观摩美国密执安大学化学基础实验课教学的印象与思考

廖一平

(北京大学化学与分子工程学院 北京 100871)

根据北京大学化学与分子工程学院(以下简称北大化学院)与美国密执安大学(University of Michigan)化学系教学交流合作项目协议，受北大化学院的派遣，我于2009年8月～12月观摩了密执安大学化学系化学分析实验课(CHEM 242 / Introduction to Chemical Analysis Laboratory )的开设过程。

在密执安大学期间，从旁听研究生助教培训到参加教学组会，从像学生一样亲手做教学实验到与学生交流讨论，对密执安大学化学系的化学分析课程设置、教学目的、教学内容、教学效果以及其他实验课程和教辅工作等有了一些初步的印象。虽然只是很粗浅的了解，但我愿意把看到、听到、想到的与同行分享、探讨。

密执安大学建于1817年，是全美第一所公立大学。1867年前后，密执安大学已成为当时美国最大的大学，拥有3个系和1255名注册的全日制学生，其中医学系525人、法律系395人、文学系335人；教职工33人。 现在的密执安大学在Ann Arbor有3个校区，共有4万多名学生，其中至少一半以上是研究生；有5000多名教职工。全校588个专业，每学期为本科生开设3000多门课程。根据《美国新闻与世界报道》2010年美国大学评估，密执安大学的综合排名为第29位，商学院为第14位，教育学院为第9位，法学院为第7位。

密执安大学曾有数位教授和校友获得过诺贝尔奖，其中包括著名华裔科学家丁肇中。美国前总统福特是密执安大学法学院的毕业生，中国著名核物理学家朱光亚毕业于密执安大学研究生院物理系原子核物理专业。

虽然北京大学在国内外享有很高的知名度，但与密执安大学相比，无论是在师生比例、教师教辅人员比例和资金投入等方面，还是在教学理念和人才培养等方面，即不论是硬件还是软件方面都有所不同，甚至存在较大差距。客观比较之后，我们需要的是审慎的思考、科学的借鉴、理性的改革。

1 师资力量与教辅人员

密执安大学化学系的教师大多毕业于美国名校，如麻省理工学院、斯坦福大学、耶鲁大学、康奈尔大学、哥伦比亚大学等。在编教师36人，其中有5名专职教师从事基础课教学。这个比例在中国的研究型大学中是少有的。从事专职教学的教师以教学和教学研究为主，并承担教材的编写、更新以及对中学教师或兄弟院校教师的培训。与教师数目相比，教辅人员的比例相当高；而且分工明确，各尽其责(表1)。

密执安大学化学系隶属于文理学院(College of Literature, Science,and the Arts,LSA),每年要向1500名学生开设普通化学和有机化学理论课与实验课。但到了大学二年级以后，真正进入化学系学习的学生只有50～60名，教师与本科生的比例相当高。

表1 教师及教辅人员情况

2 分析化学课程教学安排

作为分析化学实验课的教师，我首先关注的是密执安大学的分析化学教学情况。

2.1 学生人数

课程设置要求CHEM241(Introduction to Chemical Analysis)与CHEM242 (Introduction to Chemical Analysis Laboratory)同时选修，但实际上比较宽松。2009秋季学期化学分析实验课人数将近40人，分成两个班(section100和section 200)，多数学生今后将主修化学，还有来自生物工程等外系的高年级学生。除了第一个实验是独立完成外，其他实验均为2人一组。

2.2 课时安排

分析化学实验课共13周实验，前10周为基础实验，每个实验6学时，分两个下午完成，每次3学时。后3周实验称为Special Project, 类似我们的设计(自拟方案)实验。基础实验与设计实验之间停课1周，为订购设计实验所需化学药品和仪器调试做准备，同时也为师生交流以及最后确定设计实验方案提供时间。

2.3 实验讲授与教学组会

每两周一次实验讲授，由主讲老师讲解实验原理和注意事项，同时解答学生提出的问题。讲授的ppt课件挂在教学网上，由主讲教师设置权限，只有研究生助教和选课注册的学生能够打开文件并下载。研究生助教在实验课上不再做类似讲解。研究生助教和主讲教师每周都有固定的答疑地点和答疑时间(地点与时间在网上公布)；每两周开一次教学组会。

2.4 实验报告

学生的实验报告一律为电子版打印件，必须在规定时间内提交，不得延误。每个实验都有评分标准，由主讲教师负责制定。每位研究生助教分工负责批改某一个或某几个实验的报告，以求公平。另外，实验课研究生助教还将参加所有相关理论课的监考与阅卷工作。

3 分析化学实验课教学内容

CHEM242以仪器分析实验为主，包括自动滴定分析(流动注射与可见光分子光谱)、离子选择性膜电极分析、火焰原子吸收光谱分析、可见光分光光度法分析、荧光光谱法和色谱分析(气相色谱与高效液相色谱)等，其中手动操作滴定管的滴定分析实验只有一个(图1)。

