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【摘要】 化学学科不但要传授化学知识和技术,更要训练科学思维和方法,培养科学精神和道德。如何利用教材进行科学方法的教育,以人教版《化学1(必修)》中的两篇课后阅读材料为例,进行简单探讨。
【关键词】 中学化学;科学方法;模型
The material concerning chemistry history carry on science method in the usage teaching material of education
Pang Jia-ju
【Abstract】 The chemistry academics not only want knowledge and technique of the induction chemistry, even want to train science thinking and method, development science spirit and morals.How make use of the teaching material carry on science method of education, with the person teach a version 《chemistry 1(required) 》medium of two empress the lesson reading material for example, carry on simple study.
【Key words】 High school chemistry;Science method;Model
方法问题是科学研究的重要问题,方法体现一整套成功实践的规范和原则,以此为基础,人的活动得以有序化,并成为有目的、有意义的活动。因此,研究方法在科学发展中是典范性的并充满活力的因素。马克思曾经指出:“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产。”马克思的论断也适用于科学活动,科学发展的各个时代的基本区别不仅在于研究什么(尽管研究对象本身也很重要),而且在于怎样研究,以什么方式去研究。这就是科学方法问题。在课堂中运用化学史材料进行科学方法的教育一般按照如下模式进行。
呈现化学史实→展现研究方法→讨论与交流→科学方法与科学精神、科学道德的教育。下面我们来看两个实例。
金属钾的发现历程。1807年,英国化学家戴维在电解水的基础上,设想用电解氢氧化钠和氢氧化钾的方法来制取钠和钾。这里用的是类比的方法。戴维用电解饱和氢氧化钾溶液的方法,结果得到的是氢气和氧气,这个实验说明电解氢氧化钾溶液时其实质是电解水,氢氧化钾没有被分解。他就想到了如果没有水的话,那就能电解氢氧化钾了。可是干燥的氢氧化钾不导电,必须在表面吸附少量的水才行。于是戴维电解了表面吸附有少量水的氢氧化钾,整套装置都暴露在空气中,通电后,氢氧化钾开始熔化,在阴极发现有酷似水银的物质生成。这些颗粒一旦生成就上浮,一接触空气立即燃烧,产生明亮的火焰,颗粒燃烧后失去光泽生成了一种白色粉末。尽管生成的物质很快发生了反应,戴维发现他得到了一种新的物质,只是这种物质很活泼遇到空气立即发生了反应。之后,戴维在密闭的坩埚中电解潮湿的氢氧化钾和氢氧化钠制得了钾和钠。
整个的实验过程就是一个不断试误的过程,不断的排除实验中的影响因素,最后终于成功。这在我们的实验设计中对如何控制变量有重要的指导意义。
原子结构模型的演变。人类对原子结构的认识经历了2500多年的漫长历史。原子结构模型是科学家根据自己的认识,对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人来对原子结构认识的一个阶段。最早提出原子论思想的是公元前5世纪古希腊哲学家,当时是一种哲学理论。1803年英国科学家道尔顿在总结一些元素化合时的质量比例关系时,提出了原子学说。因此,他被称为“近代化学之父”。该学说的主要内容是有四点:一 所有的物质都是由非常微小的粒子即原子构成的;二 原子是不能分割的实心球体;三 同种原子的质量和性质相同,不同的原子质量和性质不同;四 不同的原子结合成化合物,在化学变化中,原子仅仅是重新排列,而不会被创造或消失。时隔百年,1904年汤姆生发现了电子,并用实验方法测出了电子质量不及一个氢原子质量的千分之一,进一步确定为1/1836,由此认为原子是由更小的微粒构成的。他认为原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。这就是原子的“葡萄干面包式”模型。1911年,卢瑟福将∝粒子射向一片极薄的金箔,大多数∝粒子畅通无阻地通过,极少数∝粒子发生偏转,甚至被笔直地弹回。由此提出了原子的核式模型。他认为在原子的中心有一个带正电荷的核,它几乎集中了原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就象行星环绕太阳运转一样。