1、大学化学2008 ，23 （6 ） ，10化学教学中若干问题的辩证思考浦家齐（上海大学理学院化学系，上海，200444）本文是笔者从事高校化学教学的过程中对若干问题的思考。其中不少观点，与通常的说法或有不同。在这里把自己的认识写出来，作为笔者教学生涯的一个小结，请高校化学专业的同行们指教。做实验要手脑并用做实验当然是看重动手能力，但是做实验不仅需要动手，也需要动脑，而且它需要的是区别于理论学习时所用的具有另外特点的思维。有些人做实验，开着一个反应，一旦反应平稳了，就去做别的事，直到反应进行到了预定的时间，再来关心这个实验。这是一个不好的习惯。在做实验时要随时注意观察反应体系中微细的变化，经常思
2、考蕴藏在宏观现象深处的微观变化。有些人灵感较多，在实验过程中善于随机应变，有的人则到了实验的最后才作总结。所以，在做实验的时候，动手固然是重要的，但用心是更重要的。人们常说：失败是成功之母。但是这句话并不总是对的。做研究工作，实验失败是常有的事，有的人失败了勤于总结，有的人却不善于总结。如果不认真总结，那么失败将永远是失败，是不会从失败中引出成功来的。无论实验成败都要认真总结，不能局限于一个“行”或“不行”的简单结论。如果实验每失败一次，都能使认识提高一步，那么这些失败的实验就不是白做的，这样的失败才是有可能通向成功的。要认真对待每一个未知的反应这里说的未知反应包括探索性的反应，也包括那些虽然
3、已有文献报道，但是自己和周围的人都没有做过，所涉及的因素也比较复杂的反应。由于缺少实践，所以对于所涉及的诸多因素，一开始可能会抓不住主要矛盾。在这种情况下，我们可以看到两种不同的处理思路。许多人第一次做一个反应，对所涉及的因素不很重视。直到反应不成功，再来逐个思考所涉及的因素中，究竟是哪个因素造成了反应失败。这样做，会走很多弯路，耗时耗力，很多时候甚至根本摸索不到合适的反应条件。而且，这是建筑在一种侥幸心理之上的，对于比较复杂的反应，这种思路一定是不可取的。对于未知反应的正确处理，应该是对想得到的各种因素处处都加以重视。例如，原料和溶剂都要经过处理，要考虑反应装置是否需要隔绝水气和空气，等等。
4、总之要处处细心。也许最后将证明这些措施并不都是必要的，但是这种周全的考虑可以保证反应能尽快取得成功。等到这个反应做成功了，我们对于这个反应也取得了第一手的经验，这时候再来考虑在这诸多因素中，哪些是关键的，哪些是并不重要的，就比较容易了。采取这种思路，虽然开始阶段比较辛苦，但是试探的周期较短。对于未知反应，我们应该采取这种思路。在论文实践中要把书本知识变成活的东西许多研究生认为，理论学习是一回事，做论文是另一回事。他们把做论文简单地看成做实验。随着论文的进行，从前在理论课程中所学的那些知识往往被抛到了九霄云外，到论文快完成的时候，他们的理论知识也已经忘得差不多了。但是有些研究生却与此完全不同，一
5、旦论文工作开始，他从前从书本上学的那些理论渐渐地都变成了活的东西。甚至他可以运用化学学科之外的知识来支持论文的成功。我们应该提倡这种学习知识的融会贯通的境界。古人说：“风来疏竹，风过而竹不留声；雁照寒潭，雁去而潭不留影。故君子事来而心始现，事去而心随空。 ”用此来说宠辱不惊的人生态度则可，但用此来说求学问却万不可。有人说，因为学过之后长时间不用，所以忘记了，这不是充分的理由。当然不能要求学了的知识都不忘记，但是学习要追求融会贯通，要着眼于把握各知识点之间的内在联系。有些同学学习也像风过雁去，从考场出来，又经过了一个假期，那门课程在他脑子里竟然已经荡然无存，果真是“事来而心始现，事去而心随空”
