亦卓亦群說(shuō)化學(xué)(化學(xué)緒言課之一)

　　教學(xué)設(shè)計(jì)

　　今天我們開(kāi)始學(xué)化學(xué)。

　　那么化學(xué)的研究對(duì)象是什么呢? 初學(xué)者應(yīng)該學(xué)些什么內(nèi)容呢?

　　每門學(xué)科都有自己特定的研究對(duì)象。比如語(yǔ)文的研究對(duì)象是語(yǔ)言文字，說(shuō)的話、寫的文章，等等。

　　化學(xué)是在分子、原子的水平上研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)和變化的科學(xué)�！拔镔|(zhì)的組成、性質(zhì)和變化”就是化學(xué)的研究對(duì)象。

　　一張白紙，我們可以研究它的透光性，與黑紙作對(duì)照研究不同紙張對(duì)陽(yáng)光的遮擋效果；可以將它疊成一只小船置于水面，研究水對(duì)它的浮力，看它能承載多重的細(xì)沙；可以將它折成一只紙飛機(jī)，并盡可能改進(jìn)它，讓它在空中飛得更久、更遠(yuǎn)。紙被折疊成小船、折疊成飛機(jī)，或者被撕碎、粘貼，這些都是紙的“變化”，但無(wú)論怎樣“變”，有一樣始終沒(méi)有改變:紙還是紙。

　　[演示]白紙、黑紙對(duì)陽(yáng)光的遮擋；將紙折疊成紙船放入水槽；折疊紙飛機(jī)在教室里飛。

　　在紙還是紙的前提下對(duì)這張紙及其變化的研究屬于物理學(xué)的范疇。

　　化學(xué)也研究這張紙的變化。比如用濃硫酸使這張紙?zhí)炕�，證明它的組成中含碳元素；將這張紙點(diǎn)燃，證明它可燃，白紙化作一縷清煙，留下少許灰燼，并釋放光和熱。炭化和燃燒也是紙的變化，但紙經(jīng)過(guò)這些變化后已不再是紙。

　　[實(shí)驗(yàn)]用濃硫酸在白紙上寫字；點(diǎn)燃一張白紙。

　　在“紙”變?yōu)椤胺羌垺钡那疤嵯聦?duì)這張紙及其變化所進(jìn)行的研究屬于化學(xué)的范疇。

　　我們?cè)谝簧�中�?huì)學(xué)習(xí)很多知識(shí)。某些知識(shí)之所以能成為一門獨(dú)立的學(xué)科，一定具有以下這些基本特征。

　　一、具備完備的符號(hào)系統(tǒng)

　　語(yǔ)文：文字本身就是符號(hào)。我們使用的象形字，比如日、月、山、水，起源就是圖形符號(hào)。漢文字已經(jīng)很完整了，但仍有“簡(jiǎn)直無(wú)法用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)”的事物或情感，說(shuō)明還有發(fā)展和完善的空間。

　　數(shù)學(xué)：1、2、3……0、+、-、*、/、 ，等等。如果沒(méi)有這些成套的符號(hào)，我們?cè)趺磳W(xué)習(xí)、研究、應(yīng)用數(shù)學(xué)呢?

　　化學(xué)也有一套比較完整的符號(hào)。如水的化學(xué)符號(hào)是H2O，食鹽的化學(xué)符號(hào)是NaCl；在化學(xué)方程式中用“↑”表示氣體，“△”表示加熱。

　　[圖片]相關(guān)的文字、數(shù)學(xué)、化學(xué)符號(hào)。

　　理科的符號(hào)系統(tǒng)是國(guó)際通用的。

　　二、都有構(gòu)成研究對(duì)象的基本元素

　　數(shù)學(xué)中的集合：比如正整數(shù)，1、2、3……就是這個(gè)集合中的元素。元是初始、基本的意思，素是要素。

　　漢字的基本筆畫(huà)是構(gòu)成漢字的元素。橫、豎、撇、捺、點(diǎn)、橫折、豎鉤……一橫一豎構(gòu)成“十”，一撇一捺構(gòu)成“人”，一橫一豎一撇一捺構(gòu)成“木”……不多的筆畫(huà)構(gòu)成了上萬(wàn)個(gè)漢字。