所以,该模型又称为行星模型。把原子区分为原子核和核外电子是卢瑟福原子结构的重大发现。但这一设想与经典力学理论不相符合,在解释原子稳定性方面遇到了难以逾越的困难。1913年,玻尔在研究氢原子光谱时,引入了量子论的观点,提出了电子运动的分层结构模型。原子的核外电子在一系列稳定的轨道上运动,每个轨道都有一个确定的能量值,电子在这些轨道上运动既不吸收能量也不释放能量。玻尔提出的原子结构模型揭示了光谱线与原子结构的内在联系,并测得了氢原子的半径为0.5×10-5m,由此他获得了1922年诺贝尔物理学奖。但他在解释氢原子以外的多电子原子时显得苍白无力。1927～1935年,法国物理学家德布罗意,奥地利物理学家薛定谔,德国物理学家海森伯等提出了原子的量子力学原理,又称为电子云模型。现在,科学家已经能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜摄制显示原子图像的照片。随着现代科学技术的发展,人类对原子的认识过程还会不断深化,可以预见,现在的原子模型也不会是最终模型,它将随着人们对微观世界认识的进一步发展而发展。
通过原子模型的演变历史的介绍,同学们发现,当我们介绍完了原子模型的发展历史,让学生自主讨论交流了之后,回到教材第五章的章序言处,我们看看元素周期表上的五个形象具体,直观生动的模型示意图,学生就对原子模型演变的历史更加清晰了。通过对原子模型建立和发展过程的回顾,目的在于让学生明确一下问题:
(1)什么是模型?模型是根据已知事实建立的,对研究对象简洁的、仿真性的表述。
(2)为什么建立模型?有了模型就可以解释研究对象的运动规律,作出科学的预测。
(3)模型的过渡性。模型如果不能解释新的实验事实,需要加以修正完善,甚至被新的模型代替。模型的更新反映了人们对事物认识的不断深化。随着现代科技的不断发展,真理的相对性越来越明显,以前可以统治百年的理论,到了现在可能很快就被新的发现否定了,或是被大大的向前推进了。让学生树立了一种意识,吾生有涯而知也无涯。我们也能发现一个事实绝对真理是无数相对真理的总合,人只有在认识相对真理的过程中逼近绝对真理。就是我们的发现越来越接近存在的真实。人类对事物的认识是随着认识的不断深化而发展的。比如我们对污染的认识,早期工业不发达时,治理污染就是设法降低污染物的浓度,现在人们采用绿色的工艺流程实现污染物的零排放。
我们教材上的精美插图,一些课后的阅读材料,正是我们对学生进行科学方法教育的很好的材料。讲什么固然重要,如何讲能提高学生的科学素养更加重要。我们要实现有中国制造到中国创造需要我们不懈的努力。
收稿日期:2010-05-13
【关键词】 中学化学;科学方法;模型
The material concerning chemistry history carry on science method in the usage teaching material of education
Pang Jia-ju
【Abstract】 The chemistry academics not only want knowledge and technique of the induction chemistry, even want to train science thinking and method, development science spirit and morals.How make use of the teaching material carry on science method of education, with the person teach a version 《chemistry 1(required) 》medium of two empress the lesson reading material for example, carry on simple study.
【Key words】 High school chemistry;Science method;Model
方法问题是科学研究的重要问题,方法体现一整套成功实践的规范和原则,以此为基础,人的活动得以有序化,并成为有目的、有意义的活动。因此,研究方法在科学发展中是典范性的并充满活力的因素。马克思曾经指出:“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产。”马克思的论断也适用于科学活动,科学发展的各个时代的基本区别不仅在于研究什么(尽管研究对象本身也很重要),而且在于怎样研究,以什么方式去研究。这就是科学方法问题。在课堂中运用化学史材料进行科学方法的教育一般按照如下模式进行。
呈现化学史实→展现研究方法→讨论与交流→科学方法与科学精神、科学道德的教育。下面我们来看两个实例。
