認可有趣和重要：化學可以這樣學

【編者按】 從2017年起，本刊持續(xù)關注南京師范大學附屬中學保志明老師的“讓理科學習更理性”專題研究，圍繞認知態(tài)度與考試方法、定量實驗的考查、科學教學中的有趣、理性對待學習等話題，先后刊發(fā)了5篇系列文章。本期繼續(xù)刊發(fā)“系列之六”——從化學實驗、化學知識、化學視角三個維度，講述如何引導學生學習化學、理解化學，進而認可化學的有趣和重要，為我們呈現(xiàn)了理科學習的一種視角。

我是一名高中化學教師。若是大談化學如何有趣，如何在各項前沿領域中散發(fā)獨特魅力，深感力不從心——畢竟我不是化學家，我只會教高中生學化學;若是大談化學如何重要，為何被稱為“21世紀的‘中心科學”，又難免有王婆賣瓜之嫌。我要談的是，化學如何學習。

一、期待課堂上的“混亂”：化學實驗可以這樣做

如果你學過初中化學，想必知道碳酸鈉與鹽酸的反應，可能也做過這個實驗。不過，高中化學中我們還會再做這個實驗：向碳酸鈉溶液中加鹽酸，但不說明“怎么加”“加多少”。沒錯，我們期待的就是課堂上的“混亂”：有人“倒”，有人“滴”，有人加得多，有人加得少……只要加了鹽酸就會看到氣泡，知道有反應在發(fā)生?？墒?，不同的加法，現(xiàn)象會有細微的不同——“滴”加鹽酸時，起先看不到什么氣泡，后來才會看到大量氣泡;而“倒”入鹽酸時，一下子就能看到大量氣泡。那么，學生在交流實驗現(xiàn)象時就會有不一樣的結(jié)果。

為什么我的現(xiàn)象和別人不一樣？自然要一探究竟。如果先在碳酸鈉溶液中加入了酚酞，就更有趣了：慢慢“滴”加鹽酸的時候，雖然看不出明顯氣泡，酚酞的顏色卻逐漸變淺，說明碳酸鈉在逐漸減少。隨著鹽酸的繼續(xù)滴入，酚酞顏色會越來越淺，碳酸鈉理應越來越少，反應理應越來越慢，直到完全停止——這是正常的推理?？墒牵娮C奇跡的時刻來了！繼續(xù)滴加鹽酸，溶液在已顯淺粉色的時候，會突然產(chǎn)生大量氣泡，而且反應還很迅速，這種矛盾要如何解釋？消失了的碳酸鈉沒有變成二氧化碳氣體的話，變成了什么？這些問題是在“混亂”的實驗過程中自然而然產(chǎn)生的，探究也就順其自然發(fā)生了。

上述環(huán)節(jié)會使學生認識到碳酸鈉與鹽酸反應是分兩步進行的，在少量地、緩緩地滴加鹽酸時，碳酸鈉是被反應掉了，但是并沒有“逃逸”出溶液，而是變身為其他形式“隱藏”起來了。變身為什么形式了呢？只能是碳酸氫鈉。當鹽酸加到足夠多時，碳酸氫鈉也“隱藏”不住了，這才變成二氧化碳氣體“逃逸”出溶液。

碳酸鈉、碳酸氫鈉這些分子看不見、摸不著，可是，通過肉眼對氣泡的觀察，我們居然發(fā)現(xiàn)了微觀世界的秘密?；瘜W教科書上那些對微觀本質(zhì)的描述正是通過對宏觀現(xiàn)象的觀察和思考得來的。這里，是邏輯與想象的融合，是宏觀與微觀的聯(lián)系，這也正是化學本然的有趣！

二、追尋復雜背后的簡約：化學知識可以這樣生長出來

學習是一個不斷讓新信息與頭腦中的已有信息建立聯(lián)系的過程。因此，不斷回頭看看學習過的知識，想想它與新學習的知識有沒有什么聯(lián)系，是一種能讓知識自己生長的學習方式。

