关于做好新时期化学教师的思考

张馥

摘要：2019年暑期，上海市中学化学骨干教师参加了为期一周的学科培训。丁奎岭、刘昌胜等中科院院士及沪上多所高校教授从合成化学、绿色化工等多个领域作了培训与研讨，参训教师还对部分国家重点实验室、化工企业及中科院研究所进行走访。专家们指出，化学教育不是教化学试卷，新时期的学科教育肩负着为中国发展人的重任。新时代的化学教师要有学科自信;要及时更新认知;更要胸怀国家、孕育出具有理想信念和社会责任感的化学人才种子。

关键词：化学素养，教师培训，学科自信，新高考

文章编号：1008-0546（2020）05-0026-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.007

上海市新高考政策实行已满三届，今年的新高二，学生几乎全部选择了在高二同时参加两门等级考，以减轻高三的学习压力，选考化学的学生锐减。据了解，有类似高考新政或有历史、物理必选科目的其他省市也出现了选科“动荡”。被学生“无奈”或“无情”“抛弃”的中学化学老师们对职业生涯充满了担忧。

2019年六月底，上海市教委、上海市科协联合主办、上海市师资培训中心与市化学化工学会承办的中学化学教师暑期培训班开班，沪上著名高校及研究所的院士、教授团队为各区县五十多位化学骨干教师代表作了培训与指导。专家指出，以高考分数作为化学教育的唯一目标，将自己和学生框死在区区30分等级考分数中，这格局，特别对于具有国际化视野的教师来说，实在过小。学科教育绝不是教化学试卷，每门学科教育都肩负着发展人的重任，这个发展应该是长期、远期的。化学老师一定要传授给孩子们，化学是什么、化学在做什么、化学还能做什么。

去年是共和国成立70周年，国际形势风雨诡谲，高科技人才与行业的国际竞争日趋激烈。我国只有不断培养自己的尖端人才，发展与壮大尖端科技，才不会掣肘于人。科技人才的培养，始于中学。每一位受邀前来给老师们培训的专家，几乎都“急吼吼”地表达特别想与中学老师对话的心情。因为大学、社会需要化學人才，首先得有“化学”属性的种子啊。高中学生作为人才的种子，经学校教育，可以发展出不同的属性偏好或特长，高考志愿便是种子属性的展现。化学专家们希望中学老师能通过正确途径，多“诱导”出喜爱化学的种子，为未来社会提供充足的人才。新时期的化学教师要想胜任这项“育种”的工作，则急需做好如下准备工作：

一、教师要有学科自信

现上海大学校长，刘昌胜院士，作为首发培训专家，开场就提到化工创造美好生活。如今社会是谈“化”色变，这着实歪曲了化学学科，我们化学教师首先对化学学科要有自信。当天才从俄罗斯开会赶来的丁奎岭院士，顾不上休息便直接奔赴培训现场，开头就提出“合成创造未来”（SYnthesizing our future）。合成化学或科学具有强大的创造力，为人类社会进步作出了巨大贡献。华东理工大学朱为宏教授举例说，每每引起舆情的PX（对二甲苯）项目，却制造了我们生活的世界，多种应用于衣食住行的材料均来源于对二甲苯。

化学作为一门“核心、实用和富有创造性”的科学，在人类认识自然和改造自然、提高人类的生活质量和健康水平、促进其他学科发展、推动社会进步等方面已经并仍然发挥着巨大的、不可替代的作用。化学是分子从无到有的创造过程，化工生产则是将产物合成从有到放大的过程，自然界诸多自然现象比如氮循环，光合作用等均蕴含着化学化工过程。化学工业在国民经济中占据重要地位，产值居GDP前列，化工支撑了我国国防、能源、交通、制造业、农业等工业的发展。化学科学对衣食住行的支持则更不言而喻，所以，中学化学教师是有“大靠山”的，应当为从事化学教育而自豪。