6、，这是很不好的。不要小看那些貌似凌乱的知识大多数学生会认为，书本上的经过整理的条理井然的知识才是高级形态的，而那些貌似缺乏系统性的知识则是肤浅的。但是这种看法是完全不正确的。事实上反而是教科书上那些经过整理的知识可能只是初级形态的，那些缺乏系统性的知识可能只是因为还来不及加以整理，或者还无法洞悉其规律性，而可能代表着更高级的知识形态。这就是为什么我们说读文献比起读教科书来是更高层次的学习。除此之外，还要重视实际工作者口口相传的没有写成文字的经验之谈，如谈他们过去做过的课题，他们所遇到过的困难，后来是怎么克服的，又如某些有个人特色的实验技巧和思考角度等。这些经验之谈是非常珍贵的。要从他人那里用心
7、吸纳各种经验，在经验之谈中可以体会到很多个性化的知识，而不要一味埋头做自己的研究。要不使自己陷于狭隘，就得多关注周围人的研究工作。我们强调听学术报告的重要性，读文献之所以不能代替听学术报告，也是基于同样的道理。有些学生从中学直到大学和研究生，按他们原来的期望，因为知识是解释疑难的，学了越多的知识，应该剩余的疑难会越少，但是他们会发现实际情况完全不是这样，似乎在学了更多知识的同时，也积累了更多的疑问。其实，学习本来不仅是学“答” ，更重要的是学“问” 。李政道多次谈到他很赞赏汉语中的“学问”一词，就因为它点出了提出问题的重要性。 1 有疑难不一定是坏事，因为疑难是进取的起点。如果哪一天你发现你在
8、所从事的学科里的疑难全都解决了，那么你就注定地从此不可能再进取了（在 19 世纪末，整个物理学科就有过这样的遭遇） 。作为一个很引人注目的现象，化学（尤其是有机化学）与其他自然科学门类相比，是运用数学特别少的一门学科 2，据此有的学生就认为它的科学性不强。这个问题要分两个方面来看。一方面，这是化学学科研究对象的复杂性所导致的，在下文还要谈到这一点。另一方面，这也是任何学科的最前沿部分的共性。一旦触及了某一门学科的前沿，你都会发现有许多貌似粗糙和凌乱的东西。如果某一门学科赋予你的完全是井然有序的印象，那么你肯定还没有触及这门学科的最前沿。事实上对于研究者而言，粗糙和凌乱的东西常常更加重要。在这一
9、点上科学与艺术可以说是相通的。作曲家要想创作出优秀的音乐作品，仅仅从其他名家的作品中吸取营养是不够的，他还得去感受林间的风，拍岸的浪。这在艺术上叫做“素材” ，科学上叫做“第一手资料” 。读书是用来开拓思路，而不是用来限制思路的许多人认为，读书是用来规范思路的。但是如果读书越多，框框也越多，也越不敢创新，那么这种读书，就不值得效法。另有一部分人懂得，读书主要地应该是用来启发和开拓思路的。所以有些人读书越多，思路也越开阔。所谓“书呆子” ，所谓“书越读越蠢” ，这也确实勾画出了一部分读书人的面目。我们之所以提倡读书，因为书本知识是前人的实践和思考的结晶，是创新的基础。如牛顿所说，正因为他是站到了
10、巨人的肩上，才可能比别人看得更远。正确的读书态度，是既要尊重前人的经验，但又不能把书本知识当作为宗教经典来顶礼膜拜。记忆与推理在教学中常常见到两种学生。一种学生长于记忆，拙于推理，他们宁可在考试前背很多条文，而不愿意在考场上临时作逻辑推理，因为他们怕推错。另一种学生则不愿意背很多东西，他们长于逻辑推理，而拙于记忆，他们往往只背很少的东西，他们更怕的是记不住，或者记错，而宁可上了考场临时推衍。我想，应该提倡少借助于记忆，而多用逻辑推理的学习方法，应该注意训练自己逻辑推理的能力。有机化学的理论困难邢其毅说过，有机化学“在经典的研究过程中，它虽然涉及到了分子中原子的数目、种类及结合的方式，但在整个发
