張馥

摘要：2019年暑期，上海市中學(xué)化學(xué)骨干教師參加了為期一周的學(xué)科培訓(xùn)。丁奎嶺、劉昌勝等中科院院士及滬上多所高校教授從合成化學(xué)、綠色化工等多個(gè)領(lǐng)域作了培訓(xùn)與研討，參訓(xùn)教師還對(duì)部分國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工企業(yè)及中科院研究所進(jìn)行走訪。專家們指出，化學(xué)教育不是教化學(xué)試卷，新時(shí)期的學(xué)科教育肩負(fù)著為中國發(fā)展人的重任。新時(shí)代的化學(xué)教師要有學(xué)科自信;要及時(shí)更新認(rèn)知;更要胸懷國家、孕育出具有理想信念和社會(huì)責(zé)任感的化學(xué)人才種子。

關(guān)鍵詞：化學(xué)素養(yǎng)，教師培訓(xùn)，學(xué)科自信，新高考

文章編號(hào)：1008-0546（2020）05-0026-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.007

上海市新高考政策實(shí)行已滿三屆，今年的新高二，學(xué)生幾乎全部選擇了在高二同時(shí)參加兩門等級(jí)考，以減輕高三的學(xué)習(xí)壓力，選考化學(xué)的學(xué)生銳減。據(jù)了解，有類似高考新政或有歷史、物理必選科目的其他省市也出現(xiàn)了選科“動(dòng)蕩”。被學(xué)生“無奈”或“無情”“拋棄”的中學(xué)化學(xué)老師們對(duì)職業(yè)生涯充滿了擔(dān)憂。

2019年六月底，上海市教委、上海市科協(xié)聯(lián)合主辦、上海市師資培訓(xùn)中心與市化學(xué)化工學(xué)會(huì)承辦的中學(xué)化學(xué)教師暑期培訓(xùn)班開班，滬上著名高校及研究所的院士、教授團(tuán)隊(duì)為各區(qū)縣五十多位化學(xué)骨干教師代表作了培訓(xùn)與指導(dǎo)。專家指出，以高考分?jǐn)?shù)作為化學(xué)教育的唯一目標(biāo)，將自己和學(xué)生框死在區(qū)區(qū)30分等級(jí)考分?jǐn)?shù)中，這格局，特別對(duì)于具有國際化視野的教師來說，實(shí)在過小。學(xué)科教育絕不是教化學(xué)試卷，每門學(xué)科教育都肩負(fù)著發(fā)展人的重任，這個(gè)發(fā)展應(yīng)該是長期、遠(yuǎn)期的?；瘜W(xué)老師一定要傳授給孩子們，化學(xué)是什么、化學(xué)在做什么、化學(xué)還能做什么。

去年是共和國成立70周年，國際形勢風(fēng)雨詭譎，高科技人才與行業(yè)的國際競爭日趨激烈。我國只有不斷培養(yǎng)自己的尖端人才，發(fā)展與壯大尖端科技，才不會(huì)掣肘于人?？萍既瞬诺呐囵B(yǎng)，始于中學(xué)。每一位受邀前來給老師們培訓(xùn)的專家，幾乎都“急吼吼”地表達(dá)特別想與中學(xué)老師對(duì)話的心情。因?yàn)榇髮W(xué)、社會(huì)需要化學(xué)人才，首先得有“化學(xué)”屬性的種子啊。高中學(xué)生作為人才的種子，經(jīng)學(xué)校教育，可以發(fā)展出不同的屬性偏好或特長，高考志愿便是種子屬性的展現(xiàn)。化學(xué)專家們希望中學(xué)老師能通過正確途徑，多“誘導(dǎo)”出喜愛化學(xué)的種子，為未來社會(huì)提供充足的人才。新時(shí)期的化學(xué)教師要想勝任這項(xiàng)“育種”的工作，則急需做好如下準(zhǔn)備工作：

