“高中化學教學有沒有自己的學科思想?如果有的話是什麼”相信這些問題不止一次的在化學教師的日常備課和教學中提到,那麼高中化學教學的學科思想是什麼?首先可以明确的是:在中學化學教學中,教師把最精髓、最本質的學科思想傳授給學生,學生則在學習的實踐活動中通過自己的理解獲得啟迪與感悟,促進認識的完善,形成知識的結構,掌握化學思維的方法。
一、物質運動的思想
“世界是物質的,物質是運動的”,這是中學生學習化學首先必須确立的思想。自然界的物質,大至天體,小至微生物,無論是無生命的,還是有生命的(包括人在内),皆由化學元素組成。構成世界的物質雖然是多種多樣的,但其元素組成卻是統一的。元素就是宇宙間最基本的物質——元素的不同存在形态,構成了這個森羅萬象的世界。物質存在的任何一種形态每時每刻無不處在運動之中,日月更替、寒去暑來、山崩地裂、風吹浪打,涓滴彙為巨流,滄海變為良田——這些都是物質運動的結果。化學運動是宇宙間七大基本運動之一,而化學反應(運動)則是化學研究的核心議題。通過化學運動(反應)不僅能夠認識物質,分離物質,而且還能合成物質;不僅能夠合成自然界已經存在的物質,而且還能合成自然界并不存在的物質。合成(化學運動)是化學家改造世界、保護世界的有力手段。通過化學運動而實現的化工生産,為人類社會創造了巨大的物質财富。
二、物質守恒的思想化學反應成千上萬,但其過程都是作為反應物的原子重新組合而形成新物質的過程。在化學反應前後原子的種類沒有改變,數目沒有增減,原子的質量也沒有變化——這些微觀上的特點決定了宏觀上元素的種類、元素的質量以及各物質的總質量在化學反應前後均不會改變,即所有的化學反應均遵守“質量守恒”的定律。化學學習必須确立“守恒”的思想,抓住物質變化時某一特定量的恒定,進而對化學問題微觀分析、宏觀把握,找到簡化步驟、快捷準确地解決化學問題的途徑。“守恒”的思想在化學學習中應用十分廣泛,不單是質量守恒,原子(粒子)也守恒,化學變化中的能量也守恒,離子反應中的電荷也守恒,在氧化還原反應中得失電子數同樣守恒。利用“守恒”的思想可以處理和解決化學中的許多問題。不僅如此,“守恒”也是自然界普遍适用的規律,物理學中的“能量守恒”“動量守恒”等思想就貫穿于物理學教學的始終。
三、物質分類的思想
分類既是一種邏輯方法,也是中學化學的核心思想。世界上物質極其豐富,既有其個性,也有與其他物質相同或相似的地方;同樣,物質的變化也是多種多樣的。學化學首先要學會從不同角度對物質及其變化進行分類,然後在解決某些問題時把某種物質或變化歸納到某一類别之中去,用“類”的思想去解決化學問題,這樣就容易把握問題的實質,找到解決問題的方法和思路,從而有效地解決具體的問題。門捷列夫的元素周期律和周期表的提出,就是運用物質分類思想的典範。新教材化學必修I就是以物質分類為主線來編排的。中學化學中對混合物、純淨物→單質、化合物→有機物、無機物→氫化物、氧化物、酸、堿、鹽的分類,以及有機物中對烴、烴的衍生物→鹵代烴、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、酯……的分類,充分說明了物質分類的思想在化學教學中無處不在。
四、動态平衡的思想在一個化學混合體系中,當兩種相對立的運動同時以相同的速率進行時,該混合體系中各成分的濃度、百分含量維持不變,這時我們說該體系達到了平衡。且當溫度、壓強一定時,各體系的平衡常數也保持一定。不過,各成分的濃度、百分含量維持不變,并不是說運動過程停止了,譬如在某溫度下某溶質的溶解達到了飽和,并不是說該溶質的溶解過程停止了,而是此時溶解和結晶都達到了同一速度,表面上看溶質的量不再改變,但溶解仍然在進行之中,即G37W805.jpg其他的各種平衡也一樣,一定是G37W806.jpg所以化學平衡是一種動态的平衡。正因為化學平衡是一種動态的平衡,所以當影響平衡體系條件改變時,必然導緻G37W807.jpg,此時平衡就會向着能夠削弱這種改變的方向移動,這就是著名的“勒沙特列原理”。“勒沙特列原理”适用于宇宙間一切平衡體系。
