周四早上七點半，第三教學(xué)樓206教室，化學(xué)系教授華偉明已經(jīng)到達(dá)教室良久，他時而走下講臺，在學(xué)生桌邊駐足，低頭看看學(xué)生的筆記或作業(yè)，為學(xué)生解答疑問。鈴聲響起，他開始了“普通化學(xué)A”的課堂教學(xué)。
同一時間，在復(fù)旦不同的教室里，為學(xué)生開講“普通化學(xué)A”的還有中國科學(xué)院院士、化學(xué)與材料學(xué)院院長趙東元，化學(xué)系教授張亞紅、岳斌、侯秀峰。
這門名副其實的“大課”已開設(shè)數(shù)十年，由來自無機化學(xué)、物理化學(xué)、有機化學(xué)和高分子化學(xué)等不同學(xué)科背景，活躍在科研一線的院士、教授、青年研究員等老中青三代組成教學(xué)團隊，為大一新生推開一扇化學(xué)世界的大門。去年，課程入選2023年第二批國家級一流本科課程，這也是華偉明講授這門課的第20年。
一門真正的“大課”
“基礎(chǔ)”背后有交叉
對自然科學(xué)類專業(yè)和醫(yī)學(xué)專業(yè)的大一新生來說，“普通化學(xué)A”是繞不開的一門重要基礎(chǔ)課，也是一門實實在在的“大課”。
課程每年修讀的學(xué)生超過800名，共有9個平行班，針對各學(xué)科的交融發(fā)展，為未來多學(xué)科，如化學(xué)、高分子、生物、物理、材料、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等專業(yè)方向的學(xué)生打下扎實的化學(xué)基礎(chǔ)。
作為課程負(fù)責(zé)人華偉明用“搭積木”來形容這門課與后續(xù)課程的關(guān)系，“如果本科學(xué)習(xí)是搭積木的話，這門基礎(chǔ)課實際上就是把一塊塊積木造好，后續(xù)不管什么專業(yè)課的學(xué)習(xí)，其實就是把積木拼起來的過程。”
如何更好地引導(dǎo)學(xué)生們通過化學(xué)原理的學(xué)習(xí)進入物質(zhì)科學(xué)的廣闊世界？在華偉明看來，這門課的教學(xué)不能止步于化學(xué)這一門學(xué)科的基礎(chǔ)知識傳授，還需要讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)作為一門“中心學(xué)科”和其他學(xué)科的緊密聯(lián)系。
在緒論部分，華偉明用兩幅清晰直觀的圖向?qū)W生闡明化學(xué)不僅與人們的衣、食、住、行密切相關(guān)，還與物理、生物、材料、信息等學(xué)科有非常密切的聯(lián)系，產(chǎn)生了許多重要的交叉學(xué)科。“物理學(xué)中的量子力學(xué)促進了量子化學(xué)學(xué)科的建立和發(fā)展，鈣鈦礦型材料是化學(xué)家熟悉和擅長合成的，而物理學(xué)家和材料學(xué)家又可以把它用在太陽能電池上”......這種化學(xué)與其他學(xué)科彼此緊密相連、相互滲透的事實，也是老師們在課程伊始便會向?qū)W生傳遞的重要內(nèi)容。
對真正開始接觸科學(xué)研究及其基礎(chǔ)知識的學(xué)生來說，這門課的講法十分受用，“課上的知識和我未來的專業(yè)方向聯(lián)系起來了”，2023級自然科學(xué)試驗班本科生胡舜涵感興趣的專業(yè)方向是物理和生物，在課間他也抓緊時間向老師請教課上的疑惑。
在專業(yè)方向之外，“普通化學(xué)A”還銜接起了本科一年級學(xué)生高中化學(xué)和大學(xué)化學(xué)的兩個不同學(xué)習(xí)階段，將日常生活的現(xiàn)象世界和科學(xué)研究的規(guī)律世界聯(lián)系起來。
“化學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，它的重要作用就是為物質(zhì)科學(xué)的深入研究提供堅實的基礎(chǔ)和無限的可能”，這門課的助教、物理化學(xué)專業(yè)博士研究生萬延華認(rèn)為，“普通化學(xué)A”正因其基礎(chǔ)性而在方方面面顯得重要，“這門課也能讓同學(xué)們對身邊的現(xiàn)象實現(xiàn)從知其然到知其所以然這一轉(zhuǎn)變。”
冬天往汽車水箱加里加入防凍液，其起作用的原理是什么？自然科學(xué)試驗班2023級本科生張子楠在課上的學(xué)習(xí)過程中想到這一問題，“防凍液主要成分是乙二醇或丙二醇，加入防凍液后，溶劑水的凝固趨勢下降，導(dǎo)致溶液凝固點降低。我后來找到了這一解答。”
尊重學(xué)生，尊重課堂
師生在問與答中共同學(xué)習(xí)
2002年，是華偉明在法國斯特拉斯堡大學(xué)化學(xué)系完成博士后工作回到復(fù)旦的第一年，在復(fù)旦的研究生導(dǎo)師高滋教授建議他，“你一定要去承擔(dān)一門重要的基礎(chǔ)課教學(xué)。”
