巧妙構建化學核心觀念——以太極圖為工具的化學概念和理論教學

高 俊

（安徽省霍山二中 安徽 霍山 237200）

中國大百科全書出版社位于北京，在其臨街的外墻上，建筑師設計了一組記錄中國文明起源和發展歷程的浮雕，其中第一幅就是太極圖，可見它在我國古文明中的重要地位，它以簡潔、對稱、形象、旋轉的圖形表達了復雜、深奧、抽象、基本的人類智慧與知識，蘊含著古老而又樸素的哲學思想。

一、對太極圖的理解

太極圖是古代先民創造的寶貴思想財富，將太極分為截然對立的陰陽，具有鮮明的對稱性，陽中有陰，陰中有陽，又具有嚴密的對應性；陰陽是動態的，不斷變化的，合在一起成為整個太極，體現了對立統一的思想，將數、形、理有機結合，這種對立和統一、對稱和對應的關系，與初中化學的概念特點不謀而合，利用太極圖作為工具，將太極陰陽的哲學思想指導化學概念的學習，可以成為良好的平臺，既符合數量、圖形符號系統、理論三者循序漸進的心理認知順序，也是創設教學情境的神來之筆。

二、初中化學新教材基本概念和理論的特點

1.內容呈現特點

初中化學是啟蒙化學，為了降低學習難度，新教材將許多基本概念和理論分散在各章中，以適應學生的心智水平和認知能力。正是由于理論和概念的分散處理，初學化學的學生感覺化學概念和理論龐雜而凌亂，背不完，理還亂。如何找到合適的工具使其整合，從而能形成類似思維導圖的形式，讓圖形和理論相結合，既符合化學學科知識的邏輯順序，又符合學生的心理認知順序，成為初中化學教學研究的重要課題。

2.基本理論和概念自身特點

初中化學的概念雖然數量較多，但是特點鮮明。

（1）對稱性

初中化學的概念基本是成對出現的，像孿生兄弟一樣，猶如一枚硬幣的正面和反面，彼此不能離開對方而獨立存在。例如物理變化和化學變化，物理性質和化學性質，氧化反應和還原反應，化合反應和分解反應，置換反應和復分解反應，純凈物和混合物，單質和化合物，可燃性和助燃性，熱塑性和熱固性，酸性和堿性等。初中化學基本概念和理論呈現非常有規律的對稱性。發現了這條規律，就可以利用來指導概念和理論的記憶和掌握。

（2） 對應性

初中學生在未學習化學之前，接觸到的主要是宏觀世界。化學學習引入了另一種角度即微觀世界，化學是從分子、原子的微觀水平上研究物質的組成、結構、性質及變化的科學，也就是說，化學是綜合宏觀和微觀的角度研究物質的科學。

同一類概念在宏觀和微觀層次有不同的表達方式，宏觀上的“物質”在微觀上表現為分子原子離子等粒子，宏觀上的“元素”在微觀上表現為“原子”，宏觀上的實際質量在微觀上表現為相對質量，換句話說，宏觀世界的概念在微觀世界有“影子”概念。這種對應的關系在化學中表現得非常有規律性。利用這一點對于概念記憶有很大幫助。不僅概念如此，基本理論也是如此。從便于學生理解的角度出發，教學中可以將宏觀和微觀的概念“互譯”。例如化學式的意義，宏觀表示一種物質和物質的元素組成，根據宏微觀概念對應的關系，可以將物質“翻譯”成分子，元素“翻譯”成原子，“組成”翻譯成“構成”，那么化學式的微觀意義就是一個分子和一個分子的原子構成。

（3）對立統一性

初中學習化學的第一意識就是“分”，研究物質的手段，首先將物質分類如純凈物、混合物、單質、化合物、有機物、無機物、酸、堿、鹽、氧化物等；化學反應類型的分類如分解、化合、置換、復分解等，化學變化的本質就是原子之間的分分合合；物質的性質分為物理性質和化學性質。根據同一屬性將概念分為截然對立的兩個下位概念，這兩個下位概念彼此對立，又可以合二為一成為一個上位概念，化學上的這種例子層出不窮。例如自然界物質根據組成成分可以分為純凈物和混合物兩種，這兩種合在一起組成了世界上形形色色的物質?；衔锔鶕欠窈荚胤譃橛袡C物和無機物，而有機物和無機物又共同組成了化合物等。