图1 分析化学实验课(CHEM242)内容

密执安大学化学系的主要实验课列于表2。随着课程编号的数字增大，授课对象的水平也在提高。

4 教学服务

4.1 溶液配制与玻璃仪器

密执安大学化学系有专为实验教学服务的药品库、实验用品库房和玻璃仪器洗涤室。除了标准系列溶液和样品需要学生自己配制或进一步预处理外，浓的标准储备液、滴定剂和所有要用的液体化学试剂(包括液体的未知样品)均由化学系的一名退休返聘的技术人员专门负责。他不仅负责分析化学实验，还负责有机化学和普通化学所有基础实验教学的试剂配制，并管理药品库，同时还负责面向中小学生的科普宣传。其他无需处理或配制的化学试剂均由负责采购的技术员直接配送。勤工俭学的学生定期为药品库、实验用品库工作。公用滴定管和学生实验柜中的玻璃仪器开课前都由专人负责清洗干净。

表2 密执安大学化学系的主要实验课

4.2 实验消耗用品

每个实验室为学生和老师提供公用护目镜、一次性橡胶手套、擦手纸、多种规格一次性玻璃试管、一次性塑料滴管、密封膜、铝箔、一次性塑料称量盘、标签胶带等等，由专人负责及时补给，学生随用随取。

4.3 仪器及计算机维护保养

密执安大学的分析化学教学实验室只有一名实验技术人员，负责CHEM242和高年级的CHEM480和CHEM485(表2)全部实验准备与仪器的调试(有时也会有勤工俭学的学生帮忙)。计算机的调试由化学系的计算机工程师负责；所有易燃易爆气体的配送和安全检查由专人负责。例如，分析化学实验课开课之前，工程师到实验室检查约20台公用笔记本电脑工作是否正常，网络是否畅通。负责安全的工程师用专用气体探测器检查乙炔(用于火焰原子吸收光谱测定)气路的安全情况。

4.4 废弃物及药品的处理

密执安大学化学系的所有废弃物均分类存放(如可回收的纸质品、一次性塑料制品),分别放入不同颜色的垃圾桶中，白色硬质塑料箱专门盛放污染的破碎玻璃器皿和注射器针头等锋利物品。对于盛装有毒或污染物的桶(箱)或废液瓶，必须在专用标签上写明每一种废弃物的名称、房间号、实验室或科研组名称、导师及研究生或研究生助教的姓名，以及桶或瓶的启用时间。所有废弃物的存放时间不得超过两个月。

4.5 实验室安全

密执安大学的实验室安全设施及应急措施等都很齐全，并有专人定期检查。每一段楼道都贴挂着“紧急疏散方案图”，灭火器和紧急喷淋器都安放在实验室内而不是在楼道中。实验室内张贴着州立安全法条例以及大学的安全条例，从如何防范恶劣气候如龙卷风、洪水到如何面对不明包裹和枪击事件，从如何防范化学、细菌、放射性泄露与污染到如何处置火灾和医疗救护等都很完善。

5 教学评估

密执安大学的教学研究中心会定期抽签或根据任课教师本人的要求派专人来做教学评估。有一种做法是学生自愿结合成小组(3～5人/组)，每组有一份调查问卷(图2)，推选一名学生主持并执笔，逐题讨论并将讨论结果写入问卷。任课教师本人看不到学生书写的调查问卷，研究中心的工作人员将问卷带回去分析归纳，然后写出总结报告交给任课教师。如果教师愿意的话，也可与教学研究中心的老师从教育方法论和教育心理学等角度讨论如何解决这些问题。密执安大学的教学评估只为改进和提高教学质量和教学效果，与任课教师的自身利益无关。

图2 期中调查问卷

6 教学目的与教学理念

在旁听CHEM241及CHEM447课程、观摩和亲身体验CHEM242实验、摘录和阅读CHEM211、CHEM216 等课件以及了解CHEM480和CHEM485的过程中，我感到美国大学基础课教学的教学理念是：不强调所学知识的系统性(尽管教材编写很系统)，强调对已学知识的理解和应用；不强调所学知识的全面性，强调对知识的整合和应用；强调独立性思考和批判性思维，强调自学能力的培养。教学目的是培养会思考、有想法、有能力、能够以自己的努力为推动社会发展做出贡献的人才。

我很同意北京大学副校长李岩松在亚洲大学校长论坛上发言中的一段话：我们的学生“谦和内敛、不善于表达，更不善于挑战与批判权威。受到多年应试教育的影响，他们非常重视分数和排名，习惯寻找并接受唯一的‘标准答案’，很少愿意挑战知识权威，缺乏创新所必需的批判精神，也没有形成批判性思维”[1]。我们在教学中留给学生思考和批判性思维的时间和机会太少了。如果没有独立思考的习惯，没有批判性思维的勇气，很难有创新的意识、想法和行为。在这方面，2011年诺贝尔化学奖得主、以色列科学家谢赫特曼就是一个很好的实例。1982年他在美国约翰·霍普金斯大学学术休假期间发现了五重轴对称的准晶结构，但他的观点遭到质疑甚至贬低。如两次诺贝尔奖获得者Pauling曾公开声称谢赫特曼是在胡言乱语。而谢赫特曼说：“往事给我的教训是，好科学家是一位谦卑、聆听的科学家，而不是100%地捍卫他在教科书上读到的知识。” 奈尔大学的物理学家维伊特·埃尔塞说：“考虑到制备这些材料的简单性，在谢赫特曼之前，应该有许多科学家已经见过这种五次对称图形，但是因为这不符合晶体学的严格规定，他们放弃了所见。”

