对中学化学的主要任务和教材改革的看法

作 者:

作者简介:
宋心琦,清华大学化学系   胡美玲,人民教育出版社

原文出处:
化学教育

内容提要:


期刊代号:G37
分类名称:中学化学教与学
复印期号:2002 年 06 期

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      在我们这个地球上,有着成千上万形形色色的物质,而且随着科学技术的发展,物质的数量仍在飞速地增长着。如何来认识这个物质世界?化学的任务是什么?什么是一般人所应具有的最基本的化学观点或观念?这应当是科学教育的重要任务之一。

      物理学家是从物质(物体)的物理性质,如晶形、密度、硬度、导电性、导热性、比热容等等来认识物质世界的,为此发展了许多测量的方法,并且依据测量的结果,对物质进行整理和分类。于是便有了金属和非金属,导体、半导体和绝缘体等的区别。这也是化学工作者和人们通常用来区分物质的常用方法。

      简单分类法的优缺点

      分类是一种简单易行的、行之有效的科学方法。在科学工作、经济工作和日常生活中都已得到了广泛的应用,如超级市场中的商品、药房的药架、图书馆的藏书等,莫不采用分类的方法。生物学所采用的界、门、纲、目、科、属、种的7个分类单位(阶元),则更为严密。 尽管如此,人们在实践中,还是会经常遇到某些介于二者之间、归属不易确定的情况。当分类时所依据的指标较多或不易量化时,这种情况就越普遍。只有像开与关、现行习题和考题答案的对与错这样一些非此即彼的体系,才是截然可分的。在化学中也经常会遇到类似的问题,例如介于典型金属和典型非金属之间的元素、介于强酸和弱酸(或强碱和弱碱)之间的酸(或碱)、介于典型离子键和典型共价键之间的化学键等等。此外,还有像稳定与不稳定、活泼与不活泼、反应的快慢等一些和实验(或实际)条件关系极大的对化学物质和现象的描述用语,由于本身难以量化或者缺少参比时的公认标准,有的已经不能成为科学分类法的依据。对它们的理解,常常取决于当事人的经验,有时甚至达到可以意会、不可言传的程度。这种情况在中学化学教学中经常会遇到,曾经给很多教师和学生带来困惑和烦恼。解决这个问题的关键在于对分类法的利弊的了解,所以在中学化学教学和教材中,应当对此给以适当的重视。其实这种观点的建立,将有助于学生在学习具体化学知识的同时,提高对科学方法的认识。

      类似的情况在中学化学教材对物理变化和化学变化的处理中,体现得更为明显。当学生对什么是物理性质了解得比较清楚之后,物理变化的正确论断应当是很容易得出的。可是区分物理变化和化学变化的关键是此处所提及的“物质”概念的内涵。化学中的物质具有非常确定而严格的定义,它以纯净物为基础,而纯净物指的是组成、结构确定的物质,和人们在日常生活中所指的物质并不完全相同,后者通常指的是有形、有质量、以及能够感觉到的物体。当我们强调水变成水蒸气没有发生化学变化时,指的是水的组成没有改变,可是对于初学者来说,如何能够接受这种说法呢?好在学生早就熟悉了水变汽和汽变水的过程,因而没有提出异议。但是这种知识迁移的基础应当认为初学者是不具备的,再加上教材和教学中所强调的物理变化中可以没有化学变化,而化学变化中通常都同时发生物理变化的“结论”,学生就更感到有如雾里看花、莫衷一是了。这个问题一直存在着,当学生初次接触化学时,就要求他们用一个所不熟悉的概念来分辨化学变化和物理变化,不是要求太高,而是一种不合理的要求。它之所以在化学教学中没有引起太多的问题,和它在后续课程中已不再做要求有关,但毕竟这是个在新教材编写时应当考虑的问题。

      应当强调的是,不能因此而贬低学习和应用分类法的意义,它仍然是一种科学的方法。把复杂的事物通过分类构成一个有序的信息体系,将有利于学生的认知过程,它在其他学科和日常生活中的应用仍然十分广泛。对科学方法适用度的了解,可以帮助人们走出上述的认识误区,免去许多无谓的争论。由此可见,科学素质比科学方法更具有基础性。

      化学中的“物质”和化学的视角

      化学家在识别物质时,固然也重视其物理性质,因为它们比较直观,而且经常是可以测量,即可以量化的。但化学独特的视角是从物质的化学组成来认识物质并将其分类、归纳。二者的视角不同,所涉及的层次也不同。2种识别方法的同时应用,可以使认识比较全面, 但是对于初学者来说,却容易引起渴淆。这种情况在初等化学教材和教学中是一个比较普遍的问题。

      在认识和探究物质世界时,化学的这种视角的形成和古代炼金术和炼丹术的实践有关。人们习惯于把物质所表现出来的性质和它的内涵(组成)联系在一起。尽管当时的思路可能和实际相违背,但是积累了许多有用的知识、常识和经验。这种思维方法至今在一般人中,特别是“科学警惕性”不高的人群中仍然时有表现。亦即不是本质决定了现象;而是现象代表了本质。例如气功之所以有如此大的影响,其中就有这方面的原因。因为现象可以是事物本质的反映,但未必是事物本质的最真实的、最恰如其分的反映。另一方面,中外古代的哲学思想中的还原论对自然科学的影响一直很普遍。哲学家总是企图把复杂的物质世界还原成一些简单的、为数不多的“元素”,西方的四元素论和中国的阴阳五行论,是其中的精华。把复杂的事物通过分析、分解和综合,还原成为构成它们的基本组元的方法,至今仍然是最常用的科学方法之一。这种方法比简单分类法要深入一些,不仅考虑“分”,而且考虑“合”。既考虑协同,即相辅相成;也考虑相互抵触、相互抵消。例如学生的教育和培养,不论素质也好、能力也好、知识也好,是一个十分复杂的认知系统,把它分解成为课程,课程再分解成为教学环节等等的做法,从方法论来看,和古代哲学家们所做的,并没有什么本质上的差别。所以,和简单分类法相比,它们在科学方法或基本素质方面,层次要高一些。

      古代哲学发展的认识论和相应的方法论,加上炼金术与炼丹术的实践,形成了化学这个学科独特的视角。值得我们在编写和使用教材时考虑,因为这是化学入门的钥匙。

      重视物质的化学组成是化学观念的基础

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