11、展过程中，并没有使用复杂的数学作为工具，至多不过是使用了一点算术而已。正因为有机化学有它独特的发展规律，因此也就难怪许多自然科学家把它看作是一门特殊的科学了。 ”2我以为，有机化学的理论困难固然是来之于多种原因，但是主要原因可以认为是以下两点。其一是位阻难以定量化。位阻对于有机反应的影响是非常突出的，但是位阻并不是一个简单的体积概念，它还与基团的形状、键的振动和转动等多种因素有关。在一个固定构象的分子里，甚至氢原子也会表现为一种位阻。而如果键是可以转动的，则大得多的基团反而不显示位阻。但是如果键的振动频率太快，也会表现出一种类似屏障的作用。电子效应的定量化早已不是困难的事。至于位阻的定量化，数
12、十年前有不少化学家做过努力，都因为所涉及的因素过于复杂而没有成功。其二是溶剂效应。由于绝大多数有机反应是在溶液状态下进行的，所以参加反应的物种其实都已经不是孤立的分子，而是溶剂化了的分子，溶剂对反应物分子的这种影响又是极其复杂的。所以有些气相反应的定量研究就容易得多。虽然物理化学家对溶液进行了很多研究，但是相对于解决实际问题的要求来说，我们当前对于溶液的了解仍然是十分肤浅的。有机反应机理的确定性与不确定性从本质上说，到底有机反应机理是确定的，还是不确定的？学习有机反应机理，许多学生会有一种拼凑的误解，而作为教师也往往没有注重去纠正学生的这种误解。有机化学发展到了当代的水平，反应机理早已不是一种
13、拼凑的东西，而必须是建筑在坚实的实验证据的基础上。自圆其说的解释虽然也能支撑一二个实验结果，但是只有当一种反应机理经受得起大量实验事实检验的时候，它才能立于不败之地。应该说，有机反应机理的确定性是绝对的，不确定性是相对的。对于那些尚不确定的机理，也往往具有部分的确定性，也就是说，有确定性存在于不确定性之中，即绝对性存在于相对性之中。在讲授有机反应机理的时候，机理的确定性和不确定性，是一对需要我们随时注意驾驭的矛盾。搞科研必须朝思暮想，但不一定废寝忘食“学海无涯苦作舟，书山有路勤为径。 ”这是中国学子引用得最多的名句之一。这个准则对初级的学习可能是对的，但是对大学本科和研究生的学习却常常是不全面
14、的；对某些单纯记忆性的内容可能是对的，对纯粹操作性的实验工作也可能是对的，但是对创新性的研究工作却肯定是不对的。要想有所成就，勤奋当然是第一位的。但是研究生在实验室工作的时间与他们取得的成果常常不是成正比的。在一般情况下，搞科研不宜提倡废寝忘食，但是必须提倡另一种精神，那就是朝思暮想。我们强调勤奋不是说不要休息，也不是要取消娱乐。但是娱乐要注意提升品位。建筑大师和教育家梁思成要求学生在看戏的时候关心剧场的设计，在运动场上关心跑道的倾斜度，就是要提倡把专家的眼光渗透到娱乐中去。韩愈说过：“业精于勤而荒于嬉，行成于思而毁于随。 ”这看来是全面得多的概括，因为它指出了成功的因素不仅要勤，而且要思。要
15、体会思考过程的乐趣，特别是那种深邃的思考。有志于事业成功的年轻人尤其应该追寻这样的境界。要正确把握学习深度和广度的矛盾。学生求知不但要追求深度，也要追求广度，这是没有异议的。过去，我国的高等教育确实存在重深度而轻广度的弊病，但是不应该用削弱专业课程和专业训练的办法来克服这种弊病。我们所提倡的知识广度，必须是建筑在深度基础上的广度。没有广度固然是教育的缺陷，但是如果没有深度，则更是使教育失去了意义。即便是初等教育也要鼓励学生思考问题的深刻性，如果作为本科生和研究生，思考问题尚且浅尝辄止，牵强附会，则更是教育的失败。对研究生来说，对问题的深思熟虑是一种最基本的要求。首先应该学会对专业问题深思熟虑，
