無機化學教學辯證思維分析

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摘要:《無機化學》是高等師范院校化學類專業一門重要的專業基礎課。學習這門課，不僅要學好相關化學理論和元素部分的知識，更要領會和研究其中蘊含的辯證思維，培養學生正確的自然觀、科學技術觀和科學技術方法論，培育學生的創新意識、創新精神和創新方法，為國家培養出講科學、愛科學、學科學、用科學的優秀人才。

關鍵詞:無機化學;辯證思維;教學

目前世界正處于“百年未有之大變局”，中華民族偉大復興之路面臨諸多挑戰。高等教育為誰培養人，培養什么樣的人這個重大命題更加受到國家關注。如何在無機化學專業課程中融入思政內容，從而培養高素質又紅又專型人才就成為時代要求。筆者常年擔任高師《無機化學》專任教師，深切感到無機化學課教學過程中融入馬克思主義自然辯證法教育對于培養優秀的社會主義建設者可以大有作為。

1分析和綜合

學習原子結構一章時，就用到了分析和綜合［1］。首先從歷史的角度進行分析，最早的古希臘原子論認為，原子的數目是無窮的，它們之間沒有性質的區別，只有形狀、體積和序列的不同。運動是原子固有的屬性。它們互相結合起來，就產生了各種不同的復合物。原子分離，物體便歸于消滅。當然，這種對原子的認識是原始的和初步的，是人類探索原子結構的初始階段。19世紀初提出了道爾頓理論，這個理論認為原子是組成化學元素的、非常微小的、不可再分割的物質微粒。在化學反應中原子保持其本來的性質。道爾頓理論非常粗糙，但是也有其合理的地方，圓滿地解釋了當時已知的化學反應的定量關系，和古希臘的原子論相比，有了很大的進步。但是限于當時的實驗條件，又存在很多問題，例如從“思維經濟原則”出發，錯誤的給出許多元素原子量。也沒有涉及到原子的微觀結構究竟是什么樣子的。20世紀初，盧瑟福提出原子的核式結構學說:在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著原子核旋轉。該理論合理的地方是提出原子由原子核和核外電子組成，按照這個學說，可很好地解釋α粒子的散射實驗結果，α粒子散射實驗的數據還可以估計原子核的大小。盧瑟福原子模型也存在致命弱點，即正負電荷之間的電場力無法滿足穩定性的要求，即無法解釋原子系統的穩定性。1913年，年輕的丹麥物理學家玻爾在總結當時在總結當時最新的物理學發現:普朗克黑體輻射和量子概念、愛因斯坦光子論、盧瑟福原子帶核模型的基礎上建立了氫原子核外電子運動模型，解釋了氫原子光譜，后人稱為玻爾理論。玻爾理論合理的內容是:核外電子處于定態時有確定的能量;原子光譜源自核外電子的能量變化。這一真理為后來的量子力學所繼承。玻爾理論的基本科學思想方法是，承認原子體系能夠穩定而長期存在的客觀事實，大膽地假定光譜的來源是核外電子的能量變化，用類比的科學方法，形成核外電子的行星模型，提出量子化條件和躍遷規則等革命性的概念。然而新量子力學證明了電子在核外的所謂“行星軌道”是根本不存在的。用玻爾的方法計算比氫原子稍復雜的氦原子的光譜便有非常大的誤差。最終提出量子力學了理論來解釋原子結構。按照量子力學理論，核外電子運動沒有固定的軌道，在任何區域都可能出現，只不過在有些區域出現的概率大，在有些區域出現的概率小，例如波爾理論中氫原子的波爾半徑就是基態氫原子中電子出現概率最大的區域。通過分析前面幾種理論的合理的地方和不足的地方，結合量子力學，綜合起來提出了最新的原子結構模型，即用概率理論來解釋核外電子的運動規律。并用薛定諤方程來描述核外運動狀態。當然，對于大學一年級同學來說，沒有必要掌握復雜的數學推導過程，只要掌握四個量子數，就能描述核外電子的運動狀態。這種通過人類認識原子結構歷史性，以及逐漸完備過程的分析，最終采用綜合的方法，提出量子力學的原子結構理論，既能夠理解原子結構認識的歷史，也能使同學們明白及早把握最新的科學成就對科學發展的重要意義。當然也說明任何新理論都不是憑空產生的，需要站在前人的肩膀上，并要用實驗作為基礎。

