無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)辯證思維分析
時(shí)間:2022-05-24 09:25:55
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摘要:《無(wú)機(jī)化學(xué)》是高等師范院?;瘜W(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)這門(mén)課,不僅要學(xué)好相關(guān)化學(xué)理論和元素部分的知識(shí),更要領(lǐng)會(huì)和研究其中蘊(yùn)含的辯證思維,培養(yǎng)學(xué)生正確的自然觀、科學(xué)技術(shù)觀和科學(xué)技術(shù)方法論,培育學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新方法,為國(guó)家培養(yǎng)出講科學(xué)、愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的優(yōu)秀人才。
關(guān)鍵詞:無(wú)機(jī)化學(xué);辯證思維;教學(xué)
目前世界正處于“百年未有之大變局”,中華民族偉大復(fù)興之路面臨諸多挑戰(zhàn)。高等教育為誰(shuí)培養(yǎng)人,培養(yǎng)什么樣的人這個(gè)重大命題更加受到國(guó)家關(guān)注。如何在無(wú)機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程中融入思政內(nèi)容,從而培養(yǎng)高素質(zhì)又紅又專(zhuān)型人才就成為時(shí)代要求。筆者常年擔(dān)任高師《無(wú)機(jī)化學(xué)》專(zhuān)任教師,深切感到無(wú)機(jī)化學(xué)課教學(xué)過(guò)程中融入馬克思主義自然辯證法教育對(duì)于培養(yǎng)優(yōu)秀的社會(huì)主義建設(shè)者可以大有作為。
1分析和綜合
學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)一章時(shí),就用到了分析和綜合[1]。首先從歷史的角度進(jìn)行分析,最早的古希臘原子論認(rèn)為,原子的數(shù)目是無(wú)窮的,它們之間沒(méi)有性質(zhì)的區(qū)別,只有形狀、體積和序列的不同。運(yùn)動(dòng)是原子固有的屬性。它們互相結(jié)合起來(lái),就產(chǎn)生了各種不同的復(fù)合物。原子分離,物體便歸于消滅。當(dāng)然,這種對(duì)原子的認(rèn)識(shí)是原始的和初步的,是人類(lèi)探索原子結(jié)構(gòu)的初始階段。19世紀(jì)初提出了道爾頓理論,這個(gè)理論認(rèn)為原子是組成化學(xué)元素的、非常微小的、不可再分割的物質(zhì)微粒。在化學(xué)反應(yīng)中原子保持其本來(lái)的性質(zhì)。道爾頓理論非常粗糙,但是也有其合理的地方,圓滿(mǎn)地解釋了當(dāng)時(shí)已知的化學(xué)反應(yīng)的定量關(guān)系,和古希臘的原子論相比,有了很大的進(jìn)步。但是限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件,又存在很多問(wèn)題,例如從“思維經(jīng)濟(jì)原則”出發(fā),錯(cuò)誤的給出許多元素原子量。也沒(méi)有涉及到原子的微觀結(jié)構(gòu)究竟是什么樣子的。20世紀(jì)初,盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō):在原子的中心有一個(gè)很小的核,叫做原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里,帶負(fù)電的電子在核外空間里繞著原子核旋轉(zhuǎn)。該理論合理的地方是提出原子由原子核和核外電子組成,按照這個(gè)學(xué)說(shuō),可很好地解釋?duì)亮W拥纳⑸鋵?shí)驗(yàn)結(jié)果,α粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)還可以估計(jì)原子核的大小。盧瑟福原子模型也存在致命弱點(diǎn),即正負(fù)電荷之間的電場(chǎng)力無(wú)法滿(mǎn)足穩(wěn)定性的要求,即無(wú)法解釋原子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1913年,年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾在總結(jié)當(dāng)時(shí)在總結(jié)當(dāng)時(shí)最新的物理學(xué)發(fā)現(xiàn):普朗克黑體輻射和量子概念、愛(ài)因斯坦光子論、盧瑟福原子帶核模型的基礎(chǔ)上建立了氫原子核外電子運(yùn)動(dòng)模型,解釋了氫原子光譜,后人稱(chēng)為玻爾理論。玻爾理論合理的內(nèi)容是:核外電子處于定態(tài)時(shí)有確定的能量;原子光譜源自核外電子的能量變化。這一真理為后來(lái)的量子力學(xué)所繼承。玻爾理論的基本科學(xué)思想方法是,承認(rèn)原子體系能夠穩(wěn)定而長(zhǎng)期存在的客觀事實(shí),大膽地假定光譜的來(lái)源是核外電子的能量變化,用類(lèi)比的科學(xué)方法,形成核外電子的行星模型,提出量子化條件和躍遷規(guī)則等革命性的概念。然而新量子力學(xué)證明了電子在核外的所謂“行星軌道”是根本不存在的。用玻爾的方法計(jì)算比氫原子稍復(fù)雜的氦原子的光譜便有非常大的誤差。