金属钾的发现历程。1807年,英国化学家戴维在电解水的基础上,设想用电解氢氧化钠和氢氧化钾的方法来制取钠和钾。这里用的是类比的方法。戴维用电解饱和氢氧化钾溶液的方法,结果得到的是氢气和氧气,这个实验说明电解氢氧化钾溶液时其实质是电解水,氢氧化钾没有被分解。他就想到了如果没有水的话,那就能电解氢氧化钾了。可是干燥的氢氧化钾不导电,必须在表面吸附少量的水才行。于是戴维电解了表面吸附有少量水的氢氧化钾,整套装置都暴露在空气中,通电后,氢氧化钾开始熔化,在阴极发现有酷似水银的物质生成。这些颗粒一旦生成就上浮,一接触空气立即燃烧,产生明亮的火焰,颗粒燃烧后失去光泽生成了一种白色粉末。尽管生成的物质很快发生了反应,戴维发现他得到了一种新的物质,只是这种物质很活泼遇到空气立即发生了反应。之后,戴维在密闭的坩埚中电解潮湿的氢氧化钾和氢氧化钠制得了钾和钠。
整个的实验过程就是一个不断试误的过程,不断的排除实验中的影响因素,最后终于成功。这在我们的实验设计中对如何控制变量有重要的指导意义。
原子结构模型的演变。人类对原子结构的认识经历了2500多年的漫长历史。原子结构模型是科学家根据自己的认识,对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人来对原子结构认识的一个阶段。最早提出原子论思想的是公元前5世纪古希腊哲学家,当时是一种哲学理论。1803年英国科学家道尔顿在总结一些元素化合时的质量比例关系时,提出了原子学说。因此,他被称为“近代化学之父”。该学说的主要内容是有四点:一 所有的物质都是由非常微小的粒子即原子构成的;二 原子是不能分割的实心球体;三 同种原子的质量和性质相同,不同的原子质量和性质不同;四 不同的原子结合成化合物,在化学变化中,原子仅仅是重新排列,而不会被创造或消失。时隔百年,1904年汤姆生发现了电子,并用实验方法测出了电子质量不及一个氢原子质量的千分之一,进一步确定为1/1836,由此认为原子是由更小的微粒构成的。他认为原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。这就是原子的“葡萄干面包式”模型。1911年,卢瑟福将∝粒子射向一片极薄的金箔,大多数∝粒子畅通无阻地通过,极少数∝粒子发生偏转,甚至被笔直地弹回。由此提出了原子的核式模型。他认为在原子的中心有一个带正电荷的核,它几乎集中了原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就象行星环绕太阳运转一样。所以,该模型又称为行星模型。把原子区分为原子核和核外电子是卢瑟福原子结构的重大发现。但这一设想与经典力学理论不相符合,在解释原子稳定性方面遇到了难以逾越的困难。1913年,玻尔在研究氢原子光谱时,引入了量子论的观点,提出了电子运动的分层结构模型。原子的核外电子在一系列稳定的轨道上运动,每个轨道都有一个确定的能量值,电子在这些轨道上运动既不吸收能量也不释放能量。玻尔提出的原子结构模型揭示了光谱线与原子结构的内在联系,并测得了氢原子的半径为0.5×10-5m,由此他获得了1922年诺贝尔物理学奖。但他在解释氢原子以外的多电子原子时显得苍白无力。1927～1935年,法国物理学家德布罗意,奥地利物理学家薛定谔,德国物理学家海森伯等提出了原子的量子力学原理,又称为电子云模型。现在,科学家已经能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜摄制显示原子图像的照片。随着现代科学技术的发展,人类对原子的认识过程还会不断深化,可以预见,现在的原子模型也不会是最终模型,它将随着人们对微观世界认识的进一步发展而发展。
通过原子模型的演变历史的介绍,同学们发现,当我们介绍完了原子模型的发展历史,让学生自主讨论交流了之后,回到教材第五章的章序言处,我们看看元素周期表上的五个形象具体,直观生动的模型示意图,学生就对原子模型演变的历史更加清晰了。通过对原子模型建立和发展过程的回顾,目的在于让学生明确一下问题:
(1)什么是模型?模型是根据已知事实建立的,对研究对象简洁的、仿真性的表述。
(2)为什么建立模型?有了模型就可以解释研究对象的运动规律,作出科学的预测。
(3)模型的过渡性。模型如果不能解释新的实验事实,需要加以修正完善,甚至被新的模型代替。模型的更新反映了人们对事物认识的不断深化。随着现代科技的不断发展,真理的相对性越来越明显,以前可以统治百年的理论,到了现在可能很快就被新的发现否定了,或是被大大的向前推进了。让学生树立了一种意识,吾生有涯而知也无涯。我们也能发现一个事实绝对真理是无数相对真理的总合,人只有在认识相对真理的过程中逼近绝对真理。就是我们的发现越来越接近存在的真实。人类对事物的认识是随着认识的不断深化而发展的。比如我们对污染的认识,早期工业不发达时,治理污染就是设法降低污染物的浓度,现在人们采用绿色的工艺流程实现污染物的零排放。
我们教材上的精美插图,一些课后的阅读材料,正是我们对学生进行科学方法教育的很好的材料。讲什么固然重要,如何讲能提高学生的科学素养更加重要。我们要实现有中国制造到中国创造需要我们不懈的努力。
收稿日期:2010-05-13