例如，初中時學生學過HCl+NaOHNaCl+H2O，知道這是一個酸堿中和反應;還學過Na2CO3+2HClNa2CO3+CO2↑+H2O，知道這是一個鹽與酸的反應，可以制得CO2氣體。等到高中學習離子反應時，再回頭來看這兩個反應，學生會發(fā)現(xiàn)：前者是H+傳遞的反應，它從HCl中傳出來，被OH-“接住”，生成了H2O;而后者呢？竟然也是個H+傳遞的反應，它從HCl中傳出來，被CO2-3“接住”，生成了CO2和H2O。原來它們本質(zhì)上是一致的?。∥覀冞€可以引導學生再想下去，既然H+能從這個微粒傳給那個微粒，那能不能反過來傳呢？誰傳給誰究竟是由什么決定的呢？

經(jīng)?；赝c整合，學生就會發(fā)現(xiàn)世界紛繁復雜的現(xiàn)象背后，也許有著簡約的規(guī)律，它們在支配著大自然的運轉(zhuǎn)。而學生在高中化學學習（當然不只是化學學習）中養(yǎng)成的思維習慣，或?qū)⒂兄谒麄兂蔀槟苤更c迷津、揭示規(guī)律的人。

三、脆弱的靜止和永恒的運動：通過化學視角增長人生智慧

好動的少年不小心摔傷骨折了，雖然很痛，但一般不用太擔心，因為好好養(yǎng)傷就能康復。但是，牙齒也屬于骨骼系統(tǒng)的一部分，為什么（成人）牙齒磕碎了，就再也長不出來了？這是個醫(yī)學問題嗎？不是，這其實是個化學問題，而且是運用高中化學知識就能回答的問題：動態(tài)平衡與靜態(tài)平衡的差別。

牙齒是我們身體中最堅硬的骨骼。長期的生物進化讓牙齒的表面形成了一層堅硬的牙釉質(zhì)。打造出這么一副武器，多不容易??！因此，包括人類在內(nèi)，絕大多數(shù)有牙齒的生命體都采取了同一種策略，那就是等到一定年齡之后，牙齒就不再生長，進入“平衡狀態(tài)”。特別是牙釉質(zhì)，終生都不會跟外界發(fā)生反應（不包含破壞性損傷），從而形成了嚴格的靜態(tài)平衡。人類身體中的其他骨骼，在生長策略上正好相反。即使是成年之后，骨骼的形態(tài)已經(jīng)確定，但是化學反應依然在進行，而且還很高效。每天，都有一些鈣質(zhì)溶解到體液中，又有一些新的鈣質(zhì)填補到骨骼中，也正是因為這樣，骨骼才有了自愈的特性。

物質(zhì)世界中的動態(tài)平衡，不只是對某些行為產(chǎn)生影響，更是建立起了一種獨特的世界觀。

物理常識告訴我們：運動是絕對的，靜止是相對的。既然靜止是相對的，我們就可以推導出，靜止的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，它很容易就轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動的狀態(tài)。化學反應平衡就是如此，它是非常脆弱的靜止狀態(tài)。內(nèi)部的化學反應一直在進行，外界的溫度、壓力但凡有一點變化，就能打破這個平衡。然而，化學反應不管怎么打破舊的平衡，新的平衡總能馬上建立，即便它依舊是不穩(wěn)定的狀態(tài)。

這就是靜止與運動的相互轉(zhuǎn)化。學習了化學平衡，學生對物理力學中的運動與靜止會有更深刻的認識;等到將來在辯證哲學中再看到“矛盾雙方相互包含、相互滲透，一定條件下，還可以互相轉(zhuǎn)化”這樣的觀點，那更是心領神會。

化學知識具有了哲學層面的意義，那就不僅僅是物質(zhì)世界中的化學知識了，它還幫助我們增長人生智慧。其實，人類的哲學智慧并不是憑空產(chǎn)生的，而是依賴于物質(zhì)世界的。反過來說，從各種物質(zhì)現(xiàn)象中，我們不難發(fā)現(xiàn)對應的思想，作為自然學科基礎的化學也不例外。

我想，如果我們這樣引導學生學習化學、理解化學，學生難道不是打心眼里認可它的有趣和重要嗎？