16、进一步应该要求他们对专业以外的问题也深思熟虑。这里同时包括了深度和广度两个方面的要求。离开了深度来强调广度，培养不出合格的研究生，也培养不出合格的本科生。要努力培养专业直觉物理学家朱棣文建议要尝试将所研究的课题“内在消化”为一种直觉， “这样当你进行研究时，直觉会引导你走向成功” 。 3 直觉属于悟性的一种，虽然它不是精确的东西，我们不能凭直觉来下结论，下结论还得通过实验，通过严密的推导，但是培养这种专业直觉却是非常重要的。直觉属于猜想的范畴，它既是有根据的猜想，但又是证据尚不充分情况下的猜想。直觉在认识前进的过程中常常是很重要的，虽然直觉不见得一定正确，但是在很多情况下可以使探索之路大大缩短
17、。化学家卢嘉锡很推崇他的“毛估性”思维。在他当学生的时候，不论是考试还是做习题，总是先毛估一下答案的大致数量级，如果计算结果超出了这个范围，就赶快回头去检查计算过程，这样使他有效地克服了因疏忽引起的错误。卢嘉锡认为，具有定性意义的毛估方法对于从事科学研究是很重要的。虽然定量化常常是科学技术上的发现与发明的必由之路，即必须通过精确的实验和计算才能完成，但在立题研究的初期，研究者如能定性地提出比较合理的“目标模型” （通常表现为某种科学假设或设想） ，对于正确地把握研究方向，避免走弯路甚或南辕北辙，是很有价值的。 4 这一点非常深刻。显然，卢嘉锡提倡的“毛估性”思维与朱棣文所说的直觉，在本质上是相
18、通的。当美国在内华达州试验第一颗原子弹时，物理学家费米在离试验场不很远的地方，手抓一把碎纸片。原子弹一旦炸响，他即把手松开，纸片便随冲击波洒落在地。他测量了每一张纸片离他站立位置的距离，以此很快就粗略地计算出原子弹的爆炸能量。那还是一个计算手段落后的时代，依靠仪器测定的数据直到一星期后才获得准确的结果。这个结果与费米用纸片实验获得的粗略结果竟是吻合的。 5 这也是一种“毛估” 。费米常常强调不要轻视这种粗略的估算。在开展精确的实验和计算之前， “毛估”常有帮助确定研究计划之功。不同专业的思维有普遍性，也有各自的特点，作为研究生，应该要求他们在这几年中努力去把握所学专业的有特异性的思维特点。把握
19、这种思维特点，就是获取对这个专业的悟性。建立一种专业的直觉，也属于这种思维特点的一部分。这就是通常所说的“入门” 。研究生学了很多理论，也做了很多实验，但是直到取得学位的时候，仍然不见得每个人都有资格说他已经把握了所学专业的思维特点。做研究工作就是协调矛盾在很大程度上，做研究工作就是协调矛盾。因为研究工作的关键常常在于设法打开某种两难的局面。19 世纪的英国化学家戴维发现碱金属元素的故事非常具有戏剧性。当时人们对于现在我们叫做“氢氧化钠”和“氢氧化钾”的白色固体的化学本质还一无所知，至少那时还没有人能够把它们分解成更简单的物质，虽然许多人怀疑它们未必会是单质。戴维试图用电解的方法使之分解，作了
20、大量实验却没有成功。这个问题在现在当然很容易理解，因为在水溶液中不可能生成游离的碱金属，而在无水的条件下又不可能实现电离。戴维把很多电池串联起来，以获得很高的电压，但是电压再高也无济于事。直到有一天清晨他第一个走进实验室，由于觉得空气不好，就把窗打开，这时候室外的浓雾飘了进来，他马上又把窗关上。这时一个灵感突然袭来，他取出令他朝思暮想的白色固体，放在窗前，把窗掀开仅仅几分钟，待固体有了一点儿湿润，就把窗关上。他再次组装了一个电压很高的伏打电池，把两极加在那固体上，这时候只见像水银般发亮的液滴从固体滴落下来，被收集在下方的容器里。一种新的金属元素就这样被发现了！就这样，戴维巧妙地协调了“必须有水
