化學(xué)課上講故事學(xué)知識
——記北京市高等學(xué)校教學(xué)名師獎獲得者、化學(xué)系教授李強(qiáng)
●記者 高 原
圖為李強(qiáng)和學(xué)生在一起。
李強(qiáng) 1963年10月生，化學(xué)系教授。曾獲1997年度國家技術(shù)發(fā)明三等獎、2008年度北京市教育教學(xué)成果（高等教育）二等獎、寶鋼教育基金優(yōu)秀教師獎等科研教學(xué)獎項。其主講的面向理工科非化學(xué)專業(yè)本科生基礎(chǔ)課程“大學(xué)化學(xué)A”和研究生課程“材料化學(xué)導(dǎo)論”等，教學(xué)特色鮮明，涉及學(xué)科交叉內(nèi)容廣泛，知識與趣味性兼具，課堂內(nèi)外師生互動性強(qiáng)，深受選課學(xué)生的喜愛。
李強(qiáng)，有點(diǎn)像導(dǎo)演李安。
長相三分像，聲音五分像，性格七分像。
“教書這件事，僅靠時間投入不行，但不投入肯定也不行，所以還是一年一個臺階，一步步投入去做吧。”他說話慢條斯理，聲音輕柔沉穩(wěn)，似乎在他早早灰白的發(fā)絲中很難發(fā)現(xiàn)“魯迅式”的桀驁叛逆。
他并不是一個看起來那么有“性格”的人，但卻充滿了生活的情趣和熱情，體現(xiàn)了溫柔隨和、隨遇而安、謙沖居下的特質(zhì)。李強(qiáng)的課堂也像李安的電影，舒緩的敘述節(jié)奏演繹著扣人心弦的故事，讓本來枯燥的“大學(xué)化學(xué)A”課堂成為一部“李強(qiáng)式”風(fēng)格的大片，引人入勝，讓人情不自禁地對化學(xué)產(chǎn)生美好的遐想。“興趣，是學(xué)習(xí)最好的老師”。這正是李強(qiáng)開講這門課時的初衷。
化學(xué)“說書人”講古今中外，談基礎(chǔ)前沿
2013級清華學(xué)堂錢學(xué)森力學(xué)班學(xué)生李逸良上學(xué)期剛剛上完李強(qiáng)的“大學(xué)化學(xué)A”課。“李老師的課不會讓人無聊，相反覺得化學(xué)是一門很神奇、貼近現(xiàn)實(shí)生活的有趣的學(xué)問。”李逸良說。
讓李逸良印象深刻的是，在講授荷蘭化學(xué)家、首屆諾貝爾化學(xué)獎得主范特霍夫時，李強(qiáng)在課堂上描述了范特霍夫滲透壓公式誕生半個世紀(jì)后的一個美妙畫面。美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan在佛羅里達(dá)海邊散步時，偶然看到一只海鷗正在戲水，它從海面啜起一大口海水，隔了幾秒，再吐出一小口。這幅圖景像雷電一樣瞬間擊中了他對范特霍夫滲透壓理論的靈感，因?yàn)殛懙厣嫌梅魏粑膭游锸菬o法飲用高鹽分的海水。他發(fā)現(xiàn)原來海歐體內(nèi)有一層薄膜，這使他最終實(shí)現(xiàn)了反滲透壓技術(shù)淡化海水的設(shè)想。
這種生活中的偶遇帶來的靈感霓虹般的驚喜，讓僅僅是大一的李逸良產(chǎn)生了巨大的沖擊。在后續(xù)的課上，李強(qiáng)還干脆把范特霍夫三個方程一口氣串起來講，讓分散在課本上不同角落的知識“連點(diǎn)成線”，自成系統(tǒng)。
在一堂課的開頭，李強(qiáng)向同學(xué)們拋出了一個看似很簡單的問題：“冬天滑冰時，為什么鋒利的冰刀很容易滑，而粗鈍的冰刀則阻力很大？”有水才會有潤滑，同學(xué)們一致表示。但水是怎樣產(chǎn)生的呢？大家七嘴八舌給出了許多答案，例如物理復(fù)冰現(xiàn)象，或是用克拉伯龍方程從壓力角度解釋等。李強(qiáng)并不著急否定同學(xué)們的結(jié)論，而是順勢指導(dǎo)大家通過克拉伯龍方程式計算，發(fā)現(xiàn)無法解釋得通。于是，他引導(dǎo)同學(xué)們從化學(xué)的角度去思考——納米化學(xué)認(rèn)為一個物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是不一樣的，例如金屬銀的熔點(diǎn)是961攝氏度，而4個納米大小的銀顆粒只有150度左右。
這一下就吊起了同學(xué)們的興趣，難道這就是問題的關(guān)鍵所在？