一、教師要有學(xué)科自信

現(xiàn)上海大學(xué)校長，劉昌勝院士，作為首發(fā)培訓(xùn)專家，開場就提到化工創(chuàng)造美好生活。如今社會(huì)是談“化”色變，這著實(shí)歪曲了化學(xué)學(xué)科，我們化學(xué)教師首先對(duì)化學(xué)學(xué)科要有自信。當(dāng)天才從俄羅斯開會(huì)趕來的丁奎嶺院士，顧不上休息便直接奔赴培訓(xùn)現(xiàn)場，開頭就提出“合成創(chuàng)造未來”（SYnthesizing our future）。合成化學(xué)或科學(xué)具有強(qiáng)大的創(chuàng)造力，為人類社會(huì)進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)。華東理工大學(xué)朱為宏教授舉例說，每每引起輿情的PX（對(duì)二甲苯）項(xiàng)目，卻制造了我們生活的世界，多種應(yīng)用于衣食住行的材料均來源于對(duì)二甲苯。

化學(xué)作為一門“核心、實(shí)用和富有創(chuàng)造性”的科學(xué)，在人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然、提高人類的生活質(zhì)量和健康水平、促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面已經(jīng)并仍然發(fā)揮著巨大的、不可替代的作用?；瘜W(xué)是分子從無到有的創(chuàng)造過程，化工生產(chǎn)則是將產(chǎn)物合成從有到放大的過程，自然界諸多自然現(xiàn)象比如氮循環(huán)，光合作用等均蘊(yùn)含著化學(xué)化工過程。化學(xué)工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位，產(chǎn)值居GDP前列，化工支撐了我國國防、能源、交通、制造業(yè)、農(nóng)業(yè)等工業(yè)的發(fā)展?；瘜W(xué)科學(xué)對(duì)衣食住行的支持則更不言而喻，所以，中學(xué)化學(xué)教師是有“大靠山”的，應(yīng)當(dāng)為從事化學(xué)教育而自豪。

學(xué)科自信建立在教師對(duì)化學(xué)化工歷史的了解上?；ぐl(fā)展的每個(gè)重要里程碑，如高中化學(xué)學(xué)習(xí)到的硫酸工業(yè)——純堿工業(yè)——煤化工——合成氨——催化——高分子——石油化工，乃至21世紀(jì)能源、資源、環(huán)境、生物、制藥、材料等領(lǐng)域的多面開花，均極大地促進(jìn)了當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量，從而推動(dòng)了人類文明發(fā)展。中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所的黃正教授提到中學(xué)教師在講授高分子化合物時(shí)，自身要對(duì)高聚物的發(fā)展史有個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)。1869年賽璐珞（硝化纖維）的合成，1909年酚醛樹脂的合成，1953年齊格勒一納塔催化劑的現(xiàn)世……合成塑料在改變著世界。上海交通大學(xué)王新靈教授將高分子科學(xué)的三大領(lǐng)域和基本的高分子基礎(chǔ)知識(shí)給在座的老師作了深入淺出的講解，他用大量衣食住行中的實(shí)例闡述了高分子科學(xué)的重要性。王教授還小結(jié)了為高分子科學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的中國科學(xué)家，很多名字我耳熟能詳，比如沈之荃、沈家驄、張希、唐敖慶等等。了解到這門科學(xué)，再了解到我國的發(fā)展，我心中騰起學(xué)科自豪感。游書力研究員則從巴斯德發(fā)現(xiàn)酒石酸兩種不同存在形式講起，將分子手性與手性分子合成娓娓道來。他們團(tuán)隊(duì)首次在國際上提出的“催化不對(duì)稱去芳構(gòu)化（CADA）”概念，被國內(nèi)外40個(gè)課題組50余次應(yīng)用于發(fā)展新型不對(duì)稱催化反應(yīng)，有11個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的手性配體授權(quán)國際試劑公司在全球范圍內(nèi)銷售。當(dāng)今的中國科學(xué)家們擁有國際視野，能做出具國際影響力的成果，這真是振奮人心。