2歸納和演繹

歸納是從個別到一般，尋求事物一般特征的認識方法，也是一種邏輯推理形式，歸納推理不是必然性推理，其結論具有或然性［2］。例如在學習元素周期律時，可以利用歸納和演繹的方法。元素周期率，主要包括原子半徑、電離能、電子親和能和電負性的變化規律。根據周期表中某一主族或者某一周期中每個元素的原子半徑數值、電離能數值、電子親和能和電負性的數值進行歸納出變化規律，可以演繹出其它主族和其它周期這些數據的變化規律。當然，元素性質的周期性變化是大體上的趨勢，其中還有許多例外，所以演繹的結果還需要實驗進行驗證。這也是我們學習無機化學元素部分內容要特別注意的方面。例如，通過歸納和演繹的方法，可以得出:同周期元素隨原子序數的增加，原子半徑表現出從左向右減小的趨勢。但是要注意，主族元素減小最快;過渡元素總體上表現為減小，但不規則且減小較慢;內過渡元素減小最慢。各周期末尾稀有氣體的半徑較大，但是是范德華半徑。同族元素隨原子序數的增加，原子半徑自上而下增大，但是過渡元素的變化不明顯，特別是鑭系以后的個元素。所以在無機化學教學過程中，要特別注意采用演繹的方法得出性質的變化規律是，要注意特例的存在。例如，在無機化學下冊鹵素一章學習過程中，鹵素單質的氧化性變化規律是F2＞Cl2＞Br2＞I2，+1價含氧酸的氧化性變化規律是HClO＞HBrO＞HIO，但是+5價含氧酸的氧化性變化規律是HBrO3＞HClO3＞HIO3，所以在無機化學的學習過程中，要特別注意演繹出規律的局限性，當然這也是客觀世界復雜性的必然結果。

3從抽象到具體

無機化學學習過程中，從抽象到具體的辯證思維過程非常普遍［3］。例如，我們要學習很多定律，這些定律是科學家通過具體的實驗結果和現象形成理論的過程，通過學習理論，還要應用這些理論解決一些具體問題，這就是從抽象到具體的過程［4］。例如，化學熱力學一章中，學習的熱力學第一定律，實際上就是能量守恒定律，在本章就有很多具體的應用。例如，對于具體的封閉體系，在只做體積功的條件下，要計算體系內能的變化量，就需要利用熱力學第一定律。包括焓的概念的提出，指的是封閉體系在恒壓條件下，不做非體積功，體系所吸收的熱量全部用于體系的焓變，即特定條件下，熱力學第一定律的另一種表達形式。熱化學就是把熱力學第一定律具體應用到化學反應上，討論和計算化學反應的熱量變化問題［5］。例如，在分子結構一章，價電子層互斥理論可以預言一些小分子的空間幾何構型，在一個共價分子中，中心原子周圍電子對排布的幾何形狀，主要決定于中心原子的價電子層中的電子對數目及(包括成鍵電子對和未成鍵的孤電子對)互相排斥作用，分子的幾何構型總是采取電子對相互排斥最小的那種結構。這是抽象的理論，遇到具體問題時，就要按照理論，首先確定出中心原子提供的價電子數目，然后確定配位原子提供的價電子數，如果是離子的話，還要加上或者減去相應的電荷數，最后確定中心原子的價電子層中的電子對數目，然后找出最小的排斥作用的構型就是該分子或者離子的構型，當然還要看一下有沒有孤對電子，以確定價電子對的構型和分子的構型是不是一致。通過具體問題的解決，能夠對抽象的理論有更好的理解，同時，能夠增強自己分析問題和解決問題的能力。

4歷史和邏輯的統一

恩格斯認為，為了從歷史的偶然性中擺脫出來，盡管在研究經濟學或其他領域的問題時，邏輯方法是唯一適用的。無機化學的發展和進步，亦遵循歷史和邏輯的統一。正如前面介紹的，在人類認識原子的過程中，在歷史的不同階段，先后經歷了古希臘原子論、道爾頓原子論，盧瑟福原子論，波爾原子論，以及現代的量子力學模型。實際上就是人類認識事物從簡單到復雜，從表面現象到核外電子運動的本質的邏輯關系，有經驗上升到理論。單純的歷史分析，只注重感性實踐和演化特征，把握的是事物經驗、知覺到的部分，把握的是事物與外部關系及其感性的歷史變化;單純的邏輯分析，則把事物抽空，注重的是事物內部不變的特性、靜止的特性和形式的部分。只有堅持歷史和邏輯的統一，把對事物的歷史考察與對事物的邏輯分析有機結合起來，才能夠全面的，深入的掌握事物的本質。在人類探索原子結構的過程中，如果只強調歷史過程，不看到各種理論之間的邏輯關系，則不能從前人的理論上獲得發展的積極因素，勢必會減慢科學的發展速度。反過來，邏輯的發展需要歷史的例證，需要不斷接觸實際的科學發展。

5結語

無機化學的教學過程中，注意學結其中的辯證法思想，可以使師生在教學過程中站的更高，看的更遠，可以從橫向也可以從縱向把握無機化學學科的脈絡和發展前景;可以培養學生理性的、縝密的思維和科學修養。

參考文獻

［1］吳國慶.無機化學:上冊.第4版［M］．北京:高等教育出版社，2002.

［2］殷杰，郭貴春.自然辯證法概論［M］．北京:高等教育出版社，2020.

［3］常新紅.高師無機化學教學的思考和實踐［J］．廣州化工，2014，42(1):162－163.

［4］常新紅.從教學內容上思考高師無機化學教學范式改革［J］．廣州化工，2015，43(22):220－221.

［5］李波，范會濤，馮超強，等.應用型本科院校制藥工程專業無機化學教學研究思考［J］．廣州化工，2015，43(10):211－212.

作者：常新紅 單位：洛陽師范學院化學化工學院