“研究6步法”及其教學(xué)啟示—以門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律為例

“研究6步法”及其教學(xué)啟示—以門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律為例

（河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 河南 453007）

門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律用了約20年的時間，研究過程中包含了許多寶貴的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神，本文主要介紹該過程蘊(yùn)含的“研究6步法”。

研究6步法；門捷列夫；元素周期律

“研究6步法”包括：發(fā)現(xiàn)問題；分析問題；尋找條件；克服障礙；解決問題；反思改進(jìn)?！把芯?步法”在好多研究活動中都有體現(xiàn)，是比較系統(tǒng)的、容易被學(xué)生理解和運(yùn)用的研究方法。以下，我用史料呈現(xiàn)和教學(xué)啟示兩條線來具體介紹該方法。

1.發(fā)現(xiàn)問題

史料呈現(xiàn)：1857年，23歲的門捷列夫(D．I．Mendeleev, 1834-1907)擔(dān)任圣·彼得堡大學(xué)的副教授以后，負(fù)責(zé)講授“化學(xué)基礎(chǔ)”課。為了有合適的教材，他決定編寫一本《化學(xué)原理》。在為《化學(xué)原理》一書考慮寫作計(jì)劃時，門捷列夫深為無機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性所困擾。

教學(xué)啟示：科學(xué)研究第一步就是要發(fā)現(xiàn)問題。門捷列夫正是在教學(xué)和編寫《化學(xué)原理》一書的過程中發(fā)現(xiàn)了無機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性，并覺得這是一個“有待解決的問題”。才有了進(jìn)一步對元素的研究過程。我們平時上課的教學(xué)情境大多是教師設(shè)定的，因此往往直接把問題拋給學(xué)生，這樣并不利于學(xué)生問題意識的形成。肖輝玲老師在“基于化學(xué)素養(yǎng)的高中化學(xué)知識教學(xué)研究”中認(rèn)為化學(xué)素養(yǎng)應(yīng)包括合理運(yùn)用化學(xué)知識去解決生活中所遇到問題的能力，教師可以用熟例啟發(fā)學(xué)生，促使其形成發(fā)現(xiàn)問題的能力。比如：易錯的考題為什么易錯，老人因老花眼吃錯藥該怎么辦等。如果教師不進(jìn)行有目的的啟發(fā)，學(xué)生通常不會把這些問題視為問題，也就很難形成主動發(fā)現(xiàn)問題的能力。因此，教師有必要贈學(xué)生一雙會發(fā)現(xiàn)問題的“慧眼”。

2.分析問題

史料呈現(xiàn)：門捷列夫?qū)λ龅降膯栴}進(jìn)行了分析，要想解決無機(jī)化學(xué)缺乏系統(tǒng)性的問題，就要對之前的化學(xué)知識進(jìn)行分類和梳理，使這些零碎的知識系統(tǒng)化。要想對這些零碎的化學(xué)知識進(jìn)行分類，就需要搜集每一個已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)。教學(xué)啟示：分析問題是研究者全面深入認(rèn)識問題的關(guān)鍵一步。對問題的分析的成果可以為研究者進(jìn)一步規(guī)劃行動方案提供重要參考。門捷列夫正是分析出要解決《化學(xué)原理》編寫困難，首先要解決無機(jī)化學(xué)缺乏系統(tǒng)性的問題，要想解決無機(jī)化學(xué)缺乏系統(tǒng)性的問題，首先要對元素知識進(jìn)行分類和梳理，要想解決這些一個個有待解決的問題，首先要弄明白解決這些問題的條件和可以利用的資源。所以他才弄明白了自己下一步該研究什么。因此，全面正確的分析問題是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的重要一步。學(xué)生在遇到比較大型的習(xí)題時，不知怎么入手，正說明了學(xué)生的分析問題能力不夠強(qiáng)。因此教師需要抓住機(jī)會，訓(xùn)練學(xué)生分析問題的能力。

3.尋找條件

史料呈現(xiàn)：門捷列夫經(jīng)過多種途徑找來歷史上眾多科學(xué)家的研究資料，與此同時，門捷列夫也及時了解著與他同時代科學(xué)家關(guān)于元素的研究資料，從中他了解到其他人的研究成果只是從不同角度客觀敘述了元素間的某些聯(lián)系，但由于這些科學(xué)家沒有把所有元素作為整體來概括，因此沒有找到元素的正確分類原則。為了徹底解決此問題，門捷列夫走出實(shí)驗(yàn)室，開始出外考察、收集和整理資料。1859年，又前往德國海德爾堡進(jìn)行物理化學(xué)方面的科學(xué)深造，為探索元素間內(nèi)在聯(lián)系打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。1862年，門捷列夫?qū)Π蛶煊吞镞M(jìn)行了考察，重新測定了一些元素的原子量，對元素性質(zhì)有了更深刻的理解。1867年，他借應(yīng)邀參加在法國舉行的世界工業(yè)展覽俄羅斯陳列館工作的機(jī)會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實(shí)驗(yàn)室。這些實(shí)踐都為他發(fā)現(xiàn)元素周期律奠定了雄厚的基礎(chǔ)。

