芻議化學學科教育的研究與轉型

摘要：討論了如何開展我國化學教育研究，促進化學教育轉型。我國的化學教育研究需要對化學教育恰當定位，把握好發展方向，采用綜合集成法，并注意形成化學學科特色。

關鍵詞：化學教育；學科教育；研究；定位；轉型

文章編號：1005－6629(2008)08－0001－04中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

20世紀80年代以來，我國化學教育及化學教育研究有了巨大的發展，成績喜人。但是，跟一些發達國家比，跟相近學科比，在一些方面的差距很明顯。我國的化學教育研究亟需克服浮躁，認真地、踏踏實實地總結，思考，探索，改進和突破。

1化學教育研究需要恰當地定位

要弄清化學教育的恰當定位，就要排除盲目自大和學科情結的影響。為此，首先需要弄清化學是不是一門中心學科。

1.1要弄清化學是不是一門中心學科

常常聽到有人說“化學是一門中心學科”。姑且不說事實如何，讓我們先看看是誰說的。

1985年皮門特爾（Pimentel）首次提出化學是一門中心學科，化學處于自然科學的中心位置[1]。 同年，美國國家研究理事會在其一份報告中正式地把化學稱為“中心科學”（central science）[2] 。此后，不少人引用或者提出了類似的看法，例如，日本化學家福井謙一說：“在古老的物理學-化學-生物學的排序中，化學注定是中心位置的占有者[3]。”原美國化學會主席布里斯羅（R.Breslow）在其1997年編著的《化學的今天和明天》中提出：“化學是一門中心的、實用的、創造性的學科”， 他還用 “一門中心的、實用的、創造性的學科”作為該書的副標題[4]。不過，引用或者提出類似看法的幾乎都是從事化學研究或教學的人士，幾乎沒有其他學科有影響的人士這么說（作者只看到一位醫學界人士這么說的報道）。

為什么說“化學是一門中心學科”？歸納主要有下面幾方面的理由：

●化學與社會多方面的需求有關，能滿足人們衣、食、住、行和增進健康、戰勝疾病的需要，是現代社會中國民經濟的重要支柱[5]。

●化學是一門承上啟下的科學，能在相關學科的發展中起基礎、牽頭、帶動和推動的作用[6]。徐光憲院士曾指出：“科學可按照它的研究對象由簡單到復雜的程度分為上游、中游和下游。數學、物理學是上游，化學是中游，生命、材料、環境等朝陽科學是下游。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較復雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可收事半功倍之效。化學是中心科學，是從上游到下游的必經之地”；“化學與生命、材料等八大朝陽科學有非常密切的聯系，產生了許多重要的交叉學科”[7]，以至化學成了有關學科群的中心。

●化學“埋沒在自己的成功之下”，面臨著自己的學科聲望問題：化學失去自己的光輝形象，在社會經濟資源和人才的優化配置方面得不到應有的支持，存在著被遺忘和被忽視的危險”[5]， 有必要引起學生、媒體和公眾的重視。

可見，化學是一門中心學科，其本意是指其他門類的自然科學之間，或者自然科學與工程技術之間的聯系都需要以化學為中間媒介。例如，現代的生命科學和材料科學，如果缺少化學的介入，就不能達到高的水平；數學和物理科學，也需要通過化學的中介，才能在生物和材料科學中發揮較好的作用[8]。

說“化學是一門中心學科”，并不是說化學在所有學科中最重要，只不過是說明它在社會和科學系統中的多邊關系和地位而已。我們不要只說“化學是一門中心學科”而不做解釋，務必不要斷章取義，錯誤理解，盲目自大。

唐有祺院士在評論“化學是一門中心學科”時就曾經提出，“更全面的提法是化學和物理一起是當代自然科學的軸心”[9]。這是值得思考和采納的。

1.2 要拋棄“小學科情結”

盲目自大是表，學科情結是實。所謂，就是囿于本學科，忽視其他學科，包括上位學科，就是滿足于、陶醉于已經取得的成績，或者不顧全局地爭課時、爭地位。小學科情結危害很大，因為它會導致視野窄小、短淺，導致小打小鬧；導致把化學教育跟科學教育對立，導致化學教育“自邊緣化”而孤立于科學教育之外，不能及時吸收科學教育和其他相關學科研究和發展的成果。

化學教育是科學教育的重要組成部分，化學教育工作者首先是科學教育工作者，明確了這個歸屬，才可能拋棄小學科情結，真正把提高學生乃至公民的科學素養作為自己的首要責任。

1.3要弄清化學學科的本質特點

所有的理科教育都有實施科學素養教育的義務和責任，這就有了發揮各自優勢，相互配合的問題。為此，需要弄清各學科的本質特點。有比較才能有鑒別，才能弄清化學的特點。跟化學最為接近的是物理學和生物學，它們同是“基礎的自然學科”，對他們進行比較、區分，可以使我們迅速地接近化學的本質特點。