21、”和“不能有水”的矛盾。在雾都伦敦，戴维用同样的方法一共发现了 8 种碱金属和碱土金属元素。 6讨论有机合成时常说的选择性，正是为我们提供了解决各种矛盾的方法。有机合成中所用的各种保护基团、极性翻转、酸碱协同催化等方法，也都是指导人们在科研中如何走出两难的困境，很值得在学习课程和参加研究工作的过程中反复地加以体会。正确把握研究生阶段学习与产出的矛盾有不少同学说，他们考上了研究生时，大学本科老师给他们的临别赠言，是要他们在研究生阶段努力多发表文章。这种要求其实是不正确的，对研究生来说，发表论文远不是最重要的。作为研究生，主要的是学习，是输入而不是输出。重要的是当你完成了学位论文的时候，你应该问一
22、问自己，这些年来是不是有长进，是不是得到了所期望的锻炼和提高？而且，论文水平的高低与研究生水平的高低有时候并不是一回事。论文水平高，有时候是因为课题比较成熟，使学生的工作进行得很顺利，没有遭遇过多的困难和挫折。另外有些学生则走过了许多弯路，才取得了一些结果，论文的水平虽然不是很高，但他们却对科学研究有了较深的心得。这是一个局外人不容易评估的事情，但在许多时候却是事实。作为研究生，如果总想着能不能发表文章、论文会不会通不过，这样的立足点就未免太低了。作为研究生应该想的是自己到底学到了多少对将来的工作和生活有意义的知识。这当然也是包括大中学生都应该考虑的问题。研究生入学时水平参差不齐的情况，较之本
23、科生入学时要突出得多，所以对研究生的培养，理应更加注重个性，几乎可以说对每一位研究生的培养都应体现出某种特点。而且，培养的目标并不是要把不同的研究生培养到同一个水平线上去。而是应该要求每位研究生通过这几年的学习，使自己的水平切实地提升一个层次。这是导师和研究生都应该经常思考的问题。这个目标，事实上并不总是能够达到的。有的学生拿到硕士学位的时候，他的水平比较他刚考上研究生的时候，几乎没有提升过，这二三年时间的荒废，对人生来说是很可惜的。导师应该经常地问学生，学生也应该经常地问自己：你的认识问题和解决问题的能力，究竟有了多少实质性的提升？参考文献1 陆正明： 科学和艺术是最高尚精神表现访著名物理学
24、家李政道N，文汇报 1999-07-05，p.1。2 邢其毅：共振论的回顾与瞻望M，邢其毅文集，北京大学出版社，p.437，1999。3 江世亮，王勇，张咏晴：科学家应具备哪些素质？朱棣文对本报记者谈他的成功之道N，文汇报，1998-08-28，p.10。4 “毛估性”思维卢嘉锡谈科学方法N，文汇报， 1995-11-04，p.6。5 谢尊修，关非，晓歌：费米M，辽海出版社，1998。6 依尼查叶夫：元素的故事M，北方妇女儿童出版社， 2003。英文标题：Some Dialectic Considerations in Chemistry TeachingPu Jiaqi, Department of Chemistry, Shanghai University, Shanghai, 200444, China作者信息 浦家齐，上海大学化学系教授。1946 年生于上海，北京大学化学系（1964 级）毕业，上海科技大学硕士学位。2007 年退休。通讯地址：上海市曹杨五村 324 号 501 室，200062 。电话：021-62575979。E-mail：。