大家都知道，教师在讲课时往往离不开教科书和参考书。现在正处于一个信息和知识大爆炸的时代，传统与现代知识既在不断地碰撞，也在不断地融合。高速发展的现代科学技术使人们能够观察到以前不曾看到的现象，推测出以前不曾想到的结论，甚至有的实验结果和理论假设会颠覆以前的理论。因此，教师应该教什么，怎么教？学生应该学什么，怎么学？如何使学生既了解学科核心知识的真谛又不固守书本知识与概念？这些都是教师需要思考的问题。人类对自然真理的认识在很大程度上受到个人知识水平、学术价值观和科技发展水平的限制，要想不受这些限制的束缚，就要树立终身学习的观念，不计较考试分数，不追求成绩排名，不被眼前的功利所左右，将眼光放得更远，追求更有意义的人生，这是我们应该向学生不断灌输的。

联合国教科文组织21世纪委员会在1996年提出支撑终身学习的四大支柱：学会做人(Learning to Be)，学会求知(Learning to Know)，学会做事(Learning to Do)，学会共处(Learning to Be together)[2]。我们应该围绕这些宗旨分析、思考、比较，找出我们教学中存在的问题。英国学者麦尔·韦斯特介绍了美国著名教育家贝内特列出的两种教育方法的比较(表3)[2]。 我个人认为，多年来国内的教学很多还是在考虑如何更有效地传授知识，更有效地考试，更有效地拿到高分，等等。仅就两种教学方法本身而言，并没有严格的对与错，而是需要相互借鉴，取长补短。既不能全盘肯定，也不能全盘否定。

表3 两种教育方法比较

知识不是“教”出来的，而是需要我们创造条件，营造一个自主学习的环境和鼓励探究的氛围，让学生通过自己的实践去“悟”出来的。知识也是“装”不完的。要创造更多的条件，给学生更多实践和体验的机会，更多的时间去思考和反思。让他们找到适合个人发展的兴趣爱好及学习方法，体会到与人交流、相互帮助、共同合作的快乐和重要性。

在旁听密执安大学化学系相关课程的过程中，我还感受到，不同教师讲授相同课程时，其内容覆盖面相近，但根据讲课者的个人所好，侧重点会有所不同。课上常常会给出参考资料和网址，学生可以对自己有兴趣的问题进一步去探究。对于只需了解、不必记住的内容，以及考试会涉及到的内容，都会明确指出。但是习题、思考题和考题多参考自文献资料，其答案在教科书中是不易直接找到的，必须经过自己的消化和理解。给你的感觉是，密执安大学化学系的很多老师在利用课堂讲授的机会为学生指引通往知识宝库大门的方向，他们会津津乐道地告诉学生找到这些“门”的体验和感想，他们是如何理解和享受寻找这些“门”的过程以及进入“门”内的感受。至于学生是否愿意自己去找“门”、再进“门”看一看“屋子”里有什么东西，那就是学生自己的事情了。教师在课上与课下的讲授和交流中，以自己渊博的知识、丰富的阅历和个人的魅力向学生传达着“为何求知”、“求何知”以及“如何求知”的理念。而学生在听取老师讲述找“门”的过程和做习题、复习考试以及与同学和教师的交流讨论，就是在学习如何摄取知识、如何思考、如何制定探究知识的“路线”。

此次美国之行看到了很多，学到了很多，也想了很多。总的感觉是：密执安大学化学系与北大化学院的学生水平不同(大学前教育水平不同)、学生学习化学的愿望和目的不同、师生比例不同、办学条件不同、文化与社会背景不同，…… 。这些不同和差异导致了教学理念上的不同和差异。牛津大学前校长、大英图书馆前主席克林·卢卡斯先生在2011年北京论坛上的讲话中谈到：“差异十分必要。差异之所以必要，因为它在整个世界起着纠正作用。差异是必要的，还因为差异是人类的固有元素，它也是创造力的核心，……。”恰恰是密执安大学和北大化学院基础实验课的这些不同和差异让我们看到了可以互相借鉴与学习的地方，也恰恰是这些不同与差异让我们看到了向国外学习是不能盲从的，也不能一概而论，一定要有科学分析的头脑，清醒地看到自己的优势与不足，坚持和保护我们的优良传统，不断开拓进取。

美国教育界和教育人士已经感到中国教育界给他们带来的挑战与竞争，他们也在研究与思考向中国学习好的经验。我们千万不要在向国外学习的同时丢掉了他们正要向我们学习的东西。

参 考 文 献

[1] 北京大学.世界教育信息,2011(3):18

[2] 麦尔·韦斯特.世界教育信息,2011(2):10