經(jīng)過一番認(rèn)真準(zhǔn)備，他于2003年走上了這門大課的講臺，在2012年承擔(dān)起課程負(fù)責(zé)人的工作。“普通化學(xué)A”面向多個平行班開課多年，課程團隊由多名老師構(gòu)成，承擔(dān)起繁重的教學(xué)任務(wù)，團隊當(dāng)中不乏深耕教學(xué)與科研、頗有心得的教師，也有作為新鮮血液加入的年輕教師。
同一門課下，既有深耕無機化學(xué)的學(xué)者，也有長期關(guān)注物理化學(xué)和高分子化學(xué)領(lǐng)域的研究者，在備課過程中每一位老師查閱到的優(yōu)秀案例或知識點都會彼此共享，為課程內(nèi)容的完善添磚加瓦。
趙東元也是“普通化學(xué)A”的任課教師，今年是他主講這門課的第20年。對趙東元來說，“課比天大”，無論發(fā)生任何要緊事，這門課的教學(xué)雷打不動。
在給學(xué)生們講授原子的電子結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容的前一天，趙東元用了整整一個下午和晚上來準(zhǔn)備第二天的課，他不僅要對上百頁的PPT進行邏輯梳理，還堅持反復(fù)翻看教材內(nèi)容并進行勾畫，“不管上了多少年，一些小的細(xì)節(jié)和新的知識一定要在恰當(dāng)?shù)奈恢梅胚M來，必須這么做”，趙東元相信這樣備課不僅有助于學(xué)生對知識的接受、對學(xué)科歷史及研究前沿的了解，也有利于自己的教學(xué)和課堂與時俱進、不斷提高。
在課程的建設(shè)和完善中，除了來自不同學(xué)科的新老教師長年的通力合作，學(xué)生們一年又一年的好奇和追問也格外重要。在老師們眼中，學(xué)生也是課程建設(shè)的參與者。
一次，下課鈴已經(jīng)響過，2023級自然科學(xué)試驗班的黃帝裳抓住機會，向老師請教關(guān)于晶胞的結(jié)構(gòu)以及核外電子排布的構(gòu)造原理。即便已經(jīng)離開了教室，華偉明依然一邊下樓一邊專心和黃帝裳進行問題的交流，直到下一堂課的上課鈴快要響起。
而在趙東元的課上，曾經(jīng)有一個化學(xué)競賽生提出了一個難住他的問題，他為此召集了課題組所有老師進行討論，只為第二天給學(xué)生一個答復(fù)。
華偉明相信，“這門課真的是教學(xué)相長”，師生之間的關(guān)系不只是知識的教與學(xué)，也是互相學(xué)習(xí)、共同探索未知問題的合作者。
“老師不是萬能的，有些學(xué)生的問題的確是我們也沒有考慮到的，但不能當(dāng)場回答的問題，我們一定回去討論好后給學(xué)生一個答復(fù)”，給老師帶來啟迪的問題在得到解決后也可能會面向全班講解，不少學(xué)生提出的問題如今已經(jīng)成為這門課PPT課件的一部分。
要會解題，更要提出問題
在抽象與直觀中內(nèi)化科學(xué)精神
學(xué)習(xí)這一門基礎(chǔ)課，“問題”的意義往往大于“解題”。
在趙東元的課件上，不同的學(xué)科知識點之間，他通過各個科學(xué)家先驅(qū)的故事勾勒出學(xué)科歷史及理論的發(fā)展脈絡(luò)，在一段段歷史中講述后來者對前人思想的質(zhì)疑和這些質(zhì)疑為科學(xué)帶來的發(fā)展。
“除了傳授知識，更要同時傳授學(xué)生，怎么想問題、怎么提問題、怎么來解決問題。作為學(xué)生要有充分的思考，不能老師說什么就是什么，要不斷地去想。”
“對新教師而言，你首先要把知識原理講清楚，當(dāng)把邏輯關(guān)系講順后，下一個目標(biāo)就是要如何教給學(xué)生自覺求知、學(xué)以致用。”
落于實際的教學(xué)中，一個個實驗的例子是最直觀，同時也是最能啟發(fā)學(xué)生思考好奇心和科學(xué)研究密切關(guān)系的方法。在講到英國化學(xué)家和物理學(xué)家道爾頓在1801年提出的混合氣體分壓定律時，華偉明著重提到道爾頓本人對氣象科學(xué)的愛好促成了這一發(fā)現(xiàn)。
不希望這門課僅限于課本上抽象的符號和原理，課外，教學(xué)團隊還安排了實驗室參觀、科學(xué)講座等活動，力圖以更為生動和直接的方式激發(fā)學(xué)生們對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和熱情。
趙東元每年給學(xué)生做無機材料研究前沿的科學(xué)報告，用基本的化學(xué)原理和元素的化學(xué)性質(zhì)等基礎(chǔ)知識，闡述介孔和納米材料等前沿課題中的化學(xué)問題。“化學(xué)也不是說就一味地學(xué)和做題，還是要多帶來一些感性的認(rèn)識，學(xué)生感性認(rèn)識一深，自覺的探索就會水到渠成。”
質(zhì)疑、提問題、好奇心……這些進行研究必備的科學(xué)精神，是“普通化學(xué)A”教師團隊更希望學(xué)生們能夠在心中內(nèi)化的素養(yǎng)和能力，同時也是這門課每一位任課老師不斷鍛煉自己以便更好傳遞給學(xué)生的東西。
“只學(xué)會解題是不夠的。要學(xué)會歸納總結(jié)，要保持好奇，要敢于科學(xué)質(zhì)疑和挑戰(zhàn)權(quán)威。現(xiàn)在還做不到，那就一點一點來。”華偉明說。