教學(xué)啟示：尋找條件是解決問題不可或缺的環(huán)節(jié)。解決任何問題，必需的信息（內(nèi)容）和推導(dǎo)（過程）是非常重要的兩個要素。條件就是解決問題所需要的信息、材料、活動等要素。門捷列夫要想對元素知識進(jìn)行分類和梳理，需要的條件有：前人的知識經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)有的相關(guān)知識經(jīng)驗(yàn)、解決該問題的相關(guān)方法、自身的實(shí)踐研究成果。教學(xué)中，教師可以有目的地引導(dǎo)學(xué)生遇到難題時主動尋找解決問題的條件，如學(xué)習(xí)中遇到困難時，查資料，問老師等。 如果“主動尋找條件”能成為學(xué)生的一種習(xí)慣，那么學(xué)生的科學(xué)研究能力自然而然會得到明顯的提升，其學(xué)生主體的角色也會更加凸顯。

4.克服障礙

史料呈現(xiàn)：歷經(jīng)數(shù)十年的努力，在1869年3月，門捷列夫在他題為《元素性質(zhì)與原子量的規(guī)律性》的論文中首次提出了元素周期律，發(fā)表了第一張?jiān)刂芷诒怼５?，?dāng)他正式向俄羅斯化學(xué)學(xué)會闡述自己發(fā)現(xiàn)元素周期律時，迎接他的不是掌聲，而是嘲諷和貶斥。好多同行認(rèn)為他的元素周期律不過是玩紙牌得出的小把戲，甚至俄羅斯科學(xué)院院士、化學(xué)界權(quán)威齊寧也提醒他：“年輕人啊，該是在化學(xué)方面干點(diǎn)正事的時候了！”即便如此，35歲的門捷列夫在發(fā)表了第一張?jiān)刂芷诒硪院?，依然不顧眾人反對，繼續(xù)深入研究元素周期律，重新審定了許多元素的原子量。并在1871年12月發(fā)表了第二張?jiān)刂芷诒怼Ｅc第一張?jiān)刂芷诒硐啾?，第二張?jiān)刂芷诒砀陚洹⒏_、更系統(tǒng)。在編排元素周期表時，他先后預(yù)言了15種以上未知元素的存在，并從理論上計(jì)算出這些元素的重要性質(zhì)，并在元素周期表中為這些元素留下空位。結(jié)果，有3種元素在門捷列夫還在世的時候就被發(fā)現(xiàn)了。與門捷列夫同時代的英國分析化學(xué)家和工業(yè)化學(xué)家紐蘭茲雖然也發(fā)現(xiàn)了元素性質(zhì)在排列上有周期性，但在得到大家的嘲笑和諷刺時，由于受到打擊，將研究興趣轉(zhuǎn)移到了其他領(lǐng)域。只有門捷列夫幾十年如一日研究元素周期律并最終得到科學(xué)界認(rèn)可。

教學(xué)啟示：克服障礙是科學(xué)研究能否進(jìn)行到底的關(guān)鍵一步，也是很多研究者最容易跌倒的一步。研究者要想克服漫漫研究路上的障礙，必須要有科學(xué)研究的濃厚興趣和堅(jiān)強(qiáng)毅力。唯有如此，才可以視障礙如“平川”。正如毛主席說過的“五嶺逶迤騰細(xì)浪，烏蒙磅礴走泥丸”。因此，教師在教學(xué)過程中要善于把握青少年的心理特點(diǎn)，幫他們樹立科學(xué)的世界觀、人生觀、價值觀，再從細(xì)微之處入手，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的興趣所在，助學(xué)生勾繪自己的夢想。那樣學(xué)生才能積極戰(zhàn)勝生活和學(xué)習(xí)中的困難。

5.解決問題

史料呈現(xiàn)：第一張?jiān)刂芷诒碓獾椒裾J(rèn)后，門捷列夫并沒有因此而放棄，而是繼續(xù)深入細(xì)致地研究和發(fā)表相關(guān)的論文。終于，在1871年，那個在兩年前勸他“干點(diǎn)正事”的人，這次來信表達(dá)了他對門捷列夫第二張?jiān)刂芷诒淼闹С郑⒊姓J(rèn)了門捷列夫的基本理論和結(jié)論——相比之下，同時代的紐蘭茲由于自己本身缺乏這種執(zhí)著而成為化學(xué)史上個人與社會的遺憾。元素周期律的發(fā)現(xiàn)大大促進(jìn)了化學(xué)研究系統(tǒng)化，是無機(jī)化學(xué)的一次重大綜合，其表現(xiàn)出驚人的預(yù)見性，體現(xiàn)了自然規(guī)律驚人的周期性，也是哲學(xué)上的質(zhì)量互變規(guī)律、否定之否定規(guī)律的真實(shí)寫照。

教學(xué)啟示：解決問題的過程也是收獲果實(shí)的過程。門捷列夫經(jīng)過數(shù)十年的努力和堅(jiān)持，終于收獲了他的果實(shí)——元素周期律。化學(xué)也因此得到了發(fā)展。解決問題的過程雖然是輝煌的，但是背后的汗水卻沉甸甸。教學(xué)中，教師應(yīng)適時向?qū)W生介紹一些成功人士的奮斗歷程，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)夢想！