学科自信建立在教师对化学化工历史的了解上。化工发展的每个重要里程碑，如高中化学学习到的硫酸工业——纯碱工业——煤化工——合成氨——催化——高分子——石油化工，乃至21世纪能源、资源、环境、生物、制药、材料等领域的多面开花，均极大地促进了当时社会经济的发展，提高人民生活质量，从而推动了人类文明发展。中科院上海有机化学研究所的黄正教授提到中学教师在讲授高分子化合物时，自身要对高聚物的发展史有个比较清晰的认识。1869年赛璐珞（硝化纤维）的合成，1909年酚醛树脂的合成，1953年齐格勒一纳塔催化剂的现世……合成塑料在改变着世界。上海交通大学王新灵教授将高分子科学的三大领域和基本的高分子基础知识给在座的老师作了深入浅出的讲解，他用大量衣食住行中的实例阐述了高分子科学的重要性。王教授还小结了为高分子科学发展做出贡献的中国科学家，很多名字我耳熟能详，比如沈之荃、沈家骢、张希、唐敖庆等等。了解到这门科学，再了解到我国的发展，我心中腾起学科自豪感。游书力研究员则从巴斯德发现酒石酸两种不同存在形式讲起，将分子手性与手性分子合成娓娓道来。他们团队首次在国际上提出的“催化不对称去芳构化（CADA）”概念，被国内外40个课题组50余次应用于发展新型不对称催化反应，有11个自主知识产权的手性配体授权国际试剂公司在全球范围内销售。当今的中国科学家们拥有国际视野，能做出具国际影响力的成果，这真是振奋人心。

二、教师要及时更新认知

上海华谊集团副总魏建华老师开玩笑说，化学教材从编出来那刻起，就已经落伍了。我们的教科书编写的时间更久远，里头很多化学原理也许已经有新的认识，化学工艺有新的调整。旧的或淘汰，或改变，新的被创造，书虽不能三天两头修改，但是学习者和教育者是灵活的，能与时俱进。中学教师要站在更高的视角，不断更新自身的认知，登高望远。

1.用发展的眼光看待旧事物（旧知识）

在参观上海华谊吴泾化工基地时，该单位的化工专家马利群老师介绍了当前煤综合利用的主要形式——煤气化制甲醇、醋酸等基础化学品。将煤加水磨成水煤浆，在德士古炉中高温高压通氧气气化得到CO、CO₂与H₂，再将CO与H₂反应得到重要原料甲醇。马老师指出，百年老店华谊集团在1958年曾取名吴泾炼焦制气厂，早先的几十年里上海市民家里用的煤气统统来自该厂。而目前上海市家用燃气气源全部为天然气，所以煤气化所得的煤气不再用于居民供气，主要转变为化工原料，而通过干馏来利用煤更是少之又少了。参观的老师们纷纷感叹，教科书中清楚地写道煤的综合利用有三种方式，气化作燃气、干馏得到三类产物、加烃液化变燃油，可谁曾想到世界变得太快。说到底，化工工艺是随外界的需求、企业的成本与收益、新技术的发展、环保压力和政策等多种因素的变化而变化。

在进入化工园区的时候，我们曾闻到一阵醋的酸味。马老师之后介绍这里用甲醇与一氧化碳合成醋酸，价格比矿泉水还要便宜。这又颠覆了我们的认知，因为在有机化学教学时，我们教导学生制取酸的方法一般是醇→醛→酸，这也是我们一贯认为乙酸的价格应该比乙醇贵，所以制取乙酸乙酯时通常加入过量乙醇的理由。复旦大学化学系主任贺鹤勇教授在作“能源与催化化学”报告时，介绍的分子筛催化重油裂解也有异曲同工之意。高中课本提到为了得到更多的燃料油，对分子量较大的重油隔绝空气加强热使其断链。贺教授指出，热裂化重油或渣油得到的烃，碳原子数是不可控的;利用新型分子筛作催化剂得到的裂解产物不但碳数可控的，还更节能。我国石油依赖进口，而煤炭储备特别丰富，开发各种催化剂将煤炭清洁利用如直接合成油、化学品等，可极大缓解我国的能源问题。

2.着眼于新事物的认知

高压下金属氢的发现，稳定原子氦的“脱单”——氦钠化合物（Na₂He）的获得均是国内外科学家不断尝新的结果。有机所游书力博士希望老师们能多看看科技文献，上师大朱建教授则推荐化学老师多看看国外的化学教育类期刊。只有了解当下化学进展和未来发展方向，这门学科才会在课堂生动起来。多位专家在报告中都展示了团队的研究成果及所关注领域的新动态。刘昌胜院士认为人工智能化工、绿色化工、微化工和生物化工是化学工业的美好未来，如AI辅助分子和药物设计，活细胞3D打印人体器官，细胞内完成高效聚合反应等。其团队在自固化磷酸钙人工骨等临床骨修复领域作了多年研究与实践，取得了良好的成效。

上海有机所的几位专家及其研究团队致力于发展高效新反应。游老师指出，高效的新反应至少要满足原料廉价易得、高选择性、高收率且产物有重要应用价值等要求。该团队向稳定的芳环化合物“开炮”，通过新型催化剂，实现了不对称去芳构化过程。黄正老师研究的课题“废塑料降解”正好与目前上海市热点“垃圾分类”完美契合。废旧塑料怎么进行再利用，黄老师提出了新方法。塑料中的聚乙烯（PE）产量大，成本低，化学稳定性好，耐腐蚀，难降解，一般要在400-900℃高温下将其热裂解。然而聚乙烯是理想的“燃油”，它元素组成与柴油煤油基本一致却不含S、N等杂原子，通过交叉烷烃复分解一一在较温和的条件下（<200℃）将高分子量的聚合物降解为低分子量的燃油或化工原料。黄老师建议，可回收垃圾还应该细分，不同类型的塑料需加以区分，以实现更专业的回收或处理。