　　[動(dòng)畫(huà)]筆畫(huà)構(gòu)字。

　　元素概念對(duì)化學(xué)尤其重要�！霸�素”甚至代替“化學(xué)元素”成為化學(xué)專用名詞。化學(xué)是研究物質(zhì)的科學(xué)，當(dāng)人們認(rèn)識(shí)的物質(zhì)越來(lái)越多，遇到的物質(zhì)變化越來(lái)越復(fù)雜，人們自然要追溯物質(zhì)的本原:物質(zhì)究竟是由什么組成的? 古代中國(guó)(2400多年前的戰(zhàn)國(guó)時(shí)期)就有陰陽(yáng)五行元素說(shuō)，認(rèn)為萬(wàn)物皆由金、木、水、火、土五種“元素”依不同比例組成，比如一棵樹(shù)的主要成分就是木和水。甚至由此興起了煉丹術(shù)和煉金術(shù)，前者企圖將這些基本元素?zé)挸墒谷碎L(zhǎng)生不老的靈丹妙藥，后者期望點(diǎn)石成金。今天人們認(rèn)識(shí)的化學(xué)元素有一百多種，數(shù)千萬(wàn)種物質(zhì)皆由這些元素組成。長(zhǎng)生不老的丹藥和點(diǎn)石成金都不可能，但纖維、塑料、橡膠這些生活必需品的人工合成早已司空見(jiàn)慣。五行中只有金在現(xiàn)代被認(rèn)定為構(gòu)成物質(zhì)的元素，木(木炭)的成分主要是碳，勉強(qiáng)可算元素，水、火、土都不是元素。不過(guò)，地殼中含量最高的兩種元素———氧和硅———卻正是土壤的主要成分。

　　三、研究對(duì)象都被系統(tǒng)分類

　　生物學(xué)將生物分為動(dòng)物、植物、微生物。動(dòng)物中比較高級(jí)的一類叫脊椎動(dòng)物，其中包括哺乳動(dòng)物。貓和老虎同屬貓科。生物種類何止成千上萬(wàn)，沒(méi)有這種系統(tǒng)分類，生物學(xué)肯定雜亂無(wú)章而成不了科學(xué)。

　　化學(xué)的研究對(duì)象是物質(zhì)，物質(zhì)種類以數(shù)千萬(wàn)計(jì)，當(dāng)然要按化學(xué)的需要分類，比如分成單質(zhì)、化合物；無(wú)機(jī)物、有機(jī)物；酸、堿、鹽；糖、脂肪、纖維素，等等。

　　[圖片]生物分類、化學(xué)物質(zhì)分類。

　　四、得到實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`的支撐

　　物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立的。歷史上有許多著名的實(shí)驗(yàn)，如古希臘科學(xué)家阿基米得的浮力實(shí)驗(yàn)，確立了浮力原理，即物體在液體中所獲得的浮力等于它所排開(kāi)液體的重量。又如18世紀(jì)俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫和法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫的密閉容器內(nèi)物質(zhì)的燃燒實(shí)驗(yàn)，推翻了“燃素說(shuō)”并確立了質(zhì)量守恒定律。類似的探究性實(shí)驗(yàn)或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是這些學(xué)科的重要內(nèi)容和支撐，物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科也因此被稱作實(shí)驗(yàn)學(xué)科。

　　[圖片]阿基米得浮力實(shí)驗(yàn)、拉瓦錫燃燒實(shí)驗(yàn)。

　　其實(shí)數(shù)學(xué)和文科也是需要實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`檢驗(yàn)的。一個(gè)數(shù)據(jù)算錯(cuò)，建造的橋梁便有坍塌的危險(xiǎn)；一項(xiàng)法規(guī)制定得不合理，百姓要遭殃的。

　　五、學(xué)科(特別是理科)對(duì)研究對(duì)象的描述都有從定性向定量過(guò)渡的趨勢(shì)說(shuō)鐵很重，水很輕，那只是定性描述；說(shuō)鐵的密度為7.8g/cm3，水的密度為1.0g/cm3，這才叫定量。說(shuō)石油的燃燒效果比煤好，那是定性；說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)石油的熱值是44kJ/g，標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值僅為29kJ/g，那是定量。學(xué)科對(duì)研究對(duì)象的定量程度越高，學(xué)科越成熟�，F(xiàn)代化學(xué)比數(shù)學(xué)和物理都年輕，從定性到定量的路更長(zhǎng)。

　　……

　　這就是說(shuō)化學(xué)是一門獨(dú)立卻不孤立的學(xué)科，它也卓，也群。

　　所以我們今天學(xué)化學(xué)，首先要學(xué)的就包括它的元素、符號(hào)系統(tǒng)、物質(zhì)分類、實(shí)驗(yàn)手段和化學(xué)變化中的定量計(jì)算，等等。

　　今天我們的衣食住行離不開(kāi)化學(xué)，化學(xué)是一門使人類生活得更美好的基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)提供人類合理使用能源的方法，化學(xué)使人類豐衣足食，化學(xué)以保護(hù)和改善人類賴以生存的環(huán)境為己任……

　　化學(xué)更是人類幾百年、幾千年智慧的結(jié)晶，有其獨(dú)特的思想方法和文化內(nèi)涵。這是我們熱愛(ài)化學(xué)并決定學(xué)習(xí)它、學(xué)好它的原因。

　　追本溯源

　　讓初學(xué)者了解化學(xué)研究的對(duì)象和化學(xué)最基礎(chǔ)的知識(shí)，也就是幫助初三學(xué)生認(rèn)識(shí)初中化學(xué)“學(xué)什么”是本課的知識(shí)重點(diǎn)。