二、教師要及時(shí)更新認(rèn)知

上海華誼集團(tuán)副總魏建華老師開玩笑說，化學(xué)教材從編出來那刻起，就已經(jīng)落伍了。我們的教科書編寫的時(shí)間更久遠(yuǎn)，里頭很多化學(xué)原理也許已經(jīng)有新的認(rèn)識(shí)，化學(xué)工藝有新的調(diào)整。舊的或淘汰，或改變，新的被創(chuàng)造，書雖不能三天兩頭修改，但是學(xué)習(xí)者和教育者是靈活的，能與時(shí)俱進(jìn)。中學(xué)教師要站在更高的視角，不斷更新自身的認(rèn)知，登高望遠(yuǎn)。

1.用發(fā)展的眼光看待舊事物（舊知識(shí)）

在參觀上海華誼吳涇化工基地時(shí)，該單位的化工專家馬利群老師介紹了當(dāng)前煤綜合利用的主要形式——煤氣化制甲醇、醋酸等基礎(chǔ)化學(xué)品。將煤加水磨成水煤漿，在德士古爐中高溫高壓通氧氣氣化得到CO、CO₂與H₂，再將CO與H₂反應(yīng)得到重要原料甲醇。馬老師指出，百年老店華誼集團(tuán)在1958年曾取名吳涇煉焦制氣廠，早先的幾十年里上海市民家里用的煤氣統(tǒng)統(tǒng)來自該廠。而目前上海市家用燃?xì)鈿庠慈繛樘烊粴?，所以煤氣化所得的煤氣不再用于居民供氣，主要轉(zhuǎn)變?yōu)榛ぴ?，而通過干餾來利用煤更是少之又少了。參觀的老師們紛紛感嘆，教科書中清楚地寫道煤的綜合利用有三種方式，氣化作燃?xì)?、干餾得到三類產(chǎn)物、加烴液化變?nèi)加?，可誰曾想到世界變得太快。說到底，化工工藝是隨外界的需求、企業(yè)的成本與收益、新技術(shù)的發(fā)展、環(huán)保壓力和政策等多種因素的變化而變化。

在進(jìn)入化工園區(qū)的時(shí)候，我們曾聞到一陣醋的酸味。馬老師之后介紹這里用甲醇與一氧化碳合成醋酸，價(jià)格比礦泉水還要便宜。這又顛覆了我們的認(rèn)知，因?yàn)樵谟袡C(jī)化學(xué)教學(xué)時(shí)，我們教導(dǎo)學(xué)生制取酸的方法一般是醇→醛→酸，這也是我們一貫認(rèn)為乙酸的價(jià)格應(yīng)該比乙醇貴，所以制取乙酸乙酯時(shí)通常加入過量乙醇的理由。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系主任賀鶴勇教授在作“能源與催化化學(xué)”報(bào)告時(shí)，介紹的分子篩催化重油裂解也有異曲同工之意。高中課本提到為了得到更多的燃料油，對(duì)分子量較大的重油隔絕空氣加強(qiáng)熱使其斷鏈。賀教授指出，熱裂化重油或渣油得到的烴，碳原子數(shù)是不可控的;利用新型分子篩作催化劑得到的裂解產(chǎn)物不但碳數(shù)可控的，還更節(jié)能。我國石油依賴進(jìn)口，而煤炭儲(chǔ)備特別豐富，開發(fā)各種催化劑將煤炭清潔利用如直接合成油、化學(xué)品等，可極大緩解我國的能源問題。

2.著眼于新事物的認(rèn)知

高壓下金屬氫的發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定原子氦的“脫單”——氦鈉化合物（Na₂He）的獲得均是國內(nèi)外科學(xué)家不斷嘗新的結(jié)果。有機(jī)所游書力博士希望老師們能多看看科技文獻(xiàn)，上師大朱建教授則推薦化學(xué)老師多看看國外的化學(xué)教育類期刊。只有了解當(dāng)下化學(xué)進(jìn)展和未來發(fā)展方向，這門學(xué)科才會(huì)在課堂生動(dòng)起來。多位專家在報(bào)告中都展示了團(tuán)隊(duì)的研究成果及所關(guān)注領(lǐng)域的新動(dòng)態(tài)。劉昌勝院士認(rèn)為人工智能化工、綠色化工、微化工和生物化工是化學(xué)工業(yè)的美好未來，如AI輔助分子和藥物設(shè)計(jì)，活細(xì)胞3D打印人體器官，細(xì)胞內(nèi)完成高效聚合反應(yīng)等。其團(tuán)隊(duì)在自固化磷酸鈣人工骨等臨床骨修復(fù)領(lǐng)域作了多年研究與實(shí)踐，取得了良好的成效。