李強(qiáng)繼續(xù)“抽絲剝繭”地解釋，冰刀在冰面上滑過留下的白色印跡，實(shí)際上是切割瞬間產(chǎn)生的冰屑，它們的熔點(diǎn)可以降低幾十度甚至更多，所以在零下40多度超低溫的冰面滑行時，冰刀滑過的地方依然會產(chǎn)生冰的融化現(xiàn)象。
“化學(xué)，不是簡單計算平衡、方程式，通過掌握一定的化學(xué)原理，在其他領(lǐng)域依然有很多值得探索的空間。”李強(qiáng)語重心長地說。對于這些非化學(xué)專業(yè)的理工科學(xué)生，李強(qiáng)希望通過深入淺出的講授，打通化學(xué)與其他學(xué)科之間的聯(lián)系，開闊同學(xué)們的研究視野。
而這種說書人“抖包袱”的講課風(fēng)格，李強(qiáng)說，是受到本科時一位教黨史的老師的影響。1981年，李強(qiáng)在上海交通大學(xué)讀材料專業(yè)，當(dāng)時黨史理論還不像現(xiàn)在這么脈絡(luò)明晰，這位老師卻用鮮活的語言和大量的史實(shí)故事把黨的發(fā)展歷史串了起來，這些知識讓他至今記憶猶新、歷歷在目。如今他“繼承衣缽”并發(fā)揚(yáng)光大，在清華的化學(xué)課上暢談古今中外，遍及基礎(chǔ)前沿，演繹起化學(xué)“大片”，深受同學(xué)們的好評。
帶進(jìn)去，走出來，留下來
上課和拍電影、講評書終究不一樣。后者講究的是“帶入感”，而前者還要求“走出來”。這也是教學(xué)上的一個難點(diǎn)。
李強(qiáng)在錢學(xué)森力學(xué)班期末評價中發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，一些上課喜歡坐在犄角旮旯的學(xué)生其實(shí)非常渴望與老師互動，這打破了他以往默認(rèn)前排同學(xué)積極聽課的看法。為了更好地調(diào)動同學(xué)們上課的積極性，李強(qiáng)請助教為每一位同學(xué)制作了桌簽。他也一改以往站在講臺上講課的習(xí)慣，走到同學(xué)們中間，進(jìn)行“提問—回答”式的教學(xué)。
同學(xué)們開玩笑地說這種“抽不冷”提問的方式，讓上李強(qiáng)的課變得有點(diǎn)“刺激”，因?yàn)椴荒苡幸环昼姷牧锾枺f不準(zhǔn)就會問到自己頭上。同樣因?yàn)閱柎鸫螖?shù)增加，回答正確與否變得和自尊心沒什么聯(lián)系，許多性格羞赧的同學(xué)開始主動在課上與老師交流。
李強(qiáng)坦言，很多學(xué)生的問題有時也出乎他的意料，但有反饋是一件好事。“你對問題反應(yīng)到哪兒，我們就講到什么程度，然后前進(jìn)一小步，看你能否跟得上，再決定是否停下來。”“清華的學(xué)生高中時很擅長考試，但很多知識是書本上沒有的，希望同學(xué)們被‘帶入’課堂的同時，也能把這些知識用于思考，‘走得出來’。”他說。
“眼見真的為實(shí)嗎？”李強(qiáng)在課上問。在講解化學(xué)動力學(xué)時，他把自己的攝影愛好帶入課堂，從攝影角度和大家分享飛秒化學(xué)的交叉學(xué)科知識。
他拿出一組專業(yè)相機(jī)在不同快門速度下拍攝瀑布的照片，展示了隨著快門速度提高，原本連續(xù)的瀑布變成白色的、非連續(xù)的水流。他進(jìn)一步解釋說，由于機(jī)械快門速度有限，科學(xué)家發(fā)明了快速頻閃光燈，幫助人們捕捉子彈穿過蘋果、牛奶飛濺玻璃的精彩瞬間。而飛秒激光器就是頻閃達(dá)10-15秒的超快“閃光燈”，它本身雖然是物理學(xué)界的研究成果，卻幫助化學(xué)家揭示了化學(xué)變化中最令人難以琢磨的中間產(chǎn)物是否存在的“黑箱”現(xiàn)象，并得到諾貝爾化學(xué)獎的獎勵。
從一組拍攝的瀑布照片到飛秒激光器，李強(qiáng)說：“我們講化學(xué)不能只盯著化學(xué)，它山之石可以攻玉，如果在自身研究領(lǐng)域之外還能關(guān)注點(diǎn)兒其他領(lǐng)域的發(fā)展，這也許能幫助我們走到最高點(diǎn)。”
