有機化學(xué)課堂教學(xué)中的化學(xué)思維方法

摘要：本文討論了化學(xué)思維方法在有機化學(xué)教學(xué)中的重要性，簡單介紹了筆者在有機化學(xué)課堂教學(xué)中進行化學(xué)思維方法訓(xùn)練的一些做法和體會。

關(guān)鍵詞：有機化學(xué)；教學(xué)；化學(xué)思維

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）39-0067-03

有機化學(xué)是研究有機化合物的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化和應(yīng)用的科學(xué)。有機化學(xué)學(xué)科自身特定的語言系統(tǒng)、價值觀念、思維、行為方式，形成了獨特的理論體系和研究方法，擁有自己穩(wěn)定的范疇體系。有機化學(xué)學(xué)科文化中的價值標(biāo)準(zhǔn)、哲學(xué)思想、思維模式、語言系統(tǒng)等不僅影響著該學(xué)科的發(fā)展趨勢也影響著其他學(xué)科包括人的發(fā)展。

思維是人對客觀事物和現(xiàn)象的一種本質(zhì)上的概括和間接的認(rèn)識，是人的心理活動中最高級、最復(fù)雜的反映形式。在有機化學(xué)學(xué)習(xí)中，通過閱讀、聽課、觀察、實驗、練習(xí)等活動得到的感性材料，需要經(jīng)過大腦的思維活動進行加工、改造、升華，最終變成理性認(rèn)識，轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的成果?；瘜W(xué)中的基本思維方法主要包括抽象思維和形象思維兩大類，并內(nèi)含科學(xué)抽象、邏輯方法、觀察聯(lián)想、想象創(chuàng)新等豐富內(nèi)容。

有機化學(xué)是化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，內(nèi)容廣泛，知識點多。如果在有限的課時內(nèi)為完成教學(xué)任務(wù)而采取滿堂灌的方法，學(xué)生就會在教學(xué)過程中處于十分被動的地位，能力培養(yǎng)更無從談起。為了打破這種沉悶的教學(xué)局面，活躍課堂氣氛，應(yīng)該對有機化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行不斷探索，形成有自己特色的較為完整的有機化學(xué)教學(xué)及教學(xué)改革思路。以下就筆者在有機化學(xué)教學(xué)中貫穿對學(xué)生化學(xué)思維方法的訓(xùn)練談?wù)勛龇ê腕w會。

一、化學(xué)思維方法與基本理論、基本知識的辯證關(guān)系

化學(xué)思維是從事化學(xué)教學(xué)與研究的基本手段和工具，既有自然科學(xué)的一般思維方法的共性又有個性。當(dāng)前，隨著現(xiàn)代化學(xué)的迅猛發(fā)展，在校學(xué)生不可能完全掌握化學(xué)的所有知識，這在客觀上要求我們把化學(xué)思維方法充實到實際的教學(xué)中，給學(xué)生較為系統(tǒng)的訓(xùn)練和指導(dǎo)，使他們學(xué)到最有用最基本的化學(xué)思維方法，以便能夠自主、獨立、能動、持續(xù)地獲取化學(xué)知識，成為一個具有創(chuàng)造活力的化學(xué)工作者。

有機化學(xué)課程大綱的一般要求是“使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握有機化學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能”，而對化學(xué)思維方法的訓(xùn)練缺乏足夠的認(rèn)識。事實上化學(xué)思維的訓(xùn)練與有機化學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能的掌握有著科學(xué)的辯證關(guān)系，基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能的掌握是具備化學(xué)思維方法的基礎(chǔ)和前提，反之有良好的化學(xué)思維方法能促進對化學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能的掌握，既表現(xiàn)了對化學(xué)知識量的積累的加速也加深了對知識的理解，提高了對知識的概括和運用能力。

二、在有機化學(xué)課堂教學(xué)中，注意培養(yǎng)良好的化學(xué)思維方法

注意將化學(xué)思維方法引入自己的課堂教學(xué)中，例如在講解環(huán)己烷的構(gòu)象時，可以采用模型，學(xué)生看到用球棍模型連成的環(huán)己烷，發(fā)現(xiàn)環(huán)己烷的所有鍵的鍵角都符合四面體的要求，說明環(huán)己烷是一個無角張力的環(huán)，而且隨鍵的轉(zhuǎn)動環(huán)己烷不只有一種構(gòu)象。隨后引導(dǎo)學(xué)生注意環(huán)己烷的兩種典型的構(gòu)象，比較兩者在能量上的不同。根據(jù)直觀模型學(xué)生很快可以比較出椅式構(gòu)象比船式構(gòu)象穩(wěn)定，因為船式構(gòu)象原子之間比較擁擠，斥力大，在此基礎(chǔ)上進一步引導(dǎo)學(xué)生利用已經(jīng)學(xué)過的乙烷構(gòu)象知識從另一個角度來說明為什么椅式構(gòu)象比船式構(gòu)象穩(wěn)定。通過觀察學(xué)生比較容易比較出椅式構(gòu)象相當(dāng)于乙烷的交叉式構(gòu)象而船式構(gòu)象相當(dāng)于乙烷的重疊式構(gòu)象，所以椅式構(gòu)象比船式構(gòu)象穩(wěn)定，通過對環(huán)己烷的構(gòu)象分析學(xué)生很快能夠?qū)ζ渌h(huán)烷烴的構(gòu)象穩(wěn)定性做出判斷。再如，在教學(xué)中以“穩(wěn)定性”原理作為貫穿有機化學(xué)全局的主線，將有機化合物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能的關(guān)系辯證地統(tǒng)一起來，將穩(wěn)定性大小、體系能量高低、結(jié)構(gòu)因素、反應(yīng)活性以及反應(yīng)規(guī)律連成有機化學(xué)教學(xué)的一條主線，這樣講授的結(jié)果可以取得前呼后應(yīng)、貫穿始終、深入淺出、舉一反三的效果。學(xué)生如果掌握了“穩(wěn)定性”原理這一思維方法就會對有機化學(xué)中的結(jié)構(gòu)問題、反應(yīng)歷程、反應(yīng)活性問題以及反應(yīng)方向問題有深刻的理解，從而達到事半功倍的作用。