通常認為，物理學是研究宇宙中物質的基本存在形式、基本結構、相互作用和最基本、最普遍的運動形式（機械運動、熱運動、電磁運動、微觀粒子運動等）及其相互轉化規律的科學；生物學是研究生物各層次的種類、結構、功能、行為、發育和起源進化以及生物與周圍環境的關系的科學；化學是研究物質的性質、組成、結構、變化和應用的科學。看起來，化學和物理學同屬于物質科學，它們的研究對象差不多，其實兩者是有差別的。它們的差別主要在于：

●化學研究的物質運動不同于物理學研究的物質運動。

物質的化學運動主要表現為物質轉變成其他物質，即產生新物質的運動形式，其實質乃是由于化學鍵合狀況改變，引起宏觀物質分解、化合或重組，導致物質分子組成和結構變化而產生新物質的特殊的物質運動形式。物理學研究的物理現象一般不包括物質的化學運動。

●化學研究物質的廣度不同于物理學。

化學研究的是實物（substance）。實物是狹義的物質，是具有靜止質量、占有空間的物質。化學實物是具有特定物理性質和化學性質的單質、化合物或者混合物。而物理學研究的是實物和場（field），物理實物通常是指由物質形成的，以一定的形狀、體積、大小、質量等為特征的物體。物理學不以研究實物具體的組成、結構和相互轉化為任務。

化學所研究的物質也不同于哲學中的物質。哲學中的物質（matter）泛指具有客觀實在性，能作用于人的感官而引起感覺的東西，是人感覺到的客觀實在，其外延十分寬泛。

●化學研究物質的深度（層次）也不同于物理學。

在對物質的存在方式、結構、相互作用、運動形式及其相互轉化的研究上，物理學只是針對基本的、普遍的特點來開展研究。而化學對物質的研究比物理學具體，但概括性不及物理學。這個特點造成化學的內容十分豐富，以至于它成為一個龐大的學科，不能被其他學科兼并。

●在解釋宇宙物質進化的不同階段時，化學、物理學和生物學具有不同的功能。

在解釋宇宙演化史中物質進化的不同階段時，化學、物理學和生物學鮮明地表現了不同的功能。在宇宙的創生期、極早期、早期和近期，先后形成“實時空”、各種基本粒子和原子，解釋、說明這些過程是物理學的任務。然后，相繼發生元素進化、星際小分子合成、生物小分子合成、生物大分子合成，宇宙物質由簡單分子逐步進化為生物小分子，再逐步進化形成生命基礎物質。解釋、說明這些過程只能靠化學。隨后，生命物質由簡單到復雜、由低級到高級，逐步形成具有生命的生物的過程，這些過程的解釋、說明則非生物學不可。

總之，化學的研究對象既不同于物理的研究對象也不同于生物學的研究對象，化學科學既不同于物理科學也不同于生物科學，然而又不可能在它們之間劃出一條絕對嚴格分明的界限。

概括地說，化學學科有下列特點：

●化學研究物質的性質、組成、結構、變化和應用，其基本問題是組成、結構和反應以及它們跟物質性質的關系。

●化學研究的對象是泛分子[10]層次，構成泛分子的較低層次的微粒之間的相互作用十分復雜，使其整體的性質各不相同，很難用演繹的方式簡潔地描述，這就決定了化學研究的個別化特點。

●在研究方法方面，物理學方法注重分析，在本質上是機械論（或稱還原論）的；生物學方法注重整體，在本質上是目的論（或有機體論、自主論）的；化學方法一方面把研究對象分解為若干組成成分，另一方面又把研究對象作為由某些微粒（或部分）組成的、復雜性不同于生物體的系統來研究其結構，研究實物的相互關系，既有跟物理學相似之處，又有跟生物學相似之處。但是，化學又具有跟物理學和生物學不同之處，表現出自己的特殊性。

化學的這些特征，應該在科學素養教育的實施中較好地得到反映。

2未來的化學教育研究需要把握好方向

為了把握好方向，化學教育要自覺地服從科學教育的目的、任務、規律等整體規定。

20世紀以來，科學教育的指導思想的變化有下列特征：由關注科學知識、技能，關注個體的認知發展，演變到關注人格或個性，關注個體的全面發展；再演變到突出重點，關注個體的科學素養；然后演變到關注更多人的發展，提出科學為所有人，關注公民的科學素養；再演變到關注人的和諧發展，關注人在科學技術領域發展的背景環境，注重環境教育、STS教育。

化學教育應該順應科學教育的整體趨勢，并為科學教育的進步作出自己的貢獻。要真正著眼于促進學生更好地發展，重視科學文化建設，促進全社會愛科學、講科學、學科學、用科學良好風氣的形成。

當今世界，能源、資源、糧食、健康、環境等有關人類生存的重大問題的解決都離不開化學，需要更多、更優秀的化學人才。同時，向全體社會公民普及一些化學知識的必要性也日益增加，需要更多、更優秀的化學科學普及人才。對應于這種情況，未來的化學教育需求會出現“高端更高”“低端更低”的現象。未來的化學教育要努力滿足“高端”“低端”兩方面的需要。為避免和解決兩難問題，未來的化學教育應該包括這相互協調的兩翼。