五、建構模型的思想
所謂“模型”,就是模拟所要研究事物原型的結構形态或運動形态,是事物原型的某個表征和體現,同時又是事物原型的抽象與概括。模型一般可分為物理模型和數學模型。物質結構學習中的原子結構、分子結構、晶體結構的模型,就是一種物理模型;而化學平衡學習中的濃度平衡常數、分壓平衡常數、電離平衡常數等計算關系式,就是一種數學模型。建構模型的思想是一種重要的研究問題的方法,不論是物理模型還是數學模型,它們都能使的研究對象直觀化和簡單化,同時還可以形象地描述研究成果,使之便于理解和傳播。化學是研究物質變化最基本、最普遍規律的科學,通過建構模型能夠排除非本質因素的幹擾,舍棄次要因素和無關因素,突出反映事物的本質特征,從而使化學現象或化學過程得到簡化、純化和理想化。因此,在化學教與學中,必須掌握建構模型的思想方法。
六、對立統一的思想
對立統一的思想是唯物辯證法的核心,它揭示了事物運動、變化、發展的根本原因在于事物内部的矛盾性,事物普遍聯系的實質就是事物之間由多方面的對立統一構成的矛盾體系,它體現着事物内部肯定方面與否定方面的對立統一的關系。在化學教學中,矛盾的對立統一體普遍存在,如化合與分解,氧化與還原,酸性與堿性,以及溶解與結晶,中和與水解,電離與鍵合等。物質化學運動形式的特殊矛盾就是“原子的化合與化分”,哪裡進行着原子的化分與化合的過程(或者分子的破壞和形成過程),哪裡就存在着物質的化學運動形式。化學運動形式就是這一對矛盾不斷産生和解決的過程,研究這一矛盾的矛盾運動就成為化學科學的主要任務。
七、内在聯系的思想化學内在聯系思想主要體現在結構決定性質,性質反映結構;性質決定用途,用途(制法)反映性質,而性質又影響制法。這一思想貫穿于化學學習與研究過程的始終。與之相關的思想方法還有“結構與位置(元素在周期表中的位置)”“位置與性質”以及“位置、結構與性質”之間的聯系等。結構決定性質,一是原子結構決定原子的性質,即原子的核外電子排布決定元素的性質,元素的化學性質主要是由原子的最外層電子數所決定的;二是物質結構決定物質的性質,如酸中的H 和堿中的OH-,它們分别決定了酸、堿各自的通性;性質決定用途,用途反映性質,譬如某物質隻有具備可燃性才可能用作燃料,同樣,能做滅火劑的物質肯定就不能燃燒。當然,性質不是唯一的決定因素,物質的用途還受生産和使用條件、人的審美需求和環境保護等諸多因素的影響。
八、質量互變的思想質量互變規律揭示了事物因矛盾引起的發展過程和狀态,以及發展變化在形式上所具有的特點。事物從量變開始,到質變終結。量變和質變是兩個相互依存的過程,通過量的積累産生質的變化。量變是質變的前提,而質變是量變的結果。這一思想不僅在元素周期律(元素周期表)中得到了最好的體現——比如同周期、同主族元素的性質随原子序數(電子層數)的遞增而發生有規律的變化,而且在一些化學反應中也得到很好的體現,比如過量的問題(量對反應産物的影響)、物質性質(氧化性或還原性)與物質濃度的關系等。如硝酸濃度的改變會導緻其氧化性強弱改變,因而反應産物發生變化;濃硫酸具有強氧化性,而稀硫酸則不具有強氧化性;濃鹽酸有較強的還原性,稀鹽酸則弱得多,等等。
九、一般與特殊的思想