中学化学实验均是“小锅炒菜”，用几百毫升以下的容器进行少量反应，但是当某个反应变为工业级后，反应釜容量以吨计量时，需要考虑的问题层出不穷。如何将“大锅饭”也变得美味，涉及“三传一反”（动量、热量、质量传递及化学反应过程）的化学工程学知识，这是化工专家关心的事情，却是中学教师认知的盲区。华东理工大学的化学工程、生物工程等专业在全国领先，生工学院庄英萍院长介绍的先进工业生物技术，以活细胞或酶为工具，以清洁生物加工方式替代传统化学加工方式，生产可再生化学品，减少化石资源依赖及CO₂排放。目前在全球已经产业化的产品有丁二酸等长链二元酸、异丁醇、纤维素乙醇等。我们在郭美锦博士带领下参观生物反应器工程国家重点实验室，实地勘察了该校自行设计的多种生物反应器，不禁感叹，化学学科基本素养之一——宏观辨识与微观探析，在这里得到了充分的体现。工业级生物反应器是典型的时空多尺度结构复杂系统，学院相关团队创建了多尺度发酵工程学研究框架，自主集成开发了用于生物反应器细胞生理代谢特性检测的数字化传感装备体系，解决宏观现象与微观机制之间的关联。而从海量数据中寻找过程优化敏感参数，建立适应多种反应器的多尺度参数相关分析软件包，为企业进行过程诊断不又是证据推理与模型认知素养的真实体现吗？该团队为多家企业提升了产量，改进了工艺，四次获国家科技进步二等奖，引领工业发酵领域技术发展，他们身上正体现了科学精神与社会责任的核心素养。

3.换个角度看问题

复旦大学化学系前系主任唐颐教授在培训时指出客观事物有综合性和多角度性，不断变换角度看问题，可不断发明发现，避免片面。魏建华老师介绍的3D连续流微通道反应技术正是换个角度做化工的典型案例。长时间以来化学家们在烧瓶中研究化学反应，使用反应釜批次进行大规模化工生产，这种“静态”的化学生产对动量、热量与质量的传递、环保、安全要求很高。连续流微反应器让物质流动起来，提高了传热传质效率，极大缩短反应时间，使生产更安全，又提高了自动化程度且使产品品质更稳定。这种化“大”为无数“小”、反其道方式恰好消除了实验室研发到工业放大过程产生的差异，其连续合成的特点，使易燃易爆的化学合成或涉及有毒原料/中间体的合成变得安全。

三、教师要胸怀国家

华东理工大学化工学院朱学栋教授给培训的老师们分析了我国化工危险化学品典型事故，指出了我国化工基础薄弱、初级化学品多、领先技术少、管理不规范、缺乏系统规划、基本化工人才短缺等困境。我国石油和化学工业产物居世界第二，其中，化学工业产值居世界第一。但当下产能结构性过剩突出，资源、能源、环境、安全约束日趋严峻，科技创新瓶颈制约日益增强，国际竞争更趋激烈。从朱老师的报告中，我们发现和当前中美贸易战中首当其冲的通讯领域相似，我国化工产品也存在一批“卡脖子”技术，主要集中在化工新材料和高端专用化学品上。通过朱老师的列举，我第一次发现有这么多合成树脂、合成橡胶、特种塑料、胶黏剂等化学品依赖进口（如图1），又有那么多绿色化工与节能环保技术在国外开发实现而我国却尚缺。这一年的贸易战给我们上了一课，那就是当今绝大部分科学家和科学技术是有国界的！

化工学科不是太老了，相反，我国的绿色化工与安全之路才刚起步。未来太需要我们自己的人才来建设自己的国家，我们做老师的，更要让学生们意识到，祖国是多么的需要他们，他们将会是未来科技与文明的发展者和创造者，国家有巨大的空间等着年轻人去开发。

四、结束语

“坐吃等死”的人和国家是没有希望的。教师如果满足于已有的教學经验，在工作中“坐吃等死”，那绝对培养不出有希望的人才。希望咱们中学化学老师，像连续流反应器一样，不断地吸收原料，快速高效安全绿色地进行反应，输送出高品质的人才“产品”或“中间体”！