三、將化學(xué)思維方法用于解釋人的社會行為和社會現(xiàn)象

筆者在有機化學(xué)的課堂教學(xué)中經(jīng)常將“雜化軌道”理論、“誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)”理論、“動力學(xué)控制與熱力學(xué)控制”、“非鍵原子之間的作用力”、“空間位阻效應(yīng)”等等用來解釋人在社會中的行為活動，雖然有些例子也許還不是十分恰當(dāng)，但這樣結(jié)合和擴展的結(jié)果增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使學(xué)生認(rèn)識到知識和原理都是彼此有內(nèi)在聯(lián)系和相通的，化學(xué)思維方法既體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科自身的特點也有自然科學(xué)和社會科學(xué)一般思維方法的共性。這樣做的結(jié)果學(xué)生既感到有機化學(xué)有很好的規(guī)律性可循也增加了有機化學(xué)這門經(jīng)典學(xué)科的魅力，加深了對所學(xué)知識和原理的認(rèn)識。例如，空間位阻效應(yīng)又稱立體效應(yīng)，主要是指分子中某些原子或基團彼此接近而引起的空間阻礙和偏離正常鍵角而引起的分子內(nèi)的張力，空間阻礙一般會降低反應(yīng)速率，例如，在溴代烷的雙分子親核取代反應(yīng)中，由于烷基體積的增大，引起空間阻礙，使反應(yīng)速率變小。然而在有些反應(yīng)中，立體效應(yīng)有可能增加反應(yīng)速率，例如，在單分子親核取代反應(yīng)中，三烷基取代鹵代烷的烷基增大時，由于取代基之間的空間斥力，引起碳鹵鍵的異裂，導(dǎo)致碳正離子的形成，從而提高了反應(yīng)速率?？臻g位阻效應(yīng)緣于非鍵原子或基團之間在其距離小于范德華半徑是產(chǎn)生的排斥力是體系能量升高，而避免這種排斥力從而降低體系的能量是分子體系在靜態(tài)和動態(tài)時的必然要求。根據(jù)這一原理就不難理解人們在處理各種人與人之間的關(guān)系時需要保持適當(dāng)距離，距離太近會產(chǎn)生排斥，太遠(yuǎn)則不構(gòu)成作用力，所以人們在交談時，身體應(yīng)該保持一個適當(dāng)距離，朋友關(guān)系、戀人關(guān)系也是這樣，即所謂的“度”?！昂镭i原理”其實也是該原理的具體體現(xiàn)，用以上化學(xué)原理來解釋是空間位阻效應(yīng)的使然。

四、有機化合物結(jié)構(gòu)測定方法原理對于分析處理事物的指導(dǎo)意義

分析綜合與綜合分析這一哲學(xué)思想在確定有機化合物的結(jié)構(gòu)時是普遍遵守的一種方法原理。在進行天然有機化合物的結(jié)構(gòu)分析時，首先要從大量的天然有機物中提純、分離出各種不同組分的純物質(zhì)或有效成分，然后再根據(jù)各種譜學(xué)方法所提供的不同角度的信息，經(jīng)分析、綜合、推理、判斷，常能做出合乎邏輯的結(jié)構(gòu)鑒定，因此把這種從分析到綜合的思想方法，叫作分析綜合法。要想對最初化合物的結(jié)構(gòu)弄清楚，必須分析在前、綜合在后，而只有分析徹底、才能綜合得體。所謂分析，則必經(jīng)前期對物質(zhì)客體進行精細(xì)的分離提純，然后通過多種現(xiàn)代物理測試手段進行分析表征，從中收集各種不同的資料信息。所謂綜合，就是作為主體的人對紛繁實驗數(shù)據(jù)現(xiàn)象進行去粗存精、去偽存真、由此及彼、由表及里的全方位思考，同時通過篩選、邏輯推理，最終達到準(zhǔn)確判斷。不言而喻，綜合并非簡單加和或機械加工，而是一個主客體對話、認(rèn)識飛躍的創(chuàng)新過程，所以綜合比分析在認(rèn)識層次上更高級更復(fù)雜，在思維運作上更抽象更精彩。無數(shù)事實也說明，客觀事物的抽象性程度愈高，對物質(zhì)運動的認(rèn)識就愈深刻。也由此領(lǐng)會到有機化學(xué)研究的方法在于努力借助現(xiàn)代手段、珍惜客觀反映信息，又重視抽象而辯證的思想方法、力促本體規(guī)律的真實體現(xiàn)，這樣才能達到合乎邏輯的結(jié)構(gòu)鑒定的效果。進行結(jié)構(gòu)測定的目的，在于掌握性能與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，從而找出設(shè)計合成及應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)在規(guī)律。endprint