上海有機(jī)所的幾位專家及其研究團(tuán)隊(duì)致力于發(fā)展高效新反應(yīng)。游老師指出，高效的新反應(yīng)至少要滿足原料廉價(jià)易得、高選擇性、高收率且產(chǎn)物有重要應(yīng)用價(jià)值等要求。該團(tuán)隊(duì)向穩(wěn)定的芳環(huán)化合物“開炮”，通過新型催化劑，實(shí)現(xiàn)了不對(duì)稱去芳構(gòu)化過程。黃正老師研究的課題“廢塑料降解”正好與目前上海市熱點(diǎn)“垃圾分類”完美契合。廢舊塑料怎么進(jìn)行再利用，黃老師提出了新方法。塑料中的聚乙烯（PE）產(chǎn)量大，成本低，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，難降解，一般要在400-900℃高溫下將其熱裂解。然而聚乙烯是理想的“燃油”，它元素組成與柴油煤油基本一致卻不含S、N等雜原子，通過交叉烷烴復(fù)分解一一在較溫和的條件下（<200℃）將高分子量的聚合物降解為低分子量的燃油或化工原料。黃老師建議，可回收垃圾還應(yīng)該細(xì)分，不同類型的塑料需加以區(qū)分，以實(shí)現(xiàn)更專業(yè)的回收或處理。

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)均是“小鍋炒菜”，用幾百毫升以下的容器進(jìn)行少量反應(yīng)，但是當(dāng)某個(gè)反應(yīng)變?yōu)楣I(yè)級(jí)后，反應(yīng)釜容量以噸計(jì)量時(shí)，需要考慮的問題層出不窮。如何將“大鍋飯”也變得美味，涉及“三傳一反”（動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)過程）的化學(xué)工程學(xué)知識(shí)，這是化工專家關(guān)心的事情，卻是中學(xué)教師認(rèn)知的盲區(qū)。華東理工大學(xué)的化學(xué)工程、生物工程等專業(yè)在全國領(lǐng)先，生工學(xué)院莊英萍院長介紹的先進(jìn)工業(yè)生物技術(shù)，以活細(xì)胞或酶為工具，以清潔生物加工方式替代傳統(tǒng)化學(xué)加工方式，生產(chǎn)可再生化學(xué)品，減少化石資源依賴及CO₂排放。目前在全球已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品有丁二酸等長鏈二元酸、異丁醇、纖維素乙醇等。我們在郭美錦博士帶領(lǐng)下參觀生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)地勘察了該校自行設(shè)計(jì)的多種生物反應(yīng)器，不禁感嘆，化學(xué)學(xué)科基本素養(yǎng)之一——宏觀辨識(shí)與微觀探析，在這里得到了充分的體現(xiàn)。工業(yè)級(jí)生物反應(yīng)器是典型的時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)，學(xué)院相關(guān)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了多尺度發(fā)酵工程學(xué)研究框架，自主集成開發(fā)了用于生物反應(yīng)器細(xì)胞生理代謝特性檢測的數(shù)字化傳感裝備體系，解決宏觀現(xiàn)象與微觀機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)。而從海量數(shù)據(jù)中尋找過程優(yōu)化敏感參數(shù)，建立適應(yīng)多種反應(yīng)器的多尺度參數(shù)相關(guān)分析軟件包，為企業(yè)進(jìn)行過程診斷不又是證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的真實(shí)體現(xiàn)嗎？該團(tuán)隊(duì)為多家企業(yè)提升了產(chǎn)量，改進(jìn)了工藝，四次獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，引領(lǐng)工業(yè)發(fā)酵領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，他們身上正體現(xiàn)了科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

