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。可是，不同的加法，現象會有細微的不同——“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，學生在交流實驗現象時就會有不一樣的結果。

為什么我的現象和別人不一樣？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?，見證奇跡的時刻來了！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)現了微觀世界的秘密?；瘜W教科書上那些對微觀本質的描述正是通過對宏觀現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：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。原來它們本質上是一致的??！我們還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?；赝c整合，學生就會發(fā)現世界紛繁復雜的現象背后，也許有著簡約的規(guī)律，它們在支配著大自然的運轉。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，或將有助于他們成為能指點迷津、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。打造出這么一副武器，多不容易??！因此，包括人類在內，絕大多數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，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，都有一些鈣質溶解到體液中，又有一些新的鈣質填補到骨骼中，也正是因為這樣，骨骼才有了自愈的特性。

物質世界中的動態(tài)平衡，不只是對某些行為產生影響，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，它很容易就轉變?yōu)檫\動的狀態(tài)?；瘜W反應平衡就是如此，它是非常脆弱的靜止狀態(tài)。內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生的，而是依賴于物質世界的。反過來說，從各種物質現象中，我們不難發(fā)現對應的思想，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？