上學(xué)期錢學(xué)森力學(xué)班首席教授鄭泉水對李強(qiáng)開玩笑地說：“我們一位數(shù)學(xué)老師把一名‘錢班’同學(xué)吸引到數(shù)學(xué)專業(yè)了，你能不能從‘錢班’也‘搶’走一名學(xué)生呢？”“我盡力吧！”李強(qiáng)開玩笑地說：“至少希望同學(xué)們能把未來研究的眼光‘留’在化學(xué)，對今后的研究有所助益。”
給你一片草原 送你一匹野馬
李強(qiáng)喜歡把一個知識點(diǎn)當(dāng)做一匹“野馬”，然后任由它跑遍整個草原。在他跳躍性的思維里，知識不是獨(dú)立的個體，而是相互關(guān)聯(lián)的“星系”。掌握一個知識點(diǎn)固然重要，更重要的是跳出知識的禁錮，從更高的角度俯視它們，這樣才能有創(chuàng)新、有突破。從水的氫鍵到水的密度與地球演變、生物進(jìn)化的聯(lián)系，這種大開大合的講課方式，讓同學(xué)們覺得上李強(qiáng)的課像坐過山車，在高山、低谷的起伏中呼嘯而過，直呼“過癮”。
去年，李強(qiáng)還在課外成立了“化學(xué)興趣小組”，由對化學(xué)感興趣的同學(xué)們自主報名。他們在李強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室開會，每周1個小時，李強(qiáng)一次不落參加，親自為這些非化學(xué)專業(yè)的本科生指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案，提供實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造化學(xué)研究的第一次“親密接觸”的機(jī)會。
在“化學(xué)興趣小組”里，李強(qiáng)總會看似隨意地拋出問題，請同學(xué)們利用業(yè)余時間查找文獻(xiàn)資料、作PPT、講報告、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、完成實(shí)驗(yàn)，并以論文的形式表達(dá)思想。例如在一次興趣小組會上，李強(qiáng)問，為什么冰棍第一口嘗起來有些苦味呢？
這個看似簡單的問題難住了同學(xué)們，他們開始查資料、找答案，在李強(qiáng)的提示下，多次跑偏的思路終于回到溶液結(jié)晶的正確路子上。同學(xué)們又提出能否用光譜進(jìn)行檢測，李強(qiáng)告訴同學(xué)們不要過分依賴實(shí)驗(yàn)設(shè)備，一些簡單的、容易到手的儀器同樣能完成。同學(xué)們想要觀察不同環(huán)境下冰的截面，李強(qiáng)建議他們把裝有水的試管凍住，然后直接砸碎就可以。李強(qiáng)“跳出盒子外的思想”讓李逸良大呼意外，“有時候簡單粗暴的做法可能是解決問題最有效的方式。”他笑著說。
為了更好地激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新性，提高學(xué)習(xí)的“挑戰(zhàn)度”，李強(qiáng)還在課程結(jié)束后，為對化學(xué)感興趣的同學(xué)們訂制參與研究課題，參加SRT訓(xùn)練、星火計劃或校內(nèi)外科研競賽等項目計劃，鼓勵同學(xué)們通過不間斷地參與科研訓(xùn)練，鞏固課堂學(xué)習(xí)成果的同時，拓寬視野和培養(yǎng)研究能力。
上好一門課就像是構(gòu)思一個電影腳本，起承轉(zhuǎn)合，適時地拋出懸念，巧妙地講出故事，發(fā)人深省，獲得啟發(fā)。李強(qiáng)像是拍攝電影一樣，精心設(shè)計著教學(xué)中的每一格“鏡頭”。今年新學(xué)期伊始，他又有了新的想法，希望編一本能更好地適用理工科非化學(xué)專業(yè)的大學(xué)化學(xué)教材，籌建專業(yè)教學(xué)網(wǎng)站，并為同學(xué)們創(chuàng)造更多走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開展“研究式”實(shí)驗(yàn)的機(jī)會……李強(qiáng)的“電影”，還將在清華的講臺上精彩繼續(xù)。
來源：新清華 2014-09-19