6.反思改進(jìn)

史料呈現(xiàn)：第二張?jiān)刂芷诒淼玫秸J(rèn)可之后，門捷列夫并沒有沉浸在成就中。而是不斷反思，繼續(xù)完善著他尚未解決的問題。不久，他的名著《化學(xué)原理》伴隨著元素周期律的發(fā)現(xiàn)而誕生。在19世紀(jì)后期和20世紀(jì)初，《化學(xué)原理》被國際化學(xué)界公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)著作，影響了一代又一代的化學(xué)家。因時代局限性，門捷列夫的元素周期律并非完美無缺。1894年惰性氣體的發(fā)現(xiàn)對周期律是一次考驗(yàn)和補(bǔ)充。1913年，英國物理學(xué)家莫塞萊在研究各種元素的X射線的波長和原子序數(shù)的關(guān)系后，證實(shí)原子序數(shù)在數(shù)量上等于原子核所帶的正電荷，進(jìn)而明確了作為周期律的基礎(chǔ)不是原子量而是原子序數(shù)（就是化學(xué)元素相應(yīng)的核電荷數(shù)），他解決了周期表中個別原子量的倒置問題。19世紀(jì)末X射線、放射性、電子的發(fā)現(xiàn)促使年輕的莫塞萊揭開了元素周期律的本質(zhì)，揚(yáng)棄了門捷列夫那個時代原子不可分的觀念。隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，更多的新元素被發(fā)現(xiàn)，人們在元素周期律的指導(dǎo)下，根據(jù)應(yīng)用和教學(xué)需要，開發(fā)出了各式各樣的元素周期表。

教學(xué)啟示：反思改進(jìn)是從舊成果中發(fā)現(xiàn)新問題的過程，是連接上一個成果和下一個新問題的“思維橋梁”。反思和改進(jìn)可以是研究者本人的活動，也可以是同時代其他人或后人的活動。門捷列夫通過反思改進(jìn)過程編著了《化學(xué)原理》，莫塞萊通過對門捷列夫成果的批判繼承得出了元素周期的新理論，后人結(jié)合新方法，通過對門捷列夫和莫塞萊等人研究成果的不斷反思和改進(jìn)，將元素周期表的成員發(fā)展到了118位。因此，反思改進(jìn)是推動科學(xué)研究可持續(xù)向前發(fā)展的重要一步。教學(xué)中，教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生成功時不可沉浸在成就中不能自拔，而要不斷反思，結(jié)合新事物，對舊成果進(jìn)行批判和繼承，并不斷開拓創(chuàng)新。只有這樣，才能獲得可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)研究能力。

“研究6步法”是通過閱讀分析大量化學(xué)史和教育類文獻(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上對相關(guān)教學(xué)案例進(jìn)行反思得出的適合學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用的科學(xué)研究的系統(tǒng)化方法。該方法對提高學(xué)生的科學(xué)研究規(guī)劃能力意義重大。其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：(1)系統(tǒng)性強(qiáng)∶該方法包括科學(xué)研究的整個過程，而不是零散的學(xué)習(xí)方法；(2)適用范圍廣：該方法不僅可以提高學(xué)生的科學(xué)研究能力，而且對提高教師的教育研究能力有借鑒意義；(3)“反思改進(jìn)”和“發(fā)現(xiàn)問題”兩步首尾呼應(yīng)，體現(xiàn)研究過程的螺旋上升態(tài)勢；(4)緊密聯(lián)系化學(xué)史和教學(xué)實(shí)況，切合實(shí)際，易學(xué)易行。最后，希望本文可以為廣大科學(xué)教育研究者提供教學(xué)和研究方面的參考，同時也期待著同行們對化學(xué)史中蘊(yùn)含的教育價值進(jìn)行大膽挖掘和開發(fā)。

[1]汪朝陽,肖信．化學(xué)史人文教程[M]．北京:科學(xué)出版社,2015: 123-133．

[2]肖輝玲．基于化學(xué)素養(yǎng)的高中化學(xué)知識教學(xué)研究[J]．中國校外教育,2015,9(12):32．

[3]劉知新．化學(xué)教學(xué)論（第四版）[M]．北京:高等教育出版社, 2013:265-266．

袁振東（1964～），男，河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，研究方向：化學(xué)教學(xué)論、化學(xué)史、教師教育。

谷其恩（1993～），男，河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，研究方向：學(xué)科教學(xué)化學(xué)。

(責(zé)任編輯盧鳳英）

‘Six-step Research Method’ and Its Teaching Revelation -- Taking Mendeleev Discovering Periodic Law of Elements As the Example

Yuan Zhendong, Gu Qien
（Chemistry and Chemical Institute, He’nan Normal University, He’nan, 453007）

Mendeleev spent about 20 years to discovery the periodic law of elements and that process includes many valuable scientific thought, scientific spirit and scientific method. This paper mainly introduces the six-step research method’ contained in this process.

six-step research method；Mendeleev；periodic law of elements

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A

＊袁振東 谷其恩