3未來的化學教育研究需要采用適宜方法

化學教育系統涉及到人，是開放的復雜的巨系統。錢學森院士一再指出，研究開放的復雜的巨系統不能采用簡單方法，綜合集成法是研究復雜系統的有效方法。

綜合集成方法的特點是：（1）以實踐經驗，特別是（實踐）專家的經驗為基礎，把局部性的經驗知識跟現代科學提供的系統的理論結合起來。（2）系統研究（整體研究）與分析還原相結合，獲得關于系統整體的狀態、特性、行為的描述。 （3）歷史研究與現實研究相結合，發現、揭示、檢驗對象的內在邏輯。 （4）以經驗為基礎建立模型進行計算，把定性知識跟各種觀測數據、統計資料結合起來，從局部的定性知識發展到整體的定量的認識。 （5）充分利用現代信息技術的優勢，實行人-機結合，內省思辨與觀察實驗結合，宏觀研究與微觀研究結合。 （6）多種學科不同角度的研究相結合，最終產生新知識、新思想、新方法；等等。

化學教育是一種復雜性系統，研究復雜的化學教育系統，要運用綜合集成法。在綜合集成法的諸要素中，需要注意的是利用計算機進行建模。利用計算機來模仿系統的運行和演化，可以觀察系統整體的涌現，預測系統的走向......因此，基于計算機建模成為許多領域發展很快的重要研究方法。在這方面，目前的化學教育研究還處于空白狀態，亟需開展和加強。

模型是解決問題的一種十分重要的科學方法。人類對世界的探索過程，實際上就是建立各種模型表示的過程。模型是以文字、符號、圖表、實物、數學式等形式對一個系統某一方面本質屬性的描述、模仿或抽象。一個恰當的模型能夠提供組織觀察數據、資料和其他信息的框架，對原型系統的行為特征和演化規律作出解釋，揭示其運行機制，預測原型系統未來的行為特性，提示按照一定目的影響和改變原型系統行為特性和進行控制的思路與方式，啟示新事物、新技術的創造。通過模型的建立和研究，不但可以更好地認識、改進原型，而且可以進一步形成有關理論和實踐模式。

建模的努力可以從確定系統的狀態參數開始。

4未來的化學教育研究需要形成學科特色

未來的化學教育研究應該注意化學教育跟一般教育的區別，形成鮮明的學科特色，不能用一般的教育學研究、心理學研究來代替化學教育自身的研究。要形成鮮明的學科特色，就必須注意結合具體問題深入地、精細地搞好“個別化”研究。

未來的化學教育研究除了需要恰當地定位，把握好方向，采用適宜方法，形成學科特色之外，還應該關注化學教師教育的革新。未來的化學教師教育要減少空洞的、實效很差的理論內容，多結合具體內容進行實踐訓練。

更為重要的是，要重視改變現有的粗放的、不合理的教師教育體制。一些國家對化學教師培養采用兩段制，即：取得理學士學位的大學化學系畢業生須在專門的教師教育學院接受培訓，通過國家教師聘用考試后，再接受一年的教師職業培訓， 取得教育碩士學位后才能被任用為教師。在教師職業培訓中，除了教育理論學習和研討外，要用相當多的時間結合中學教材具體內容的教學進行“精耕細作”式的培訓。這樣做有其必要性和合理性，能有效地保證化學教師的專業化，保證新教師能較快地適應實際教學、滿足實際教學需要。我們應該立足于本國國情，善于取人之長，在總結以往經驗教訓的基礎上，盡快建立有效和規范的化學教師教育體系。

參考文獻:

[1]Pimentel G C．Opportunities in Chemistry．Washington DC：National Academy Press，1985.

[2]National Research Council．Opportunities in Chemistry．National Academy Press，1985.

[3]本刊評論員. 化學學科發展與基礎教育改革的思考.化學教學，2005年第1-2期，第1頁.

[4][美] R.布里斯羅. 化學的今天和明天：一門中心的、實用的、創造性的學科.北京：科學出版社，1998.1.

[5]張禮和主編．化學學科進展．北京：化學工業出版社，2005．201－203.

[6]王佛松等主編．展望21世紀的化學．北京：化學工業出版社，2000．134－138.

[7]徐光憲. 化學是一門中心學科. http://mydream.id666.com/

[8]徐端鈞，陳恒武，李浩然.21世紀普通化學教學改革的思考. 高等學校理工科教學指導委員會通訊，2006年第1-2期. http://www.edu.cn/06first-two_747/

[9][美]G.C.PimentelJ.A.Coonrod．化學中的機會——今天和明天．北京：北京大學出版社，1990．5（譯序）.

[10]泛分子是徐光憲院士用于概括化學研究對象的一個概念，包括原子、分子片、結構單元、分子、超分子、高分子、生物分子和活分子、納米分子和納米聚集體、原子和分子的宏觀聚集體、復雜分子體系及其組裝體等.