　　本著實(shí)事求是的原則，我不想用“魔術(shù)實(shí)驗(yàn)”為主要手段去吸引學(xué)生的眼球。我們知道化學(xué)課上的“魔術(shù)”多半與過(guò)渡元素化合物(比如鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅等元素的各種配合物)的各種顏色有關(guān)，而過(guò)渡元素及其配合物并非初中化學(xué)所學(xué)內(nèi)容(普通高中也基本不涉及)。即使緒言是一種“吆喝”，也不能是“掛羊頭賣狗肉”似的吆喝。

　　我也不主張以化學(xué)史為主要內(nèi)容組織緒言課。對(duì)一個(gè)尚未有多少化學(xué)知識(shí)的初學(xué)者，怎么讓他理解化學(xué)歷史進(jìn)程中的重大事件呢? 結(jié)果只是羅列出一堆“偉大的”外國(guó)人名字，客觀上成了“聽(tīng)了白聽(tīng)”的說(shuō)教。化學(xué)史應(yīng)該在具體教學(xué)過(guò)程中滲透，比如在講氧氣的發(fā)現(xiàn)、質(zhì)量守恒時(shí)介紹拉瓦錫，講原子時(shí)介紹道爾頓，這才真實(shí)有效。

　　而學(xué)科間的類比卻是符合學(xué)生認(rèn)識(shí)歷程的。語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、物理、生物等學(xué)科都比化學(xué)課開(kāi)得早，其間的“卓”與“群”(尤其是群)是學(xué)生可以感同身受的。更加重要的是，正是這個(gè)“群”決定了初中化學(xué)“首先要學(xué)的就包括它的元素、符號(hào)系統(tǒng)、物質(zhì)分類、實(shí)驗(yàn)手段和化學(xué)變化中的定量計(jì)算等等”�；瘜W(xué)學(xué)科的特征與科學(xué)大家庭中的其他學(xué)科是有異有同的，本課著力渲染這些學(xué)科各自或共同表征的學(xué)科文化的美妙。“卓”與“群”的意境是本課的精神主題。

　　這種卓群比較不僅提升了課堂的文化品位，也為學(xué)生學(xué)習(xí)的“低門檻”提供了基礎(chǔ)，原因是“具體”�！耙粰M一豎構(gòu)成‘十’，一撇一捺構(gòu)成‘人’，一橫一豎一撇一捺構(gòu)成‘木’……不多的筆劃構(gòu)成了上萬(wàn)個(gè)漢字�！薄罢f(shuō)鐵很重，水很輕，那只是定性描述，說(shuō)鐵的密度為7.8g/cm3，水的密度為1.0g/cm3，這才叫定量。說(shuō)石油的燃燒效果比煤好，那是定性，說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)石油的熱值是44kJ/g，標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值僅為29kJ/g，那是定量。”……

　　將抽象概念形象化是教師的一種基本功�！霸诩堖�是紙的前提下對(duì)這張紙及其變化的研究屬于物理學(xué)的范疇。”“在‘紙’變?yōu)椤�非紙’的前提下�?duì)這張紙及其變化所進(jìn)行的研究屬于化學(xué)的范疇�！边@些教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了對(duì)這種基本功的關(guān)注。

　　之所以將這種設(shè)計(jì)稱為“之一”，是因?yàn)楹芟Ｍ�看到有更精彩�?dú)到的設(shè)計(jì)成為之二、之三……

　　隨心筆錄

　　初中化學(xué)和啞巴外語(yǔ)

　　一年級(jí)小學(xué)生是這樣學(xué)外語(yǔ)的。

　　第一學(xué)期的課本只有圖片和句子。一張?zhí)O果的圖片，底下寫一句，This is an apple。再一張男孩的圖片，圖底下再來(lái)一句，Heisaboy。加上錄音帶，一個(gè)學(xué)期讀了上百句，字母都不認(rèn)識(shí)的。估計(jì)那些句子在一年級(jí)學(xué)生眼里也就是一串圖形符號(hào)。

　　第二學(xué)期，課本中將單詞抽出來(lái)了，apple就是蘋果。老師剛開(kāi)口banana，學(xué)生已齊聲說(shuō)是香蕉。boy是男孩，gril呢，學(xué)生說(shuō)早認(rèn)識(shí)了，是女孩。用成人的話，這叫水到渠成。

　　然后老師教學(xué)生認(rèn)apple的第一個(gè)字母是a，boy的第一個(gè)字母是b……循序漸進(jìn)的教學(xué)方法應(yīng)該是先認(rèn)字母，再拼單詞，再連成句子。完全顛倒過(guò)來(lái)，好處很明顯。一是學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生認(rèn)字母的時(shí)候已經(jīng)知道(是真知道，不是大概知道)字母是用來(lái)拼單詞的。按部就班，在不知學(xué)字母干嗎的情況下背字母，只能是被迫的、枯燥乏味的。二是節(jié)省了大量學(xué)習(xí)時(shí)間。比如認(rèn)單詞常常在說(shuō)話過(guò)程中潛移默化地完成。

　　可見(jiàn)循序漸進(jìn)在這里未必是最好的學(xué)習(xí)方法。

　　初中化學(xué)是否與小學(xué)外語(yǔ)異曲同工，可不可以來(lái)一次顛覆性的學(xué)習(xí)變革。

　　……