開課之前，工程師到實驗室檢查約20臺公用筆記本電腦工作是否正常，網絡是否暢通。負責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

密執安大學化學系的所有廢棄物均分類存放(如可回收的紙質品、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。對于盛裝有毒或污染物的桶(箱)或廢液瓶，必須在專用標簽上寫明每一種廢棄物的名稱、房間號、實驗室或科研組名稱、導師及研究生或研究生助教的姓名，以及桶或瓶的啟用時間。所有廢棄物的存放時間不得超過兩個月。

4.5 實驗室安全

密執安大學的實驗室安全設施及應急措施等都很齊全，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驗室內而不是在樓道中。實驗室內張貼著州立安全法條例以及大學的安全條例，從如何防范惡劣氣候如龍卷風、洪水到如何面對不明包裹和槍擊事件，從如何防范化學、細菌、放射性泄露與污染到如何處置火災和醫療救護等都很完善。

5 教學評估

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

圖2 期中調查問卷

6 教學目的與教學理念

在旁聽CHEM241及CHEM447課程、觀摩和親身體驗CHEM242實驗、摘錄和閱讀CHEM211、CHEM216 等課件以及了解CHEM480和CHEM485的過程中，我感到美國大學基礎課教學的教學理念是：不強調所學知識的系統性(盡管教材編寫很系統)，強調對已學知識的理解和應用；不強調所學知識的全面性，強調對知識的整合和應用；強調獨立性思考和批判性思維，強調自學能力的培養。教學目的是培養會思考、有想法、有能力、能夠以自己的努力為推動社會發展做出貢獻的人才。

我很同意北京大學副校長李巖松在亞洲大學校長論壇上發言中的一段話：我們的學生“謙和內斂、不善于表達，更不善于挑戰與批判權威。受到多年應試教育的影響，他們非常重視分數和排名，習慣尋找并接受唯一的‘標準答案’，很少愿意挑戰知識權威，缺乏創新所必需的批判精神，也沒有形成批判性思維”[1]。我們在教學中留給學生思考和批判性思維的時間和機會太少了。如果沒有獨立思考的習慣，沒有批判性思維的勇氣，很難有創新的意識、想法和行為。在這方面，2011年諾貝爾化學獎得主、以色列科學家謝赫特曼就是一個很好的實例。1982年他在美國約翰·霍普金斯大學學術休假期間發現了五重軸對稱的準晶結構，但他的觀點遭到質疑甚至貶低。如兩次諾貝爾獎獲得者Pauling曾公開聲稱謝赫特曼是在胡言亂語。而謝赫特曼說：“往事給我的教訓是，好科學家是一位謙卑、聆聽的科學家，而不是100%地捍衛他在教科書上讀到的知識。” 奈爾大學的物理學家維伊特·埃爾塞說：“考慮到制備這些材料的簡單性，在謝赫特曼之前，應該有許多科學家已經見過這種五次對稱圖形，但是因為這不符合晶體學的嚴格規定，他們放棄了所見。”

大家都知道，教師在講課時往往離不開教科書和參考書。現在正處于一個信息和知識大爆炸的時代，傳統與現代知識既在不斷地碰撞，也在不斷地融合。高速發展的現代科學技術使人們能夠觀察到以前不曾看到的現象，推測出以前不曾想到的結論，甚至有的實驗結果和理論假設會顛覆以前的理論。因此，教師應該教什么，怎么教？學生應該學什么，怎么學？如何使學生既了解學科核心知識的真諦又不固守書本知識與概念？這些都是教師需要思考的問題。人類對自然真理的認識在很大程度上受到個人知識水平、學術價值觀和科技發展水平的限制，要想不受這些限制的束縛，就要樹立終身學習的觀念，不計較考試分數，不追求成績排名，不被眼前的功利所左右，將眼光放得更遠，追求更有意義的人生，這是我們應該向學生不斷灌輸的。

聯合國教科文組織21世紀委員會在1996年提出支撐終身學習的四大支柱：學會做人(Learning to Be)，學會求知(Learning to Know)，學會做事(Learning to Do)，學會共處(Learning to Be together)[2]。我們應該圍繞這些宗旨分析、思考、比較，找出我們教學中存在的問題。英國學者麥爾·韋斯特介紹了美國著名教育家貝內特列出的兩種教育方法的比較(表3)[2]。 我個人認為，多年來國內的教學很多還是在考慮如何更有效地傳授知識，更有效地考試，更有效地拿到高分，等等。僅就兩種教學方法本身而言，并沒有嚴格的對與錯，而是需要相互借鑒，取長補短。既不能全盤肯定，也不能全盤否定。

表3 兩種教育方法比較

知識不是“教”出來的，而是需要我們創造條件，營造一個自主學習的環境和鼓勵探究的氛圍，讓學生通過自己的實踐去“悟”出來的。知識也是“裝”不完的。要創造更多的條件，給學生更多實踐和體驗的機會，更多的時間去思考和反思。讓他們找到適合個人發展的興趣愛好及學習方法，體會到與人交流、相互幫助、共同合作的快樂和重要性。

在旁聽密執安大學化學系相關課程的過程中，我還感受到，不同教師講授相同課程時，其內容覆蓋面相近，但根據講課者的個人所好，側重點會有所不同。課上常常會給出參考資料和網址，學生可以對自己有興趣的問題進一步去探究。對于只需了解、不必記住的內容，以及考試會涉及到的內容，都會明確指出。但是習題、思考題和考題多參考自文獻資料，其答案在教科書中是不易直接找到的，必須經過自己的消化和理解。給你的感覺是，密執安大學化學系的很多老師在利用課堂講授的機會為學生指引通往知識寶庫大門的方向，他們會津津樂道地告訴學生找到這些“門”的體驗和感想，他們是如何理解和享受尋找這些“門”的過程以及進入“門”內的感受。至于學生是否愿意自己去找“門”、再進“門”看一看“屋子”里有什么東西，那就是學生自己的事情了。教師在課上與課下的講授和交流中，以自己淵博的知識、豐富的閱歷和個人的魅力向學生傳達著“為何求知”、“求何知”以及“如何求知”的理念。而學生在聽取老師講述找“門”的過程和做習題、復習考試以及與同學和教師的交流討論，就是在學習如何攝取知識、如何思考、如何制定探究知識的“路線”。

此次美國之行看到了很多，學到了很多，也想了很多。總的感覺是：密執安大學化學系與北大化學院的學生水平不同(大學前教育水平不同)、學生學習化學的愿望和目的不同、師生比例不同、辦學條件不同、文化與社會背景不同，…… 。這些不同和差異導致了教學理念上的不同和差異。牛津大學前校長、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，因為它在整個世界起著糾正作用。差異是必要的，還因為差異是人類的固有元素，它也是創造力的核心，……。”恰恰是密執安大學和北大化學院基礎實驗課的這些不同和差異讓我們看到了可以互相借鑒與學習的地方，也恰恰是這些不同與差異讓我們看到了向國外學習是不能盲從的，也不能一概而論，一定要有科學分析的頭腦，清醒地看到自己的優勢與不足，堅持和保護我們的優良傳統，不斷開拓進取。

美國教育界和教育人士已經感到中國教育界給他們帶來的挑戰與競爭，他們也在研究與思考向中國學習好的經驗。我們千萬不要在向國外學習的同時丟掉了他們正要向我們學習的東西。

參 考 文 獻

[1] 北京大學.世界教育信息,2011(3):18

[2] 麥爾·韋斯特.世界教育信息,2011(2):10