一般,指矛盾的普遍性,即通常所說的事物的共性,事物中相同的東西;特殊,指矛盾的特殊性,即事物的個性和特點。在化學研究中,通常總是通過對某些特殊的事物或事物的某些特性進行研究,得出一般性(或普遍性)的規律後,再加以推廣。譬如:通過對氯、氧、氮等代表元素的研究,再把它們的性質推廣到整個鹵族、氧族和氮族;通過對甲烷、乙烯和苯的研究,再把它們的性質推廣到烷烴、烯烴和芳香烴等。事物在具有普遍性(一般性)的同時,由于不同事物存在某些獨特的一面,因此又具有特殊性。換句話說,任何事物與同類事物之間有普遍性(共性)的一面,同時又有獨特性(特殊)的一面。如同主族元素化學性質存在共性的一面,同時不同的元素間又必然存在着差異性,就好比鹵素中氟、氯、溴、碘元素的性質很相似,但各自卻也分别具有其不同的特性。
十、宏觀與微觀的思想通過宏觀現象,推斷構成物質的微觀粒子的變化規律,是化學學科的顯著特點。宏觀物質都是由微觀粒子(分子、原子和離子等)構成的,宏觀物質的性質和發生的變化就是構成它們的微粒性質及微粒所發生的變化。如壓縮氣體的體積會縮小,是因為氣體分子之間存在間隔;G37W808.jpg的溶液呈藍色,是因為G37W809.jpg是藍色的;醇的通性就是-OH(羟基)的性質,醛的通性就是-CHO(醛基)的性質;等等。宏觀現象必須通過微觀分析去找尋原因,這是化學科學有别于古代化學實用技術的重要之處。事實上,用微觀思想分析和看待問題,就是抓住了解決問題的實質。化學教學必須架設從宏觀到微觀的橋梁,培養學生由宏觀到微觀的豐富想象力,使學生掌握由宏觀物體的變化聯想到構成它的微觀粒子變化的思維方法。
十一、定性與定量的思想這是化學研究中通常用到的兩種思想方法。這兩種方法從不同的深度和角度對事物進行研究。定性的思想方法,主要從是否存在某種屬性、存在程度的深淺或大小等角度進行初步确定;而定量的思想方法,則在定性的基礎上精确地對事物的屬性進行深度的、量化的表達。如對某溶液酸堿性的描述和酸堿度的表達,又如關于物質溶解性的描述和溶解度的描述,都是從定性和定量兩個方面來對事物進行研究的。兩種方法都不可偏廢,不要以為隻有定量才是科學的,在化學研究中,定性的方法應用更多,因為物質的存在、組成、結構、性質、制法和用途,是不可能完全用定量的方法來研究的。這也決定了化學學科有别于數理學科的特點,那就是在作為理科的化學學習中,兼備了某些文科知識的學習要求,對于物質的存在、組成、性質、制法和用途——常稱為“元素化合物知識”,必須學會歸納和記憶。學化學不重視“元素化合物知識”的記憶,是一定學不好的。
十二、綠色化學的思想
綠色化學又稱“環境無害化學”“環境友好化學”“清潔化學”,與其相對應的技術稱為綠色技術、環境友好技術。理想的綠色技術應該采用高選擇性的化學反應來生産目标産品,其工藝過程中使用無毒無害原料、溶劑和催化劑,不生成或很少生成副産品或廢物,進而實現或接近廢物的“零排放”。它涵蓋了許多化學領域,如合成、催化、工藝、分離和分析監測等。綠色化學的核心内容之一是“原子經濟性”,即充分利用反應物中的每一個原子,因而它既能充分利用資源,又能防止污染。綠色意識是人類追求自然完美的一種高級表現,它不把人看成大自然的主宰者,而是看作大自然中的普通一員,追求的是人對大自然的尊重以及人與自然的和諧相處。在傳統的化學教學中,這一思想基本未曾涉及,然而在今天的化學教學中,必須讓學生建立起綠色化學的思想意識,學會判斷哪些反應符合綠色化學的要求,哪些反應不符合綠色化學的要求。
綜上所述,化學學科思想是人們對化學知識和方法認識的提煉與升華,它是化學學科的靈魂。隻有真正理解了化學的規律,掌握了化學的本質,形成了化學的學科思想,才能夠正确掌握并運用化學知識和化學方法,才能夠深入地認識化學學習中的各種問題,而不是就事論事,就題論題。所以,教師在日常的教學中,在引導學生學習化學知識的同時,更應該幫助學生理解和掌握化學的學科思想和學科思維方法。
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