最終提出量子力學(xué)了理論來(lái)解釋原子結(jié)構(gòu)。按照量子力學(xué)理論,核外電子運(yùn)動(dòng)沒(méi)有固定的軌道,在任何區(qū)域都可能出現(xiàn),只不過(guò)在有些區(qū)域出現(xiàn)的概率大,在有些區(qū)域出現(xiàn)的概率小,例如波爾理論中氫原子的波爾半徑就是基態(tài)氫原子中電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域。通過(guò)分析前面幾種理論的合理的地方和不足的地方,結(jié)合量子力學(xué),綜合起來(lái)提出了最新的原子結(jié)構(gòu)模型,即用概率理論來(lái)解釋核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。并用薛定諤方程來(lái)描述核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)然,對(duì)于大學(xué)一年級(jí)同學(xué)來(lái)說(shuō),沒(méi)有必要掌握復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程,只要掌握四個(gè)量子數(shù),就能描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種通過(guò)人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)歷史性,以及逐漸完備過(guò)程的分析,最終采用綜合的方法,提出量子力學(xué)的原子結(jié)構(gòu)理論,既能夠理解原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的歷史,也能使同學(xué)們明白及早把握最新的科學(xué)成就對(duì)科學(xué)發(fā)展的重要意義。當(dāng)然也說(shuō)明任何新理論都不是憑空產(chǎn)生的,需要站在前人的肩膀上,并要用實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)。
2歸納和演繹
歸納是從個(gè)別到一般,尋求事物一般特征的認(rèn)識(shí)方法,也是一種邏輯推理形式,歸納推理不是必然性推理,其結(jié)論具有或然性[2]。例如在學(xué)習(xí)元素周期律時(shí),可以利用歸納和演繹的方法。元素周期率,主要包括原子半徑、電離能、電子親和能和電負(fù)性的變化規(guī)律。根據(jù)周期表中某一主族或者某一周期中每個(gè)元素的原子半徑數(shù)值、電離能數(shù)值、電子親和能和電負(fù)性的數(shù)值進(jìn)行歸納出變化規(guī)律,可以演繹出其它主族和其它周期這些數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。當(dāng)然,元素性質(zhì)的周期性變化是大體上的趨勢(shì),其中還有許多例外,所以演繹的結(jié)果還需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。這也是我們學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)元素部分內(nèi)容要特別注意的方面。例如,通過(guò)歸納和演繹的方法,可以得出:同周期元素隨原子序數(shù)的增加,原子半徑表現(xiàn)出從左向右減小的趨勢(shì)。但是要注意,主族元素減小最快;過(guò)渡元素總體上表現(xiàn)為減小,但不規(guī)則且減小較慢;內(nèi)過(guò)渡元素減小最慢。各周期末尾稀有氣體的半徑較大,但是是范德華半徑。同族元素隨原子序數(shù)的增加,原子半徑自上而下增大,但是過(guò)渡元素的變化不明顯,特別是鑭系以后的個(gè)元素。所以在無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中,要特別注意采用演繹的方法得出性質(zhì)的變化規(guī)律是,要注意特例的存在。例如,在無(wú)機(jī)化學(xué)下冊(cè)鹵素一章學(xué)習(xí)過(guò)程中,鹵素單質(zhì)的氧化性變化規(guī)律是F2>Cl2>Br2>I2,+1價(jià)含氧酸的氧化性變化規(guī)律是HClO>HBrO>HIO,但是+5價(jià)含氧酸的氧化性變化規(guī)律是HBrO3>HClO3>HIO3,所以在無(wú)機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中,要特別注意演繹出規(guī)律的局限性,當(dāng)然這也是客觀世界復(fù)雜性的必然結(jié)果。
3從抽象到具體
無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中,從抽象到具體的辯證思維過(guò)程非常普遍[3]。例如,我們要學(xué)習(xí)很多定律,這些定律是科學(xué)家通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象形成理論的過(guò)程,通過(guò)學(xué)習(xí)理論,還要應(yīng)用這些理論解決一些具體問(wèn)題,這就是從抽象到具體的過(guò)程[4]。例如,化學(xué)熱力學(xué)一章中,學(xué)習(xí)的熱力學(xué)第一定律,實(shí)際上就是能量守恒定律,在本章就有很多具體的應(yīng)用。例如,對(duì)于具體的封閉體系,在只做體積功的條件下,要計(jì)算體系內(nèi)能的變化量,就需要利用熱力學(xué)第一定律。