三、以太極圖為工具，巧妙構建核心化學觀

1.宏觀和微觀（見圖1）

圖1 初中化學宏微觀

新教材在介紹質量守恒定律內容時，從宏觀上通過實驗來驗證化學反應前后物質質量總和不變，微觀上通過分析反應前后原子的種類、質量和數目不變來解釋質量守恒定律，宏觀上得出化學反應前后物質質量和元素種類、質量不變的結論。要幫助學生建立基本的化學觀，可以訓練學生在宏觀微觀之間自由切換，以此作為構建核心觀念的重要手段。從宏觀的現象可以推導微觀粒子的變化，例如通過香氣擴散推導構成物質的粒子在不斷運動；通過微觀粒子的結構特點可以推導宏觀物質的性質特點，例如某元素原子最外層電子數為7，可推測其在化學反應中易得到電子，化學性質活潑，應具有較強的氧化性。

2.質量觀（見圖 2）

初中化學的質量分為實際質量和相對質量，實際質量一般指“物質”和“元素”的質量，根據太極圖中對應關系，相對質量一般指相對“分子”質量和相對“原子”質量。這兩種質量既是對應的，也是對稱的，也是對立統一的，相對質量是以C－12原子質量的十二分之一為標準得到的倍數，相對質量和實際質量成正比，在很多場合下可代替實際質量進行計算。相對質量和實際質量在一起組成初中對質量的認識觀。

圖2 初中化學質量觀

3.物質觀和微粒觀（見圖3）

圖3 初中化學物質微粒觀

宏觀世界是由形形色色的物質組成的，微觀世界是由分子、原子、離子、質子、中子、電子、原子核等微觀粒子構成的，物質對應著粒子，物質就是由許多肉眼看不見的粒子構成的，這些粒子在不斷地運動著，彼此之間有間隔。根據太極圖的對應關系，理論上每種微粒都有屬性對立的兩種狀態，例如陽離子和陰離子，這種化學觀也引領學生打破知障，理論上可推測質子、中子、電子等粒子也可能有相反屬性的粒子。西方也有類似的狄拉克反粒子理論，在這種理論的指引下，1932年，美國物理學家安德遜在宇宙射線實驗中果然發現了正電子，1956年發現反中子，1955年張伯倫和塞格雷用質子同步穩相加速器證實反質子的存在。學生如果頭腦中有這種太極圖的化學意識，對以后高中大學的化學學習大有裨益。

4.化學反應觀（見圖4）

初中化學反應有四種基本反應類型，根據反應物和生成物的數量分為對應的化合反應和分解反應，化合反應是“多變一”，分解反應是“一變多”；根據反應物和生成物的類型分為對應的置換反應和復分解反應，置換反應是單質和化合物的成分交換，復分解反應是化合物和化合物的成分交換。根據太極圖的對應關系，化合反應宏觀是多種物質生成一種物質，微觀對應的是多種分子結合成一種分子；置換反應宏觀是單質和化合物之間交換成分，微觀是同種原子構成的分子和不同原子構成的分子之間交換原子。

圖4 初中化學化學反應觀

5.結構性質觀（見圖5）

圖5 初中化學結構性質觀

初中化學強調培養學生的“結構決定性質”意識，物質的結構不同決定了物質有著不同的性質。宏觀上物質化學性質活潑還是穩定，在粒子的微觀結構上也能找到對應的原因。

例如氯原子核外電子排布中最外層7個電子，容易在化學反應中得到1個電子，所以氯元素化學性質活潑。碳原子核外電子排布中最外層4個電子，要想形成穩定的最外層8電子穩定結構，必須得到或者失去4個電子，這個難度較大，所以碳原子索性“原地不動”，宏觀上表現為化學性質穩定。

鏈狀結構的高分子材料可以反復加工，具有熱塑性；有些網狀結構的高分子材料一經加工成型就不會受熱熔化，具有熱固性。

再如金剛石和石墨都是碳原子構成的物質，但是金剛石硬度極大，是天然存在最堅硬的物質，石墨質軟滑膩，可以做潤滑劑，宏觀上物理性質差異如此之大，從微觀粒子在空間的排列方式也可以找到原因，金剛石中碳原子通過正四面體結構排列成網狀，所以堅硬，石墨中碳原子以層狀的方式排列，層與層之間容易滑動，所以石墨滑膩。

以上是作者對利用太極圖作為工具進行化學基本概念和基本理論教學的初步研究，希望能引起更多老師對太極與化學的關注。我國是有著五千年燦爛文明和悠久歷史的古國，有著博大精深的哲學思想，古人的學習經驗對我們今天的學習仍然有著重要的指導意義，也希望通過我們的研究與挖掘，讓這些古老的哲學思想歷久彌新，重新散發出智慧的光芒，為化學教學研究提供新的思路和增長點。

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