五、引導(dǎo)學(xué)生用辯證唯物主義觀點認(rèn)識問題解決問題，加強化學(xué)思維方法訓(xùn)練

使學(xué)生正確認(rèn)識理論與實驗的關(guān)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)有機化學(xué)時容易形成重理論輕實驗的現(xiàn)象，為了糾正這種想法，可以講一些有關(guān)有機化學(xué)實驗的化學(xué)史。如韋勒在實驗室用無機物合成尿素，成為打破傳統(tǒng)的生命力學(xué)說的開端，為人工合成有機物提供了例證。另外，格林試劑的由來，伍德沃德合成，扎依切夫規(guī)則和霍夫曼規(guī)則等都是在實驗基礎(chǔ)上成功的。這些事例使學(xué)生們體會到了化學(xué)確實是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，絕不能重理論輕實驗。

化學(xué)家們的很多偶然發(fā)現(xiàn)，如：黃鳴龍對Wolff—Kishner還原方法的改進、費歇爾糖的發(fā)現(xiàn)、D·L甘油醛構(gòu)型的確立，阿柯糖的意外得到等，這些看似偶然的發(fā)現(xiàn)，其實存在有一定的必然性，揭示了事物內(nèi)部的客觀發(fā)展規(guī)律。如果苯肼與碳基沒有親核加成反應(yīng)，費歇爾不可能意外地得到糖，沒有費歇爾的嘔心瀝血，這些偶然也不可能發(fā)生在他身上。

六、發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性

在新的科學(xué)技術(shù)革命的浪潮中基礎(chǔ)課程要反映當(dāng)代科學(xué)的新成就，如現(xiàn)在的有機化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中增加有關(guān)富勒烯、相轉(zhuǎn)移催化、均相催化、超分子化學(xué)、色-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的內(nèi)容等?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使知識不斷更新，這就要求學(xué)生有較強的自學(xué)能力以適應(yīng)畢業(yè)后工作的需要，這也對教師提出了更高的要求。圍繞整個課程的主干內(nèi)容，緊密圍繞“穩(wěn)定性原理”這條主線由淺入深地將最基本的東西教給學(xué)生，使學(xué)生能舉一反三掌握住一把打開本學(xué)科知識的鑰匙。講課過程中可留下問題，指定參考資料，布置思考題，讓學(xué)生自己去學(xué)習(xí)思考，引導(dǎo)學(xué)生多思多想，發(fā)現(xiàn)更多的疑點，提出更多的問題，掌握有機化學(xué)學(xué)科體系的思維方法。若將學(xué)生的積極性調(diào)動起來，他們就會主動地查閱參考資料，增進知識，從而鍛煉自己的思維能力，這樣的學(xué)習(xí)效果才會得到保證。放寬有機化學(xué)知識口徑，調(diào)整課程內(nèi)容，明確課程目標(biāo)和要求，在切實加強“三基本”的前提下，精選教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果和動態(tài)，注意把新的知識引入課堂。解決好四個矛盾，即課時少與內(nèi)容多的矛盾；經(jīng)典理論與現(xiàn)代理論的矛盾；理論與應(yīng)用的矛盾；課程體系與相關(guān)學(xué)科之間融合、滲透與交叉之間的矛盾。還應(yīng)活躍課堂教學(xué)氣氛，鼓勵學(xué)生與教師平等地討論問題，爭論問題。創(chuàng)造尊師愛生，在學(xué)術(shù)問題上平等的良好學(xué)風(fēng)，這將有利于教師和學(xué)生知識的更新和水平的提高，完成人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

有機化學(xué)正伴隨著人類科學(xué)技術(shù)的巨大進步而迅猛發(fā)展，有機化學(xué)研究領(lǐng)域不斷擴張，有機化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其作用機理揭示了豐富的哲學(xué)思想，并向世人展示出一幅物質(zhì)世界普遍聯(lián)系的壯美景象，啟迪著人們的心智，也為人類探索有機物質(zhì)世界的本質(zhì)提供可遵循的思路。因此，學(xué)習(xí)有機化學(xué)基本知識的目的不在于為知識而知識，更在于了解和學(xué)習(xí)化學(xué)的思維方法，從有機化學(xué)學(xué)習(xí)的角度掌握辯證唯物主義的世界觀和方法論，啟迪科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)方法，提高科學(xué)素養(yǎng)，為真正成為具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介：楊光（1962–），男，教授，研究方向為有機化學(xué)。endprint