人们也发现,大学非化学专业的普通化学乃至普通中学的化学教材和教学中都不同程度地存在着明显的学科化和经院化倾向问题。表现在过分强调化学学科体系的“完整性”和教学体系的理性化(如:以元素周期表为体系,以物质结构和化学平衡原理为主线等等),认为这是学习化学的最有效途径。在学时不足时,往往以删节与元素及化合物有关的内容(通常简称为描述化学)来满足前者对学时的要求。于是大一化学教材变成除去元素周期系外,有一种以化学热力学的结论(公式和简单的数学运算)代替对复杂多变的化学现象的实验研究和理论分析的纯理性倾向。化学热力学结论的可靠性自然是不必怀疑的,但是在应用时必须事先知道或者确定体系的起始状态和终了状态(如作用物和生成物),否则是无能为力的。而且对于丰富多彩的化学过程来说,它不能给出有关细节的任何资料,所以对于化学过程来说,它的作用相当于是一个“黑盒子”。
分子的化学结构在化学学科和化学教育中占有重要地位,它不仅代表了从化学式到化学结构式这一发展过程中人们对于化学物质认识的飞跃,而且对于初学者来说,更有使得分子由原来的“可以意会,不可言传”的微观粒子变得生动具体的作用。但是,近年来的化学教材所钟爱的却是以量子力学原理为基础(以一系列近似为前提)而推衍出来的一些结构理论和图形(又加上一系列近似),如电子云,钻穿效应,分子轨道理论等等一些只对学习化学专业的学生或有志于涉足化学领域的人才是重要的一些内容。不能否认,后面所提到的这些理论代表了近40年以来化学结构理论成就的一个侧面,但是对于初学者和非化学爱好者而言,却难免有“阳春白雪,和者盖寡”之嫌。很多学生在学了电子云的概念之后,常常反映有一种如同坠入万里云雾中的感觉,大概与此有一定的关系。
这种倾向在20世纪50年代出版的由鲍林(L Pauling)编著的普通化学中首开风气之先,到了20世纪70年代就成为一种主流。在美国的中学化学教材中,也有所反映。当时同时出版了两本指导思想和风格全然不同的中学教材,一本以热力学基础和初等化学结构理论为主线,同时设计了一套水平比较高的化学实验,书名为CBA(Chemical Bond Approach,可译作《化学键方案》);另一本和传统教材体系相差不多,但强化了学生实验,书名为Chemstudy(可译为《学习化学》)。CBA后来因为难度太大而停止试教,Chemstudy则一直在使用和修订着。当时国际上化学教材和教学思想中的这种学科化和经院化倾向,不仅影响了我国20世纪70年代后期的大学及中学的化学教材与教学,而且至今仍然难以摆脱,可能和我国理科教育中有一种偏爱理性内容的传统是分不开的。我无意一概反对科学教材和教学的理性化,只是认为对于像化学这样一门仍然以实验为主的科学,尤其是对于非化学专业的学生,以及基础教育阶段的中学生来说,不可不记取CBA和我们近20年来在化学教学中所积累的诸多经验和教训。大一化学和中学化学的教学实践经验证明,学生对化学的学习兴趣和热情随着课程的进行呈衰减趋势的百分比一直处于较高的水平,已是无可回避的严峻事实。令人吃惊的是,这种现象在某些著名大学化学系的低年级学生中也并非罕见。
3.基础化学的特点
关于基础化学的特点,是一个见仁见智的问题。此处仅就初等化学教学中涉及的几个问题提出几点看法。
化学的生动有趣与引人入胜之处在于,化学现象的复杂多变,而又如此的贴近生活,具有很强烈的实在感;化学通过实验(包括演示)和图形潜移默化地、巧妙地绕过了存在于微观和宏观世界之间认识上的鸿沟,使得物质的化学结构和化学变化成为可以用简明扼要的、有严格语法规则的化学语言来描述的、具体而且富有想象力的符号组合;通过从已知到未知的联想,物质的基本性质和反应的主要特点,可以或多或少地做到“尽收眼底”。固然从中所能提取的信息量的多少,可能因人因事而异,也与每个人的经验及水平有关,但是却可以顺利地用来进行学术交流(包括国际交流),其作用和物理公式、数学公式有异曲同工之妙。在显示所涉及的具体物质方面,则更有其特色。可是如果对具体的化学物质并无了解,又不进行实地观察或进行实验,就会成为一种也许只对考试有用的符号游戏,失去了对化学体系的实体感,也就体会不到学习化学的兴趣。如果观察和实验只局限于验证教材上对某个问题所做的解释或理论,而忽视了对化学体系的全面观察和分析,给学生的印象也许最多像一次有趣的魔术表演罢了。化学魔术和自然界的化学现象一样,如果只停留在对表面现象做一般性的观察的阶段,还不能认为是在学习化学(指化学学科),更不能成为学习化学的一种方法,至少是一种效率很低的方法。因为学生也许会萌生新奇感,但无法启动学生的探究欲和创新欲。而后者却是科学教育的主要功能之一。
化学的基点是为数有限的、大约100多个的化学元素。但是当元素间以不同种类、不同数量和不同结构组成分子时,其数量按理应是无限的(目前已经超过2 000万种以上,而且仍在以每年百万种的速度增长着)。在化学家看来,物质世界是由各式各样的分子和它们的因组分而异、因时而异或因地而异的聚集态所构成的。物质世界所发生的种种变化,是分子及其聚集态在所处条件下组成、结构与状态变化的宏观表现(这种看法显然对物质世界的多样性做了相当大的简化)。以浓度的概念为例,初等化学不仅介绍了浓度的定义,还从“浓度”这个角度为人们了解和调控某种或某些元素在体系中的“活性”,提供了从定性与定量两个方面加以理解的基础。人们常常听到的微量元素对于生命和健康有如何如何的作用的常识性介绍和厂家的宣传中的“微量”,也许可以算是与定性的“浓度”概念有关的一个例子。但是从化学的教学要求来看,它仅仅和小学课本中说的糖水或盐水浓度的水平基本相同。除去化学元素的名称和符号外,应当认为并没有涉及化学体系的本质。化学家普遍的认识大致可归结为,元素固然是一切化学物质的基础,但是在自然界中,元素只能以某种由自身(包括以单个原子存在的稀有气体和介稳状态的等离子体等)或与其他元素相结合的形式存在着。因此,它的化学行为(通常称为化学性质、物理性质和化学反应。前者以体系自身为主;后者对参加反应的所有物质应当首先同等对待,然后再区分主次)应当由体系中某种元素的存在形式或(与)其“载体”的浓度所决定。例如,氢气和氧气的混合物只是在氢气的体积比达到4.0%~74.2%时,才是平常所说的爆鸣气;在银盐溶液中加入氯化钠溶液,也只有当Ag+和Cl-的浓度(或二者浓度的乘积)达到一定的数值,才会出现AgCl的沉淀;元素锌和元素钙在人体健康中起作用时,不仅要和适当的蛋白质相结合,而且必须在极限浓度之内,否则反而会有不良影响;现在大城市每天发布的空气污染指数,也只有从这个角度去理解,才能正确理解它的意义。
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