包括焓的概念的提出,指的是封閉體系在恒壓條件下,不做非體積功,體系所吸收的熱量全部用于體系的焓變,即特定條件下,熱力學(xué)第一定律的另一種表達(dá)形式。熱化學(xué)就是把熱力學(xué)第一定律具體應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)上,討論和計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的熱量變化問(wèn)題[5]。例如,在分子結(jié)構(gòu)一章,價(jià)電子層互斥理論可以預(yù)言一些小分子的空間幾何構(gòu)型,在一個(gè)共價(jià)分子中,中心原子周?chē)娮訉?duì)排布的幾何形狀,主要決定于中心原子的價(jià)電子層中的電子對(duì)數(shù)目及(包括成鍵電子對(duì)和未成鍵的孤電子對(duì))互相排斥作用,分子的幾何構(gòu)型總是采取電子對(duì)相互排斥最小的那種結(jié)構(gòu)。這是抽象的理論,遇到具體問(wèn)題時(shí),就要按照理論,首先確定出中心原子提供的價(jià)電子數(shù)目,然后確定配位原子提供的價(jià)電子數(shù),如果是離子的話(huà),還要加上或者減去相應(yīng)的電荷數(shù),最后確定中心原子的價(jià)電子層中的電子對(duì)數(shù)目,然后找出最小的排斥作用的構(gòu)型就是該分子或者離子的構(gòu)型,當(dāng)然還要看一下有沒(méi)有孤對(duì)電子,以確定價(jià)電子對(duì)的構(gòu)型和分子的構(gòu)型是不是一致。通過(guò)具體問(wèn)題的解決,能夠?qū)Τ橄蟮睦碚撚懈玫睦斫猓瑫r(shí),能夠增強(qiáng)自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
4歷史和邏輯的統(tǒng)一
恩格斯認(rèn)為,為了從歷史的偶然性中擺脫出來(lái),盡管在研究經(jīng)濟(jì)學(xué)或其他領(lǐng)域的問(wèn)題時(shí),邏輯方法是唯一適用的。無(wú)機(jī)化學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步,亦遵循歷史和邏輯的統(tǒng)一。正如前面介紹的,在人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子的過(guò)程中,在歷史的不同階段,先后經(jīng)歷了古希臘原子論、道爾頓原子論,盧瑟福原子論,波爾原子論,以及現(xiàn)代的量子力學(xué)模型。實(shí)際上就是人類(lèi)認(rèn)識(shí)事物從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從表面現(xiàn)象到核外電子運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)的邏輯關(guān)系,有經(jīng)驗(yàn)上升到理論。單純的歷史分析,只注重感性實(shí)踐和演化特征,把握的是事物經(jīng)驗(yàn)、知覺(jué)到的部分,把握的是事物與外部關(guān)系及其感性的歷史變化;單純的邏輯分析,則把事物抽空,注重的是事物內(nèi)部不變的特性、靜止的特性和形式的部分。只有堅(jiān)持歷史和邏輯的統(tǒng)一,把對(duì)事物的歷史考察與對(duì)事物的邏輯分析有機(jī)結(jié)合起來(lái),才能夠全面的,深入的掌握事物的本質(zhì)。在人類(lèi)探索原子結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,如果只強(qiáng)調(diào)歷史過(guò)程,不看到各種理論之間的邏輯關(guān)系,則不能從前人的理論上獲得發(fā)展的積極因素,勢(shì)必會(huì)減慢科學(xué)的發(fā)展速度。反過(guò)來(lái),邏輯的發(fā)展需要?dú)v史的例證,需要不斷接觸實(shí)際的科學(xué)發(fā)展。
5結(jié)語(yǔ)
無(wú)機(jī)化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中,注意學(xué)結(jié)其中的辯證法思想,可以使師生在教學(xué)過(guò)程中站的更高,看的更遠(yuǎn),可以從橫向也可以從縱向把握無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科的脈絡(luò)和發(fā)展前景;可以培養(yǎng)學(xué)生理性的、縝密的思維和科學(xué)修養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)
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[3]常新紅.高師無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)的思考和實(shí)踐[J].廣州化工,2014,42(1):162-163.
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[5]李波,范會(huì)濤,馮超強(qiáng),等.應(yīng)用型本科院校制藥工程專(zhuān)業(yè)無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)研究思考[J].廣州化工,2015,43(10):211-212.
作者:常新紅 單位:洛陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院
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