3.換個(gè)角度看問題

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系前系主任唐頤教授在培訓(xùn)時(shí)指出客觀事物有綜合性和多角度性，不斷變換角度看問題，可不斷發(fā)明發(fā)現(xiàn)，避免片面。魏建華老師介紹的3D連續(xù)流微通道反應(yīng)技術(shù)正是換個(gè)角度做化工的典型案例。長時(shí)間以來化學(xué)家們在燒瓶中研究化學(xué)反應(yīng)，使用反應(yīng)釜批次進(jìn)行大規(guī)?；どa(chǎn)，這種“靜態(tài)”的化學(xué)生產(chǎn)對(duì)動(dòng)量、熱量與質(zhì)量的傳遞、環(huán)保、安全要求很高。連續(xù)流微反應(yīng)器讓物質(zhì)流動(dòng)起來，提高了傳熱傳質(zhì)效率，極大縮短反應(yīng)時(shí)間，使生產(chǎn)更安全，又提高了自動(dòng)化程度且使產(chǎn)品品質(zhì)更穩(wěn)定。這種化“大”為無數(shù)“小”、反其道方式恰好消除了實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到工業(yè)放大過程產(chǎn)生的差異，其連續(xù)合成的特點(diǎn)，使易燃易爆的化學(xué)合成或涉及有毒原料/中間體的合成變得安全。

三、教師要胸懷國家

華東理工大學(xué)化工學(xué)院朱學(xué)棟教授給培訓(xùn)的老師們分析了我國化工危險(xiǎn)化學(xué)品典型事故，指出了我國化工基礎(chǔ)薄弱、初級(jí)化學(xué)品多、領(lǐng)先技術(shù)少、管理不規(guī)范、缺乏系統(tǒng)規(guī)劃、基本化工人才短缺等困境。我國石油和化學(xué)工業(yè)產(chǎn)物居世界第二，其中，化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值居世界第一。但當(dāng)下產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩突出，資源、能源、環(huán)境、安全約束日趨嚴(yán)峻，科技創(chuàng)新瓶頸制約日益增強(qiáng)，國際競爭更趨激烈。從朱老師的報(bào)告中，我們發(fā)現(xiàn)和當(dāng)前中美貿(mào)易戰(zhàn)中首當(dāng)其沖的通訊領(lǐng)域相似，我國化工產(chǎn)品也存在一批“卡脖子”技術(shù)，主要集中在化工新材料和高端專用化學(xué)品上。通過朱老師的列舉，我第一次發(fā)現(xiàn)有這么多合成樹脂、合成橡膠、特種塑料、膠黏劑等化學(xué)品依賴進(jìn)口（如圖1），又有那么多綠色化工與節(jié)能環(huán)保技術(shù)在國外開發(fā)實(shí)現(xiàn)而我國卻尚缺。這一年的貿(mào)易戰(zhàn)給我們上了一課，那就是當(dāng)今絕大部分科學(xué)家和科學(xué)技術(shù)是有國界的！

化工學(xué)科不是太老了，相反，我國的綠色化工與安全之路才剛起步。未來太需要我們自己的人才來建設(shè)自己的國家，我們做老師的，更要讓學(xué)生們意識(shí)到，祖國是多么的需要他們，他們將會(huì)是未來科技與文明的發(fā)展者和創(chuàng)造者，國家有巨大的空間等著年輕人去開發(fā)。

四、結(jié)束語

“坐吃等死”的人和國家是沒有希望的。教師如果滿足于已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在工作中“坐吃等死”，那絕對(duì)培養(yǎng)不出有希望的人才。希望咱們中學(xué)化學(xué)老師，像連續(xù)流反應(yīng)器一樣，不斷地吸收原料，快速高效安全綠色地進(jìn)行反應(yīng)，輸送出高品質(zhì)的人才“產(chǎn)品”或“中間體”！